CN110253144A - 一种水下激光焊接综合控制系统及其焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水下激光焊接综合控制系统及其焊接方法，包括移动气罩(11)、送丝机(13)、激光源控制柜(7)、气控箱(14)、水冷机(8)、控制器(4)、储存器(3)、图像处理器(6)、工控机(5)、监控主机(1)、水下全景摄像机(2)、水平位移传感器(9)、垂直距离传感器(12)、固定机架(10)、激光焊接头(71)、局部观察摄像机(15)。本系统提高了控制精度和焊接质量，减轻了操作人员的工作量、降低了人工操作的误差和轨迹偏移；本系统通过控制激光焊接头可对池底钢覆面裂缝进行焊接修复，可彻底解决泄漏问题，避免了原临时封堵等应对措施带来的有效期短、施工不便等问题。
Description
技术领域
本发明涉及工业焊接自动化技术领域，特别是一种水下激光焊接设备的控制系统。
背景技术
核电厂的乏燃料水池底部和四周均用钢覆面覆盖，其焊缝数量多且焊缝长度大。焊缝处于15米水深下无法进行在役检查，长期运行后，会因焊缝发生应力腐蚀及缺陷等原因而导致乏燃料水池泄漏。
由于大部分电站乏燃料水池采用单池设计不具备腾空水池开展维修条件，且因水池底部辐射剂量高，人员维修困难，部分国外电厂只能采用了聚合物进行临时封堵，因此发展水下焊接自动化系统具有较强的现实需求和意义。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种水下激光焊接综合控制系统，包括移动气罩(11)、送丝机(13)、激光源控制柜(7)、气控箱(14)、水冷机(8)、控制器(4)、储存器(3)、图像处理器(6)、工控机(5)、监控主机(1)、水下全景摄像机(2)、水平位移传感器(9)、垂直距离传感器(12)、固定机架(10)、激光焊接头(71)、局部观察摄像机(15)；
所述监控主机(1)显示并调整所述控制器(4)内的所有工艺参数，并展示所述局部观察摄像机(15)所摄照片、经所述图像处理器(6)处理后的图片和所述移动气罩(11)的移动轨迹；所述水下全景摄像机(2)固定在所述固定机架(10)上，拍摄所述固定机架(10)正下方池底照片；所述储存器(3)用于存储实时参数和图像；所述控制器(4)可实时调整所述移动气罩(11)位置的水下焊接；所述工控机(5)可对处理后的图像进行图像识别和焊接路径规划；所述图像处理器(6)可以进行图像处理；通过图像识别算法识别后生成所述移动气罩(11)的焊接修补路径，并将所述路径参数传入所述控制器(4)；所述激光源控制柜(7)为独立于所述控制器(4)的控制单元，所述激光源控制柜(7)可自主控制激光的输出和为其提供冷却的所述水冷机(8)的运行；所述激光源控制柜(7)与控制器(4)实时通讯，亦可通过控制器(4)对激光源控制柜(7)的运行参数进行调整；所述水冷机(8)对激光提供冷却；所述移动气罩(11)固定在所述固定机架(10)上，所述固定机架(10)的轴向运动装置根据安装在所述固定机架(10)上的所述水平位移传感器(9)和所述垂直距离传感器(12)的反馈信号对移动气罩(11)提供定向、定值的位移；所述移动气罩(11)由所述气控箱(14)进行高压充气以排开池水，所述移动气罩(11)内部的所述激光焊接头(71)与所述送丝机(13)配合进行焊接；所述局部观察摄像机(15)安装在所述移动气罩(11)内和所述激光焊接头(71)的上方。
优选的，所述监控主机(1)包含显示器和输入设备，具有人机交互界面。
优选的，所述控制器(4)为PLC系统，分为激光控制子系统(41)、固定机架控制子系统(42)、移动气罩控制子系统(43)。
优选的，所述图像处理器(6)经过所述工控机(5)形成以所述固定机架(10)的支腿为X\Y坐标系的池底裂缝与周边具有较高对比度的固定机架10正下方池底全景照片。
