CN107662070A - 一种水轮机转轮自动焊接修复系统 - Google Patents

Abstract

一种水轮机转轮自动焊接修复系统，包括变位机、视觉图像系统和焊接机器人，变位机用作对受损转轮进行定位装夹；视觉图像系统内预存储有变位机上所装夹的受损转轮的设计三维模型，以此为修复基准，视觉图像系统用作对变位机上所装夹的受损转轮的对应待修复部位进行图像扫描，建立对应待修复部位的实时三维模型，将实时三维模型与基准模型中的对应部位进行比较，获得实时三维模型的受损部位，视觉图像系统将受损部位进行焊接区域分隔、规划焊接路径，将规划好的焊接路径转化为焊接机器人的焊接动作控制程序、输送给焊接机器人；焊接机器人根据视觉图像系统所输出的焊接动作控制程序，对变位机上所装夹的受损转轮的对应待修复部位进行焊接修复。

Description

一种水轮机转轮自动焊接修复系统

技术领域

本发明涉及自动焊接技术，具体是一种水轮机转轮的自动焊接修复系统。

背景技术

转轮是冲击式水轮机中将水流动能转换为旋转机械能的核心零部件，参见图1所示，冲击式水轮机的转轮主要由轮盘1和设置于轮盘1外周的多个水斗2组成，在轮盘1上设有多个安装孔，这些安装孔包括中心孔3和布置于中心孔3外周的多个装配孔4，转轮通过轮盘1上的这些安装孔在冲击式水轮机的主轴上安装。

冲击式水轮机的转轮长期服役于高压水的反复冲击环境中，其在高压水的反复冲击作用下，转盘上的水斗不可避免地会产生局部损蚀现象，水斗的此种局部损蚀现象会随着服役时间的增加而逐步加剧。也就是说，转轮是冲击式水轮机中的易损部件。

转轮上的水斗产生损蚀，其不仅会影响水轮机组的发电效率，而且还会影响水轮机组运行的稳定性。因而，在水轮机的运行中，有必要对转轮进行及时、有效地维护。由于冲击式水轮机的转轮通常为整锻胚件经数控加工而成，其造价昂贵，若因水斗的局部受损而对其报废，更换新的转轮，则此种维护方式致维护成本过高，其不够经济、实用。因而，业内对冲击式水轮机的转轮在受损后的维护，通常是以局部焊接修复的方式实现，最大程度的对原转轮在保障做功质量的前提下进行经济、实用的再利用。

目前，冲击式水轮机转轮的焊接修复主要是以人工焊接的方式实现的，其不仅焊接修复效率低、焊工劳动强度大、焊接修复周期长、经济性差；而且，众所周知的，人工焊接的焊接质量完全取决于焊工个人的技术水准，同一焊工对不同焊位的先后焊接及不同焊工的焊接很难实现一致化，这就使得人工对转轮的修复焊接质量无法实现统一化，导致转轮的焊接修复质量不稳定、不可靠，不利于对转轮焊接修复质量的有效、可靠提高。

发明内容

本发明的技术目的在于：针对上述冲击式水轮机转轮的特殊性和现有焊接修复技术的不足，提供一种操作容易、方便高效、经济实用、自动智能化、焊接修复质量稳定且可靠的水轮机转轮自动焊接修复系统。

本发明实现其技术目的所采用的技术方案是，一种水轮机转轮自动焊接修复系统，所述转轮为冲击式水轮机的受损转轮、其主要由轮盘和设置于轮盘外周的多个水斗组成，所述自动焊接修复系统包括：

-变位机，所述变位机用作对受损转轮进行定位装夹；

-视觉图像系统，所述视觉图像系统内预存储有变位机上所装夹的受损转轮的设计三维模型，以此设计三维模型作为修复基准；所述视觉图像系统用作对变位机上所装夹的受损转轮的对应待修复部位进行图像扫描，依据所扫描的图像信息建立对应待修复部位的实时三维模型；所述视觉图像系统将实时三维模型与基准模型中的对应部位进行比较，获得实时三维模型相较基准模型的受损部位；所述视觉图像系统将获得的受损部位进行焊接区域分隔，依据分隔出的焊接区域规划焊接路径；所述视觉图像系统将规划好的焊接路径转化为焊接机器人的焊接动作控制程序、输送给焊接机器人；

