CN113977075A - 一种水冷壁管排熔覆自动轨迹引导的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水冷壁管排熔覆技术领域，提出了一种水冷壁管排熔覆自动轨迹引导的方法，其能够根据水冷壁管排进行扫描，并对扫描信息进行计算处理而生成并优化熔覆轨迹，较为实用，智能化较高，设计较为人性化，首先对外部行动机构与激光视觉传感器进行坐标系标定，然后外部行动机构带动激光视觉传感器进行工件扫描，扫描过程中，外部行动机构实时传送坐标数据给传感器运算单元，接着传感器运算单元依据传感器检测数据与外部行动机构坐标数据进行轨迹规划，生成多道轨迹，最后传感器运算单元依据外部行动机构要求的顺序对轨迹编号，将轨迹点数据传递给外部行动机构，外部行动机构根据轨迹点数据配合激光熔覆装置进行熔覆焊接。
Description
技术领域
本发明涉及水冷壁管排熔覆技术领域，具体涉及一种水冷壁管排熔覆自动轨迹引导的方法。
背景技术
众所周知，水冷壁管排的拼接方式为多个管子与多个鳍片交错排列连接，管子与鳍片之间用焊接方式连接，在实际使用环境下，水冷壁管排需要承受高温高压，因此通常会在水冷壁管排上进行增材熔覆，一方面增强水冷壁管排的结构强度，同时也提高水冷壁管排的耐高温与高压的能力，而在增材熔覆过程中，为根据管子与鳍片的排列有序的规划熔覆轨迹提出了一种水冷壁管排熔覆自动轨迹引导的方法。
经检索，授权公告日为2018年11月13日，授权公告号为的CN106862769B的中国发明专利公开了一种熔覆轨迹可调的激光熔覆装置及调节熔覆轨迹宽度的方法，其大致描述为，包括激光熔覆装置，激光熔覆装置包括激光熔覆头构件、激光器、送粉器和中央控制器，其在使用时，通过中央控制器实现激光束聚焦调整以及熔覆轨迹宽度、送粉量、送粉角度和激光功率等一系列参数的控制，然而前述的熔覆轨迹可调的激光熔覆装置及调节熔覆轨迹宽度的方法虽然在中央控制器的作用下能够实现对于熔覆过程中的关键参数的控制，但是当实际生产过程中由于工件外形的复杂性和工件的装夹误差，不易根据工件的形状和位置而自动生成熔覆轨迹，自动化程度较高的同时智能化欠缺，实用性较差。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种水冷壁管排熔覆自动轨迹引导的方法，其能够根据水冷壁管排进行扫描，并对扫描信息进行计算处理而生成并优化熔覆轨迹，较为实用，并且智能化较高，模式较为丰富，使用较为安全，设计较为人性化。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种水冷壁管排熔覆自动轨迹引导的方法，基于相互配套的激光熔覆装置、外部行动机构、激光视觉传感器和传感器运算单元来实现，其特征在于，轨迹引导的方法具体包括以下步骤：
(1)对外部行动机构与激光视觉传感器进行坐标系标定；
(2)外部行动机构带动激光视觉传感器进行工件扫描，激光视觉传感器与运算单元完成：实时采集图像，图像分析，特征提取的功能；
(3)扫描过程中，外部行动机构实时传送坐标数据给传感器运算单元；
(4)传感器运算单元依据传感器检测数据与外部行动机构坐标数据进行轨迹规划，生成近似平行的多道轨迹；
(5)传感器运算单元依据外部行动机构要求的顺序对轨迹编号，将轨迹点数据传递给外部行动机构，外部行动机构根据轨迹点数据配合激光熔覆装置进行熔覆焊接。
优选的，对所述外部行动机构与激光视觉传感器进行坐标系标定过程中，首先将激光视觉传感器安装在外部行动机构上，由于激光视觉传感器安装完成后激光视觉传感器与外部行动机构之间的位置关系已经固定，然后进行两个坐标系的转换关系确定，通过标定实现两个坐标系内的轨迹点的融合。
进一步的，所述外部行动机构带动激光视觉传感器进行工件扫描过程中，外部行动机构完成从位置A到位置B的扫描，扫描过程中，视觉传感器实时获取工件轮廓图像，依据工件表面特征与焊接需求焊道数量(参数)以平均分布的形式计算出所有焊道特征。
