CN117001108A - 一种管道全位置自动焊接方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种管道全位置自动焊接方法及***，其中方法包括：控制管道焊接装置从预设的焊接起始点，沿待焊接管道移动一周，以获取待焊接管道的全管道环焊缝坡口尺寸信息；接收全管道环焊缝坡口尺寸信息，并根据全管道环焊缝坡口尺寸信息计算得到待焊接管道全管道对应的基础焊接参数并保存；基于基础焊接参数，控制管道焊接装置从焊接起始点绕待焊接管道进行移动；同时，实时获取管道焊接装置在移动时的角度偏转值；根据角度偏转值确定管道焊接装置的当前位置，调用当前位置对应的基础焊接参数，作为目标焊接参数控制管道焊接装置对待焊接管道进行焊接。通过本发明，实现了真正的焊接工艺数字化、焊接过程自动化，提高了焊接质量和焊接效率。

Description

一种管道全位置自动焊接方法及***

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种管道全位置自动焊接方法及***。

背景技术

近年来，我国能源需求日益增长，管道是输送石油、天然气、水和其他能源的主要途径，在工业生产中扮演者重要的角色。管道自动焊是一种高效、精确和可靠的焊接技术，一直是管道焊接领域热门的研究方向。管道自动焊技术的使用可以提高焊接效率、提升焊接质量。

管道自动焊设备对坡口加工、组对精度及焊接导轨安装误差的要求较高，由此影响了环焊缝的焊接质量。且焊接过程需要焊工紧盯熔池并实时调整焊枪位置才能保证焊缝的对中，对焊工熟练程度要求较高，限制了产品的大规模推广。现有技术中，为了解决对焊工专业要求较高的问题，提出了一种基于视觉传感的焊缝实时跟踪的管道焊接方法，该方法的焊接过程和焊缝图像采集是同时进行的，而焊接过程中产生的焊接弧光、飞溅会对图像采集产生影响，从而影响跟踪效果。另外，管道全位置焊接包括了平焊、立焊和仰焊，管道不同部位焊接工艺参数差距大，在实际管道焊接过程中，由于视觉***图像处理速度、***间数据通信传输速度受限，焊缝存在质量缺陷，成型质量低下，无法通过实时跟踪焊缝实现有效焊接。

发明内容

为此，本发明提供一种管道全位置自动焊接方法及***，旨在解决现有技术中焊缝实时跟踪的管道焊接方法存在焊接过程产生的焊接弧光、飞溅影响图像采集、视觉***图像处理速度和数据通信传输速度受限的缺陷，无法实现高质量焊缝焊接的技术问题。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

依据本发明第一方面，本发明提供一种管道全位置自动焊接方法，应用于主控装置，所述方法包括：

控制管道焊接装置从预设的焊接起始点，沿待焊接管道移动一周，以便所述管道焊接装置获取所述待焊接管道的全管道环焊缝坡口尺寸信息；

接收所述全管道环焊缝坡口尺寸信息，并根据所述全管道环焊缝坡口尺寸信息计算得到所述待焊接管道全管道对应的基础焊接参数并保存；

基于所述基础焊接参数，控制所述管道焊接装置从所述焊接起始点绕所述待焊接管道进行移动；同时，实时获取所述管道焊接装置在移动时的角度偏转值；

根据所述角度偏转值确定所述管道焊接装置的当前位置，调用所述当前位置对应的基础焊接参数，作为目标焊接参数控制所述管道焊接装置对所述待焊接管道进行焊接。

可选地，所述控制管道焊接装置从预设的焊接起始点，沿所述待焊接管道移动一周之前，所述方法还包括：

利用预设划分规则将所述待焊接管道划分为多个分区位置；

所述获取所述待焊接管道的全管道环焊缝坡口尺寸信息，具体包括：

利用激光三角法原理实时监测所述待焊接管道对应各分区位置中包含的多个管道采样点焊缝的管道环焊缝坡口尺寸信息；

其中，所述管道环焊缝坡口尺寸信息包括坡口宽度、坡口深度以及坡口角度。

可选地，所述根据所述全管道环焊缝坡口尺寸信息计算得到所述待焊接管道全管道对应的基础焊接参数，具体包括：

根据各分区位置中的多个管道采样点的管道环焊缝坡口尺寸信息，分别基于摆动宽度控制算法、焊缝中心坐标值算法、焊接速度控制算法以及其他参数匹配算法计算各所述管道采样点的基础焊接参数；

