CN110919134A - 一种管板定位焊接方法 - Google Patents

一种管板定位焊接方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110919134A
CN110919134A CN201910953950.9A CN201910953950A CN110919134A CN 110919134 A CN110919134 A CN 110919134A CN 201910953950 A CN201910953950 A CN 201910953950A CN 110919134 A CN110919134 A CN 110919134A
Authority
CN
China
Prior art keywords
welding
plate
coordinate system
tube
pipe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910953950.9A
Other languages
English (en)
Inventor
王国强
丁青松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changzhou Kunda Welding Technology Co Ltd
Original Assignee
Changzhou Kunda Welding Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changzhou Kunda Welding Technology Co Ltd filed Critical Changzhou Kunda Welding Technology Co Ltd
Priority to CN201910953950.9A priority Critical patent/CN110919134A/zh
Publication of CN110919134A publication Critical patent/CN110919134A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/24—Features related to electrodes
    • B23K9/28—Supporting devices for electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/0026—Arc welding or cutting specially adapted for particular articles or work
    • B23K9/0052—Welding of pipe panels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/32—Accessories

Abstract

本发明公开了一种管板定位焊接方法，包括确定管板圆孔与十字激光相交的边界点，采用二维圆拟合算法，得到管孔在工业相机坐标系下的位置，移动焊枪到达管孔的焊接位置，调整焊枪焊接姿态，记录焊枪的实时位置完成标定，根据该旋转角度将CAD图纸的圆心坐标转换为实际工件坐标系，将偏差量信息补偿到焊接位置后进行焊接。本发明可以对每个管孔进行精确的定位，大大提高了生产效率和焊接质量，可以在不转动工件的前提下将CAD模型根据坐标变换，增加了设备的便捷性，焊枪与十字激光三维定位传感器相对位置标定方法简洁有效，结合基于弧压信号的焊枪实时调整以及一种多区间的工艺参数调整方法，提高了焊接质量。

Description

一种管板定位焊接方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，尤其涉及一种管板定位焊接方法。
背景技术
我国目前现有的管板焊接手段主要有以下三种方式：
第一种：按照管孔的排列顺序，通过人工手动的方式依次将管子焊接到管板上，此种方式生产效率低下而且对操作人员工艺控制水平要求极高，焊接质量其极不稳定。
第二种：按照管孔的排列顺序，通过人工手动操作半自动化的管板焊接专机逐个的将管子焊接到管板上，此种方式靠半自动管板专机的定位芯轴进行定位，磨损后严重影响焊接效率。而且此种方式对人工的焊接工艺水平要求较高，其效率相对于人工纯手动的方式有所提高，但是完全依靠人工操作，不能实现全自动化，生产效率较低。
第三种：此种方式是目前较为先进的全自动化生产方式，此类系统通过纯二维视觉传感器来定位每个圆孔的二维坐标，并结合激光位移传感器测量的管板两端的深度来推算每个管孔的深度变化（认为管板是一个标准平面）。这种方式在一定程度上可以实现自动化焊接，但是由于焊接过程中管孔会氧化变色以及整个板面在打底焊接后会出现桶形变形或者枕形变形，所以由于此种方式不能准确的识别每个管孔的深度信息，在焊接的过程中会导致焊枪到位不足的情况，此种情况焊接的管孔会出现焊接不合格的情况。需要操作人员及时调整给进量，会降低焊接效率。
现有的全自动管板焊接系统一般采用机器人或者三维直线运动执行机构作为动作执行主体，焊枪所在运动轴具备旋转轴带动焊枪按照固定半径和焊接角度进行完整的单个管孔焊接。其测量系统包含二维视觉测量传感器和激光测距传感器。整个系统的工作步骤如下：
1. 在新的管板工件摆放到焊接工位后，需要对焊接工件的摆放角度进行调整，使得工件的管板平面完全与管板X方向的行走轴平行，如果倾斜角度偏差过大，钨极就会脱离焊缝而焊到管壁。
2. 由于采用点激光测距，无法对每个管孔都进行深度测量，只能测量管板最左侧与最右侧的两个端点的深度，从而计算整个管板面相对于焊接系统X轴的倾斜角度。
3. 根据上一步计算得到的管板面相对于焊接系统X轴的倾斜角度，模拟计算每个管孔在此倾斜斜率影响下的深度变化量。并根据模拟的深度变化量来到达拍照位置。
