CN204657707U - 3d扫描式管道全方位自动焊接机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种3D扫描式管道全方位自动焊接机。一种3D扫描式管道全方位自动焊接机，位于焊接管道的外缘采用连接件连接行走机构控制***，行走机构控制***通过焊炬摆动调节机构连接若干焊接***，所述的焊接***的末端连接自动送丝送气***；行走机构控制***的上端连接有环境数据监测***；所述的行走机构控制***的一侧采用可调节手臂连接3D扫描***。本实用新型的有益效果为：通过3D扫描装置预先将待焊管道焊缝进行3维立体扫描，精确的采集焊缝的图像和数据，并和环境数据监测***，采集的数据相结合由计算机控制***进行数据的整合和处理，得到更加精确的3维数据和图像，最终将整合处理后的数据传输到执行***。

Description

3D扫描式管道全方位自动焊接机

技术领域

本实用新型属于天然气油气管道自动焊接技术领域，具体涉及一种3D扫描式管道全方位自动焊接机。

背景技术

随着现代自动化、信息化、数字化技术的日益成熟，代表自动化焊接技术的数字焊机，数字化控制技术已稳步进入市场。有力地促进了我国大型基础工程的焊接工艺，特别是焊接自动化技术的发展，油气管道的焊接自动化程度要求也日新月异。焊接自动化与智能化已经成为必然趋势，尤其是对于大口径、厚管壁的油气管道。随着长距离输气管道朝着高钢级、高压力、大口径、大厚壁方向发展，提高焊接速度和焊接质量是管道建设要解决的关键技术问题。我国的焊接产业正逐步走向“高效化、自动化、智能化”。目前，我国焊接界把实现焊接过程的自动化、智能化作为战略目标，发展焊接生产自动化和过程控制智能化，研究和开发新型技术。

焊接是制造业中传统的重要加工工艺方法之一,应用领域非常广泛。随着现代信息化、自动化技术的发展,焊接自动化与智能化已经成为必然趋势,尤其是对于大口径、厚管壁的油气管道。由于大型油气管道焊接一般都在野外作业,地形地貌复杂，焊接环境较差,管道移动困难,所以焊接施工难度很大。并且大型油气管道对焊接质量的要求较高。因为焊接质量的好坏直接关系到管线以后使用的安全性,所以运用精度更高，焊接质量更好的自动化焊接就显得尤为重要。

传统的自动化焊接是将送丝速度、焊车行走速度、焊枪振动频率作为三个因变量，置于一个空间坐标系中，以时间作为自变量，以焊接电流、电压作为边界条件，最后得出送丝速度、焊接小车行走速度、焊枪振动频率之间的关系进行焊接。在实际焊接时，每一次调节都是上述三个参数同时调节，来确保调节过程的准确性。但是这种传统自动化程度并不高，而且要求的精度和焊接质量也难以保证。

随着光、机、电以及计算机技术的快速发展，3D技术的研发与应用已经走过了几十年的前期摸索阶段，技术的成熟度、完善度、易用性、人性化、经济性等，都已经取得了巨大的突破；3D扫描也趋向于速度更快，精度更高、更轻便携带的方向发展，加之对所扫描对象没有限制的特性、3D扫描技术在更广泛的领域得到了应用。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型提供了一种3D立体全方位的检测和控制***。通过3D扫描***预先扫描焊缝的三维空间得到图像，将扫描到的图像和数据实时传输到计算机控制***，进行处理，然后由执行***执行焊接任务，以实现管道全位置多焊炬、快速高效、高质量的智能化焊接。

本实用新型所采用的技术方案为：一种3D扫描式管道全方位自动焊接机，位于焊接管道的外缘采用连接件连接行走机构控制***，行走机构控制***通过焊炬摆动调节机构连接若干焊接***，所述的焊接***的末端连接自动送丝送气***；行走机构控制***的上端连接有环境数据监测***；所述的行走机构控制***的一侧采用可调节手臂连接3D扫描***。

所述的环境数据监测***及3D扫描***采用有线或无线传输连接计算机控制***；所述的自动送丝送气***、焊接***、行走机构控制***及焊炬摆动调节机构采用有线或无线线路连接计算机控制***。