对各所述管道采样点的基础焊接参数进行差值计算和平滑过渡，得到各所述分区位置对应的基础焊接参数；

其中，所述基础焊接参数包括焊缝中心点坐标值、摆动宽度、摆动频率、焊接速度、送丝速度、电压、电流以及摆心左右运动轨迹、摆心高低运动轨迹。

可选地，所述焊缝中心坐标值算法为计算所述管道采样点焊缝的坡口宽度的中间值，作为所述管道采样点焊缝的焊缝中心坐标值；和/或，

所述摆动宽度控制算法为利用所述管道采样点焊缝包含的焊道数和坡口宽度计算焊道宽度，作为所述管道采样点焊缝的摆动宽度；和/或，

所述焊接速度控制算法为利用管道采样点焊缝的摆动宽度和预设焊道厚度计算熔敷速度，并基于所述熔敷速度确定焊接速度；和/或，

所述其他参数匹配算法为根据所述管道采样点焊缝的焊缝中心坐标值、摆动宽度、熔敷速度以及焊接速度确定当满足焊道厚度动态平衡时，焊枪的摆动频率、送丝速度、电压、电流以及摆心左右运动轨迹、摆心高低运动轨迹。

可选地，所述根据所述角度偏转值确定所述管道焊接装置的当前位置，具体包括：

根据所述管道焊接装置在移动时的角度偏转值确定所述管道焊接装置的空间位置坐标；

基于所述空间位置坐标确定所述管道焊接装置当前所在的分区位置。

可选地，所述控制所述管道焊接装置从所述焊接起始点绕所述待焊接管道进行移动，具体包括：

基于所述管道焊接装置的工作模式控制所述管道焊接装置从所述焊接起始点绕所述待焊接管道进行移动；

其中，所述工作模式包括左舷模式和右舷模式。

依据本发明第一方面，本发明提供一种管道全位置自动焊接***，所述***包括管道焊接装置和主控装置；

其中，所述管道焊接装置包含激光视觉传感单元、倾角传感单元、行走单元以及焊接操作单元；所述管道焊接装置中各功能单元分别与所述主控装置通讯连接；

所述激光视觉传感单元用于获取待焊接管道对应各分区位置中包含的多个管道采样点焊缝的管道环焊缝坡口尺寸信息；

所述行走单元用于驱动所述管道焊接装置执行行走操作；

所述倾角传感单元用于实时检测所述管道焊接装置在行走时的姿态，以计算所述管道焊接装置的角度偏转值；

所述主控装置包括主控单元，所述主控单元用于获取来自所述激光视觉传感单元的管道环焊缝坡口尺寸信息，并分别基于摆动宽度控制算法、焊缝中心坐标值算法、焊接速度控制算法以及其他参数匹配算法计算各所述管道采样点的基础焊接参数；所述主控单元还用于实时获取来自所述倾角传感单元的所述管道焊接装置的角度偏转值，根据所述基础焊接参数和所述角度偏转值确定所述管道焊接装置当前分区位置对应的目标焊接参数，并将所述目标焊接参数发送至所述焊接操作单元；