4. 到达拍照位置后，相机进行拍照，得到当前管孔的左右和上下偏差，深度偏差由模拟值给出。控制系统根据这个偏差量进行到位焊接。
后两个步骤中，其深度信息是虚拟的，而不是每个圆孔进行单独计算深度。
发明内容
针对现有技术不能对管孔圆心精确定位、不能准确的识别每个管孔的深度信息、焊接精度差、焊接效率低、便捷性差的问题，本发明提供了一种管板定位焊接方法。
本发明是这样实现的，一种管板定位焊接方法包括：
步骤一、调整十字激光到达待标定管孔的中心位置，根据标定好的十字激光截面与工业相机成像面的几何关系，采用激光三角测量原理计算十字激光上每个像素点在工业相机坐标系下的三维坐标，根据深度变化信息，得到P_left，P_right，P_up，P_down这四个管板圆孔与十字激光相交的边界点；
步骤二、采用二维圆拟合算法，使用
Figure RE-486255DEST_PATH_IMAGE001
+2aXY+
Figure RE-83590DEST_PATH_IMAGE002
+cX+dY+e=0作为方程，得到管孔圆心在工业相机坐标系下的X轴坐标值和Y轴坐标值，通过求取P_left，P_right，P_up，P_down这四个交点的Z轴坐标值的平均值得到管孔圆心在工业相机坐标系下的Z轴坐标值，记录该管孔在工业相机坐标系下的位置为
Figure RE-269415DEST_PATH_IMAGE003
(
Figure RE-330912DEST_PATH_IMAGE004
,
Figure RE-84104DEST_PATH_IMAGE005
,
Figure RE-168735DEST_PATH_IMAGE006
)；
步骤三、移动焊枪到达该管孔的焊接位置，调整焊枪焊接姿态，记录当前的焊枪的实时位置
Figure RE-399996DEST_PATH_IMAGE007
(
Figure RE-519262DEST_PATH_IMAGE008
,
Figure RE-941891DEST_PATH_IMAGE009
,
Figure RE-576134DEST_PATH_IMAGE010
)完成标定；
步骤四、调整管孔板面倾角，测量管孔板的旋转角度，根据该旋转角度将CAD图纸的圆心坐标转换为实际工件坐标系；
步骤五、调整管孔板面倾角后的管孔在工业相机坐标系下的位置为：
Figure RE-814349DEST_PATH_IMAGE011
(
Figure RE-319279DEST_PATH_IMAGE012
,
Figure RE-679854DEST_PATH_IMAGE013
,
Figure RE-535814DEST_PATH_IMAGE014
)；
偏差量为
Figure RE-108878DEST_PATH_IMAGE015
(
Figure RE-435692DEST_PATH_IMAGE016
-
Figure RE-967167DEST_PATH_IMAGE017
,
Figure RE-185790DEST_PATH_IMAGE018
-
Figure RE-93703DEST_PATH_IMAGE019
,
Figure RE-71761DEST_PATH_IMAGE020
-
Figure RE-508559DEST_PATH_IMAGE021
)，将偏差量信息补偿到焊接位置后进行焊接；
步骤六、如果弧压超出阈值，对焊接高度进行修正。
进一步，十字激光传感器标定方法如下：
步骤一、用十字激光传感器拍摄多张带有已知特征点尺寸的标定板图像，根据已知的标定板特征点尺寸和图像采集到的特征点对应点像素位置，代以下公式：
s
Figure RE-276795DEST_PATH_IMAGE022
=
Figure RE-457240DEST_PATH_IMAGE023
求得传感器拍摄的每张标定板的位置姿态所对应的单应矩阵；
其中(u,v)为标定板上的角点的像素坐标，(
Figure RE-260111DEST_PATH_IMAGE024
,
Figure RE-133389DEST_PATH_IMAGE025
)表示与之对应的标定板上的角点的实际世界坐标，s为比例因子；
步骤二、对多次拍照取得的多个单应性矩阵进行奇异值分解，并利用最小二乘法求解齐次线性超定方程得到每次拍照时刻标定板相对于传感器的不同位姿状态：
R=
Figure RE-893316DEST_PATH_IMAGE026
T=
Figure RE-877452DEST_PATH_IMAGE027
其中R为每次拍照时候标定板的旋转矩阵，T为对应的平移矩阵。并根据以下公式求解出传感器的内部参数：
Figure RE-331567DEST_PATH_IMAGE022
=
Figure RE-313430DEST_PATH_IMAGE028
其中，
Figure RE-118575DEST_PATH_IMAGE029
=
Figure RE-640823DEST_PATH_IMAGE030
,
Figure RE-651242DEST_PATH_IMAGE031
=
Figure RE-600744DEST_PATH_IMAGE032
;
得到光条上每个像素点在传感器坐标系下的三维坐标：
Figure RE-627605DEST_PATH_IMAGE033
=
Figure RE-156807DEST_PATH_IMAGE034
对多次拍照所采集的所有三维点进行最小二乘法拟合三维平面，得到线激光平面在传感器坐标系下的三维方程
Figure RE-319935DEST_PATH_IMAGE035
+
Figure RE-705917DEST_PATH_IMAGE036
+
Figure RE-718610DEST_PATH_IMAGE037
+D=0。
进一步，将CAD图纸的圆心坐标转换为实际工件坐标系的实现方法为：
分别手动控制十字激光到达板面上最左侧与最右侧管孔，分别拍照记录其管孔中心的三维坐标，排除深度Z方向，计算倾斜角度为
Figure RE-785923DEST_PATH_IMAGE038