在前述方案的基础上优选的，所述外部行动机构带动激光视觉传感器进行工件扫描过程中，传感器运算单元实时获取外部行动机构运动信息，以便与视觉传感器检测到的焊道特征数据融合生成轨迹原始数据。
在前述方案的基础上进一步的，所述传感器运算单元依据所接收到的坐标数据进行轨迹规划，生成近似平行的多道平滑轨迹，并对轨迹从左到右依次进行编号(图中编号数量仅作示意，实际可变更)，外部行动该机构可以指定获取某一编号的轨迹，轨迹规划过程中可以从工件的两侧到中间的排道，直到轨迹合拢，也可以输出正序和逆序的规划轨迹，实现焊道的来回焊接，此过程中支持中断重传，即使焊接过程中因意外停止，在恢复状态后，可以继续当前断点的熔覆焊接。
在前述方案的基础上更进一步的，依据所述外部行动机构要求的顺序进行轨迹编号后，在使用时，应外部行动机构需求，发送指定道的轨迹信息给外部行动机构，由外部行动机构实现轨迹焊接熔覆功能，多个轨迹可以以任意顺数输出，可以满足不同的排道顺序要求，每道轨迹支持正序和逆序两种输出方式，节约焊接时间。
基于前述方案进一步的，规划出的扫描的轨迹可以在传感器运算单元的显示器上的软件界面进行显示，并且具备半自动化操作和自动化操作双模式，半自动化操作：操作人员在显示界面进行轨迹检查后，给出确认信号，当前规划轨迹可以发送到外部行动机构进行焊接，自动化操作：无需操作人员给出信号，规划出轨迹后直接可以发送到外部行动机构，进行焊接。
基于前述方案还需要说明的是，所述外部行动机构可以为工业机器人或者焊接专机。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种水冷壁管排熔覆自动轨迹引导的方法，具备以下有益效果：
1.本发明中，通过坐标系的标定，一方面可以控制实际焊接起始和结束点始终保持一致，同时能够控制多道轨迹起始结束点均统一，避免出现参差不齐的现象。
2.本发明中，通过激光视觉传感器，可以对管子和鳍片的既有特征，实现实时扫描，对管子和鳍片进行检测，并将检测的数据实时传输至传感器运算单元，通过传感器运算单元，可以对激光视觉传感器实时扫描传输的数据进行接收，并将接收后的数据依据熔覆的工艺要求，与焊道数量设定，为管子和鳍片规划出近似等距的目标点，并对目标点进行处理后进行轨迹规划，同时支持轨迹优化和轨迹调用。
3.本发明中，通过半自动化操作和自动化操作双模式的配备，功能较为人性化，较为安全实用。
附图说明
图1为本发明整体流程示意图；
图2为本发明坐标系扫描的立体位置示意图；
图3为本发明坐标系扫描的前侧的平面示意图；
图4为本发明管子部分生成轨迹模型的立体示意图；
图5为本发明鳍片部分生成轨迹模型的立体示意图；
图6为本发明管子部分检测特征示意图；
图7为本发明鳍片部分检测特征示意图。
具体实施方式
实施例
请参阅图1-7，一种水冷壁管排熔覆自动轨迹引导的方法，基于相互配套的激光熔覆装置、外部行动机构、激光视觉传感器和传感器运算单元来实现：
外部行动机构可以为工业机器人或者焊接专机。
激光视觉传感器主要包括激光二级管和接受镜头组，激光二级管和接受镜头组集成封装，激光传感器主要用于对于管子和鳍片进行扫描实现信息的主动采集，使用过程中激光二级管通电工作通过镜头生成线结构光，将线结构光射到物体上的光发生漫反射，漫反射的光通过接受镜头组进行接收。
传感器运算单元主要包括CMOS传感器和控制主机，经过接受镜头组进行接收的光信息在CMOS传感器上进行成像并将图像信息传送至控制主机进行处理形成包含管子和鳍片的工作距离、位置、形状等信息后计算规划生成轨迹，并在轨迹规划过程中进行轨迹偏差的修正。
轨迹引导的方法具体包括以下步骤：
(1)对外部行动机构与激光视觉传感器进行坐标系标定，对外部行动机构与激光视觉传感器进行坐标系标定过程中，首先将激光视觉传感器安装在外部行动机构上，由于激光视觉传感器安装完成后激光视觉传感器与外部行动机构之间的位置关系已经固定，然后进行两个坐标系的转换关系确定，通过标定实现两个坐标系内的轨迹点的融合。
