管道多點(diǎn)同步自動(dòng)焊預(yù)掃描式焊縫激光跟蹤方法及裝置制造方法
【專利摘要】一種管道多點(diǎn)同步自動(dòng)焊預(yù)掃描式焊縫激光跟蹤方法及裝置，屬于焊接【技術(shù)領(lǐng)域】。在施焊前，通過激光傳感器對焊縫進(jìn)行全位置精準(zhǔn)掃描，繪制出每個(gè)焊炬的運(yùn)動(dòng)軌跡及每個(gè)焊炬和焊縫中心位置的偏差值，將偏差信號傳送給控制系統(tǒng)，通過軟件程序進(jìn)行處理、識別、分段，按照對應(yīng)位置分配給每個(gè)焊炬的位置調(diào)整機(jī)構(gòu)，提前預(yù)知每個(gè)焊炬對應(yīng)焊縫位置的行走軌跡，自動(dòng)調(diào)整多個(gè)焊炬與焊縫中心的左右偏差，從而實(shí)現(xiàn)焊接過程中的焊縫跟蹤；采用預(yù)掃描式焊縫激光跟蹤技術(shù)完成對每一個(gè)焊炬行走軌跡的預(yù)設(shè)定，達(dá)到控制每個(gè)焊炬在各自焊接區(qū)域左右位置自動(dòng)調(diào)整的目的；管道多點(diǎn)同步自動(dòng)焊設(shè)備，焊炬和激光跟蹤系統(tǒng)分別安裝在兩個(gè)相互平行的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上。
【專利說明】管道多點(diǎn)同步自動(dòng)焊預(yù)掃描式焊縫激光跟蹤方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及管道多點(diǎn)同步自動(dòng)焊預(yù)掃描式焊縫激光跟蹤方法及裝置，屬于焊接【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]多點(diǎn)分段焊接技術(shù)與設(shè)備結(jié)構(gòu)有關(guān)，因?yàn)楹妇娴脑黾樱舭凑粘Ｒ?guī)焊縫跟蹤技術(shù)方案:焊接過程中一個(gè)焊炬需配備一套焊縫跟蹤系統(tǒng)，其硬件系統(tǒng)十分龐大、機(jī)械結(jié)構(gòu)笨重、控制軟件復(fù)雜、不易控制，成本上也非常昂貴。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供管道多點(diǎn)同步自動(dòng)焊預(yù)掃描式焊縫激光跟蹤方法及裝置。
[0004]管道多點(diǎn)同步自動(dòng)焊預(yù)掃描式焊縫激光跟蹤方法，含有以下步驟；
[0005]在施焊前，通過激光傳感器對焊縫進(jìn)行全位置精準(zhǔn)掃描，繪制出每個(gè)焊炬的運(yùn)動(dòng)軌跡及每個(gè)焊炬和焊縫中心位置的偏差值，將偏差信號傳送給控制系統(tǒng)，通過軟件程序進(jìn)行處理、識別、分段，按照對應(yīng)位置分配給每個(gè)焊炬的位置調(diào)整機(jī)構(gòu)，提前預(yù)知每個(gè)焊炬對應(yīng)焊縫位置的行走軌跡，自動(dòng)調(diào)整多個(gè)焊炬與焊縫中心的左右偏差，從而實(shí)現(xiàn)焊接過程中的焊縫跟蹤；
[0006]采用預(yù)掃描式焊縫激光跟蹤技術(shù)完成對每一個(gè)焊炬行走軌跡的預(yù)設(shè)定，達(dá)到控制每個(gè)焊炬在各自焊接區(qū)域左右位置自動(dòng)調(diào)整的目的；
[0007]管道多點(diǎn)同步自動(dòng)焊設(shè)備，焊炬和激光跟蹤系統(tǒng)分別安裝在兩個(gè)相互平行的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，8個(gè)焊炬以一個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡和激光跟蹤系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌跡平行；
