[发明专利]一种管道自动对中方法、系统及试验装置

说明书

本发明公开了管道对中技术领域的一种管道自动对中方法、系统及试验装置，定义需要对中的两根管道中，位置保持固定的管道为静管道，位置需要调整的管道为动管道，所述方法包括：从静管道侧的设定位置对动管道进行图像采集，获取动管道的图像；对动管道的图像进行特征提取，并计算获得动管道相对静管道的调整量；依据动管道相对静管道的调整量驱动动管道，直至动管道与静管道实现对中。本发明具有对中效率高，劳动强度低、质量稳定性好等特点。

技术领域

本发明属于管道对中技术领域，具体涉及一种管道自动对中方法、系统及试验装置。

背景技术

油气化工管道施工建设中，需要管工现场进行管口组对、定位后，才能进行焊接。管口组对时，必须使两管道中心轴线重合，这一过程称为管道对中，管道对中质量直接影响后续焊接质量。虽然有对口器使用，但是该设备会在管口组对时产生施工应力且拆装不变，目前大多数施工现场仍由管工操作，其施工流程大致为先用木块将管道支撑起，然后反复不断地用撬棍调整管道位姿并用塞尺或焊缝检测尺检测错边量和对口间隙，最后在管道表面焊接铁件的方法进行固定，该作业方式明显存在劳动强度大、施工效率低，质量稳定性差等问题，难以满足迫切的市场需求。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种管道自动对中方法、系统及试验装置，具有对中效率高，劳动强度低、质量稳定性好等特点。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种管道自动对中方法，定义需要对中的两根管道中，位置保持固定的管道为静管道，位置需要调整的管道为动管道，所述方法包括：从静管道侧的设定位置对动管道进行图像采集，获取动管道的图像；对动管道的图像进行特征提取，并计算获得动管道相对静管道的调整量；依据动管道相对静管道的调整量驱动动管道，直至动管道与静管道实现对中。

进一步地，所述动管道、静管道均采用五维向量(x_c,y_c,z_c,α,β)来表示，其中，(x_c,y_c,z_c)为管道坡口端面中心在全局坐标系O₀-X₀Y₀Z₀中的位置；(α,β)分别为管道轴线在全局坐标系O₀-X₀Y₀Z₀的X₀O₀Z₀平面和Y₀O₀Z₀平面上投影的倾斜角，其中，α表示为偏航角，β表示为俯仰角。

进一步地，所述对动管道的图像进行特征提取，并计算获得动管道相对静管道的调整量，包括：对动管道的图像进行特征提取，获得管道坡口端面的空间圆；在摄像机坐标系O_c-X_cY_cZ_c下，空间圆所在平面对应的法向量对应的姿态角分别为偏航角α和俯仰角β；假设计算得到的空间圆所在表面的单位法向量为根据三角几何关系计算出法向量的姿态角，即偏航角α和俯仰角β分别为：

利用管道坡口端面内外特征圆相互平行的关系，消除单圆位姿估计解的二义性；对动管道的图像进行特征提取，并计算动管道的平移偏差。

第二方面，提供一种管道自动对中系统，定义需要对中的两根管道中，位置保持固定的管道为静管道，位置需要调整的管道为动管道，所述系统包括：图像采集单元，用于从静管道侧的设定位置对动管道进行图像采集，获取动管道的图像；偏差计算单元，用于对动管道的图像进行特征提取，并计算获得动管道相对静管道的调整量；管道调整单元，用于依据动管道相对静管道的调整量驱动动管道，直至动管道与静管道实现对中。