(2)外部行动机构带动激光视觉传感器进行工件扫描，激光视觉传感器与运算单元完成：实时采集图像，图像分析，特征提取的功能，外部行动机构带动激光视觉传感器进行工件扫描过程中，外部行动机构完成从位置A到位置B的扫描，扫描过程中，视觉传感器实时获取工件轮廓图像，依据工件表面特征与焊接需求焊道数量(参数)以平均分布的形式计算出所有焊道特征，可以对管子和鳍片的既有特征，实现实时扫描，对管子和鳍片进行检测，并将检测的数据实时传输至传感器运算单元。
(3)扫描过程中，外部行动机构实时传送坐标数据给传感器运算单元，外部行动机构带动激光视觉传感器进行工件扫描过程中，传感器运算单元实时获取外部行动机构运动信息，以便与视觉传感器检测到的焊道特征数据融合生成轨迹原始数据。
(4)传感器运算单元依据传感器检测数据与外部行动机构坐标数据进行轨迹规划，生成近似平行的多道轨迹，并对轨迹从左到右依次进行编号(图中编号数量仅作示意，实际可变更)，外部行动该机构可以指定获取某一编号的轨迹，轨迹规划过程中可以从工件的两侧到中间排道，直到轨迹合拢，也可以输出正序和逆序的规划轨迹，实现焊道的来回焊接，此过程中支持中断重传，即使焊接过程中因意外停止，在恢复状态后，可以继续当前断点的熔覆焊接。
(5)传感器运算单元依据外部行动机构要求的顺序对轨迹编号，将轨迹点数据传递给外部行动机构，外部行动机构根据轨迹点数据配合激光熔覆装置进行熔覆焊接，依据外部行动机构要求的顺序进行轨迹编号后，在使用时，应外部行动机构需求，发送指定道的轨迹信息给外部行动机构，由外部行动机构实现轨迹焊接熔覆功能，多个轨迹可以以任意顺数输出，可以满足不同的排道顺序要求，每道轨迹支持正序和逆序两种输出方式，节约焊接时间。
规划出的扫描的轨迹可以在传感器运算单元的显示器上的软件界面进行显示，并且具备半自动化操作和自动化操作双模式，半自动化操作：操作人员在显示界面进行轨迹检查后，给出确认信号，当前规划轨迹可以发送到外部行动机构进行焊接，自动化操作：无需操作人员给出信号，规划出轨迹后直接可以发送到外部行动机构，进行焊接，通过半自动化操作和自动化操作双模式的配备，功能较为人性化，较为安全实用。
综上所述，该水冷壁管排熔覆自动轨迹引导的方法的工作原理和工作过程为，在使用时，首先将多个管子和多个鳍片交错排列，并在相邻的管子和鳍片之间通过打底焊接连接，在打底焊接完成后将多个管子和多个鳍片配合形成的水冷壁管排装夹在外部执行机构内，对外部行动机构与激光视觉传感器进行坐标系标定过程中，首先将激光视觉传感器安装在外部行动机构上，由于激光视觉传感器安装完成后激光视觉传感器与外部行动机构之间的位置关系已经固定，然后进行两个坐标系的转换关系确定，通过标定实现两个坐标系内的轨迹点的融合，坐标系标定完成后通过外部行动机构带动激光视觉传感器进行水冷壁排管扫描，扫描过程中激光二级管通电工作通过镜头生成线结构光，将线结构光射到水冷壁排管上的光发生漫反射，漫反射的光通过接受镜头组进行接收，实现坐标数据的采集，外部行动机构完成从位置A到位置B的扫描，扫描过程中，视觉传感器实时获取工件轮廓图像，依据工件表面特征与焊接需求焊道数量(参数)以平均分布的形式计算出所有焊道特征，扫描过程中，外部行动机构实时传送坐标数据给传感器运算单元，传感器运算单元实时获取外部行动机构运动信息，以便与视觉传感器检测到的焊道特征数据融合生成轨迹原始数据，传感器运算单元依据所接收到的坐标数据进行轨迹规划，生成近似平行的多道平滑轨迹，并对轨迹从左到右依次进行编号(图中编号数量仅作示意，实际可变更)，外部行动该机构可以指定获取某一编号的轨迹，轨迹规划过程中可以从工件的两侧到中间的排道，直到轨迹合拢，也可以输出正序和逆序的规划轨迹，实现焊道的来回焊接，此过程中支持中断重传，即使焊接过程中因意外停止，在恢复状态后，可以继续当前断点的熔覆焊接，传感器运算单元依据外部行动机构要求的顺序对轨迹编号，将轨迹点数据传递给外部行动机构，外部行动机构根据轨迹点数据配合激光熔覆装置进行熔覆焊接，依据外部行动机构要求的顺序进行轨迹编号后，在使用时，应外部行动机构需求，发送指定道的轨迹信息给外部行动机构，由外部行动机构实现轨迹焊接熔覆功能。