所述焊接操作单元用于根据所述目标焊接参数对所述待焊接管道执行管道焊接操作。

可选地，所述主控装置还包括行走驱动单元和人机组态单元中至少一个；

所述行走驱动单元，用于向所述管道焊接装置的行走单元发送行走操作指令；

所述人机组态单元为具有显示交互功能的计算机，用于集成运行自动化控制程序以及组态软件，以实时监控并显示所述管道焊接装置在焊接过程中产生的焊接数据。

可选地，所述管道全位置自动焊接***还包括焊接电源装置和电气辅助装置中至少一个；

所述焊接电源装置与所述焊接操作单元电连接，用于基于预设电流范围为所述焊接操作单元供电；

所述电气辅助装置与所述人机组态单元通讯连接，用于基于所述焊接数据对所述焊接操作单元进行保护气、压缩空气的恒压控制、恒流量控制，以及掉电保护控制。

可选地，所述管道全位置自动焊接***还包括设置于所述待焊接管道外侧的柔性导轨装置；

所述柔性导轨装置为采用多段导轨拼接而成的弹性导轨，用于搭载所述管道焊接装置，以使所述管道焊接装置在所述柔性导轨装置上绕所述待焊接轨道行走。

本发明采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：

通过本发明方案，提供了一种基于激光视觉传感示教的管道全位置自动焊接方法和***，包括管道焊接装置和主控装置；主控装置控制管道焊接装置从预设的焊接起始点，沿所述待焊接管道移动一周，以便所述管道焊接装置获取所述待焊接管道的全管道环焊缝坡口尺寸信息；接收所述全管道环焊缝坡口尺寸信息，并根据所述全管道环焊缝坡口尺寸信息计算得到所述待焊接管道全管道对应的基础焊接参数并保存；基于所述基础焊接参数，控制所述管道焊接装置从所述焊接起始点绕所述待焊接管道进行移动；同时，实时获取所述管道焊接装置在移动时的角度偏转值；根据所述角度偏转值确定所述管道焊接装置的当前位置，调用所述当前位置对应的基础焊接参数，作为目标焊接参数控制所述管道焊接装置对所述待焊接管道进行焊接。由此，本发明在焊接前先利用装配有激光视觉传感单元的管道焊接装置绕待焊接管道空走一周，得到全管道环焊缝坡口尺寸信息，基于全管道环焊缝坡口尺寸信息进行示教，自动计算规划全管道焊接参数，实现了真正的焊接过程自动化；不需要焊工在管道自动焊接过程中人为调整焊接工艺参数，还解决了目前市面上基于视觉传感的管道自动焊接方法易受焊接弧光、飞溅影响图像处理速度，数据通讯传输速度受限造成的实际焊接效果差的技术问题，提高了焊接质量和焊接效率，实现焊接工艺数字化，减轻人员工作强度，减少了可能发生的事故性损失。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明一实施例提供的管道全位置自动焊接方法的流程示意图；

图2示出了本发明一实施例提供的待焊接管道分区和右舷焊接方向示意图；

图3示出了本发明一实施例提供的管道全位置自动焊接***的结构示意图；

图4示出了本发明另一实施例提供的管道全位置自动焊接***的结构示意图；

图5示出了本发明另一实施例提供的管道焊接装置与柔性轨道的连接关系的简要示意图；

附图标记：1、待焊接管道；2、柔性导轨；3、管道焊接装置；4、倾角传感单元；5、激光视觉传感单元；6、工业面阵CCD相机；7、工业镜头；8、窄带滤光镜；9、“一”字线激光发射器。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明实施例提供了一种管道全位置自动焊接方法，应用于主控装置，所述主控装置可以为提供数据传输、指令下发的计算服务装置，与用于对待焊接管道执行焊接操作的管道焊接装置通讯连接，如图1所示，至少包括步骤S101～104：

步骤101：控制管道焊接装置从预设的焊接起始点，沿所述待焊接管道移动一周，以便所述管道焊接装置获取所述待焊接管道的全管道环焊缝坡口尺寸信息。

在控制管道焊接装置沿待焊接管道移动之前，可以先确定待焊接管道的焊接起始点，管道焊接装置在所述焊接起始点复位。具体地，待焊接管道的焊接起始点为激光视觉传感单元的扫描起始点，可以基于专家经验确定待焊接管道的焊接起始点。具体地，还可以设置沿所述待焊接管道外侧的柔性导轨装置，将管道焊接装置搭载于柔性导轨装置上，置于待焊接轨道的焊接起始点在柔性导轨装置上的对应位置。

进一步地，在控制管道焊接装置沿待焊接管道移动之前，本发明实施例还可以利用预设划分规则将所述待焊接管道划分为多个分区位置。例如，基于管道焊接装置的工作模式将所述待焊接管道划分为若干个分区位置。其中，管道焊接装置的工作模式可以分为左舷模式和右舷模式，即顺时针或逆时针焊接管道半边，每个工作模式的工作空间范围为0-180°。因此，可以将待焊接管道左侧和右侧分别平均划分12个区位，每个区位15°。如图2所示，可以将P0(0°/360°)作为焊接起始点，箭头方向即为右舷焊接方向。需要说明的是，实际应用中针对分区位置的划分方式可以根据需求进行设置，以上仅为举例，本发明对此不做限制。

