[发明专利]一种油气长输管道焊接系统及方法

说明书

本发明公开了一种油气长输管道焊接系统及方法，涉及焊接机器人、焊接智能化领域。本发明通过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，基于所述变形激光线图像确定伺服反馈控制信号，从而使管道焊接机器人根据伺服反馈控制信号实时调整焊枪的位姿和运动轨迹，能够实现焊缝自动跟踪、对焊枪相对于焊接坡口位置进行实时纠偏以及焊枪位姿反馈调整，进而提高管道填充‑盖面焊作业的智能化水平和焊缝成形质量，具有重要的技术意义和应用价值。

技术领域

本发明涉及焊接机器人、焊接智能化领域，特别是涉及一种油气长输管道焊接系统及方法。

背景技术

油气长输管道是能源供给的大动脉，是关系国家能源安全、社会经济发展和人民生活福祉的重要能源基础设施。长输管道的现场铺设施工作业主要包括管端坡口加工、管口装配、预热、内焊、填充和盖面焊等工序。目前，应用管道外焊机实施管道填充-盖面焊时，普遍面临管端坡口存在角度和尺寸偏差、管口装配间隙不一致，管道外焊机运行轨道与管端坡口、管壁不平行等问题，严重影响管道填充-盖面焊接过程的稳定性和管道外焊机的适应性，进而影响焊缝成形质量。

为解决这些问题，对管道填充-盖面焊接过程的焊枪位姿和运动轨迹，在进行焊前合理设置的基础上，焊接过程中需要进一步进行精确的实时调整和控制，并有针对性地调控相应的焊接工艺参数，而现有实施管道填充-盖面焊作业的外焊机不具备高精度的焊接坡口特征尺寸和焊枪相对于焊接坡口偏差信息的在线检测功能，也就不具备实现焊缝实时自动跟踪、对焊枪相对于焊接坡口位置实时纠偏、焊枪相对姿态反馈调整和控制的能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种油气长输管道焊接系统及方法，以实现实时调整焊枪的位姿和运动轨迹，提高焊缝成形质量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种油气长输管道焊接系统，所述系统包括：

管道焊接机器人；

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。

可选地，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。

可选地，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。

可选地，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；