CN108526713B - 一种在激光切管机中实现焊缝检测和自动规避的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在激光切管机中实现焊缝检测和自动规避的方法，通过设置激光切割头、图像检测传感器、数控运动控制系统以及套料软件模块，并且数控运动控制系统与所述图像检测传感器电连接，套料软件与所述数控运动控制系统电连接，数控运动控制系统控制管材旋转，并且在管材旋转的过程中，所述图像检测传感器实时获取焊缝图像；然后数控运动控制系统根据所述图像检测传感器的反馈信号，记录对应卡盘旋转轴坐标，并将需要加工的方管进行偏移；利用数控运动控制系统与视觉传感器技术的结合使用，能够实现智能化切割，节省了人力，并大大增加了切割管材的合格率。

Description

一种在激光切管机中实现焊缝检测和自动规避的方法
技术领域
本发明涉及一种激光切管机的切割方法，尤其涉及一种在激光切管机中实现焊缝检测和自动规避的方法。
背景技术
在激光切管领域，由于焊缝管的焊缝的高度过大或过小，或焊缝的宽度太宽或太窄，以及焊缝和母材之间的过渡部位不平滑、表面粗糙、焊缝纵、横向不整齐或下凹量过大，都将导致激光在焊缝上加工出现爆孔、切不断或切割效果不好的问题。焊缝尺寸不合要求的管材加工效果差，主要包括以下几种情况：1、裂纹，裂纹端部形状尖锐，应力集中严重，对承受交变和冲击载荷、静拉力影响较大，是焊缝中最危险的缺陷。按其产生的原因可分冷裂纹、热裂纹和再热裂纹等；2、气孔，在焊接过程中，因气体来不及及时逸出而在焊缝金属内部或表面所形成的空穴；3、焊瘤，在焊接过程中，熔化金属流到焊缝外未熔化的母材上所形成的金属瘤，它改变了焊缝的横截面，对动载不利；4、弧坑，焊缝在收尾处有明显的缺肉和凹陷。
市面上的管材分为有缝管和无缝管两种，它们的生产工艺不同，焊缝管是用带钢卷曲焊接而成，无缝管是用钢坯穿孔而成管子上没有焊接点。用途不同的是焊管得承压不如无缝管的承压高，价格不同，无缝管的产能低，焊管的产能高，两种相同型号的管子无缝管的贵很多，所以在压力要求不高的情况下还是焊管比较经济，因此市面上大部分管材都是焊缝管。随着加工精度、加工面的高要求，需要避开焊缝进行加工。目前的方式都是人工确认管子某一固定面向为焊缝，从而进行人工焊缝确认，浪费人力资源，并且管材加工效率低下。目前的激光切割设备主要存在以下问题：
1、焊缝检测精度不高，速度慢。
2、不能与套料软件配合。
3、数控系统不支持。
4、操作繁琐。
5、人工确定焊缝效率低，对于大管调整困难。
发明内容
为解决上述问题，本发明通过设置激光切割头、图像检测传感器、数控运动控制系统以及套料软件模块，能够自动识别管材的某一面为焊缝面，然后避开焊缝面对管材进行加工，具体发明内容如下：
一种在激光切管机中实现焊缝检测和自动规避的方法，包括激光切割头、图像检测传感器、数控运动控制系统以及套料软件模块，包括如下步骤：
(1)所述数控运动控制系统控制管材旋转，并且在管材旋转的过程中，所述图像检测传感器实时获取焊缝图像；
(2)所述数控运动控制系统与所述图像检测传感器电连接，所述数控运动控制系统根据所述图像检测传感器的反馈信号，记录对应卡盘旋转轴坐标，并将需要加工的方管进行偏移；
(3)在套料软件上将三维图形焊缝面进行标志，避免或减少在焊缝面加工，并生成对应的加工NC代码；
(4)所述套料软件与所述数控运动控制系统电连接，所述数控运动控制系统与所述激光切割头固定连接，数控运动控制系统带动所述激光切割头对管材进行加工。
优选的，所述数控运动控制系统处理模块包括四轴数控加工设备。所谓四轴即该数控运动控制系统不仅能在X、Y、Z三个方向上加工管材，而且能在X、Y、Z的基础上多一个旋转轴。