优选的，所述局部观察摄像机(15)内设置冷光照明，并采用自动光圈和自动遮光电焊镜片。
优选的，所述固定机架(10)有三个轴向运动装置搭建而成，包含驱动X轴方向运动装置(107)的变频器一(101)和X轴运动电机(104)、驱动Y轴方向运动装置(108)的变频器二(102)和Y轴运动电机(105)、驱动Z轴方向运动装置(109)的变频器三(103)和Z轴运动电机(106)。
优选的，所述监控主机(1)、所述储存器(3)、所述控制器(4)、所述工控机(5)、所述图像处理器(6)、所述激光源控制柜(7)、所述水冷机(8)、所述送丝机(13)、所述气控箱(14)位于水面上。
优选的，所述各部件之间均以硬接线或工业现场总线进行连接。
一种水下激光焊接综合控制系统及其焊接方法，水下全景摄像机(2)开启运作，并将拍摄的水池底的照片传入所述图像处理器(6)；所述工控机(5)将经所述图像处理器(6)处理后的照片进行拼接，形成具有以所述固定机架(10)的支腿为X\Y坐标系的水池底裂缝与周边具有较高对比度的所述固定机架(10)正下方水池底全景照片；所述工控机(5)所述水池底全景照片中的裂缝进行识别并生成激光焊接裂缝修补路径；所述控制器(4)通过修补路径参数，并通过所述固定机架(10)驱动所述移动气罩(11)进行非焊接状态下的修补路径模拟；开启所述激光焊接头(71)在所述送丝机(13)的配合下按照所述修补路径对水池底裂缝进行修补焊接。
采用以上技术方案，本发明具有如下效果和优点：
本系统为模块化控制，结构简单，操作方便；采用了图像识别技术可自动对被焊接对象进行识别、自主规划焊接路径，提高了控制精度和焊接质量，减轻了操作人员的工作量、降低了人工操作的误差和轨迹偏移；设置了全景摄像头和局部摄像头可对深水以及辐射环境等人员限制进出的场景进行远程观测和监控。本系统通过控制激光焊接头可对池底钢覆面裂缝进行焊接修复，可彻底解决泄漏问题，避免了原临时封堵等应对措施带来的有效期短、施工不便等问题。
附图说明
图1为本发明系统图；
其中：1-监控主机、2-水下全景摄像机、3-储存器、4-控制器、41-激光控制子系统、42-固定机架控制子系统、43-移动气罩控制子系统、5-工控机、6-图像处理器、7-激光源控制柜、71-激光焊接头、8-水冷机、9-水平位移传感器、10-固定机架、101-变频器一、102-变频器二、103-变频器三、104-X轴运动电机、105-Y轴运动电机、106-Z轴运动电机、107-X轴方向运动装置、108-Y轴方向运动装置、109-Z轴方向运动装置、11-移动气罩、12-垂直距离传感器、13-送丝机、14-气控箱、15-局部观察摄像机。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明技术方案进行详细说明。
如图1所示：一种水下激光焊接综合控制系统，其特征在于：包括移动气罩11(其内部装有激光焊接头71、送丝机13的机头、气控箱14的保护气体喷嘴，局部观察摄像机15、反馈移动气罩垂直高度的垂直距离传感器12)、支撑移动气罩XYZ轴方向运动的固定机架10(其包含驱动移动气罩X轴方向运动的X轴运动电机104、驱动移动气罩Y轴方向运动的Y轴运动电机105、驱动移动气罩Z轴方向运动的Z轴运动电机106、控制X轴运动电机转速的变频器一101、控制Y轴运动电机转速的变频器二102、控制Z轴运动电机转速的变频器三103、由变频器驱动的X/Y/Z轴方向运动装置107/108/109、反馈移动气罩水平位移量的水平位移传感器9、水下全景摄像机2)、送丝机13、激光源控制柜7、气控箱14、水冷机8、可实时调整移动气罩位置的水下焊接控制器4、用于存储实时参数和图像的储存器3、可以进行图像处理的图像处理器6、可对处理后的图像进行图像识别和焊接路径规划的工控机5、可监控和设定工艺参数的控制主机1。