[0008]焊縫跟蹤軌跡計(jì)算為:將管道分為左右兩個(gè)半圓，每個(gè)半圓分成4段，分別對應(yīng)不同的焊炬實(shí)現(xiàn)圓周焊接(整個(gè)圓周共分布8個(gè)焊炬)；每段的運(yùn)動(dòng)距離為45°角對應(yīng)的圓弧長度，如圖1 ;施焊前進(jìn)行預(yù)掃描，左右各一激光跟蹤系統(tǒng)從O點(diǎn)位置到6點(diǎn)位置，沿管道左右兩半圓焊縫運(yùn)行，將O?6點(diǎn)不同位置的焊縫偏差量計(jì)算出來，傳送給控制器，進(jìn)行數(shù)據(jù)編程、分段，識別；在施焊過程中，每個(gè)焊炬根據(jù)控制系統(tǒng)的位置偏移量自動(dòng)調(diào)整，提前確定每個(gè)焊炬的運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)焊縫對中；
[0009]具體步驟如下；
[0010]確定基準(zhǔn)點(diǎn):激光跟蹤系統(tǒng)和焊炬的基準(zhǔn)點(diǎn)必須一致，都以O(shè)點(diǎn)正對焊縫中心的位置為基準(zhǔn)點(diǎn)，激光跟蹤系統(tǒng)將光線投射在該位置，從O?6點(diǎn)位置進(jìn)行掃描；通過角度傳感器，將每一度的光線行走軌跡與基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行比較，得出每一度位置與焊縫中心的左右位置差值，組成二維數(shù)組，因?yàn)楹妇婧图す飧櫹到y(tǒng)運(yùn)動(dòng)軌跡是相互平行的，又是同一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，因此激光跟蹤系統(tǒng)掃描出的左右位置的偏差值就是焊炬的實(shí)際偏差值；
[0011]數(shù)據(jù)處理:將偏差值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集，將不同位置偏差值的二維數(shù)組分配給相對應(yīng)的焊炬；0°?45°的偏差數(shù)據(jù)傳送給#1焊炬，45°?90°的偏差數(shù)據(jù)傳送給#2焊炬，90°?135°的偏差數(shù)據(jù)傳送給#3焊炬，135°?180°的偏差數(shù)據(jù)傳送給#4焊炬；
[0012]確定每個(gè)焊炬的初始位置:以#1焊炬到基準(zhǔn)點(diǎn)的距離為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算運(yùn)動(dòng)距離，再根據(jù)激光跟蹤系統(tǒng)測量的0°位置、45°位置、90°位置、135°位置(即每個(gè)焊炬的起始焊接位置)的偏差量進(jìn)行加或減的計(jì)算，確定出每一個(gè)焊炬運(yùn)動(dòng)到焊縫中心位置的距離，完成施焊前每個(gè)焊炬的自動(dòng)對中；焊接開始，對應(yīng)每個(gè)焊炬所分配的偏差值，每個(gè)焊炬自動(dòng)的調(diào)整左右位置消除偏差量，保證在焊接過程中始終對準(zhǔn)焊縫中心，完成焊縫的自動(dòng)跟蹤。
[0013]一種管道多點(diǎn)同步自動(dòng)焊預(yù)掃描式焊縫激光跟蹤裝置，其特征在#1焊炬、#2焊炬、#3焊炬、#4焊炬、#5焊炬、#6焊炬、#7焊炬和#8焊炬位于工作臺的圓周外，#1焊炬、#2焊炬、#3焊炬、#4焊炬、#5焊炬、#6焊炬、#7焊炬和#8焊炬之間的角度:#1焊炬與#2焊炬之間的角度為45度，#3焊炬與#2焊炬之間的角度為45度，#3焊炬與#4焊炬之間的角度為45度，#4焊炬與#5焊炬之間的角度為45度，#5焊炬與#6焊炬之間的角度為45度，#6焊炬與#7焊炬之間的角度為45度，#7焊炬與#8焊炬之間的角度為45度，#1焊炬與#8焊炬之間的角度為45度。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是采用預(yù)掃描式焊縫激光跟蹤技術(shù)完成對每一個(gè)焊炬行走軌跡的預(yù)設(shè)定，達(dá)到控制每個(gè)焊炬在各自焊接區(qū)域左右位置自動(dòng)調(diào)整的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)，但此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定，如圖其中:
