CN114226975A - 一种水下焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下焊接设备，其包括控制终端和密封罩，密封罩内设置有焊接组件和位置调节组件，焊接组件包括激光焊接头以及安装在激光焊接头内的激光发生器，激光焊接头用于将激光发生器产生的激光转化成焊接用的焊接光束；激光焊接头上配置有用于获取工件焊接区域的实时图像的摄像装置，密封罩的一端开设有工作开口，工作开口上盖设有透明的密封盖板，密封罩的外侧壁上设置有用于形成无水的焊接空间的排水组件，焊接光束依次经过密封盖板和排水组件至工件焊接区域；控制终端分别信号连接于位置调节组件、激光焊接头、激光发生器、排水组件和摄像装置，控制终端还信号连接有人机交互组件。本发明具有使水下焊接更为便捷的效果。

Description

一种水下焊接设备

技术领域

本发明涉及水下焊接的技术领域，尤其是涉及一种水下焊接设备。

背景技术

水下焊接与切割是水下工程结构的安装、维修施工中不可缺少的重要工艺手段。与传统的焊接相比，水下焊接由于水的存在，焊接过程变得更加复杂，并且会出现各种各样陆地焊接所未遇到的问题，比如焊接质量不佳、工人操作难度提高，工件难以固定等问题。

在实现本申请的过程中，发明人认为该技术至少存在以下问题：采用人工进行水下焊接的方式，对工人的要求较高，同时操作复杂，导致焊接效率不高。

发明内容

为了使水下焊接更为便捷，本申请提供一种水下焊接设备。

本申请提供的一种水下焊接设备采用如下的技术方案：

一种水下焊接设备，包括控制终端和密封罩，密封罩内设置有用于输出焊接用的焊接光束的焊接组件、用于驱动所述焊接组件移动的位置调节组件，所述焊接组件包括激光焊接头以及安装在所述激光焊接头内的激光发生器，所述激光焊接头用于将激光发生器产生的激光转化成焊接用的焊接光束；所述激光焊接头上配置有用于获取工件焊接区域的实时图像的摄像装置，所述密封罩的一端开设有工作开口，所述工作开口上盖设有透明的密封盖板，所述密封罩的外侧壁上设置有用于形成无水的焊接空间的排水组件，所述焊接光束依次经过密封盖板和排水组件至工件焊接区域；所述控制终端分别信号连接于所述位置调节组件、所述激光焊接头、所述激光发生器、所述排水组件和所述摄像装置，所述控制终端还信号连接有人机交互组件。

通过采用上述技术方案，使用时，工作人员将密封罩移动至水中的待焊接工件处，并通过人机交互组件查看摄像装置所反馈的实时图像。工作人员可以参照着实时图像，调节排水罩和密封罩的位置，使得排水组件对准焊接点。之后，工作人员控制排水组件运行，形成无水的焊接空间。之后，工作人员通过控制终端控制位置调节组件运行以完成对焊接组件位置的调节。之后，工作人员即可利用焊接组件对待焊接的工件进行焊接，而不需要人工到水下作业，使得水下焊接更为便捷。

可选的，所述密封罩包括主体框架和可拆卸连接于所述主体框架的多个密封板。

通过采用上述技术方案，便于工作人员对密封罩内各个组件的安装和维护。

可选的，所述排水组件包括排水罩、通气管和气泵，所述排水罩长度方向的两端均呈开口状设置，所述排水罩的一端连接于密封罩，且所述工作开口位于排水罩围成的区域内，所述排水罩上开设有至少一个通气孔，每个所述通气孔内均连接有通气管，所述通气管的一端连通于排水罩内部，另一端连通于气泵。

通过采用上述技术方案，在启动焊接组件之前，工作人员控制驱动设备带动密封罩移动，并使得排水罩的倾斜的端面抵接于焊接点周围的实体，之后，工作人员通过控制终端启动气泵，使得气泵吹出的气体经过通气管后进入排水罩内，并将排水罩内的水从排水罩的倾斜的端面和实体间的间隙中排出，从而形成无水的焊接空间。

可选的，所述排水罩远离密封罩的端面相对于排水罩的轴线方向倾斜设置。

可选的，所述位置调节组件包括第一丝杆模组和第二丝杆模组，所述第一丝杆模组连接于密封罩远离工作开口的内侧壁，所述第二丝杆模组连接于第一丝杆模组，所述第二丝杆模组上连接有用于安装所述焊接组件的安装架，所述第一丝杆模组和第二丝杆模组分别用于驱动所述焊接组件沿垂直于焊接用激光的方向移动，且所述第一丝杆模组和第二丝杆模组的驱动方向相互垂直。