所述的控制器4为PLC系统，其划分为激光控制子系统41、固定机架控制子系统42、移动气罩控制子系统43。
所述的固定机架10主要有三个轴向运动装置搭建而成，其主体包含驱动X轴方向运动装置107的变频器一101和X轴运动电机104、驱动Y轴方向运动装置108的变频器一102和Y轴运动电机105、驱动Z轴方向运动装置109的变频器一103和Z轴运动电机106等。移动气罩11固定在固定机架10上，固定机架10的轴向运动装置根据安装在固定机架10上的水平位移传感器9和垂直距离传感器12的反馈信号对移动气罩11提供定向、定值的位移。
所述的移动气罩11在工作时其内部由气控箱14进行高压充气以排开池水，创建局部干式环境，移动气罩11内部的激光焊接头71与送丝机配合进行焊接处理。局部观察摄像机15安装在移动气罩11内、激光焊接头71的上方，内置冷光照明，并采用自动光圈和自动遮光电焊镜片。
所述的水下全景摄像机2固定在固定机架10上，由其拍摄固定机架正下方池底照片，图像处理器6对照片经过处理后，经过工控机5形成以固定机架10的支腿为X\Y坐标系的池底裂缝与周边具有较高对比度的固定机架10正下方池底全景照片，通过图像识别算法识别后生成移动气罩11的焊接修补路径，并将参数传入至控制器4中。
所述的激光源控制柜7为独立于控制器4的控制单元，其可自主控制激光的输出和为其提供冷却的水冷机8的运行。激光源控制柜7与控制器4实时通讯，亦可通过控制器对激光源控制柜7的运行参数进行调整。
所述的监控主机1包含显示器和输入设备，具有人机交互界面，可以显示并调整控制器内的所有工艺参数，并可以展示摄像机所摄照片及处理后的图片、移动气罩的移动轨迹等。
所述的各部件之间均以硬接线或工业现场总线进行连接。
所述的监控主机1、储存器3、控制器4、工控机5、图像处理器6、激光源控制柜7、水冷机8、送丝机13、气控箱14等位于岸上，其余部件在工作时均位于水下。
所述水下激光焊接综合控制系统的具体应用方式：
(1)所有零部件安装完毕后，将固定机架10及其附属部件沉入水中，落在乏燃料水池池底；(2)水下全景摄像机2开启运作，将拍摄的池底照片传入图像处理器6，工控机(5)将经图
像处理器(6)处理后的照片进行拼接，形成具有以固定机架(10)的支腿为X\Y坐标
系的池底裂缝与周边具有较高对比度的固定机架(10)正下方池底全景照片，供工作人
员了解池底裂缝的相关信息。
(3)工控机(5)利用内置图像识别算法对裂缝进行识别并生成激光焊接裂缝修补路径。
(4)控制器(4)通过修补路径参数调动固定机架(10)上的运动装置驱动移动气罩(11)
进行非焊接状态下的修补路径模拟，工作人员可通过局部观察摄像机(15)对移动气罩(11)的行径路线和状态进行确认。
(5)控制系统开启激光焊接头(71)、送丝机(13)等部件按照修正后的修补路径对池底裂
缝进行修补焊接，完成工作。
以上详细描述了本发明的具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种水下激光焊接综合控制系统，其特征在于：包括移动气罩(11)、送丝机(13)、激光源控制柜(7)、气控箱(14)、水冷机(8)、控制器(4)、储存器(3)、图像处理器(6)、工控机(5)、监控主机(1)、水下全景摄像机(2)、水平位移传感器(9)、垂直距离传感器(12)、固定机架(10)、激光焊接头(71)、局部观察摄像机(15)；
所述监控主机(1)显示并调整所述控制器(4)内的所有工艺参数，并展示所述局部观察摄像机(15)所摄照片、经所述图像处理器(6)处理后的图片和所述移动气罩(11)的移动轨迹；
