[发明专利]基于递送边位移传感的螺旋钢管内焊焊缝自动跟踪方法

说明书

技术领域

本专利涉及视觉传感图像识别技术、位移传感技术、焊接过程质量实时传感及控制技术，特别涉及基于递送边位移传感的螺旋钢管内焊焊缝自动跟踪方法。

背景技术

在焊接过程中实现焊缝自动跟踪对保证焊接质量，提高焊接自动化水平有着极其重要的实际意义，焊缝自动跟踪技术的关键是焊缝位置的传感方法，目前国内外广泛应用的是激光视觉传感器，通过采集焊缝的变形激光条纹图像，计算获得焊缝位置、坡口宽度、坡口深度、焊枪高度、错边量、开缝量等焊缝特征信息，实现焊缝自动跟踪、焊枪高度自动控制及焊缝特征参数的监测。

然而，针对于螺旋钢管内焊，受其钢管内部工作的辊粱、焊剂管、焊枪机械机构及焊枪电缆等部分构件影响，尤其是管径较小（管径小于700mm）时，钢管内部剩余的有效空间使得安装检测焊缝的传感器几乎不可能，此外，如果采用螺旋钢管内焊外检法检测焊缝位置，通过位移传感器实现内部焊枪与外部焊缝传感器异步移动的方法，焊缝自动跟踪实时性、精度、可靠性、同步性均很差。因此，多年来在小管径螺旋钢管内焊焊缝检测方法及自动跟踪的实现方面一直困扰业界研究及生产人员，目前，国内螺旋钢管埋弧焊内焊实现焊缝跟踪几乎全部采用人工手动操作完成，受操作人的责任心、工作能力等影响较大，而且人工操作很难做到精准的微细调整，生产中通常造成焊缝拐急弯，不美观而且给后续的防腐工作带来很多不利影响，甚至造成焊缝的未熔合、未焊透等缺陷，要进行返修，浪费大量的人力、财力。实际生产迫切需要一种高效、可靠的传感方法检测螺旋钢管内焊焊缝位置或者位移变化情况，从而实现螺旋钢管埋弧焊内焊焊缝自动跟踪，提高焊接自动化程度、焊接质量、焊接速度，达到高效节能、增产增效。

在螺旋钢管内焊的焊接生产中，为了调节管径大小及合缝的间隙，通常以焊接点为轴摆动钢管即摆桥来实现，如图1、图2所示，从图中可以看出，在摆桥时，由于以焊接点为轴心所以基本不会造成焊缝偏差。焊缝偏差主要是由于带钢存在变形如“月牙弯”造成的，如图3、图4所示，当带钢左右移动时，焊缝将会产生偏差，带钢移动与焊缝偏差具有较好的线性关系，如果采用合适的传感器，实时监测带钢串动，控制焊枪及时做出偏差修正，确保焊接电极实时跟踪焊缝，从而实现螺旋钢管内焊的焊缝自动跟踪。如果采用传感器置于钢管外部检测带钢串动方法，将彻底解决受小管径管体内部空间限制的焊缝自动跟踪难以检测的问题。

发明内容

本专利内容采用接触或非接触位移传感器，检测靠近合缝前、后、包括传感器置于钢管内、外的带钢递送边边沿位置及位移，可以在垂直于递送边板端面方向进行检测，如图5递送边正面机械接触式传感、图6递送边正面激光位移传感、图7递送边正面激光条纹视觉传感；可以在垂直于递送边钢板板面方向，如图8递送边侧面机械接触式位移传感、图9递送边侧面激光条纹视觉传感。位移传感器将位移转变成电信号，经过信号处理及运算，通过智能仪表、计算机等进行处理将焊缝偏差方向及偏差量送入驱动器，控制电动滑移台带动内焊焊枪进行位置调整，实现焊枪的精准定位，实现螺旋钢管内焊焊缝的自动跟踪。同时，还可以进行焊缝偏差、焊缝特征参数、工作状态等等的数据显示及存储。

本专利特点（1）检测靠近预合缝前、后、包括传感器置于钢管内、外的位置的递送边边沿位移，由于传感器可以置于钢管外部，不受管径限制，彻底解决小管径管体内部空间的限制问题，具有很好的适用于各种管径螺旋钢管内焊焊缝位置检测的通用性（2）传感器可以是机械接触式位移传感器、激光位移式传感器、激光条纹视觉传感器等等，可选择范围宽。（3）传感器固定于焊枪，与焊枪同步移动，焊缝检测实时、同步性好、检测控制精度均很高。（4）由于检测递送边边沿位移，因此，检测不受焊缝是否有坡口、焊缝间隙大小等因素的影响。

附图说明

图1摆桥3°对焊缝偏差影响效果示意图。

图2摆桥-3°对焊缝偏差影响效果示意图。

图3带钢串动2mm对焊缝偏差影响效果示意图。

图4带钢串动-2mm对焊缝偏差影响效果示意图。

图5递送边正面机械接触式传感焊缝自动跟踪原理示意图。

图6递送边正面激光位移传感焊缝自动跟踪原理示意图。

图7递送边正面激光条纹视觉传感焊缝自动跟踪原理示意图。

图8递送边侧面机械接触式位移传感焊缝自动跟踪原理示意图。

图9递送边侧面激光条纹视觉传感焊缝自动跟踪原理示意图。

具体实施方式