=
Figure RE-803558DEST_PATH_IMAGE039
，CAD图纸圆心坐标转换后的实际工件坐标为
Figure RE-626020DEST_PATH_IMAGE040
=
Figure RE-565157DEST_PATH_IMAGE041
*
Figure RE-200276DEST_PATH_IMAGE042
。
进一步，十字激光与工业相机中心轴线呈12°~45°安装。
进一步，将整个圆周360度分成多个单独区间，采用不同工艺参数。
本发明可以对每个管孔进行精确的定位，大大提高了生产效率和焊接质量，可以在不转动工件的前提下将CAD模型根据坐标变换，增加了设备的便捷性，焊枪与十字激光三维定位传感器相对位置标定方法简洁有效，结合基于弧压信号的焊枪实时调整以及一种多区间的工艺参数调整方法，提高了焊接质量。
附图说明
图1是本发明实施例提供的管板定位焊接方法流程图；
图2是本发明实施例提供的焊接系统的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的十字激光定位管孔示意图；
图4是本发明的十字激光定位结构示意图。
图中：1、十字激光三维传感器；2、焊接电源；3、底座；4、X轴滑轨；5、人工操作台；6、管板焊枪；7、控制柜；8、Z轴滑轨；9、Y轴滑轨；10、十字激光；11、面阵工业相机；12、定焦工业镜头；13、窄带滤光片。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
管板系统包含焊接电源2和人工操作台5，左右移动的X轴和上下移动的Y轴以及深度方向的伸缩轴Z轴及对应的X轴滑轨4、Z轴滑轨8、Y轴滑轨9，三轴全部通过伺服电机进行带动。管板焊枪6安装于Z轴，十字激光三维传感器1安装于Z轴位于焊枪的另一侧。X、Y、Z三轴安装于底座3上，底座3分别可以绕X、Y轴做一定角度的旋转。控制柜7安装于底座上，用于对运动以及焊接过程进行控制及监控。
十字激光三维传感器1由十字激光10、面阵工业相机11、定焦工业镜头12、窄带滤光片13、防护片组成。十字激光波长635nm，滤光片620nm-650nm通过，其他波长的光截止。面阵工业相机11以垂直于X轴与Y轴与Z轴平行的角度进行安装，十字激光10与工业相机中心轴线呈12°~45°安装。窄带滤光片13安装于相机采集芯片外侧，使得外部光线经过窄带滤光片13的过滤之后进入面阵工业相机11。十字激光10经过管孔轮廓调制后，会产生形变，根据已经事先标定好的十字激光截面与工业相机成像面的几何关系，根据激光三角测量原理计算十字激光上每个像素点在工业相机坐标系下的三维坐标；
本发明的管板定位焊接方法包括:
S101、调整十字激光到达待标定管孔的中心位置，根据标定好的十字激光截面与工业相机成像面的几何关系，采用激光三角测量原理计算十字激光上像素点在工业相机坐标系下的三维坐标，根据深度变化信息，得到P_left，P_right，P_up，P_down这四个管板圆孔与十字激光相交的边界点；
在该步骤中，到达待标定管孔的中心位置，只是近似到达中心位置即可；
在该步骤中，只需要计算激光线上的像素点，分析其深度变化趋势，分析哪里出现断裂，深度信息突然下降到圆孔内，约1000个点。
在该步骤中，深度方向即在相机坐标系下的Z轴方向。
该步骤中，所述十字激光截面与工业相机成像面的几何关系是指传感器内部的工业相机与十字激光的夹角信息，以工业相机中心为坐标系原点，使用工业相机坐标系，得到在此坐标系下的十字激光的三维平面方程，通过此几何关系可以算出光条扫描的点在工业相机坐标系下的三维坐标，即被扫描物体表面的三维轮廓。扫描圆孔后，十字激光与圆孔会产生四个交点，圆孔内部是空的，所以十字激光会出现四个断裂点，通过深度变化找这四个断裂点。具体几何关系见下述十字激光传感器标定方法；
十字激光传感器标定方法如下：
用十字激光传感器拍摄多张带有已知特征点尺寸的标定板图像，例如棋盘格标定板或者固定圆心距的标定板，根据已知的标定板特征点尺寸和图像采集到的特征点对应点像素位置，代入如下公式，求得传感器拍摄的每张标定板的位置姿态所对应的单应矩阵。其中(u,v)为标定板上的角点的像素坐标，(
Figure RE-541259DEST_PATH_IMAGE024
,
Figure RE-269043DEST_PATH_IMAGE025
)表示与之对应的标定板上的角点的实际世界坐标，
Figure RE-492214DEST_PATH_IMAGE043
为比例因子。
s
Figure RE-166909DEST_PATH_IMAGE022
=
Figure RE-159136DEST_PATH_IMAGE023
对多次拍照取得的多个单应性矩阵进行奇异值分解，并利用最小二乘法求解齐次线性超定方程得到每次拍照时刻标定板相对于传感器的不同位姿状态：R=
Figure RE-573935DEST_PATH_IMAGE026
T=
Figure RE-487664DEST_PATH_IMAGE027
其中R为每次拍照时候标定板的旋转矩阵，T为对应的平移矩阵。并根据以下公式求解出传感器的内部参数：焦距、中心像素等。
Figure RE-497209DEST_PATH_IMAGE022
=
Figure RE-609521DEST_PATH_IMAGE028
其中，
Figure RE-679108DEST_PATH_IMAGE029
=
Figure RE-814555DEST_PATH_IMAGE030
,
Figure RE-391904DEST_PATH_IMAGE031
=
Figure RE-358723DEST_PATH_IMAGE032
;
得到光条上每个像素点在传感器坐标系下的三维坐标：
Figure RE-536895DEST_PATH_IMAGE033
=
Figure RE-221954DEST_PATH_IMAGE034
对多次拍照所采集的所有三维点进行最小二乘法拟合三维平面，得到线激光平面在传感器坐标系下的三维方程，标定结束。