所述水下全景摄像机(2)固定在所述固定机架(10)上，拍摄所述固定机架(10)正下方池底照片；
所述储存器(3)用于存储实时参数和图像；
所述控制器(4)可实时调整所述移动气罩(11)位置的水下焊接；
所述工控机(5)可对处理后的图像进行图像识别和焊接路径规划；
所述图像处理器(6)可以进行图像处理；通过图像识别算法识别后生成所述移动气罩(11)的焊接修补路径，并将所述路径参数传入所述控制器(4)；
所述激光源控制柜(7)为独立于所述控制器(4)的控制单元，所述激光源控制柜(7)可自主控制激光的输出和为其提供冷却的所述水冷机(8)的运行；所述激光源控制柜(7)与控制器(4)实时通讯，亦可通过控制器(4)对激光源控制柜(7)的运行参数进行调整；
所述水冷机(8)对激光提供冷却；
所述移动气罩(11)固定在所述固定机架(10)上，所述固定机架(10)的轴向运动装置根据安装在所述固定机架(10)上的所述水平位移传感器(9)和所述垂直距离传感器(12)的反馈信号对移动气罩(11)提供定向、定值的位移；
所述移动气罩(11)由所述气控箱(14)进行高压充气以排开池水，所述移动气罩(11)内部的所述激光焊接头(71)与所述送丝机(13)配合进行焊接；
所述局部观察摄像机(15)安装在所述移动气罩(11)内和所述激光焊接头(71)的上方。
2.如权利要求1所述的一种水下激光焊接综合控制系统，其特征在于：所述监控主机(1)包含显示器和输入设备，具有人机交互界面。
3.如权利要求1所述的一种水下激光焊接综合控制系统，其特征在于：所述控制器(4)为PLC系统，分为激光控制子系统(41)、固定机架控制子系统(42)、移动气罩控制子系统(43)。
4.如权利要求1所述的一种水下激光焊接综合控制系统，其特征在于：所述图像处理器(6)经过所述工控机(5)形成以所述固定机架(10)的支腿为X\Y坐标系的池底裂缝与周边具有较高对比度的固定机架10正下方池底全景照片。
5.如权利要求1所述的一种水下激光焊接综合控制系统，其特征在于：所述局部观察摄像机(15)内设置冷光照明，并采用自动光圈和自动遮光电焊镜片。
6.如权利要求1所述的一种水下激光焊接综合控制系统，其特征在于：所述固定机架(10)有三个轴向运动装置搭建而成，包含驱动X轴方向运动装置(107)的变频器一(101)和X轴运动电机(104)、驱动Y轴方向运动装置(108)的变频器二(102)和Y轴运动电机(105)、驱动Z轴方向运动装置(109)的变频器三(103)和Z轴运动电机(106)。
7.如权利要求1所述的一种水下激光焊接综合控制系统，其特征在于：所述监控主机(1)、所述储存器(3)、所述控制器(4)、所述工控机(5)、所述图像处理器(6)、所述激光源控制柜(7)、所述水冷机(8)、所述送丝机(13)、所述气控箱(14)位于水面上。
8.如权利要求1所述的一种水下激光焊接综合控制系统，其特征在于：所述各部件之间均以硬接线或工业现场总线进行连接。
9.一种水下激光焊接综合控制系统及其焊接方法，其特征在于：如权利要求1所述的水下全景摄像机(2)开启运作，并将拍摄的水池底的照片传入所述图像处理器(6)；所述工控机(5)将经所述图像处理器(6)处理后的照片进行拼接，形成具有以所述固定机架(10)的支腿为X\Y坐标系的水池底裂缝与周边具有较高对比度的所述固定机架(10)正下方水池底全景照片；所述工控机(5)所述水池底全景照片中的裂缝进行识别并生成激光焊接裂缝修补路径；所述控制器(4)通过修补路径参数，并通过所述固定机架(10)驱动所述移动气罩(11)进行非焊接状态下的修补路径模拟；开启所述激光焊接头(71)在所述送丝机(13)的配合下按照所述修补路径对水池底裂缝进行修补焊接。
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