[发明专利]一种油气长输管道焊接系统及方法有效

专利信息
申请号: 202210335219.1 申请日: 2022-04-01
公开(公告)号: CN114473153B 公开(公告)日: 2022-11-15
发明(设计)人: 王乃勇;王占海 申请(专利权)人: 电王精密电器(北京)有限公司
主分类号: B23K9/173 分类号: B23K9/173;B23K9/28;B23K9/32
代理公司: 北京高沃律师事务所 11569 代理人: 杜阳阳
地址: 101308 北京市顺义*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 油气 管道 焊接 系统 方法
【权利要求书】:

1.一种油气长输管道焊接系统,其特征在于,所述系统包括:

管道焊接机器人;所述管道焊接机器人为轨道式焊接机器人;

视觉传感单元,用于向待焊接管道表面投射组合激光线,并实时采集焊接过程中的焊接坡口及焊接坡口邻域处的变形激光线图像;所述组合激光线包括至少两束相互平行的激光线;

反馈控制单元,分别与所述视觉传感单元及所述管道焊接机器人连接,用于基于所述变形激光线图像确定伺服反馈控制信号;所述管道焊接机器人用于根据所述伺服反馈控制信号实时调整焊枪的位姿和运动轨迹;

所述反馈控制单元包括:图像处理模块,与所述视觉传感单元连接,用于采用图像处理算法确定所述变形激光线图像中的特征点,并获取各所述特征点的像素坐标;特征反馈控制模块,分别与所述图像处理模块及所述管道焊接机器人连接,用于根据各所述特征点的像素坐标确定所述焊接坡口的特征尺寸及所述焊枪相对于所述焊接坡口的位姿偏差,并根据所述特征尺寸及所述位姿偏差确定伺服反馈控制信号;所述特征尺寸包括坡口宽度和坡口深度,所述位姿偏差包括焊枪距离焊接坡口上表面的纵向高度、焊枪距离焊接坡口中心线的横向距离以及焊枪运动方向与焊接坡口走向之间的夹角;所述伺服反馈控制信号包括角摆机构摆动信号、垂直机构正向伸出信号、垂直机构反向缩回信号、水平机构正向伸出信号、水平机构反向缩回信号及旋转机构控制信号;

所述采用图像处理算法确定所述变形激光线图像中的特征点,并获取各所述特征点的像素坐标,具体包括:对所述变形激光线图像进行预处理,包括高斯滤波、二值化分割和形态学闭运算,得到预处理后的变形激光线图像;对预处理后的变形激光线图像进行特征提取,包括Canny轮廓提取和Hough直线检测,得到变形激光线图像中的各特征线段;根据各所述特征线段的端点坐标值确定对应的极坐标参数,并分别对共直线的特征线段的极坐标参数取均值,得到对应的中心线的极坐标参数;根据各所述中心线的极坐标参数对各所述中心线进行排序,并根据排序后中心线的参数方程计算得到变形激光线图像中的各特征点的像素坐标;所述特征点为变形激光线上相交线段的交点;

所述根据各所述特征点的像素坐标确定所述焊接坡口的特征尺寸及所述焊枪相对于所述焊接坡口的位姿偏差,具体包括:

根据各所述特征点的像素坐标分别确定各所述特征点在图像坐标系下的图像坐标;

根据各所述特征点的图像坐标分别确定各所述特征点在相机坐标系下的三维点坐标;

根据各所述特征点的三维点坐标确定焊接坡口的特征尺寸及焊枪相对于焊接坡口的位姿偏差;

所述根据所述特征尺寸及所述位姿偏差确定伺服反馈控制信号,具体包括:

根据所述坡口宽度及所述坡口深度计算得到焊枪角摆幅度,并生成对应的角摆机构摆动信号;

判断焊枪距离焊接坡口上表面的纵向高度是否大于焊枪预设高度,得到第一判断结果;若所述第一判断结果为是,则生成垂直机构反向缩回信号,若所述第一判断结果为否,则生成垂直机构正向伸出信号;

判断焊枪距离焊接坡口中心线的横向距离是否大于0,得到第二判断结果;若所述第二判断结果为是,则生成水平机构反向缩回信号,若所述第二判断结果为否,则生成水平机构正向伸出信号;

判断焊枪运动方向与焊接坡口走向之间的夹角是否等于0,得到第三判断结果;若所述第三判断结果为否,则生成对应的旋转机构控制信号。

2.根据权利要求1所述的油气长输管道焊接系统,其特征在于,所述视觉传感单元包括:

工业相机,位于所述管道焊接机器人的焊枪的前进方向一侧,用于实时拍摄焊接过程中的焊接坡口及焊接坡口邻域处的变形激光线图像;所述工业相机的光轴与所述焊枪的中轴线平行;

激光器组件,位于所述工业相机的前进方向上,用于向待焊接管道表面投射组合激光线;所述组合激光线在焊接坡口及焊接坡口邻域处发生变形。

3.根据权利要求1所述的油气长输管道焊接系统,其特征在于,所述管道焊接机器人包括:

焊枪;

行走机构,与所述焊枪连接,用于带动所述焊枪在导向轨道上按设定方向前进;

调整机构,与所述焊枪连接,用于调整所述焊枪的位姿和运动轨迹;

焊接控制器,分别与所述反馈控制单元及所述调整机构连接,用于根据所述伺服反馈控制信号控制所述调整机构。

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