通过采用上述技术方案，使用时，工作人员可以通过控制终端控制第一丝杆模组和第二丝杆模组的运行，第一丝杆模组和第二丝杆模组能够带动焊接组件移动，从而对焊接组件的位置进行调节，操作方便。

可选的，所述密封罩远离排水组件的端部设置有用于和外部驱动设备对接的设备安装板，所述密封罩远离排水组件的端面开设有线缆过孔，所述密封罩远离排水组件的端面可拆卸连接有对应线缆过孔设置的立柱法兰。

通过采用上述技术方案，便于实现密封罩和外部驱动设备的对接。

可选的，所述水下焊接设备还包括信号连接于所述控制终端的焊接缺陷检测组件，所述焊接缺陷检测组件包括处理器、数据采集控制器以及设置于所述密封罩内的多光学传感器组，所述多光学传感器组连接于激光焊接头；

所述多光学传感器组用于获取焊接过程中被焊接部位所辐射的光信号，并将所述光信号转换成电信号，即焊缝检测信号并发送至所述数据采集控制器；所述数据采集控制器用于基于从多光学传感器处接收到的焊缝检测信号，生成对应于本次焊接过程的焊缝检测数据并传输给处理器；所述处理器用于对接收到的所述焊缝检测数据进行分析处理，从而判断工件焊接质量的优劣。

可选的，所述处理器包括信号接收模块、信号对比模块、缺陷判定模块、缺陷原因识别模块和结果反馈模块；

所述信号接收模块用于接收数据采集控制器所发出的焊缝检测数据，并传输给所述信号对比模块；

所述信号对比模块用于将所述焊缝检测数据和预先存储有的标准焊缝数据进行对比，并将对比结果传输至所述缺陷判定模块；

所述缺陷判定模块用于基于所述对比结果和预设有的判断标准，判断所述焊缝检测数据是否存在异常，当判断出所述焊缝检测数据存在异常时，所述缺陷判断模块还用于判断存在异常的所述焊缝检测数据的异常类型并传输给所述缺陷原因识别模块；

所述缺陷原因识别模块用于基于接收到的异常类型，以及预存有的异常类型和缺陷原因的对应关系，判断出存在异常的所述焊缝检测数据所对应的缺陷原因；

所述结果反馈模块用于向工作人员反馈所述缺陷原因。

通过采用上述技术方案，焊接完成后，焊接缺陷检测组件会自动对焊接效果进行评价，并将评价结果反馈给工作人员，便于工作人员进行后续的处理。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

工作人员将密封罩移动至水中的待焊接工件处，并通过人机交互组件查看摄像装置所反馈的实时图像。工作人员可以参照着实时图像，调节排水罩和密封罩的位置，使得排水组件对准焊接点。之后，工作人员控制排水组件运行，形成无水的焊接空间。之后，工作人员通过控制终端控制位置调节组件运行以完成对焊接组件位置的调节。之后，工作人员即可利用焊接组件对待焊接的工件进行焊接，而不需要人工到水下作业，使得水下焊接更为便捷。

焊接完成后，焊接缺陷检测组件会自动对焊接效果进行评价，并将评价结果反馈给工作人员，便于工作人员进行后续的处理。

附图说明

图1是本申请实施例中用于体现水下焊接设备的***框图。

图2是本申请实施例中用于体现水下焊接设备的结构示意图（正对的密封板未显示）。

图3是本申请实施例中用于体现水下焊接设备的另一观察角度的结构示意图（正对的密封板未显示）。

图4是本申请实施例中用于体现处理器的***框图。

附图标记说明：1、密封罩；11、主体框架；12、密封板；13、设备安装板；14、线缆过孔；15、立柱法兰；16、密封盖板；2、焊接组件；21、激光焊接头；211、焊接光束发射端；22、激光发生器；3、位置调节组件；31、第一丝杆模组；32、第二丝杆模组；4、排水组件；41、排水罩；42、通气管；5、焊接缺陷检测组件；51、多光学传感器组；6、安装架；61、第一支板；62、第二支板；63、垫块；7、摄像装置；101、信号接收模块；102、信号对比模块；103、缺陷判定模块；104、缺陷原因识别模块；105、结果反馈模块。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种水下焊接设备。参照图1、图2和图3，水下焊接设备包括控制终端、用于供工作人员实施操作的人机交互组件、用于隔水的密封罩1、用于输出焊接用的焊接光束的焊接组件2、用于驱动焊接组件2移动的位置调节组件3、用于形成无水的焊接空间的排水组件4以及用于对焊接质量进行评估的焊接缺陷检测组件5。控制终端分别信号连接于人机交互组件、焊接组件2、位置调节组件3、排水组件4和焊接缺陷检测组件5。其中，人机组件包括指令输入设备和显示设备，指令输入设备可以是键盘、鼠标等，显示设备可以是显示屏。