优选的，所述激光切管机还包括夹持卡盘，所述夹持卡盘用于夹持所述管材，所述夹持卡盘与所述图像检测传感器位于所述激光切割头的两侧，所述夹持卡盘与所述图像检测传感器不能位于激光切割头的同一侧，因为如果所述夹持卡盘与所述图像检测传感器位于激光切割头的同一侧，则会出现加工的真空区域，导致该真空区域无法进行加工，所以如果夹持卡盘位于激光切割头的左侧，则图像检测传感器位于激光切割头的右侧；如果夹持卡盘位于激光切割头的右侧，则图像检测传感器位于激光切割头的左侧。
并且，该激光切割头沿垂直于地面方向的中心面与该图像检测传感器沿垂直于地面方向的中心面共面。
优选的，所述图像检测传感器能根据焊缝管面与普通管面的不同反馈不同的信号，所以才能使得该激光切割头能够避开焊缝面进行管材的加工。
优选的，所述步骤(2)中如果所述数控运动控制系统成功接收到所述图像检测传感器的反馈信号，则执行步骤(3)；如果所述数控运动控制系统接收所述图像检测传感器的反馈信号失败，则手动对所述管材进行坐标偏移，然后执行步骤(3)。以上设置的目的是为了防止该图像检测传感器突然出现意想不到的故障。
优选的，在所述图像检测传感器上设置有保护装置，在激光进行切割时，废气、废渣可能对图像检测传感器有所损害，缩短使用寿命，因此，为了解决这个问题，提供了一个保护装置，该装置为由气缸控制的开关门，即在该装置在图像检测传感器正常工作时打开，在其他情况下闭合，来达到保护的作用。
本发明所涉及的一种在激光切管机中实现焊缝检测和自动规避的方法，通过设置激光切割头、图像检测传感器、数控运动控制系统以及套料软件模块，并且数控运动控制系统与所述图像检测传感器电连接，套料软件与所述数控运动控制系统电连接，利用数控运动控制系统与视觉传感器技术的结合使用，能够实现智能化切割，节省了人力，并大大增加了切割管材的合格率。
附图说明
图1为本发明的激光切割装置的简易结构图；
图2为本发明数控运动控制系统配合图像检测传感器实现焊缝确定的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的激光切割装置主要包括激光切割头1、图像检测传感器2、数控运动控制系统(图中未示出)、套料软件模块(图中未示出)、夹持卡盘3、以及待切割的管材4，其中，夹持卡盘3用于夹持被加工的管材；激光切割头1与图像检测传感器2固定连接，并且该图像检测传感器2位于激光切割头1的右方，夹持卡盘3与所述图像检测传感器2位于所述激光切割头1的两侧，所述夹持卡盘3与所述图像检测传感器2不能位于激光切割头1的同一侧，因为如果所述夹持卡盘3与所述图像检测传感器2位于激光切割头1的同一侧，则会出现加工的真空区域，导致该真空区域无法进行加工，所以如果夹持卡盘3位于激光切割头1的左侧，则图
像检测传感器2位于激光切割头1的右侧；如果夹持卡盘3位于激光切割头1的右侧，则图像检测传感器2位于激光切割头1的左侧。并且，更进一步地，所述图像检测传感器位于所述激光切割头的正右方。所谓正右方是指，该激光切割头沿垂直于地面方向的中心面与该图像检测传感器沿垂直于地面方向的中心面共面。这样设置的目的是为了加工更精确，避免出现加工误差。
数控运动控制系统处理模块包括四轴数控加工设备。所谓四轴即该数控运动控制系统不仅能在X、Y、Z三个方向上加工管材，而且能在X、Y、Z的基础上多一个旋转轴。图像检测传感器2能根据焊缝管面与普通管面的不同反馈不同的信号，该图像检测传感器2具有学习记忆功能，通过学习焊缝面和非焊缝面的区别，使得该图像检测传感器2能够识别某一面为焊缝面或者非焊缝面，所以才能使得该激光切割头1能够避开焊缝面进行管材的加工。该图像检测传感器的工作过程如下：(1)将管材焊缝面置于图像检测传感器之下，通过聚焦焊缝，进行初始化确认；(2)初始化后，图像检测传感器通过对比管材每一个面的检测数据是否与初始化值相同，来确定是否焊缝面；(3)在确认焊缝面时，图像检测传感器反馈确认信号，数控系统在得到这个信号时，立即记录旋转卡盘的坐标值。
在所述图像检测传感器上设置有保护装置(图上未示出)，在激光进行切割时，废气、废渣可能对图像检测传感器有所损害，缩短使用寿命，因此，为了解决这个问题，提供了一个保护装置，该装置为由气缸控制的开关门，即在该装置在图像检测传感器正常工作时打开，在其他情况下闭合，来达到保护的作用。
