一种用于锅炉内圆管焊接的焊缝跟踪方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111331225A(43)申请公布日2020.06.26(21)申请号202010057226.0(22)申请日2020.01.17(71)申请人湘潭大学地址411105湖南省湘潭市雨湖区羊牯塘27号湘潭大学(72)发明人洪波刘奕宏向垂悦李怡豪张智勇(51)Int.Cl.B23K9/127(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图4页(54)发明名称一种用于锅炉内圆管焊接的焊缝跟踪方法(57)摘要本发明提出了一种用于锅炉内圆管焊接的焊缝跟踪方法，能够实现锅炉内圆管焊接的焊缝跟踪。方法采用的系统主要包括激光视觉联合初步定位模块、焊枪位置与姿态调节模块、超声波焊缝实时跟踪模块、机器人手臂、计算机控制模块。该方法在计算机控制模块、机器人手臂的配合下，依据自主设计的“多角度综合求权加权平均法”算法采取激光视觉联合定位方法完成焊接开始前的初步定位，然后采用超声波跟踪方法来实现焊接过程中的精确定位与实时纠偏，最终实现锅炉内圆管焊接焊缝跟踪。本发明的优点在于采用激光视觉联合定位方法实现了对圆管的定位和焊缝信息的获取，在焊接过程中使用超声波跟踪方法能够实现圆管的焊缝跟踪并能避免焊接时弧光，电火花，磁场等的干扰。CN111331225ACN111331225A权利要求书1/1页1.本发明提出了一种用于锅炉内圆管焊接的焊缝跟踪方法，其特征在于：该方法采用的系统主要包括激光视觉联合初步定位模块、焊枪位置与姿态调节模块、超声波焊缝实时跟踪模块、机器人手臂、计算机控制模块；其中所述的激光视觉联合初步定位模块包括机器视觉相机、装置主体部分、定位杆、结构光激光器、激光器安装架、聚焦透镜和环形CCD传感器；其中所述的焊枪位置与姿态调节模块包括焊枪空间位置运动机构、焊枪摆动机构、焊枪；其中所述的计算机控制模块包括处理器与控制器，负责对整个跟踪过程中传感器获得的信息进行处理并对各个模块进行通讯协调与控制；其中的超声波焊缝实时跟踪模块包括固定在定位杆上可伸缩部分以下位置的圆盘安装架以及安装在其上的四个正交分布的超声波传感器；该方法在计算机控制模块、机器人手臂的配合下，依据自主设计的“多角度综合求权加权平均法”算法采取激光视觉联合定位方法完成焊接开始前的初步定位，然后使用超声波跟踪方法来实现焊接过程中的精确定位与实时纠偏，最终实现锅炉内圆管焊接焊缝跟踪。2.根据权利要求书1所述的一种用于锅炉内圆管焊接的焊缝跟踪方法，其特征在于：方法分为两个阶段，初步定位阶段与精确定位阶段，初步定位作为精确定位的先导阶段为其做好必要的准备工作；初步定位阶段又包括三个过程：定位杆对中、超声波跟踪模块到达预定工作位置、焊枪焊接初始位置与姿态确定；精确定位阶段主要包括两个过程：超声波传感器获取焊缝偏差、焊枪位置与姿态调节模块实时纠偏。3.根据权利要求书1所述的一种用于锅炉内圆管焊接的焊缝跟踪方法，其特征在于：方法中的“多角度综合求权加权平均法”算法以三种不同角度求得三种加权融合系数，再将三种加权融合系数分成两类进行两次求权运算得到综合加权融合系数，最后再由综合加权融合系数使用加权平均法完成焊缝信息融合。2CN111331225A说明书1/7页一种用于锅炉内圆管焊接的焊缝跟踪方法技术领域[0001]本发明涉及一种用于锅炉内圆管焊接的焊缝跟踪方法。背景技术[0002]随着新一轮工业革命的到来，自动化与智能化已经成为机械制造业的未来发展趋势，而焊接技术作为机械制造业重要的制造工艺之一也在朝着自动化与智能化方向发展，手工焊接正逐渐淡出人们的视野，而取而代之的是智能焊接机器人、自动化焊接专机等自动化与智能化的焊接设备与具有远大前景的智能焊接技术。[0003]锅炉焊接作为锅炉制造重要的工序之一，提高锅炉焊接质量对于保证锅炉的性能参数要求与降低锅炉成本有着重要意义。而锅炉焊接的一个难点在于其内壁上的圆管的焊接，由于锅炉内圆管与锅筒之间的焊缝形状为空间曲线，并且圆管在锅筒上的安装精度并没有统一标准，所以要实现自动化焊接十分困难，因此目前锅炉内圆管焊接自动化程度较低，以手工焊接为主，也有少部分采取半自动化焊接。但是锅炉的内部工作环境为高温高压，并且锅筒内部空间狭小，焊接工人进入锅筒进行焊接会长时间处于不舒适的弯曲身体的工作姿势同时还要忍受焊接产生的高温与废气。在这种恶劣的工作环境下工作工人们的焊接效率低下，导致焊接质量得不到保证，并且长时间工作还会危害工人们的健康，所以需要有能够满足锅炉焊接要求并且能实现较高的焊接效率与焊接质量的机器自动化焊接技术取代人工焊接。[0004]锅炉内圆管的自动化焊接最大的难点在于如何实现圆管与锅筒之间焊缝的跟踪，针对这个问题本发明提出了一种用于锅炉内圆管焊接的焊缝跟踪方法。本方法的优点在于使用激