Figure RE-838880DEST_PATH_IMAGE035
+
Figure RE-660206DEST_PATH_IMAGE036
+
Figure RE-507814DEST_PATH_IMAGE037
+D=0。
S102、采用二维圆拟合算法，使用
Figure RE-680169DEST_PATH_IMAGE001
+2aXY+
Figure RE-835207DEST_PATH_IMAGE002
+cX+dY+e=0作为方程，得到管孔圆心在工业相机坐标系下的X轴坐标值和Y轴坐标值，通过求取P_left，P_right，P_up，P_down这四个交点的Z轴坐标值的平均值得到管孔圆心在工业相机坐标系下的Z轴坐标值，记录该管孔在工业相机坐标系下的位置为
Figure RE-714301DEST_PATH_IMAGE003
(
Figure RE-296592DEST_PATH_IMAGE004
,
Figure RE-956244DEST_PATH_IMAGE005
,
Figure RE-351191DEST_PATH_IMAGE006
)；
S103、移动焊枪到达该管孔的焊接位置，调整焊枪焊接姿态，记录当前的焊枪的实时位置
Figure RE-147108DEST_PATH_IMAGE007
(
Figure RE-165880DEST_PATH_IMAGE008
,
Figure RE-984931DEST_PATH_IMAGE009
,
Figure RE-481772DEST_PATH_IMAGE010
)，完成标定；
其中，焊接位置是指管孔的外侧一整个圆周，一般是从上方12点钟开始，转一圈，焊枪的实时位置指的是三维电机轴的实际运行位置。
完成标定是记录标准焊接状态，就是同一个圆孔的位置传感器记录一次，三维滑架带着焊枪记录焊接位置。以后焊接其他圆孔的时候，传感器拍照计算三维偏差，在三维滑架记录的标准焊接位置的基础上加上这个偏差就是当前管孔的正确焊接位置。
在三维定位传感器初次安装或者在焊接一种新型号的管板工件的情况下，需要调整焊枪的焊接姿态，需要重新标定焊枪与传感器的相对位置关系，通过上述S101、S102、S103步骤完成焊枪与三维定位传感器的相对位置定位；
S104、调整管孔板面倾角，测量管孔板的旋转角度，根据该旋转角度将CAD图纸的圆心坐标转换为实际工件坐标系；
上述实际工件坐标系不是相机坐标系，而是工件上圆孔排列的方向产生的坐标系，是与工件上的管孔的摆放方向一致的，独立于相机坐标系和三维滑架坐标系。
管孔板的平面角度不变，使得板面绕着板面的法线旋转，旋转的是整个板面上所有管孔，例如，在一张纸上画了一百个圆，画的时候是把纸在桌面上平着放的，但是在焊接的时候这张纸放在桌面上倾斜了，有个旋转角度，但是纸还是在桌面上，要计算这张纸的实际角度。计算出角度，在CAD图纸的基础上加上这个角度就能到下一个圆的位置。目的是为了使CAD的坐标系方向与实际工件方向统一。焊枪位置和传感器位置标定好了是针对一个圆孔的焊接，即使整个工件旋转了，圆旋转后还是个圆，不会影响焊接结果。
并不会影响标定好的枪与传感器的相对位置。目的是为了使CAD的坐标系方向与实际工件方向统一。焊枪位置和传感器位置标定好了是针对一个圆孔的焊接，即使整个工件旋转了，圆旋转后还是个圆，不会影响焊接结果。
该S104步骤待管板工件摆放完毕后进行，使得工件板面倾角在允许范围内；导入管板工件所有待焊接管孔的CAD图纸，为了减少焊接过程的变形量，可以在软件界面上选择离散式分布的预焊点。预焊点选择结束后，软件会自动生成最小路径轨迹（该软件为系统自带软件，该系统包含设备传感器和对应的上位机软件，软件还包含自己的软件操作界面，软件的功能就是控制传感器拍照、定位、数据通讯等，也可采用自己开发的软件和算例），其依据的选择标准为从未选择的点集合中查找与之距离最近的点；在板面上管孔排布旋转角度与CAD图纸（默认为水平排布）不一致的情况下，需要对实际工件的旋转角度进行测量；
将CAD图纸的圆心坐标转换为实际工件坐标系的实现方法为：
分别手动控制十字激光到达板面上最左侧与最右侧管孔，分别拍照记录其管孔中心的三维坐标，排除深度Z方向，计算倾斜角度为
Figure RE-397775DEST_PATH_IMAGE038
=
Figure RE-29526DEST_PATH_IMAGE039
，CAD图纸圆心坐标转换后的实际工件坐标为
Figure RE-398190DEST_PATH_IMAGE040
=
Figure RE-698721DEST_PATH_IMAGE041
*
Figure RE-406914DEST_PATH_IMAGE042
；
S105、调整管孔板面倾角后的管孔在工业相机坐标系下的位置为：
Figure RE-501909DEST_PATH_IMAGE011
(
Figure RE-357870DEST_PATH_IMAGE012
,
Figure RE-898310DEST_PATH_IMAGE013
,
Figure RE-523327DEST_PATH_IMAGE014
)；
偏差量为
Figure RE-54802DEST_PATH_IMAGE015
(
Figure RE-335742DEST_PATH_IMAGE016
-
Figure RE-712497DEST_PATH_IMAGE017
,
Figure RE-457599DEST_PATH_IMAGE018
-
Figure RE-596194DEST_PATH_IMAGE019
,
Figure RE-426747DEST_PATH_IMAGE020
-
Figure RE-607192DEST_PATH_IMAGE021
)，将偏差量信息补偿到焊接位置后进行焊接；
之所以计算管板旋转角，是因为CAD模型是X轴是0度方向，但是工件板面是一个整体的大圆盘，在摆放的过程中可能不能保证所有圆孔排列X方向是0度。计算出角度，在CAD图纸的基础上加上这个角度就能到下一个圆的位置。