所述的连接件为永磁吸附轮，所述的永磁吸附轮至少设有2个，并且永磁吸附轮位于行走机构控制***与焊接管道之间。

所述的连接件为焊接导轨，所述的焊接导轨为圆环形结构，并且焊接导轨位于焊接管道的外缘。

所述的若干焊接***的前后位置分别设有若干焊炬，并且每一个焊炬的末端分别连接送丝机构及送气机构。

所述的焊炬至少设有2个，并且相邻两个焊炬的距离为10～20厘米。

所述的送气机构的内部为惰性气体。

所述的3D扫描***位于行走机构控制***一侧的前方或者后方。

优选为3D扫描***位于行走机构控制***一侧的前方。

本实用新型的有益效果为：将3D扫描技术应用于管道全位置自动焊接。与传统自动焊接有着本质不同。传统焊接是在执行焊接过程中根据实际情况调节焊接参数如送丝速度、振动频率等参数进行的焊接。但这些参数的调节是相互关联的，送丝速度调节合适了，振动频率、焊车速度却不一定合适，只有通过一定时间的摸索才能将几个参数调节匹配，操作繁琐，精细化程度低，而且极易受外界因素干扰。而本新型是通过3D扫描装置预先将待焊管道焊缝进行3维立体扫描，精确的采集焊缝的图像和数据，并和环境数据监测***，包括温度、风速、湿度等采集的数据相结合由计算机控制***进行数据的整合和处理，得到更加精确的3维数据和图像，最终将整合处理后的数据传输到执行***，通过执行***实现轨道式的全位置自动化焊接和永磁轮行走机构无轨道式的全位置自动化焊接。克服了传统技术的精度差、易受外界干扰、操作复杂等缺点。本***的精度更高、灵活性和机动性更大、适应性更强、操作便捷、便于野外焊接作业，而且焊接质量更好。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1结构俯视图；

图3是本实用新型另一的结构示意图；

图4是图3结构俯视图。

图中：1、计算机控制***；2、3D扫描***；3、环境数据监测***；4、自动送丝送气***；5、焊接***；6、行走机构控制***；7、焊炬摆动调节机构；8、永磁吸附轮；9、待焊管道；10、惰性气体；11、可调节手臂；12、焊接导轨；4-1、送丝机构；4-2、送气机构。

具体实施方式

如图1至图4所示，本实用新型提供了一种3D扫描式管道全方位自动焊接机，位于焊接管道9的外缘采用连接件连接行走机构控制***6，行走机构控制***6通过焊炬摆动调节机构7连接若干焊接***5，所述的焊接***5的末端连接自动送丝送气***4；行走机构控制***6的上端连接有环境数据监测***3；所述的行走机构控制***6的一侧采用可调节手臂11连接3D扫描***2。

环境数据监测***3及3D扫描***2采用有线或无线传输连接计算机控制***1；所述的自动送丝送气***4、焊接***5、行走机构控制***6及焊炬摆动调节机构7采用有线线路或者有线或无线线路连接计算机控制***1。

连接件为永磁吸附轮8，所述的永磁吸附轮8至少设有2个，并且永磁吸附轮8位于行走机构控制***6与焊接管道9之间。

连接件为焊接导轨12，所述的焊接导轨12为圆环形结构，并且焊接导轨12位于焊接管道9的外缘。

若干焊接***5的前后位置分别设有若干焊炬，并且每一个焊炬的末端分别连接送丝机构4-1及送气机构4-2。

焊炬至少设有2个，并且相邻两个焊炬的距离为10～20厘米。

送气机构4-2的内部为惰性气体10。

3D扫描***2位于行走机构控制***6一侧的前方或者后方。

优选为3D扫描***2位于行走机构控制***6一侧的前方。

连接件分为永磁吸附轮8和焊接导轨12两种方式，提高了焊接的精准度，增加了焊接方式及工作情况的多样性，适应场合多和便于操作等优点。

通过永磁吸附轮8将行走机构控制***6与焊接管道9连接，通过永磁吸附轮8自动行走实现无轨道式的全位置焊接，永磁吸附轮8具有移动平稳、机动性高和便于操作等优点，能做到环形缝的焊接、螺旋形缝的焊接及长条形缝的焊接等多种情况的焊接。

以焊接两个管道的连接处管缝为例，拼接完两个管道之后，将行走机构控制***6放置在两个管道的连接处，并使得3D扫描***2正对着连接处，控制行走机构控制***6绕着管道的周侧行走，3D扫描***2扫描一周，获取管缝的具体数据，并将该数据传输给计算机控制***1，经过计算机控制***1的处理，并将相应的数据传输给行走机构控制***6，行走机构控制***6运动，并控制焊接***5对管缝进行焊接，行走机构控制***6行走一周便可实现对管缝的焊接。

需要强调的是，在3D扫描***2位于行走机构控制***6前方时，在行走机构控制***6行走的过程中，3D扫描***2工作，由于3D扫描***2位于行走机构控制***6的前方，也就是说3D扫描***2位于焊接***5的前方，3D扫描的数据可通过计算机控制***1实时处理，同时焊接***5同时工作，实现3D扫描***2一边扫描一边焊接。