-焊接机器人，所述焊接机器人根据视觉图像系统所输出的焊接动作控制程序，对变位机上所装夹的受损转轮的对应待修复部位进行焊接修复。

作为优选方案之一，所述视觉图像系统的图像扫描器布置在变位机上。进一步的，所述图像扫描器通过滚珠丝杠副布置在变位机上，所述滚珠丝杠副的丝杠安装在变位机上、且与伺服电机连接，所述滚珠丝杠副的螺母装配在丝杠上、且与图像扫描器连接。

作为优选方案之一，所述变位机通过定位法兰对受损转轮进行定位装夹，所述定位法兰具有中心孔、且以中心孔为中心开设有多个连接孔，所述定位法兰上的中心孔和连接孔在轴向投影上与受损转轮轮盘上的中心孔和装配孔相对应，在受损转轮定位装夹时，所述受损转轮布置在定位法兰与变位机之间，所述定位法兰上的至少两个连接孔与受损转轮上对应的装配孔内穿装有定位件，由定位件将受损转轮在变位机上进行装夹定位。进一步的，所述定位法兰上开设有多道条状结构的紧固槽，这些紧固槽以定位法兰上的中心孔为中心周向均布，每道紧固槽在定位法兰上以径向布置，所述紧固槽内穿装有T型螺栓，由T型螺栓将所述受损转轮在变位机上进行锁紧装夹。所述定位夹为定位销。再进一步的，所述受损转轮在变位机和定位法兰之间以一个基准面和两个定位销的方式进行装夹定位。

作为优选方案之一，所述焊接机器人为六自由度的焊接机器人。

作为优选方案之一，所述焊接路径是以从左向右、先上后下的方式规划设计，所述焊接路径中的每个焊位是以从下而上的堆焊顺序规划设计。

本发明的有益技术效果是：

1. 本发明针对冲击式水轮机转轮的特殊性，基于现有成熟的视觉图像处理系统和焊接机器人，对受损转轮进行自动、智能化的统一标准焊接修复，其焊接修复质量稳定且可靠，有利于有效、可靠地提高转轮的焊接修复质量，而且其焊接操作过程简单、容易、方便、高效，工人劳动强度轻，经济效益突出，实用性强；

2. 本发明视觉图像系统的图像扫描器，能够在变位机上对变位机所装夹的受损转轮的对应修复部位实现精准、稳定、可靠地图像扫描，依据其所扫描的图像信息建立的对应待修复部位的实时三维模型精准度高；

3. 本发明对转轮在变位机上的装夹操作容易、简单、方便、精准、稳定，既有利于提高焊接修复效率，又有利于提高焊接修复质量，进一步增强了其经济性和实用性。

附图说明

图1是本发明所针对转轮的结构示意图。

图2是本发明的一种结构示意图。

图中代号含义：1—轮盘；2—水斗；3—中心孔；4—装配孔；5—变位机；6—定位法兰；7—定位件；8—紧固槽；9—伺服电机；10—丝杠；11—螺母；12—图像扫描器；13—焊接机器人。

具体实施方式

本发明涉及自动焊接技术，具体是一种水轮机转轮的自动焊接修复系统。下面结合说明书附图-即图1和图2对本发明的技术内容进行详细、清楚地说明。

参见图1所示，本发明所针对的转轮为冲击式水轮机的转轮，该转轮主要由轮盘1和设置于轮盘1外周的多个水斗2组成，在轮盘1上设有多个安装孔，这些安装孔包括中心孔3和布置于中心孔3外周的多个装配孔4，转轮通过轮盘1上的这些安装孔在冲击式水轮机的主轴上安装。

参见图2所示，本发明包括变位机5、视觉图像系统和焊接机器人13。

其中，变位机5用作对受损转轮进行定位装夹。具体的，变位机5通过定位法兰6对受损转轮进行定位装夹。定位法兰6具有中心孔、且以中心孔为中心开设有两个连接孔，这两个连接孔以中心孔为中心在定位法兰6上对称成型，整个定位法兰6呈环板状结构。当前述定位法兰6与上述受损转轮进行轴向对应时，定位法兰6上的中心孔和连接孔在轴向投影上应当与受损转轮轮盘1上的中心孔3和装配孔4相对应；在受损转轮定位装夹时，受损转轮布置在定位法兰6与变位机5之间，定位法兰6通过中心轴装配在变位机5上，该中心轴轴向穿过定位法兰6和转轮的中心孔，受损转轮的外侧表面与定位法兰6的内侧表面形成平稳的面接触，定位法兰6上的两个连接孔内分别穿装有定位件7，该定位件7优选定位销，每根定位件轴向穿装在定位法兰6的连接孔和转轮上的对应装配孔4内，由定位件7将受损转轮在变位机5上进行装夹定位，以此使受损转轮在变位机5和定位法兰6之间以一个基准面和两个定位销的方式进行装夹定位-即“一面两销”方式装夹定位。此外，前述定位法兰6上开设有多道条状结构的紧固槽8，这些紧固槽8以定位法兰6上的中心孔为中心周向均布，每道紧固槽8在定位法兰6上以径向布置，多道、甚至是每道紧固槽8内穿装有T型螺栓，由T型螺栓将受损转轮在变位机5上进行锁紧装夹。