数控运动控制系统用于控制管材的旋转和激光切割头1的移动，该数控运动控制系统与图像传感器2电连接，使得当图像检测传感器2检测到焊缝面后，数控运动控制系统能够控制管材旋转，使得激光切割头1加工管材时能够避免在焊缝面上进行加工。套料软件与数控运动控制系统电连接，该套料软件能够输出离线的NC代码，数控运动控制系统能够根据套料软件输出的离线NC代码，对管材进行加工。
具体的加工步骤如下所示：
(1)所述数控运动控制系统控制管材旋转，并且在管材旋转的过程中，所述图像检测传感器实时获取焊缝图像；
(2)所述数控运动控制系统与所述图像检测传感器电连接，所述数控运动控制系统根据所述图像检测传感器的反馈信号，记录对应卡盘旋转轴坐标，并将需要加工的方管进行偏移；
(3)在套料软件上将三维图形焊缝面进行标志，避免或减少在焊缝面加工，并生成对应的加工NC代码；
(4)所述套料软件与所述数控运动控制系统电连接，所述数控运动控制系统与所述激光切割头固定连接，数控运动控制系统带动所述激光切割头对管材进行加工。
数控运动控制系统配合图像检测传感器实现焊缝确定的流程图如图2所示，所述步骤(2)中如果所述数控运动控制系统成功接收到所述图像检测传感器的反馈信号，则执行步骤(3)；如果所述数控运动控制系统接收所述图像检测传感器的反馈信号失败，则手动对所述管材进行坐标偏移，然后执行步骤(3)。
如果被切割的管材是圆管，则将圆管旋转根据需要旋转一定角度避开焊缝面进行加工；如果被切割的管材是矩形管，则将管材旋转0°/90°/180°/270°去避开焊缝面进行加工。被加工的管材的横截面可以是多种形状，在本实施例中列举了圆管和方管例子，在实际应用中不限于本实施例中所列举的例子，可以根据实际生产需要加工不同形状的管材。
以矩形管为例，假设套料软件设定0°面为焊缝面，即为正面朝上，而实际上根据图像检测传感器信号检测焊缝面为180°面，即为正面朝下(如果是人工操作，则需要手动将管材翻转180°后再进行夹持固定)此时数控系统通过控制卡盘动作，旋转180°。将焊缝面置于正面朝上，完成动作后，重置坐标系，使套料工件坐标与实际工件坐标实现一致，实现智能切换而杜绝人工调整。

Claims (5)

1.一种在激光切管机中实现焊缝检测和自动规避的方法，包括激光切割头、图像检测传感器、数控运动控制系统以及套料软件模块，其特征在于包括如下步骤：
(1)所述数控运动控制系统控制管材旋转，并且在管材旋转的过程中，所述图像检测传感器实时获取焊缝图像；
(2)所述数控运动控制系统与所述图像检测传感器电连接，所述数控运动控制系统根据所述图像检测传感器的反馈信号，记录对应卡盘旋转轴坐标，并将需要加工的方管进行偏移；
(3)在套料软件上将三维图形焊缝面进行标志，避免或减少在焊缝面加工，并生成对应的加工NC代码；
(4)所述套料软件与所述数控运动控制系统电连接，所述数控运动控制系统与所述激光切割头固定连接，数控运动控制系统带动所述激光切割头对管材进行加工。
2.如权利要求1所述的焊缝检测和自动规避的方法，其特征在于：所述激光切管机还包括夹持卡盘，且所述夹持卡盘与所述图像检测传感器位于所述激光切割头的两侧。
3.如权利要求1所述的焊缝检测和自动规避的方法，其特征在于：所述图像检测传感器能根据焊缝管面与普通管面的不同反馈不同的信号。
4.如权利要求1所述的焊缝检测和自动规避的方法，其特征在于：所述步骤(2)中如果所述数控运动控制系统成功接收到所述图像检测传感器的反馈信号，则执行步骤(3)；如果所述数控运动控制系统接收所述图像检测传感器的反馈信号失败，则手动对所述管材进行坐标偏移，然后执行步骤(3)。
5.如权利要求1所述的焊缝检测和自动规避的方法，其特征在于：在所述图像检测传感器上设置有保护装置。
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