还需要解释的是，在焊接时，行走机构控制***6行走一圈，只能够焊接薄薄的一层，即厚度为2mm左右，而管缝的厚度一般达2cm，这就需要焊接***5往复焊接10次，相对应的，行走机构控制***6需要绕管道10圈，而通过设置多组焊接***5，在行走机构控制***6绕管道一圈时，便可实现多次焊接，从而减少行走机构绕圈的次数，提高工作效率。

当然，本实用新型并不限定于只对管道连接处的焊接，也可对管道其他需要焊接的地方进行焊接，其具体工作原理相同，在此就不再赘述。

通过焊接导轨12将行走机构控制***6与焊接管道9连接，焊接导轨12是行走机构控制***6在预先安装好的导轨上运行，实现轨道式的全位置焊接。

3D扫描***2主要是通过3D扫描仪扫描待焊管缝的3维空间得到数据和图像，主要有激光式和投影光栅两种方式；并且3D扫描***2可以根据焊接方式的需要分为先扫描后焊接和边扫描边焊接的方式进行。

激光扫描的特点是可以全天扫描、无需太阳光或光线的特别角度；直接出来数字产品，无需中间步骤就可直接出来xyz的坐标；可变的数据密度：根据距离，点间距可设定为＜1mm或>1000mm；高精度，方便携带，可以很快从远距离目标获取数据；激光式的测程更远，适合于大场景的扫描，多用于长距离扫描：＞3000m的距离；快速获取数据：每秒可获取数十万点数据。

投影光栅法的特点是采用非接触白光技术，避免对物体表面的接触，可以测量各种材料的模型，测量过程中被测物体可以任意翻转和移动，对物件进行多个视角的测量，***进行全自动拼接，轻松实现物体360高精度测量。并且能够在获取表面三维数据的同时，迅速的获取纹理信息，得到逼真的物体外形.光栅式测程较近，适用于一些小场景的扫描,多用于短距离扫描.现在我们用的最多的就是光栅式的三维扫描方式，这种精度要高很多。管道焊接可根据实际情况采取相应的扫描方式。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种3D扫描式管道全方位自动焊接机，其特征在于：位于焊接管道(9)的外缘采用连接件连接行走机构控制***(6)，行走机构控制***(6)通过焊炬摆动调节机构(7)连接若干焊接***(5)，所述的焊接***(5)的末端连接自动送丝送气***(4)；行走机构控制***(6)的上端连接有环境数据监测***(3)；所述的行走机构控制***(6)的一侧采用可调节手臂(11)连接3D扫描***(2)。

2.根据权利要求1所述的3D扫描式管道全方位自动焊接机，其特征在于：所述的环境数据监测***(3)及3D扫描***(2)采用有线或无线传输连接计算机控制***(1)；所述的自动送丝送气***(4)、焊接***(5)、行走机构控制***(6)及焊炬摆动调节机构(7)采用有线或无线线路连接计算机控制***(1)。

3.根据权利要求1所述的3D扫描式管道全方位自动焊接机，其特征在于：所述的连接件为永磁吸附轮(8)，所述的永磁吸附轮(8)至少设有2个，并且永磁吸附轮(8)位于行走机构控制***(6)与焊接管道(9)之间。

4.根据权利要求1所述的3D扫描式管道全方位自动焊接机，其特征在于：所述的连接件为焊接导轨(12)，所述的焊接导轨(12)为圆环形结构，并且焊接导轨(12)位于焊接管道(9)的外缘。

5.根据权利要求1所述的3D扫描式管道全方位自动焊接机，其特征在于：所述的若干焊接***(5)的前后位置分别设有若干焊炬，并且每一个焊炬的末端分别连接送丝机构(4-1)及送气机构(4-2)。

6.根据权利要求5所述的3D扫描式管道全方位自动焊接机，其特征在于：所述的焊炬至少设有2个，并且相邻两个焊炬的距离为10～20厘米。

7.根据权利要求5所述的3D扫描式管道全方位自动焊接机，其特征在于：所述的送气机构(4-2)的内部为惰性气体(10)。

8.根据权利要求1所述的3D扫描式管道全方位自动焊接机，其特征在于：所述的3D扫描***(2)位于行走机构控制***(6)一侧的前方或者后方。

9.根据权利要求8所述的3D扫描式管道全方位自动焊接机，其特征在于：优选为3D扫描***(2)位于行走机构控制***(6)一侧的前方。