上述变位机5的顶部布置有视觉图像系统的图像扫描器12-即摄像设备。图像扫描器12通过滚珠丝杠副布置在变位机5的顶部，滚珠丝杠副在变位机5上的布置位置对应变位机5所装夹的受损转轮的周向。前述滚珠丝杠副的丝杠10安装在变位机5的顶部，并与变位机5顶部的伺服电机9连接；前述滚珠丝杠副的螺母11装配在丝杠10上，并与图像扫描器12连接；在伺服电机9的作用下，丝杠10的周向运动转变为螺母11的直线运动，从而使螺母11上所连接的图像扫描器12对下方转轮上的待焊接修复部位进行稳定、全面的图像扫描。

视觉图像系统以可操作的包括计算机在内的终端设备作为载体。视觉图像系统包括如下几项功能：

-视觉图像系统内预存储有变位机5上所装夹的受损转轮的设计三维模型，以此设计三维模型作为修复基准，即视觉图像系统内预存储有变位机5上所装夹的受损转轮的基准三维模型；

-视觉图像系统通过外置在变位机5上的图像扫描器12，对变位机5上所装夹的受损转轮的对应待修复部位-即当前位的某一水斗进行图像扫描，依据所扫描的图像信息建立该待修复部位的实时三维模型，即建立该待修复部位损蚀现象的三维模型；

-视觉图像系统将建立的实时三维模型与基准三维模型中的对应部位进行比较，也就是说，视觉图像系统将建立的当前位上的水斗的实时三维模型，与所存储的基准三维模型中的该当前位水斗的设计三维模型进行一对一的比较判断，以此比较判断而获得实时三维模型相较基准模型的受损部位，即获得该当前位水斗的损蚀部位的三维模型；

-视觉图像系统将上述获得的受损部位进行焊接区域分隔，该焊接区域分隔的是依照受损部位中的各个需要修复的点位分别情况而实现的，将受损部位中的各个需要修复的点位按区域分隔成片；依据分隔出的焊接区域规划焊接路径，具体有如下几种主要情况，当分隔出的焊接区域为多排、且每排为多个时，焊接路径的规划是按照从左向右、先上后下的方式规划设计，即将分隔出的各焊接区域以左上角为起点、以右下角为终点进行从左向右、先上后下的顺序排序，规划设计出焊接路径，由于所规划设计的焊接路径是由一个以上的焊位排序连接而成的，在所规划设计的焊接路径中，对于每个焊位的焊接则是以从下而上的堆焊顺序规划设计；当分隔出的焊接区域为多排、且每排为一个时-即一列排布，焊接路径的规划是按照先上后下的方式规划设计，即将分隔出的各焊接区域以左上角为起点、以右下角为终点进行先上后下的顺序排序，规划设计出焊接路径，由于所规划设计的焊接路径是由一个以上的焊位排序连接而成的，在所规划设计的焊接路径中，对于每个焊位的焊接则是以从下而上的堆焊顺序规划设计；当分隔出的焊接区域为一排、且该排为多个时-即一排排布，焊接路径的规划是按照从左向右的方式规划设计，即将分隔出的各焊接区域以左上角为起点、以右下角为终点进行先上后下的顺序排序，规划设计出焊接路径，由于所规划设计的焊接路径是由一个以上的焊位排序连接而成的，在所规划设计的焊接路径中，对于每个焊位的焊接则是以从下而上的堆焊顺序规划设计；当分隔出的焊接区域为一个时-即一个焊位，焊接路径的规划是以从下而上的堆焊顺序规划设计；总之，对焊接路径的规划设计遵循从左向右、先上后下的方式，焊接路径中的每个焊位是以从下而上的堆焊顺序规划设计。