参照图2，密封罩1包括主体框架11和多个密封板12，主体框架11和多个密封板12共同围成安装区域。密封板12通过沉头螺栓可拆卸连接于主体框架11，从而便于工作人员对密封罩1内各个组件的安装和维护。

参照图2和图3，密封罩1长度方向的一端的密封板12上通过螺栓连接有设备安装板13，使用时，工作人员通过设备安装板13将密封罩1整体安装到外部的驱动设备上，并利用驱动设备带动密封罩1进入水下。设备安装板13所在的密封板12上开设有线缆过孔14，用于供信号连接用的线缆通过。线缆过孔14所在的密封板12上通过螺栓可拆卸连接有一个对应线缆过孔14设置的立柱法兰15，组装时，工作人员可以将线缆穿过立柱法兰15后，利用密封胶对立柱法兰15的开口进行密封，并将立柱法兰15安装到密封板12上，从而实现对线缆过孔14的密封。

参照图2和图3，密封罩1远离设备安装板13的端面上开设有供焊接光束通过的工作开口，密封罩1的内侧壁上通过螺栓连接有用于遮挡工作开口的密封盖板16，密封盖板16为透明的玻璃板，从而便于焊接光束通过。

参照图2和图3，排水组件4包括排水罩41、通气管42和气泵。排水罩41长度方向的两端均呈开口状设置，排水罩41固定连接于密封罩1上工作开口所在端面，并连通于工作开口，使得焊接光束能够顺利通过工作开口和排水罩41并照射到指定的焊接点。排水罩41的侧壁上靠近密封罩1的位置开设有若干通气孔，每个气孔内均安装一个通气管42，通气管42的一端连通于排水罩41内部，另一端连通于气泵。排水罩41远离密封罩1的端面相对于排水罩41的轴线方向倾斜设置，在启动焊接组件2之前，工作人员控制驱动设备带动密封罩1移动，并使得排水罩41的倾斜的端面抵接于焊接点周围的实体，之后，工作人员通过控制终端启动气泵，使得气泵吹出的气体经过通气管42后进入排水罩41内，并将排水罩41内的水从排水罩41的倾斜的端面和实体间的间隙中排出，从而形成无水的焊接空间。

参照图2和图3，位置调节组件3包括第一丝杆模组31和第二丝杆模组32。第一丝杆模组31固定连接于设备安装板13所在密封板12，且位于密封罩1围成的安装区域内。第二丝杆模组32固定连接于第一丝杆模组31远离所在密封板12的部位。第二丝杆模组32远离第一丝杆模组31的平面上固定连接有用于安装焊接组件2的安装架6。第一丝杆模组31用于在控制终端的控制下，驱动安装架6沿第一方向移动，第二丝杆模组32用于在控制终端的控制下，驱动安装架6沿第二方向移动，第一方向和第二方向相互垂直，且第一方向和第二方向均垂直于密封罩1的长度方向。

参照图2和图3，安装架6包括固定连接于第二丝杆模组32的第一支板61和垂直于第一支板61的第二支板62，第一支板61和第二支板62一体成型设置，第二支板62平行于密封罩1的长度方向。

参照图2和图3，焊接组件2包括激光焊接头21以及安装在激光焊接头21内的激光发生器22。激光焊接头21连接于第二支板62远离第一支板61的端部，激光焊接头21和第二支板62之间挤压有垫块63，激光焊接头21和垫块63通过螺栓连接于第二支板62。激光焊接头21的焊接光束发射端211朝向工作开口设置。

参照图2和图3，激光焊接头21上配置有摄像装置7。摄像装置7的摄像端与激光焊接头21的焊接光束发射端211同轴设置，用于监控排水罩41所正对的位置，即焊接光束所能照射到的位置。

焊接前，工作人员启动摄像装置7，使得摄像装置7将获取到的实时图像反馈给控制终端，控制终端通过显示设备对实时图像进行显示，便于工作人员查看。之后，工作人员可以参照显示设备中显示的实时图像，通过指令输入设备向控制终端发出指令，从而使得控制终端控制位置调节组件3运行，位置调节组件3带动安装架6移动，安装架6带动焊接组件2移动，最终完成对激光焊接头21位置的调节。调节过程中，激光焊接头21的焊接光束发射端211始终位于排水罩41围成的区域内。之后，在完成排水操作后，即可开始焊接。