进一步地，主控装置控制管道焊接装置绕所述待焊接管道空走一周，管道焊接装置上部署的激光视觉传感单元从焊接起始点开始对待焊接管道进行全管道扫描。激光视觉传感单元利用激光三角法原理在行走的同时实时获取所述待焊接管道对应各分区位置中包含的多个管道采样点焊缝的管道环焊缝坡口尺寸信息。其中，管道环焊缝坡口尺寸信息包括坡口宽度、坡口深度以及坡口角度。

步骤S102，接收所述全管道环焊缝坡口尺寸信息，并根据所述全管道环焊缝坡口尺寸信息计算得到所述待焊接管道全管道对应的基础焊接参数并保存。

主控装置与激光视觉传感单元可以通过基于TCP/IP协议的以太网连接，将各分区位置包含的多个管道采样点的管道环焊缝坡口尺寸信息发送至主控装置，由主控装置执行操作焊接工艺参数运算。

具体地，主控装置根据各分区位置中的多个管道采样点的管道环焊缝坡口尺寸信息，分别基于摆动宽度控制算法、焊缝中心坐标值算法、焊接速度控制算法以及其他参数匹配算法计算各所述管道采样点的基础焊接参数。其中，所述基础焊接参数为焊接所需的工艺参数，包括焊缝中心点坐标值、摆动宽度、摆动频率、焊接速度、送丝速度、电压、电流以及摆心左右运动轨迹、摆心高低运动轨迹等。

其中，所述焊缝中心坐标值算法为计算所述管道采样点焊缝的坡口宽度的中间值，作为所述管道采样点焊缝的焊缝中心坐标值。激光视觉传感单元针对管道采样点焊缝进行扫描时，“一”字激光会打在不同坡口类型的焊缝上，形成不同的特征拐点。例如，v型坡口会形成三个特征拐点，梯形坡口会形成四个特征拐点，利用opencv图像处理可以提取到特征拐点，计算坡口顶部的特征拐点间的长度即可得到坡口宽度，取坡口宽度的中间值即为焊缝中心点的坐标位置。所述摆动宽度控制算法为利用所述管道采样点焊缝包含的焊道数和坡口宽度计算焊道宽度，作为所述管道采样点焊缝的摆动宽度。当管道采样点焊缝包含多层焊道时，焊枪的摆动宽度即为焊道宽度，多层相加即为坡口宽度，因此可以利用焊道数和坡口宽度计算焊道宽度。所述焊接速度控制算法为利用管道采样点焊缝的摆动宽度和预设焊道厚度计算熔敷速度，并基于所述熔敷速度确定焊接速度。其中，熔敷速度是指单位时间内焊丝的融化速度，焊接速度是指管道焊接装置的行走速度，可以理解的是，焊接速度一定的情况下，熔敷速度越快，融化的焊丝越多，焊道厚度越厚。因此，可以根据预先设定的焊道厚度和摆动宽度计算出熔敷速度，继而计算出焊接速度。所述其他参数匹配算法为根据所述管道采样点焊缝的焊缝中心坐标值、摆动宽度、熔敷速度以及焊接速度确定当满足焊道厚度动态平衡时，焊枪的摆动频率、送丝速度、电压、电流以及摆心左右运动轨迹、摆心高低运动轨迹。也就是说，通过准确控制管道不同焊接位置的线能量输入，寻求不同位置处的最优参数配置，利用已有参数之间的关系，计算出焊道厚度的增量△h，其他参数的设置需要使△h＝0，保证在管道环焊缝的打底层，填充层和盖面层进行焊接时保持每层焊道具有一致的焊道厚度，并控制熔池的热量平衡和重力平衡，以保证连续、高质量的焊缝成型。

进而，主控装置可以对各所述管道采样点的基础焊接参数进行差值计算和平滑过渡，以得到各所述分区位置对应的基础焊接参数。

步骤S103，基于所述基础焊接参数，控制所述管道焊接装置从所述焊接起始点绕所述待焊接管道进行移动；同时，实时获取所述管道焊接装置在移动时的角度偏转值。

在主控装置计算得到针对待焊接管道全管道的基础焊接参数后，即可控制管道焊接装置执行焊接操作。具体地，控制管道焊接装置基于柔性导轨装置，从焊接起始点开始，基于所述管道焊接装置的工作模式(左舷模式或右舷模式)控制所述管道焊接装置绕待焊接管道起弧焊接。此时，管道焊接装置上部署的倾角传感单元实时监测所述管道焊接装置的角度偏转值，以确定管道焊接装置所在的分区位置。