[0016]圖1管道多點(diǎn)同步自動(dòng)焊焊炬裝置示意圖；
[0017]圖2預(yù)掃描式激光跟蹤焊縫原理圖；
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

【具體實(shí)施方式】
[0019]顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本發(fā)明的宗旨所做的許多修改和變化屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020]實(shí)施例1:如圖1、圖2所示，管道多點(diǎn)同步自動(dòng)焊預(yù)掃描式焊縫激光跟蹤裝置，#1焊炬1、#2焊炬2、#3焊炬3、#4焊炬4、#5焊炬5、#6焊炬6、#7焊炬7和#8焊炬8位于工作臺的圓周外，#1焊炬1、#2焊炬2、#3焊炬3、#4焊炬4、#5焊炬5、#6焊炬6、#7焊炬7和#8焊炬8之間的角度:#1焊炬I與#2焊炬2之間的角度為45度，#3焊炬3與#2焊炬2之間的角度為45度，#3焊炬3與M焊炬4之間的角度為45度，#4焊炬4與#5焊炬5之間的角度為45度，#5焊炬5與#6焊炬6之間的角度為45度，#6焊炬6與#7焊炬7之間的角度為45度，#7焊炬7與#8焊炬8之間的角度為45度，#1焊炬I與#8焊炬8之間的角度為45度。
[0021]激光跟蹤系統(tǒng)選用META公司的SLS-050，激光條紋15mm?20mm沿一定角度投射在焊縫中，攝像機(jī)垂直采集激光條紋的圖像，在攝像機(jī)的景深(所謂景深，就是當(dāng)焦距對準(zhǔn)某一點(diǎn)時(shí)，其前后都仍可清晰的范圍)范圍內(nèi)都能采集焊縫的坡口形狀，從攝像機(jī)觀察到的圖像由控制器中的處理器處理。圖像首先被采集并形成數(shù)字化的激光條紋圖像。然后軟件使用特定的設(shè)置(該設(shè)置取決于焊縫類型)將條紋分割成多條線段。利用這些線段，系統(tǒng)可以測量焊縫的位置，并將其轉(zhuǎn)化成以_計(jì)算的距離。這種轉(zhuǎn)化是使用在傳感頭中存儲的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)完成的，采集點(diǎn)數(shù)20?30個(gè)每秒。
[0022]一種管道多點(diǎn)同步自動(dòng)焊預(yù)掃描式焊縫激光跟蹤方法，給定值與反饋值相比得出的差值通過存儲器存儲0-6點(diǎn)位置偏差值；角度傳感器進(jìn)行分區(qū)；將不同位置的偏差值分配給對應(yīng)的焊接單元；相應(yīng)位置的偏差值進(jìn)行左右位置計(jì)算；運(yùn)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)調(diào)整位置；運(yùn)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)連接焊槍，焊槍的信息連接傳感器，傳感器將模擬量給A/D放大器變換為反饋值；采集后的焊縫信號通過E1板卡，輸出O?1v模擬量，通過DCT-28B，8路16位AD轉(zhuǎn)換板，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，Ov對應(yīng)數(shù)字量為:0，1v對應(yīng)數(shù)字量為:216=65536傳送到控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
[0023]配合角度傳感器的使用，采用美國的NG360，測量精度達(dá)到0.01°，采集0°?180°的角度信號，通過角度傳感器的角度數(shù)據(jù)和激光跟蹤系統(tǒng)采集的偏差值組成二維數(shù)組，進(jìn)行數(shù)據(jù)分配。管徑為1219mm，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度為800mm/min，可以得出:大盤運(yùn)動(dòng)I。，需要的時(shí)間為:[(1/360) *1219/800]*60=0.25s。焊炬所走過的距離為:(1/360)*1219=3.38mm，距離很短因此焊炬調(diào)整可以按照1° 一調(diào)整來處理(這里調(diào)整的精度可以自己定義度數(shù)越小越精確)，所以激光跟蹤器采集偏差值為:(20?30) *0.25=5?8個(gè)。在