焊接时，工作人员通过控制终端启动激光发生器22和激光焊接头21，激光发生器22产生的激光经过激光焊接头21的内部处理后，变成焊接用的焊接光束并从激光焊接头21的焊接光束发射端211射出，从而对位于焊接光束焦点处的工件进行焊接。在此过程中，工作人员可以控制位置调节组件3运行，从而调节焊缝的位置和形状，最终完成焊接。

参照图1、图2和图3，焊接缺陷检测组件5包括处理器、数据采集控制器以及设置于密封罩1内的多光学传感器组51。多光学传感器组51连接于激光焊接头21，并能够采集焊接过程中被焊接部位所辐射的光信号。其中，被焊接部位所辐射的光信号包括可见光信号、反射回的激光信号以及红外光信号。可见光信号主要由焊接过程中所产生的金属蒸汽所形成，激光信号主要由焊接光束被工件反射后形成，红外光信号主要来源于熔池热辐射。

使用时，当焊接组件2开始运行时，会通过控制终端同步控制数据采集控制器运行，使得数据采集控制器控制多光学传感器组51运行。光学传感器组在运行过程中，将接收到的光信号转换成对应的电信号，即焊缝检测信号后，并将焊缝检测信号实时反馈给数据采集控制器。数据采集控制器在每次焊接完成后，都会将获取到的对应于本次焊接过程的所有焊缝检测信号按照获取到的时间前后，整理成焊缝检测数据并传输至处理器。焊缝检测数据中记录有焊缝检测信号随时间变化的波形。

参照图4，处理器包括信号接收模块101、信号对比模块102、缺陷判定模块103、缺陷原因识别模块104和结果反馈模块105。其中，信号接收模块101用于接收数据采集控制器所发出的焊缝检测数据，并传输给信号对比模块102。信号对比模块102在接收到焊缝检测数据后，会提取当前存储有的标准焊缝数据，并将焊缝检测数据和标准焊缝数据进行对比。

其中，标准焊缝数据的存储过程可以是：在正式的焊接作业开始前，工作人员预先进行准备实验，使得处理器获取到若干无缺陷的焊缝检测数据。之后，处理器对上述若干个无缺陷的焊缝检测信号进行机器学习处理，从而生成标准焊缝数据并进行存储。

信号对比模块102在完成对比后，会将得到的对比结果传输至缺陷判定模块103，对比结果中记录有当前的焊缝检测数据和标准焊缝数据之间的差异。缺陷判定模块103基于该对比结果以及预设有的判断标准，判断焊缝检测数据是否存在异常，当判断出当前的焊缝检测数据存在异常时，缺陷判断模块会进一步判断当前的焊缝检测数据的异常类型，并将判断出的异常类型传输给缺陷原因识别模块104。缺陷原因识别模块104在接收到异常类型后，会提取预存有的异常类型和缺陷原因的对应关系，从而判断出当前的焊缝检测数据所对应的缺陷原因。之后，缺陷原因识别模块104将缺陷原因发送给结果反馈模块105，使得结果反馈模块105能够向工作人员反馈缺陷原因。例如，结果反馈模块105可以将缺陷原因发送至人机交互组件中的显示设备以供其进行可视化显示。工作人员通过查看该缺陷原因，能够对焊接效果进行评判，并进一步作出例如补焊、更换工件、重焊等决策。

本申请实施例一种的实施原理为：使用时，工作人员通过驱动设备将密封罩1连同排水罩41移动至水中的待焊接工件处，并通过显示设备查看摄像装置7所反馈的实时图像。工作人员可以参照着实时图像，控制驱动设备调节排水罩41位置，使得排水罩41的倾斜的端面抵接于焊接点周围的实体。之后，工作人员控制排水组件4运行，形成无水的焊接空间。之后，工作人员通过控制终端控制位置调节组件3运行，并完成对焊接组件2位置的调节。之后，工作人员利用焊接组件2对待焊接的工件进行焊接，焊接完成后，焊接缺陷检测组件5会自动对焊接效果进行评价，并将评价结果反馈给工作人员，便于工作人员进行后续的处理。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水下焊接设备，其特征在于：包括控制终端和密封罩(1)，密封罩(1)内设置有用于输出焊接用的焊接光束的焊接组件(2)、用于驱动所述焊接组件(2)移动的位置调节组件(3)，所述焊接组件(2)包括激光焊接头(21)以及安装在所述激光焊接头(21)内的激光发生器(22)，所述激光焊接头(21)用于将激光发生器(22)产生的激光转化成焊接用的焊接光束；所述激光焊接头(21)上配置有用于获取工件焊接区域的实时图像的摄像装置(7)，所述密封罩(1)的一端开设有工作开口，所述工作开口上盖设有透明的密封盖板(16)，所述密封罩(1)的外侧壁上设置有用于形成无水的焊接空间的排水组件(4)，所述焊接光束依次经过密封盖板(16)和排水组件(4)至工件焊接区域；所述控制终端分别信号连接于所述位置调节组件(3)、所述激光焊接头(21)、所述激光发生器(22)、所述排水组件(4)和所述摄像装置(7)，所述控制终端还信号连接有人机交互组件。