步骤S104，根据所述角度偏转值确定所述管道焊接装置的当前位置，调用所述当前位置对应的基础焊接参数，作为目标焊接参数控制所述管道焊接装置对所述待焊接管道进行焊接。

其中，倾角传感单元可以实时监测所述管道焊接装置的所在分区位置，具体通过根据所述管道焊接装置在柔性导轨装置上行走时的角度偏转值确定所述管道焊接装置的空间位置坐标；基于所述空间位置坐标确定所述管道焊接装置当前所在的分区位置。即主控装置可以将管道焊接装置在行走时的角度偏转值转换为模拟空间位置量，得到管道焊接装置的空间位置坐标，从而确定管道焊接装置所在的分区位置，以调取来自主控装置的对应分区位置的基础焊接参数，作为当前的目标焊接参数。进而，管道焊接装置的焊接操作单元实时接收当前分区位置对应的目标焊接参数，基于目标焊接参数控制焊接操作单元的动作以及其他适配单元的供给参数(焊接电源装置供给电流、电压等)，执行焊接操作。

本发明实施例提供了一种应用于主控装置的管道全位置自动焊接方法，控制管道焊接装置从预设的焊接起始点，沿所述待焊接管道移动一周，以便所述管道焊接装置获取所述待焊接管道的全管道环焊缝坡口尺寸信息；接收所述全管道环焊缝坡口尺寸信息，并根据所述全管道环焊缝坡口尺寸信息计算得到所述待焊接管道全管道对应的基础焊接参数并保存；基于所述基础焊接参数，控制所述管道焊接装置从所述焊接起始点绕所述待焊接管道进行移动；同时，实时获取所述管道焊接装置在移动时的角度偏转值；根据所述角度偏转值确定所述管道焊接装置的当前位置，调用所述当前位置对应的基础焊接参数，作为目标焊接参数控制所述管道焊接装置对所述待焊接管道进行焊接。由此，本发明基于全管道环焊缝坡口尺寸信息进行示教，自动计算规划全管道焊接参数，实现了真正的焊接过程自动化；不需要焊工在管道自动焊接过程中人为调整焊接工艺参数，还解决了目前市面上基于视觉传感的管道自动焊接方法易受焊接弧光、飞溅影响图像处理速度，数据通讯传输速度受限造成的实际焊接效果差的技术问题，提高了焊接质量和焊接效率，实现焊接工艺数字化，减轻人员工作强度，减少了可能发生的事故性损失。

为了进一步加深对本发明的理解，本发明实施例还提出一种管道全位置自动焊接***，如图3所示，所述***包括管道焊接装置310和主控装置320。

所述管道焊接装置310包含激光视觉传感单元311、倾角传感单元312、行走单元313以及焊接操作单元314；所述管道焊接装置310中各功能单元分别与所述主控装置320通讯连接。