3.38mm的范圍內(nèi)焊炬的偏差值不會過大，因此這里采用求平均值的辦法將這些偏差值進(jìn)行加權(quán)平均，得出一個(gè)平均偏差值數(shù)，它和角度數(shù)據(jù)1°組成一個(gè)數(shù)據(jù)。以此類推，從0°?45°就有45個(gè)數(shù)據(jù)，就組成了 #1焊炬I的二維數(shù)組。同樣#2焊炬2、#3焊炬3、#4焊炬
4、#5焊炬5、#6焊炬6、#7焊炬7、#8焊炬8同樣得出。45個(gè)數(shù)據(jù)需要進(jìn)行差值計(jì)算，例如在1°是偏差值為2mm，2°偏差值為4_，這些偏差值都是相對于基準(zhǔn)點(diǎn)0°得到的，因此當(dāng)#1焊炬I在1°位置調(diào)整了焊炬位置后，到2°位置時(shí)它的偏差值就不是4_而是4mm-2mm=2mm，所以在編程過程中一定要采用差值計(jì)算方式，隨著度數(shù)的增加偏差值為該位置的偏差值減去前面所有位置的偏差值，得到最終的位置調(diào)整數(shù)據(jù)。
[0024]通過分配偏差值，給出一個(gè)中間變量，焊槍左右運(yùn)動(dòng)程序中加入這個(gè)變量，當(dāng)沒有差值時(shí)，焊槍正常運(yùn)動(dòng)。當(dāng)有差值時(shí)，經(jīng)過變量計(jì)算，焊槍按照計(jì)算出的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，完成焊炬的自動(dòng)對中。
[0025]如上所述，對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)地說明，但是只要實(shí)質(zhì)上沒有脫離本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)及效果可以有很多的變形，這對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。因此，這樣的變形例也全部包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種管道多點(diǎn)同步自動(dòng)焊預(yù)掃描式焊縫激光跟蹤方法，其特征在于含有以下步驟； 在施焊前，通過激光傳感器對焊縫進(jìn)行全位置精準(zhǔn)掃描，繪制出每個(gè)焊炬的運(yùn)動(dòng)軌跡及每個(gè)焊炬和焊縫中心位置的偏差值，將偏差信號傳送給控制系統(tǒng)，通過軟件程序進(jìn)行處理、識別、分段，按照對應(yīng)位置分配給每個(gè)焊炬的位置調(diào)整機(jī)構(gòu)，提前預(yù)知每個(gè)焊炬對應(yīng)焊縫位置的行走軌跡，自動(dòng)調(diào)整多個(gè)焊炬與焊縫中心的左右偏差，從而實(shí)現(xiàn)焊接過程中的焊縫跟蹤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管道多點(diǎn)同步自動(dòng)焊預(yù)掃描式焊縫激光跟蹤方法，其特征在于采用預(yù)掃描式焊縫激光跟蹤技術(shù)完成對每一個(gè)焊炬行走軌跡的預(yù)設(shè)定，達(dá)到控制每個(gè)焊炬在各自焊接區(qū)域左右位置自動(dòng)調(diào)整的目的； 管道多點(diǎn)同步自動(dòng)焊設(shè)備，焊炬和激光跟蹤系統(tǒng)分別安裝在兩個(gè)相互平行的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，8個(gè)焊炬以一個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡和激光跟蹤系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌跡平行； 