2.根据权利要求1所述的水下焊接设备，其特征在于：所述密封罩(1)包括主体框架(11)和可拆卸连接于所述主体框架(11)的多个密封盖板(16)。

3.根据权利要求1所述的水下焊接设备，其特征在于：所述排水组件(4)包括排水罩(41)、通气管(42)和气泵，所述排水罩(41)长度方向的两端均呈开口状设置，所述排水罩(41)的一端连接于密封罩(1)，且所述工作开口位于排水罩(41)围成的区域内，所述排水罩(41)上开设有至少一个通气孔，每个所述通气孔内均连接有通气管(42)，所述通气管(42)的一端连通于排水罩(41)内部，另一端连通于气泵。

4.根据权利要求3所述的水下焊接设备，其特征在于：所述排水罩(41)远离密封罩(1)的端面相对于排水罩(41)的轴线方向倾斜设置。

5.根据权利要求1所述的水下焊接设备，其特征在于：所述位置调节组件(3)包括第一丝杆模组(31)和第二丝杆模组(32)，所述第一丝杆模组(31)连接于密封罩(1)远离工作开口的内侧壁，所述第二丝杆模组(32)连接于第一丝杆模组(31)，所述第二丝杆模组(32)上连接有用于安装所述焊接组件(2)的安装架(6)，所述第一丝杆模组(31)和第二丝杆模组(32)分别用于驱动所述焊接组件(2)沿垂直于焊接用激光的方向移动，且所述第一丝杆模组(31)和第二丝杆模组(32)的驱动方向相互垂直。

6.根据权利要求1所述的水下焊接设备，其特征在于：所述密封罩(1)远离排水组件(4)的端部设置有用于和外部驱动设备对接的设备安装板(13)，所述密封罩(1)远离排水组件(4)的端面开设有线缆过孔(14)，所述密封罩(1)远离排水组件(4)的端面可拆卸连接有对应线缆过孔(14)设置的立柱法兰(15)。

7.根据权利要求1所述的水下焊接设备，其特征在于：所述水下焊接设备还包括信号连接于所述控制终端的焊接缺陷检测组件(5)，所述焊接缺陷检测组件(5)包括处理器、数据采集控制器以及设置于所述密封罩(1)内的多光学传感器组(51)，所述多光学传感器组(51)连接于激光焊接头(21)；

所述多光学传感器组(51)用于获取焊接过程中被焊接部位所辐射的光信号，并将所述光信号转换成电信号，即焊缝检测信号并发送至所述数据采集控制器；所述数据采集控制器用于基于从多光学传感器处接收到的焊缝检测信号，生成对应于本次焊接过程的焊缝检测数据并传输给处理器；所述处理器用于对接收到的所述焊缝检测数据进行分析处理，从而判断工件焊接质量的优劣。

8.根据权利要求1所述的水下焊接设备，其特征在于：所述处理器包括信号接收模块(101)、信号对比模块(102)、缺陷判定模块(103)、缺陷原因识别模块(104)和结果反馈模块(105)；

所述信号接收模块(101)用于接收数据采集控制器所发出的焊缝检测数据，并传输给所述信号对比模块(102)；

所述信号对比模块(102)用于将所述焊缝检测数据和预先存储有的标准焊缝数据进行对比，并将对比结果传输至所述缺陷判定模块(103)；

所述缺陷判定模块(103)用于基于所述对比结果和预设有的判断标准，判断所述焊缝检测数据是否存在异常，当判断出所述焊缝检测数据存在异常时，所述缺陷判断模块还用于判断存在异常的所述焊缝检测数据的异常类型并传输给所述缺陷原因识别模块(104)；

所述缺陷原因识别模块(104)用于基于接收到的异常类型，以及预存有的异常类型和缺陷原因的对应关系，判断出存在异常的所述焊缝检测数据所对应的缺陷原因；

所述结果反馈模块(105)用于向工作人员反馈所述缺陷原因。

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