本发明实施例中的管道焊接装置310可以为一可机械行走的管道焊接机器人，该管道焊接机器人部署有多个功能单元311-314。其中，所述行走单元313可以安装于底部，用于驱动行走电机，使所述管道焊接装置310绕待焊接管道执行行走操作。所述激光视觉传感单元311可以部署于管道焊接机器人靠近待焊接管道的侧端，用于获取待焊接管道的全管道环焊缝坡口尺寸信息，即待焊接管道对应各分区位置中包含的多个管道采样点焊缝的管道环焊缝坡口尺寸信息。所述倾角传感单元312用于实时检测所述管道焊接机器人在行走时的姿态，以计算所述管道焊接机器人的角度偏转值。需要说明的是，激光视觉传感单元311和倾角传感单元312均可以通过以太网通信连接主控装置320，以将获取的全管道环焊缝坡口尺寸信息和角度偏转值发送至主控装置320。所述主控装置320可以为提供数据传输、指令下发的计算服务装置，用于接收来自所述管道焊接装置的所述全管道环焊缝坡口尺寸信息以及所述角度偏转值，并根据所述全管道环焊缝坡口尺寸信息以及所述角度偏转值计算得到目标焊接参数，并将所述目标焊接参数发送至所述焊接操作单元314。具体地，主控装置320包括主控单元321，主控单元321为执行焊接工艺参数运算的服务器，用于获取来自所述激光视觉传感单元311的管道环焊缝坡口尺寸信息，并分别基于摆动宽度控制算法、焊缝中心坐标值算法、焊接速度控制算法以及其他参数匹配算法计算各所述管道采样点的基础焊接参数；所述主控单元321还用于实时获取来自所述倾角传感单元312的所述管道焊接装置的角度偏转值，根据所述基础焊接参数和所述角度偏转值确定所述管道焊接装置310当前分区位置对应的目标焊接参数，并将所述目标焊接参数发送至所述焊接操作单元314。所述焊接操作单元314用于根据所述目标焊接参数对所述待焊接管道执行管道焊接操作，具体地，焊接操作单元314可以通过驱动摆动电机实现焊枪左右方向摆动的宽度和摆动的速度的控制，通过驱动升降电机实现焊枪高低方向的位置的调整，通过驱动送丝电机实现送丝机构送丝速度的控制等。需要说明的是，本发明实施例中的激光视觉传感单元311预先扫描待焊接管道的全管道环焊缝坡口尺寸信息，将全管道环焊缝坡口尺寸信息发送至主控装置320计算针对待焊接管道全方位的目标焊接参数并保存。焊接操作单元314在管道焊接装置310绕待焊接管道行走，执行焊接操作时，调取当前所在位置的目标焊接参数对待焊接管道进行焊接操作。

本发明实施例提供的一种管道全位置自动焊接***，基于全管道环焊缝坡口尺寸信息进行示教，自动计算规划全管道焊接参数，实现了真正的焊接过程自动化；解决了目前市面上基于视觉传感的焊缝实时跟的管道自动焊接方法易受焊接弧光、飞溅影响图像处理速度的技术问题。

进一步地，本发明实施例提供的一种管道全位置自动焊接***，如图4所示，所述主控装置320还可以包括行走驱动单元322以及人机组态单元323。

其中，行走驱动单元322可以为承担管道焊接机器人行走逻辑的服务器，用于向行走单元313发送行走操作指令，以控制行走单元313驱动管道焊接机器人绕待焊接管道行走。人机组态单元323可以为具有显示交互功能的计算机，用于集成运行自动化控制程序以及组态软件，以实时监控并显示所述管道焊接装置在焊接过程中产生的焊接数据。例如，人机组态单元323可以为集成PC机功能和触摸屏功能的紧凑型平板电脑，可同时运行软PLC自动化控制程序和组态软件，且软PLC自动化控制程序和组态软件可以通过ADS通信接口进行实时的数据通讯，以实现对焊接过程进行实时监控和数据采集。

可选地，本发明实施例提出的管道全位置自动焊接***还可以包括焊接电源装置330、电气辅助装置340以及设置于待焊接管道外侧的柔性导轨装置350。

其中，所述焊接电源装置330与所述焊接操作单元314电连接，焊接电源装置330为可以控制电流上下限的电源提供装置，用于基于预设电流范围为所述焊接操作单元供电。所述电气辅助装置340与所述人机组态单元323通讯连接，用于基于所述焊接数据对所述焊接操作单元进行保护气、压缩空气的恒压控制、恒流量控制，以及掉电保护控制。柔性导轨装置350采用采用多段导轨拼接，通过连接块和卡扣固定，拼接成一个完整的弹性导轨，固定在待焊接管道上，可应对不同的待焊接管道的管径需求。柔性导轨装置350用于搭载所述管道焊接装置，以使所述管道焊接装置在所述柔性导轨装置上绕所述待焊接轨道行走。1、待焊接管道；2、柔性导轨；3、管道焊接装置；4、倾角传感单元；5、激光视觉传感单元；6、工业面阵CCD相机；7、工业镜头；8、窄带滤光镜；9、“一”字线激光发射器。

如图5所示，为所述管道焊接装置3与柔性导轨2的连接关系。可以看出，柔性导轨2固定在待焊接管道1侧端，管道焊接装置3搭载于柔性导轨2上，绕柔性导轨2行走。管道焊接装置3上还部署有倾角传感单元4和激光视觉传感单元5。本发明实施例中，激光视觉传感单元5外部集成有工业面阵CCD相机6、工业镜头7、窄带滤光片8以及“一”字线激光发射器9，激光视觉传感单元5通过机械连接装置固定在管道焊接装置3上，机械连接装置可实现高低位置和角度的调整，也就是说，在管道焊接装置3在绕待焊接管道1行走时，激光视觉传感单元5可以调整位置和角度以瞄准待焊接管道1进行扫描。