标定的时候，传感器、焊枪、管孔有个唯一的相对位置，接下来的任何管孔只要三者满足这个相对位置都可以准确焊接。计算偏差量就是找到这个管孔的中心位置与我当时标定时候记录的那个管孔的位置差别，然后进行补偿，让焊枪、传感器、管孔满足标定时刻的相对位置关系。
S106、如果弧压超出阈值，对焊接高度进行修正。
在焊接过程中，由于受到板面变形等因素影响，采集弧压信息来监控焊枪与焊缝的距离变化，如果弧压超出阈值，则对焊接高度进行修正，控制焊枪始终处在有效焊接高度，保证焊接质量。并且，在焊接过程中将整个圆周360度分成多个单独区间，采用不同工艺参数进行焊接，保证上、下、左、右最终呈现出一致的焊接效果。
焊枪在焊接的过程中要保证钨极与板面保证一个最佳的高度，在这个高度的时候钨极采集到的电压是个固定值，钨极变高或者变低会引起电压的变化。通过模拟量与数字量转换模块，将电压变化转成数字量传递给PLC，PLC判断当前电压是否是最佳值，如果偏小或者偏大就会调整焊枪高度。这个功能是PLC用模数转换模块实现的，采用西门子PLC S7系列。
PLC触摸屏上可以设定分为多少区间，确定个数后，会按照360度平分这个数量，每个区间走固定角度。工艺参数根据是否管口伸出、管壁厚度等调节电流、电压和焊接速度。
本发明所取得的有益效果如下：
1．本发明采用基于十字激光的三维定位传感器，在对于每个管孔圆心的左右和上下偏差进行精确测量的同时，对于每个管孔的深度信息在焊接之前都可以进行精确的测量，而不仅仅是通过最左侧和最右侧的拟合数据来进行虚拟计算，大大提高了定位精度，使得即使工件在经过第一次打底与第二次盖面的多次焊接热变形影响之后，仍然可以对每个管孔进行精确的定位。
2．采用特定波长的十字激光（十字激光波长635nm，滤光片620nm-650nm通过，其他波长的光截止）配合窄带滤波片一起使用，在很大程度上避免了外界光源干扰的问题，可以很大程度上提高三维定位精度。同时由于图像中不存在边缘信息，误差影响小，图像处理速度得到极大提升，单次定位速度仅仅需要6-10毫秒，大大提高了整个设备的生产效率。
3．本发明提供的工件摆放旋转角度的校正方法，即使在工件管孔排列不是水平放置，而是相对于CAD水平方向发生旋转的条件下也可以在不转动工件的前提下将CAD模型根据坐标变换，转换到工件实际角度的坐标系下。很大程度上增加了设备的使用便捷性，很大程度上提高了设备的灵活性和生产效率。
4．本发明所提供的焊枪与十字激光三维定位传感器相对位置标定方法，简洁有效，具有很高的标定精度，使得操作人员很容易接受，大大降低了设备的操作难度，有利于设备的使用和推广。
5．本发明采用系统自带软件计算出最小行程法的轨迹（该系统包含设备传感器和对应的上位机软件，软件还包含自己的软件操作界面，软件的功能就是控制传感器拍照、定位、数据通讯等，也可采用自己开发的软件和算例），在满足现有焊接工艺的同时又可以很大程度上减少人工操作量，由于采用最小行程，很大程度上减少了设备空走的行程，减少能量消耗，极大提高了焊接速度和生产效率。
6．本发明结合基于弧压信号的焊枪实时调整以及一种多区间的工艺参数调整方法，以直径19毫米为例，分三个区间，每个区间120度，电流值固定110-50A，脉冲0.25秒，焊接速度：112mm/min，三个区间电压分别是：9.8V、9.7V 、9.9V，送丝速度：176mm/min；可以在管孔整个圆周实现因地制宜的焊接，确保每个焊接位置与焊接角度都是满足工艺参数的，从而解决人工调整焊接费时费力的问题，很大程度的提高了焊接一致性，和很大程度上保证了焊接质量。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种管板定位焊接方法，其特征在于，包括：
步骤一、调整十字激光到达待标定管孔的中心位置，根据标定好的十字激光截面与工业相机成像面的几何关系，采用激光三角测量原理计算十字激光上每个像素点在工业相机坐标系下的三维坐标，根据深度变化，得到P_left，P_right，P_up，P_down这四个管板圆孔与十字激光相交的边界点；
步骤二、采用二维圆拟合算法，使用
Figure RE-302169DEST_PATH_IMAGE001
+2aXY+
Figure RE-700789DEST_PATH_IMAGE002
+cX+dY+e=0作为方程，得到管孔圆心在工业相机坐标系下的X轴坐标值和Y轴坐标值，通过求取P_left，P_right，P_up，P_down这四个交点的Z轴坐标值的平均值得到管孔圆心在工业相机坐标系下的Z轴坐标值，记录该管孔在工业相机坐标系下的位置为
Figure RE-521240DEST_PATH_IMAGE003
(
Figure RE-892178DEST_PATH_IMAGE004
,
Figure RE-700734DEST_PATH_IMAGE005
,
Figure RE-258755DEST_PATH_IMAGE006
)；
步骤三、移动焊枪到达该管孔的焊接位置，调整焊枪焊接姿态，记录当前的焊枪的实时位置
Figure RE-647011DEST_PATH_IMAGE007
(
Figure RE-669193DEST_PATH_IMAGE008
,
Figure RE-90728DEST_PATH_IMAGE009
,
Figure RE-667203DEST_PATH_IMAGE010
)，完成标定；
步骤四、调整管孔板面倾角，测量管孔板的旋转角度，根据该旋转角度将CAD图纸的圆心坐标转换为实际工件坐标系；
步骤五、调整管孔板面倾角后的管孔在工业相机坐标系下的位置为：
Figure RE-390309DEST_PATH_IMAGE011
(
Figure RE-470260DEST_PATH_IMAGE012
,
Figure RE-823881DEST_PATH_IMAGE013
,
Figure RE-418810DEST_PATH_IMAGE014
)；
偏差量为