-视觉图像系统将规划好的焊接路径转化为焊接机器人13的焊接动作控制程序、输送给焊接机器人13的控制器，当然该焊接机器人的控制器可以是和视觉图像系统集成为一体的。

焊接机器人13为六自由度的焊接机器人。焊接机器人13根据视觉图像系统所输出的焊接动作控制程序，对变位机1上所装夹的受损转轮的对应待修复部位安装焊接路径进行焊接修复。

以上详细说明了本发明对变位机5上所装夹定位的转轮的当前位水斗的焊接修复，在该当前位水斗焊接修复完毕后，则将下一个水斗转为当前位继续按照上述技术措施进行焊接修复，直至转轮上的所有受损水斗焊接修复完毕。

上述定位法兰上的连接孔可以是多个。

上述滚珠丝杠副的动作和变位机的动作可以通过单独的控制器实现，以可以通过与视觉图像系统集成的控制器实现。

以上具体技术方案仅用以说明本发明，而非对其限制；尽管参照上述具体技术方案对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：本发明依然可以对上述具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种水轮机转轮自动焊接修复系统，所述转轮为冲击式水轮机的受损转轮、其主要由轮盘（1）和设置于轮盘（1）外周的多个水斗（2）组成，其特征在于，所述自动焊接修复系统包括：

-变位机（5），所述变位机（5）用作对受损转轮进行定位装夹；

-视觉图像系统，所述视觉图像系统内预存储有变位机（5）上所装夹的受损转轮的设计三维模型，以此设计三维模型作为修复基准；所述视觉图像系统用作对变位机（5）上所装夹的受损转轮的对应待修复部位进行图像扫描，依据所扫描的图像信息建立对应待修复部位的实时三维模型；所述视觉图像系统将实时三维模型与基准模型中的对应部位进行比较，获得实时三维模型相较基准模型的受损部位；所述视觉图像系统将获得的受损部位进行焊接区域分隔，依据分隔出的焊接区域规划焊接路径；所述视觉图像系统将规划好的焊接路径转化为焊接机器人（13）的焊接动作控制程序、输送给焊接机器人（13）；

-焊接机器人（13），所述焊接机器人（13）根据视觉图像系统所输出的焊接动作控制程序，对变位机（1）上所装夹的受损转轮的对应待修复部位进行焊接修复。

2.根据权利要求1所述水轮机转轮自动焊接修复系统，其特征在于，所述视觉图像系统的图像扫描器（12）布置在变位机（5）上。

3.根据权利要求2所述水轮机转轮自动焊接修复系统，其特征在于，所述图像扫描器（12）通过滚珠丝杠副布置在变位机（5）上，所述滚珠丝杠副的丝杠（10）安装在变位机（5）上、且与伺服电机（9）连接，所述滚珠丝杠副的螺母（11）装配在丝杠（10）上、且与图像扫描器（12）连接。

4.根据权利要求1、2或3所述水轮机转轮自动焊接修复系统，其特征在于，所述变位机（5）通过定位法兰（6）对受损转轮进行定位装夹，所述定位法兰（6）具有中心孔、且以中心孔为中心开设有多个连接孔，所述定位法兰（6）上的中心孔和连接孔在轴向投影上与受损转轮轮盘（1）上的中心孔（3）和装配孔（4）相对应，在受损转轮定位装夹时，所述受损转轮布置在定位法兰（6）与变位机（5）之间，所述定位法兰（6）上的至少两个连接孔与受损转轮上对应的装配孔（4）内穿装有定位件（7），由定位件（7）将受损转轮在变位机（5）上进行装夹定位。

5.根据权利要求4所述水轮机转轮自动焊接修复系统，其特征在于，所述定位法兰（6）上开设有多道条状结构的紧固槽（8），这些紧固槽（8）以定位法兰（6）上的中心孔为中心周向均布，每道紧固槽（8）在定位法兰（6）上以径向布置，所述紧固槽（8）内穿装有T型螺栓，由T型螺栓将所述受损转轮在变位机（5）上进行锁紧装夹。

6.根据权利要求1所述水轮机转轮自动焊接修复系统，其特征在于，所述焊接机器人（13）为六自由度的焊接机器人。

7.根据权利要求1所述水轮机转轮自动焊接修复系统，其特征在于，所述焊接路径是以从左向右、先上后下的方式规划设计，所述焊接路径中的每个焊位是以从下而上的堆焊顺序规划设计。