需要说明的是，本发明实施例中，为了保障各功能单元与主控装置320的通讯连接，主控单元321可以集成EtherCAT以太网端口，EtherCAT是直达I/O级的实时以太网。通过EtherCAT至各功能单元的适配器模块，完成了各功能单元数据的实时汇集与交换，这些数据可以由软PLC自动化控制程序执行访问、监控和采集。CAN总线挂接在EtherCAT总线下进行高速数据交换，管道焊接装置310包含的多个伺服电机驱动以及焊接电源装置340、倾角传感单元312作为CAN-open从站挂接到CAN总线上，完成CAN-open主从站的数据通讯，倾角传感单元312、激光视觉传感单元311通过TCP/IP协议与主控单元321进行通讯，主控单元321通过接收到的数据计算并存储待焊接管道的各个分区位置的目标焊接参数，焊接电源装置340以管道焊接装置310所在位置的目标焊接参数对焊接操作单元314进行供电，实现目标焊接参数的连续变化。电气辅助装置340通过Profibus-DP通讯总线，基于软PLC自动化控制程序的I/O映像区完成保护气、压缩空气的恒压控制和恒流量控制以及供电***的监控与掉电保护控制。

本发明实施例提供的一种管道全位置自动焊接***，解决了目前市面上功能模块之间数据通讯传输速度受限，实际焊接效果差的技术问题，还可以适用于不同的管道规格，在大型管道自动焊接领域有着广阔的应用前景。

需要说明的是，本发明实施例提供的一种管道全位置自动焊接***所涉及各功能模块的其他相应描述，可以参考图1所述方法的对应描述，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述描述的***、装置、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，为简洁起见，在此不另赘述。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以物理上相互独立，也可以两个或两个以上功能单元集成在一起，还可以全部功能单元都集成在一个处理单元中。上述集成的功能单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件或者固件的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解：所述集成的功能单元如果以软件的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，其包括若干指令，用以使得一台计算设备(例如个人计算机，服务器，或者网络设备等)在运行所述指令时执行本发明各实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)，磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

或者，实现前述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件(诸如个人计算机，服务器，或者网络设备等的计算设备)来完成，所述程序指令可以存储于一计算机可读取存储介质中，当所述程序指令被计算设备的处理器执行时，所述计算设备执行本发明各实施例所述方法的全部或部分步骤。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：在本发明的精神和原则之内，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案脱离本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种管道全位置自动焊接方法，其特征在于，应用于主控装置，所述方法包括：

控制管道焊接装置从预设的焊接起始点，沿待焊接管道移动一周，以便所述管道焊接装置获取所述待焊接管道的全管道环焊缝坡口尺寸信息；

接收所述全管道环焊缝坡口尺寸信息，并根据所述全管道环焊缝坡口尺寸信息计算得到所述待焊接管道全管道对应的基础焊接参数并保存；

基于所述基础焊接参数，控制所述管道焊接装置从所述焊接起始点绕所述待焊接管道进行移动；同时，实时获取所述管道焊接装置在移动时的角度偏转值；

根据所述角度偏转值确定所述管道焊接装置的当前位置，调用所述当前位置对应的基础焊接参数，作为目标焊接参数控制所述管道焊接装置对所述待焊接管道进行焊接。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制管道焊接装置从预设的焊接起始点，沿所述待焊接管道移动一周之前，所述方法还包括：

利用预设划分规则将所述待焊接管道划分为多个分区位置；

所述获取所述待焊接管道的全管道环焊缝坡口尺寸信息，具体包括：

利用激光三角法原理实时监测所述待焊接管道对应各分区位置中包含的多个管道采样点焊缝的管道环焊缝坡口尺寸信息；

其中，所述管道环焊缝坡口尺寸信息包括坡口宽度、坡口深度以及坡口角度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述全管道环焊缝坡口尺寸信息计算得到所述待焊接管道全管道对应的基础焊接参数，具体包括：

根据各分区位置中的多个管道采样点的管道环焊缝坡口尺寸信息，分别基于摆动宽度控制算法、焊缝中心坐标值算法、焊接速度控制算法以及其他参数匹配算法计算各所述管道采样点的基础焊接参数；