Figure RE-119175DEST_PATH_IMAGE015
(
Figure RE-319213DEST_PATH_IMAGE016
-
Figure RE-906052DEST_PATH_IMAGE017
,
Figure RE-660381DEST_PATH_IMAGE018
-
Figure RE-990868DEST_PATH_IMAGE019
,
Figure RE-45412DEST_PATH_IMAGE020
-
Figure RE-973791DEST_PATH_IMAGE021
)，将偏差量信息补偿到焊接位置后进行焊接；
步骤六、如果弧压超出阈值，对焊接高度进行修正。
2.如权利要求1所述管板定位焊接方法，其特征在于，步骤一中十字激光截面与工业相机成像面的几何关系的标定方法如下：
步骤一、用十字激光传感器拍摄多张带有已知特征点尺寸的标定板图像，根据已知的标定板特征点尺寸和图像采集到的特征点对应点像素位置，代入以下公式：
s
Figure RE-543313DEST_PATH_IMAGE022
=
Figure RE-349595DEST_PATH_IMAGE023
求得传感器拍摄的每张标定板的位置姿态所对应的单应矩阵；
其中(u,v)为标定板上的角点的像素坐标，(
Figure RE-258645DEST_PATH_IMAGE024
,
Figure RE-187287DEST_PATH_IMAGE025
)表示与之对应的标定板上的角点的实际世界坐标，s为比例因子；
步骤二、对多次拍照取得的多个单应性矩阵进行奇异值分解，并利用最小二乘法求解齐次线性超定方程得到每次拍照时刻标定板相对于传感器的不同位姿状态：
R=
Figure RE-916209DEST_PATH_IMAGE026
T=
Figure RE-293226DEST_PATH_IMAGE027
其中R为每次拍照时候标定板的旋转矩阵，T为对应的平移矩阵，并根据以下公式求解出传感器的内部参数：
Figure RE-119099DEST_PATH_IMAGE022
=
Figure RE-890746DEST_PATH_IMAGE028
其中，
Figure RE-638122DEST_PATH_IMAGE029
=
Figure RE-848524DEST_PATH_IMAGE030
,
Figure RE-732166DEST_PATH_IMAGE031
=
Figure RE-167390DEST_PATH_IMAGE032
;
得到光条上每个像素点在传感器坐标系下的三维坐标：
Figure RE-933221DEST_PATH_IMAGE033
=
Figure RE-150575DEST_PATH_IMAGE034
对多次拍照所采集的所有三维点进行最小二乘法拟合三维平面，得到线激光平面在传感器坐标系下的三维方程
Figure RE-623145DEST_PATH_IMAGE035
+
Figure RE-64491DEST_PATH_IMAGE036
+
Figure RE-520880DEST_PATH_IMAGE037
+D=0。
3.如权利要求1所述管板定位焊接方法，其特征在于，将CAD图纸的圆心坐标转换为实际工件坐标系的实现方法为：
分别手动控制十字激光到达板面上最左侧与最右侧管孔，分别拍照记录其管孔中心的三维坐标，排除深度Z方向，计算倾斜角度为
Figure RE-512232DEST_PATH_IMAGE038
=
Figure RE-167204DEST_PATH_IMAGE039
，CAD图纸圆心坐标转换后的实际工件坐标为
Figure RE-982713DEST_PATH_IMAGE040
=
Figure RE-395240DEST_PATH_IMAGE041
*
Figure RE-751135DEST_PATH_IMAGE042
。
4.如权利要求1所述管板定位焊接方法，其特征在于，十字激光与工业相机中心轴线呈12°~45°安装。
5.如权利要求1所述管板定位焊接方法，其特征在于，将整个圆周360度分成多个单独区间，采用不同工艺参数。
CN201910953950.9A 2019-10-09 2019-10-09 一种管板定位焊接方法 Pending CN110919134A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910953950.9A CN110919134A (zh) 2019-10-09 2019-10-09 一种管板定位焊接方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910953950.9A CN110919134A (zh) 2019-10-09 2019-10-09 一种管板定位焊接方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110919134A true CN110919134A (zh) 2020-03-27

Family

ID=69849056

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910953950.9A Pending CN110919134A (zh) 2019-10-09 2019-10-09 一种管板定位焊接方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110919134A (zh)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111590161A (zh) * 2020-04-07 2020-08-28 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 一种城轨管状横梁和板状件的自动焊接方法