进一步的，本实施例中所涉及的工业机器人、焊接专机、激光二级管、接收镜头组、CMOS传感器和控制主机均为根据使用需要选取的所属技术领域相关技术人员所熟知的现有定型部件，本发明中主要借助上述定型部件实现水冷壁管排熔覆时轨迹的引导，所以上述定型部件并不是本专利的保护重点，同时激光熔覆装置是对公开号为CN106862769B的一种熔覆轨迹可调的激光熔覆装置及调节熔覆轨迹宽度的方法的专利中的激光熔覆装置的引用，并且，关于激光熔覆装置、工业机器人、焊接专机、激光二级管、接受镜头组、CMOS传感器和控制主机并未做任何技术和结构的改进，所以不在做过多解释说明。
Claims (8)
1.一种水冷壁管排熔覆自动轨迹引导的方法，基于相互配套的激光熔覆装置、外部行动机构、激光视觉传感器和传感器运算单元来实现，其特征在于，轨迹引导的方法具体包括以下步骤：
(1)对外部行动机构与激光视觉传感器进行坐标系标定；
(2)外部行动机构带动激光视觉传感器进行工件扫描，激光视觉传感器与运算单元完成：实时采集图像，图像分析，特征提取的功能；
(3)扫描过程中，外部行动机构实时传送坐标数据给传感器运算单元；
(4)传感器运算单元依据传感器检测数据与外部行动机构坐标数据进行轨迹规划，生成近似平行的多道轨迹；
(5)传感器运算单元依据外部行动机构要求的顺序对轨迹编号，将轨迹点数据传递给外部行动机构，外部行动机构根据轨迹点数据配合激光熔覆装置进行熔覆焊接。
2.根据权利要求1所述的一种水冷壁管排熔覆自动轨迹引导的方法，其特征在于，对所述外部行动机构与激光视觉传感器进行坐标系标定过程中，首先将激光视觉传感器安装在外部行动机构上，由于激光视觉传感器安装完成后激光视觉传感器与外部行动机构之间的位置关系已经固定，然后进行两个坐标系的转换关系确定，通过标定实现两个坐标系内的轨迹点的融合。
3.根据权利要求1所述的一种水冷壁管排熔覆自动轨迹引导的方法，其特征在于，所述外部行动机构带动激光视觉传感器进行工件扫描过程中，外部行动机构完成从位置A到位置B的扫描，扫描过程中，视觉传感器实时获取工件轮廓图像，依据工件表面特征与焊接需求焊道数量(参数)以平均分布的形式计算出所有焊道特征。
4.根据权利要求1所述的一种水冷壁管排熔覆自动轨迹引导的方法，其特征在于，所述外部行动机构带动激光视觉传感器进行工件扫描过程中，传感器运算单元实时获取外部行动机构运动信息，以便与视觉传感器检测到的焊道特征数据融合生成轨迹原始数据。
5.根据权利要求1所述的一种水冷壁管排熔覆自动轨迹引导的方法，其特征在于，所述传感器运算单元依据所接收到的坐标数据进行轨迹规划，生成近似平行的多道平滑轨迹，并对轨迹从左到右依次进行编号(图中编号数量仅作示意，实际可变更)，外部行动该机构可以指定获取某一编号的轨迹，轨迹规划过程中可以从工件的两侧到中间的排道，直到轨迹合拢，也可以输出正序和逆序的规划轨迹，实现焊道的来回焊接，此过程中支持中断重传，即使焊接过程中因意外停止，在恢复状态后，可以继续当前断点的熔覆焊接。
6.根据权利要求1所述的一种水冷壁管排熔覆自动轨迹引导的方法，其特征在于，依据所述外部行动机构要求的顺序进行轨迹编号后，在使用时，应外部行动机构需求，发送指定道的轨迹信息给外部行动机构，由外部行动机构实现轨迹焊接熔覆功能，多个轨迹可以以任意顺数输出，可以满足不同的排道顺序要求，每道轨迹支持正序和逆序两种输出方式，节约焊接时间。
7.根据权利要求1所述的一种水冷壁管排熔覆自动轨迹引导的方法，其特征在于，规划出的扫描的轨迹可以在传感器运算单元的显示器上的软件界面进行显示，并且具备半自动化操作和自动化操作双模式，半自动化操作：操作人员在显示界面进行轨迹检查后，给出确认信号，当前规划轨迹可以发送到外部行动机构进行焊接，自动化操作：无需操作人员给出信号，规划出轨迹后直接可以发送到外部行动机构，进行焊接。
8.根据权利要求1所述的一种水冷壁管排熔覆自动轨迹引导的方法，其特征在于，所述外部行动机构可以为工业机器人或者焊接专机。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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