对各所述管道采样点的基础焊接参数进行差值计算和平滑过渡，得到各所述分区位置对应的基础焊接参数；

其中，所述基础焊接参数包括焊缝中心点坐标值、摆动宽度、摆动频率、焊接速度、送丝速度、电压、电流以及摆心左右运动轨迹、摆心高低运动轨迹。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述焊缝中心坐标值算法为计算所述管道采样点焊缝的坡口宽度的中间值，作为所述管道采样点焊缝的焊缝中心坐标值；和/或，

所述摆动宽度控制算法为利用所述管道采样点焊缝包含的焊道数和坡口宽度计算焊道宽度，作为所述管道采样点焊缝的摆动宽度；和/或，

所述焊接速度控制算法为利用管道采样点焊缝的摆动宽度和预设焊道厚度计算熔敷速度，并基于所述熔敷速度确定焊接速度；和/或，

所述其他参数匹配算法为根据所述管道采样点焊缝的焊缝中心坐标值、摆动宽度、熔敷速度以及焊接速度确定当满足焊道厚度动态平衡时，焊枪的摆动频率、送丝速度、电压、电流以及摆心左右运动轨迹、摆心高低运动轨迹。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述角度偏转值确定所述管道焊接装置的当前位置，具体包括：

根据所述管道焊接装置在移动时的角度偏转值确定所述管道焊接装置的空间位置坐标；

基于所述空间位置坐标确定所述管道焊接装置当前所在的分区位置。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述管道焊接装置从所述焊接起始点绕所述待焊接管道进行移动，具体包括：

基于所述管道焊接装置的工作模式控制所述管道焊接装置从所述焊接起始点绕所述待焊接管道进行移动；

其中，所述工作模式包括左舷模式和右舷模式。

7.一种管道全位置自动焊接***，其特征在于，所述***包括管道焊接装置和主控装置；

其中，所述管道焊接装置包含激光视觉传感单元、倾角传感单元、行走单元以及焊接操作单元；所述管道焊接装置中各功能单元分别与所述主控装置通讯连接；

所述激光视觉传感单元用于获取待焊接管道对应各分区位置中包含的多个管道采样点焊缝的管道环焊缝坡口尺寸信息；

所述行走单元用于驱动所述管道焊接装置执行行走操作；

所述倾角传感单元用于实时检测所述管道焊接装置在行走时的姿态，以计算所述管道焊接装置的角度偏转值；

所述主控装置包括主控单元，所述主控单元用于获取来自所述激光视觉传感单元的管道环焊缝坡口尺寸信息，并分别基于摆动宽度控制算法、焊缝中心坐标值算法、焊接速度控制算法以及其他参数匹配算法计算各所述管道采样点的基础焊接参数；所述主控单元还用于实时获取来自所述倾角传感单元的所述管道焊接装置的角度偏转值，根据所述基础焊接参数和所述角度偏转值确定所述管道焊接装置当前分区位置对应的目标焊接参数，并将所述目标焊接参数发送至所述焊接操作单元；

所述焊接操作单元用于根据所述目标焊接参数对所述待焊接管道执行管道焊接操作。

8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述主控装置还包括行走驱动单元和人机组态单元中至少一个；

所述行走驱动单元，用于向所述管道焊接装置的行走单元发送行走操作指令；

所述人机组态单元为具有显示交互功能的计算机，用于集成运行自动化控制程序以及组态软件，以实时监控并显示所述管道焊接装置在焊接过程中产生的焊接数据。

9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述管道全位置自动焊接***还包括焊接电源装置和电气辅助装置中至少一个；

所述焊接电源装置与所述焊接操作单元电连接，用于基于预设电流范围为所述焊接操作单元供电；

所述电气辅助装置与所述人机组态单元通讯连接，用于基于所述焊接数据对所述焊接操作单元进行保护气、压缩空气的恒压控制、恒流量控制，以及掉电保护控制。

10.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述管道全位置自动焊接***还包括设置于所述待焊接管道外侧的柔性导轨装置；

所述柔性导轨装置为采用多段导轨拼接而成的弹性导轨，用于搭载所述管道焊接装置，以使所述管道焊接装置在所述柔性导轨装置上绕所述待焊接轨道行走。