CN111780665A (zh) * 2020-07-17 2020-10-16 江苏远荣智能装备有限公司 一种定位钢筋网位置的方法
CN112648944A (zh) * 2020-10-10 2021-04-13 嘉兴学院 一种测量静态平面度的旋转式三维检测仪
CN112846459A (zh) * 2020-12-31 2021-05-28 福尼斯(南京)表面工程技术有限公司 一种变极性双钨极焊接化工管板的方法
CN112894209A (zh) * 2021-01-19 2021-06-04 常州英迈乐智能系统有限公司 一种基于十字激光的管板智能焊接机器人自动平面校正方法
CN113182738A (zh) * 2021-05-10 2021-07-30 宝能(广州)汽车研究院有限公司 一种焊点定位系统和方法
CN114029656A (zh) * 2021-11-19 2022-02-11 焦作智造机电设备有限公司 管板换热器阵列式全自动焊接方法
CN114505413A (zh) * 2022-02-08 2022-05-17 格力电器（合肥）有限公司 自动胀接系统及控制方法
CN114571154A (zh) * 2022-04-13 2022-06-03 天津科技大学 一种管板焊方法及装置
WO2022166066A1 (zh) * 2021-02-04 2022-08-11 武汉工程大学 一种飞机鸭翼精准调节定位装配系统及方法
CN114952173A (zh) * 2022-05-31 2022-08-30 熵智科技(深圳)有限公司 管板焊接中圆环外轮廓提取方法、装置、设备及存储介质
WO2023014535A1 (en) * 2021-08-03 2023-02-09 Caterpillar Inc. Robotic welding system with orbital welder positioned on robotic arm
CN116100145A (zh) * 2023-04-10 2023-05-12 中科德迈(沈阳)激光技术有限公司 水导激光定位方法、装置、存储介质和水导激光设备
CN114571154B (zh) * 2022-04-13 2024-04-12 天津科技大学 一种管板焊方法及装置

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62244587A (ja) * 1986-04-15 1987-10-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd レ−ザ−による管と管板の周溶接装置
CN101664853A (zh) * 2009-10-12 2010-03-10 上海交通大学 基于图像处理的不锈钢薄板角焊焊接方法
CN102152033A (zh) * 2011-02-14 2011-08-17 苏州工业园区华焊科技有限公司 用于管板自动焊接的图像找中定位方法
CN104384763A (zh) * 2014-09-24 2015-03-04 江南大学 一种机器人管板焊接方法
US20150290735A1 (en) * 2012-10-12 2015-10-15 Meta Vision Systems Limited Methods and systems for weld control
CN105195868A (zh) * 2015-11-12 2015-12-30 上海电气核电设备有限公司 一种机器人焊接系统及其焊接方法
CN107150183A (zh) * 2017-05-19 2017-09-12 机械科学研究院哈尔滨焊接研究所 全自动管子管板焊接装置及用于该装置的检测和焊接方法
CN108453448A (zh) * 2018-05-15 2018-08-28 昆山华恒焊接股份有限公司 机器人全自动管板焊接方法
CN109676243A (zh) * 2019-01-21 2019-04-26 苏州实创德光电科技有限公司 基于双线激光结构光的焊缝识别与跟踪系统及方法
CN110154034A (zh) * 2019-06-21 2019-08-23 成都钧诺威视智能科技有限公司 一种基于激光三维建模的机器人管板焊接方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62244587A (ja) * 1986-04-15 1987-10-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd レ−ザ−による管と管板の周溶接装置
CN101664853A (zh) * 2009-10-12 2010-03-10 上海交通大学 基于图像处理的不锈钢薄板角焊焊接方法
CN102152033A (zh) * 2011-02-14 2011-08-17 苏州工业园区华焊科技有限公司 用于管板自动焊接的图像找中定位方法
US20150290735A1 (en) * 2012-10-12 2015-10-15 Meta Vision Systems Limited Methods and systems for weld control
CN104384763A (zh) * 2014-09-24 2015-03-04 江南大学 一种机器人管板焊接方法
CN105195868A (zh) * 2015-11-12 2015-12-30 上海电气核电设备有限公司 一种机器人焊接系统及其焊接方法
CN107150183A (zh) * 2017-05-19 2017-09-12 机械科学研究院哈尔滨焊接研究所 全自动管子管板焊接装置及用于该装置的检测和焊接方法
CN108453448A (zh) * 2018-05-15 2018-08-28 昆山华恒焊接股份有限公司 机器人全自动管板焊接方法
CN109676243A (zh) * 2019-01-21 2019-04-26 苏州实创德光电科技有限公司 基于双线激光结构光的焊缝识别与跟踪系统及方法
