[发明专利]一种管板换热器的管板焊接方法

权利要求书

1.一种管板换热器的管板焊接方法，其特征在于：焊接装置包括机械臂、转轴（9）以及焊枪（7），机械臂通过主轴（2）转动安装在底座（1）上，转轴（9）转动安装在机械臂的自由端上，焊枪（7）安装在转轴（9）一侧并随转轴（9）同步转动，转轴（9）上安装有第二CCD照相机（10），机械臂或底座（1）上设置有第一CCD照相机（8），转轴（9）和主轴（2）均连接有带动其转动的动力装置，第一CCD照相机（8）、第二CCD照相机（10）、机械臂以及动力装置均连接控制装置；

焊接方法包括如下步骤：

步骤1）使主轴（2）与换热器的中心对正，第一CCD照相机（8）识别换热器管板焊接点及管板焊接点中心位置；

步骤2）控制装置根据第一CCD照相机（8）识别的管板目标，计算管板数s与焊接层数n，计算公式如下：

；

；

其中，n为正整数，k为计算的中间值，k为正整数；

步骤3）控制装置根据管板数s、焊接层数n及管板焊接点中心坐标，按照由外至内、且每次焊接后机械臂带动焊枪转动90°的原则制定焊接方案；

步骤4）控制装置控制动力装置和机械臂，使焊枪（7）移动至焊接点位置；

步骤5）第二CCD照相机（10）识别、处理当前焊接点的图像信息，得出对应的单个管板圆的圆心坐标与半径；步骤5）中所述的第二CCD照相机（10）采用图像二值化、边缘提取与霍夫变换方法得出的单个管板圆的圆心坐标与半径；

步骤6）控制装置控制动力装置以及机械臂，使焊枪（7）按照对应的管板圆的圆心坐标与半径，并按照焊接方案对管板进行焊接；

步骤7）控制装置控制动力装置以及机械臂，使焊枪（7）对未焊接管板焊接，完成整个管板的焊接；

步骤1）中所述的第一CCD照相机（8）采用卷积神经网络识别换热器，并将管板标记为未焊接管板与已焊接管板，并得出将所有未焊接点框在内的方形目标检测框，输出目标检测框的对角的坐标，，根据目标检测框的对角的坐标得出管板焊接点中心位置：

；

在步骤3）中，焊接次序以四个焊接点为一个焊接单位，第一焊接点坐标为所有未焊接点中最接近的点，逆时针旋转机械臂，且转动角度为π/2，所有未焊接点中最接近的为第二目标焊点，逆时针旋转机械臂π/2，所有未焊接点中最接近的为第三目标焊点，顺时针旋转机械手臂3π/4，所有未焊接点中最接近的为第四目标焊点。

2.根据权利要求1所述的管板换热器的管板焊接方法，其特征在于：步骤5）中得出单个管板圆的圆心坐标与半径的方法如下：

步骤a）对第二CCD照相机采集到的彩色图像二值化，根据加权平均值算法得到灰度图像：

；

其中，R、G、B分别表示图像像素点在RGB颜色空间的R值、G值、B值，Gray表示像素点灰度化后的灰度值；

步骤b）将图像划分成含有奇数个点的窗口，分别用对应窗口的像素中值灰度值来代替指定像素灰度值，指定像素为窗口的中心点，指定像素灰度值的数学公式表达为：

；

其中，表示图像中像素点（r,c）经过中值滤波以后的灰度值；表示以(r,c)为中心，尺寸为3x3矩形滤波掩膜，表示掩膜覆盖的像素(i,j)的灰度值；

步骤c）采用大律法确定灰度阈值，把256的像素等级的灰度图像通过灰度阈值分割为二值化图像，其中黑色区域为背景，白色区域为未焊接管板圆；

步骤d）采用Canny算子提取单个管板圆边缘线，完成单个管板圆定位，并使用霍夫圆变换得出单个管板圆的圆心坐标与半径。

3.根据权利要求2所述的管板换热器的管板焊接方法，其特征在于：对步骤c）中所述的二值化图像进行膨胀算法处理，补偿边缘信息的丢失，保证处理后的图像与对应的管板圆吻合。

4.根据权利要求1所述的管板换热器的管板焊接方法，其特征在于：所述的机械臂包括第一摆臂（3）、第二摆臂（4）以及第三摆臂（5），第一摆臂（3）安装在主轴（2）上并随主轴（2）同步转动，第二摆臂（4）与第一摆臂（3）转动连接，第三摆臂（5）与第二摆臂（4）转动连接，转轴（9）安装在第三摆臂（5）上，第二摆臂（4）和第三摆臂（5）均连接有推动其摆动的摆动油缸。