焊縫跟蹤軌跡計(jì)算為:將管道分為左右兩個(gè)半圓，每個(gè)半圓分成4段，分別對應(yīng)不同的焊炬實(shí)現(xiàn)圓周焊接(整個(gè)圓周共分布8個(gè)焊炬);每段的運(yùn)動(dòng)距離為45°角對應(yīng)的圓弧長度；施焊前進(jìn)行預(yù)掃描，左右各一激光跟蹤系統(tǒng)從O點(diǎn)位置到6點(diǎn)位置，沿管道左右兩半圓焊縫運(yùn)行，將O?6點(diǎn)不同位置的焊縫偏差量計(jì)算出來，傳送給控制器，進(jìn)行數(shù)據(jù)編程、分段，識別；在施焊過程中，每個(gè)焊炬根據(jù)控制系統(tǒng)的位置偏移量自動(dòng)調(diào)整，提前確定每個(gè)焊炬的運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)焊縫對中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種管道多點(diǎn)同步自動(dòng)焊預(yù)掃描式焊縫激光跟蹤方法，其特征在于具體步驟如下； 確定基準(zhǔn)點(diǎn):激光跟蹤系統(tǒng)和焊炬的基準(zhǔn)點(diǎn)必須一致，都以O(shè)點(diǎn)正對焊縫中心的位置為基準(zhǔn)點(diǎn)，激光跟蹤系統(tǒng)將光線投射在該位置，從O?6點(diǎn)位置進(jìn)行掃描；通過角度傳感器，將每一度的光線行走軌跡與基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行比較，得出每一度位置與焊縫中心的左右位置差值，組成二維數(shù)組，因?yàn)楹妇婧图す飧櫹到y(tǒng)運(yùn)動(dòng)軌跡是相互平行的，又是同一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，因此激光跟蹤系統(tǒng)掃描出的左右位置的偏差值就是焊炬的實(shí)際偏差值； 數(shù)據(jù)處理:將偏差值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集，將不同位置偏差值的二維數(shù)組分配給相對應(yīng)的焊炬；O。?45°的偏差數(shù)據(jù)傳送給#1焊炬，45°?90°的偏差數(shù)據(jù)傳送給#2焊炬，90°?135°的偏差數(shù)據(jù)傳送給#3焊炬，135°?180°的偏差數(shù)據(jù)傳送給#4焊炬； 確定每個(gè)焊炬的初始位置:以#1焊炬到基準(zhǔn)點(diǎn)的距離為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算運(yùn)動(dòng)距離，再根據(jù)激光跟蹤系統(tǒng)測量的0°位置、45°位置、90°位置、135°位置(即每個(gè)焊炬的起始焊接位置)的偏差量進(jìn)行加或減的計(jì)算，確定出每一個(gè)焊炬運(yùn)動(dòng)到焊縫中心位置的距離，完成施焊前每個(gè)焊炬的自動(dòng)對中；焊接開始，對應(yīng)每個(gè)焊炬所分配的偏差值，每個(gè)焊炬自動(dòng)的調(diào)整左右位置消除偏差量，保證在焊接過程中始終對準(zhǔn)焊縫中心，完成焊縫的自動(dòng)跟蹤。
4.一種管道多點(diǎn)同步自動(dòng)焊預(yù)掃描式焊縫激光跟蹤裝置，其特征在#1焊炬、#2焊炬、#3焊炬、#4焊炬、#5焊炬、#6焊炬、#7焊炬和#8焊炬位于工作臺的圓周外，#1焊炬、#2焊炬、#3焊炬、#4焊炬、#5焊炬、#6焊炬、#7焊炬和#8焊炬之間的角度:#1焊炬與#2焊炬之間的角度為45度，#3焊炬與#2焊炬之間的角度為45度，#3焊炬與#4焊炬之間的角度為45度，#4焊炬與#5焊炬之間的角度為45度，#5焊炬與#6焊炬之間的角度為45度，#6焊炬與#7焊炬之間的角度為45度，#7焊炬與#8焊炬之間的角度為45度，#1焊炬與#8焊炬之間的角度為45度。
【文檔編號】B23K37/02GK104416305SQ201310389102
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】張鋒, 苗新剛, 張毅, 馬志鋒, 王長江, 張建平 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油天然氣管道局