CN110154034A (zh) * 2019-06-21 2019-08-23 成都钧诺威视智能科技有限公司 一种基于激光三维建模的机器人管板焊接方法

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111590161B (zh) * 2020-04-07 2022-02-18 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 一种城轨管状横梁和板状件的自动焊接方法
CN111590161A (zh) * 2020-04-07 2020-08-28 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 一种城轨管状横梁和板状件的自动焊接方法
CN111780665A (zh) * 2020-07-17 2020-10-16 江苏远荣智能装备有限公司 一种定位钢筋网位置的方法
CN112648944A (zh) * 2020-10-10 2021-04-13 嘉兴学院 一种测量静态平面度的旋转式三维检测仪
CN112648944B (zh) * 2020-10-10 2022-06-07 嘉兴学院 一种测量静态平面度的旋转式三维检测仪
CN112846459A (zh) * 2020-12-31 2021-05-28 福尼斯(南京)表面工程技术有限公司 一种变极性双钨极焊接化工管板的方法
CN112894209A (zh) * 2021-01-19 2021-06-04 常州英迈乐智能系统有限公司 一种基于十字激光的管板智能焊接机器人自动平面校正方法
WO2022166066A1 (zh) * 2021-02-04 2022-08-11 武汉工程大学 一种飞机鸭翼精准调节定位装配系统及方法
CN113182738A (zh) * 2021-05-10 2021-07-30 宝能(广州)汽车研究院有限公司 一种焊点定位系统和方法
WO2023014535A1 (en) * 2021-08-03 2023-02-09 Caterpillar Inc. Robotic welding system with orbital welder positioned on robotic arm
CN114029656A (zh) * 2021-11-19 2022-02-11 焦作智造机电设备有限公司 管板换热器阵列式全自动焊接方法
CN114505413A (zh) * 2022-02-08 2022-05-17 格力电器（合肥）有限公司 自动胀接系统及控制方法
CN114571154A (zh) * 2022-04-13 2022-06-03 天津科技大学 一种管板焊方法及装置
WO2023197089A1 (zh) * 2022-04-13 2023-10-19 天津科技大学 一种管板焊方法及装置
CN114571154B (zh) * 2022-04-13 2024-04-12 天津科技大学 一种管板焊方法及装置
CN114952173A (zh) * 2022-05-31 2022-08-30 熵智科技(深圳)有限公司 管板焊接中圆环外轮廓提取方法、装置、设备及存储介质
CN116100145A (zh) * 2023-04-10 2023-05-12 中科德迈(沈阳)激光技术有限公司 水导激光定位方法、装置、存储介质和水导激光设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110919134A (zh) 一种管板定位焊接方法
CN1289252C (zh) 焊缝自主跟踪方法
CN111745267A (zh) 一种基于激光位移传感器的坡口焊缝实时跟踪系统及方法
CN109676243A (zh) 基于双线激光结构光的焊缝识别与跟踪系统及方法
CN111229548A (zh) 一种基于流水线的自动跟踪点胶系统
CN111921788A (zh) 高精度动态跟踪点胶方法及其装置
CN105562975B (zh) 自适应双目视觉传感的波纹板焊缝跟踪监测与控制系统
CN107262926B (zh) 具有ccd检测的自动化激光焊接装置及焊接方法
CN110093601B (zh) 一种激光熔覆实时测厚及反馈的方法及装置
CN111390351B (zh) 焊枪位姿实时变化的自动焊接装置及焊接方法
CN111375945B (zh) 焊缝轨迹自动识别的龙门式三轴焊接装置及焊接方法
CN108344693B (zh) 一种面向自动焊接的薄板焊缝错边量视觉测量方法
CN114473153B (zh) 一种油气长输管道焊接系统及方法
CN112191993A (zh) 一种氩弧焊焊缝跟踪系统及方法
CN109822194A (zh) 一种焊缝跟踪装置及焊接方法
CN114160961A (zh) 用于标定激光加工参数的系统和方法
CN110842683A (zh) 一种基于机器视觉的焊缝打磨装置及其系统
CN114083129A (zh) 一种三维视觉跟踪焊接机器人及其控制方法
CN109636859A (zh) 一种基于单相机的三维视觉检测的标定方法
JPH06137842A (ja) 回転工具の刃部形状測定方法及びその装置
CN115164752B (zh) 一种大型部件对缝间隙与阶差的自适应测量装备与方法
CN115302053B (zh) 一种不锈钢复合板智能化埋弧焊焊接方法
CN114571082B (zh) 一种密封钉封口的密封焊接方法及装置
CN116593395A (zh) 一种用于板材表面缺陷图像采集的运动控制系统
CN108170095B (zh) 基于视觉的数控机床全闭环系统的加工方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200327