CN114161075A - 管状工件同步旋转夹持机构与基于视觉检测的焊接系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种管状工件同步旋转夹持机构与基于视觉检测的焊接系统，该管状工件同步旋转夹持机构包括第一夹具、第二夹具、驱动机构及滑轨座；第一夹具与第二夹具可移动地设于滑轨座上，滑轨座沿管状工件的轴向延伸，第一夹具的夹持口与第二夹具的夹持口沿管状工件的轴向相对；第一夹具、第二夹具分别与驱动机构连接，驱动机构用于同步控制第一夹具的夹持口与第二夹具的夹持口在第一状态与第二状态之间切换。本发明便于实现对不同长度、不同管径的管状工件进行夹持，确保管状工件以水平姿态随同自动环缝焊机进行同步旋转，通过在环缝焊接前对管状工件的待焊接端进行视觉检测，以及进行直径和管壁缺陷的识别，便于确保环缝焊接的质量。

Description

管状工件同步旋转夹持机构与基于视觉检测的焊接系统

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种管状工件同步旋转夹持机构与基于视觉检测的焊接系统。

背景技术

当前，对管状工件通常采用环缝焊接的方式进行焊接，例如，采用环缝焊接可实现两根钢管的相对端部的焊接，或者钢管与管状端塞的相对端部的焊接。其中，环缝焊接是针对各种圆形、环形焊缝的焊接，焊接成型的焊缝呈封闭的圆环形。

在实际应用中，环缝焊接是采用自动环缝焊机实现的。自动环缝焊机是一种能够完成各种圆形、环形焊缝焊接的通用自动焊接设备。然而，对于不同型号的管状工件，自动环缝焊机往往无法根据管状工件的管径自动调节对管状工件的夹持状态，导致各生产批次间无法连续，降低了工厂的生产效率。尤其是，在环缝焊接中，对于直径小，且长度相对较长的管状工件，由于不能较好地对管状工件进行夹持，导致不能确保在环缝焊接过程中管状工件首尾两端的姿态，易造成两个焊接件的相对端部的间距不均匀，或者在焊接过程中，在管状工件的末端出现抖动，并出现抖动传递到焊接部位的情形，这都会导致环缝焊接形成的焊缝的高度不均，严重影响到成品质量。另外，管状工件在焊接前存在的表面异物和磕碰缺陷，也会对管状工件的环缝焊接质量造成影响。

在工业质检领域，射线探伤是一种较为常见的对环形焊缝进行无损检测的方式，其检测方法为，采用拼接拍照的方式，通过X光机对环焊的焊缝进行360度无死角拍摄，将拍摄形成的X光片作为焊缝质检或探伤的依据。在环缝焊接过程中，“夹钨”是一种常见的焊接质量瑕疵，造成“夹钨”的关键因素在于，在对管状工件进行环缝焊接前，管状工件的表面可能存在油污等异物或轻微磕碰等质量缺陷，这对焊接的结果及生产的成品质量均会造成不同的影响。

因此，在环缝焊接中，对管状工件放置的姿态和清洁度均有着严格的要求，否则，会造成次品率上升、成品返工等相关成本的增加，这对工厂的生产经营造成了一定的影响。

发明内容

本发明提供一种管状工件同步旋转夹持机构与基于视觉检测的焊接系统，用以解决或改善现有技术中存在的至少一种技术问题，以对较长长度的管状工件进行较好的夹持，确保管状工件进行环缝焊接时的水平姿态。

本发明提供一种管状工件同步旋转夹持机构，包括：第一夹具、第二夹具、驱动机构及滑轨座；所述第一夹具与所述第二夹具可移动地设于所述滑轨座上，所述滑轨座沿所述管状工件的轴向延伸，所述第一夹具的夹持口与所述第二夹具的夹持口沿所述管状工件的轴向相对；所述第一夹具、所述第二夹具分别与所述驱动机构连接，所述驱动机构用于同步控制所述第一夹具的夹持口与所述第二夹具的夹持口在第一状态与第二状态之间切换；在所述第一状态，所述第一夹具的夹持口与所述第二夹具的夹持口分别对所述管状工件的外侧壁形成夹持；在所述第二状态，所述第一夹具的夹持口与所述第二夹具的夹持口分别对所述管状工件的外侧壁解除夹持。

根据本发明提供的一种管状工件同步旋转夹持机构，所述第一夹具与所述第二夹具的结构相同，均包括：安装架、夹持组件及传动机构；所述安装架可移动地设于所述滑轨座上；所述夹持组件与所述传动机构分别设于所述安装架上；所述夹持组件包括多个夹持部，所述夹持部包括导向轨与夹持杆，所述夹持杆可移动地设于所述导向轨上；所述多个夹持部相对于所述管状工件分别沿周向排布，每个所述夹持部沿所述管状工件的径向排布，各个所述夹持部对应的夹持杆的一端相靠近，以形成所述夹持口；所述驱动机构与所述传动机构的一端连接，所述传动机构的另一端分别与各个所述夹持杆连接，以驱动各个所述夹持杆同步朝向靠近或远离所述管状工件的一侧移动。

根据本发明提供的一种管状工件同步旋转夹持机构，所述传动机构包括齿轮与齿轮盘；所述齿轮与所述齿轮盘相啮合；所述齿轮与所述齿轮盘分别沿各自的轴心可转动地设于所述安装架上；所述驱动机构与所述齿轮连接，以驱动所述齿轮转动；所述齿轮盘与所述夹持口同轴分布；所述多个夹持部相对于所述管状工件呈圆周均布，每个所述夹持部的夹持杆上均设有推杆；所述齿轮盘上设有第一过孔与多个弧形引导孔；所述第一过孔用于供所述管状工件穿过；所述多个弧形引导孔与所述多个夹持部一一对应，并在所述齿轮盘上呈中心对称分布；所述推杆的一端伸入至所述弧形引导孔中；在所述齿轮盘转动的情形下，所述推杆用于在所述弧形引导孔的引导下带动所述夹持杆沿所述管状工件的径向移动。

根据本发明提供的一种管状工件同步旋转夹持机构，所述驱动机构包括支架、第一驱动电机及滑动丝杆；所述支架设于所述滑轨座上，所述第一驱动电机安装于所述支架上，所述第一驱动电机的输出端与所述滑动丝杆的一端连接；所述滑动丝杆沿所述管状工件的轴向延伸，所述滑动丝杆的侧面设有轮齿结构；所述齿轮的轴心设有齿孔；所述滑动丝杆分别穿过所述第一夹具与所述第二夹具对应齿轮上的齿孔，所述第一夹具与所述第二夹具对应的齿轮分别可移动地设于所述滑动丝杆上，所述轮齿结构与所述齿孔啮合。

根据本发明提供的一种管状工件同步旋转夹持机构，所述安装架包括：第一夹板与第二夹板；所述第一夹板与所述第二夹板彼此平行相对，并呈间隔设置；所述第一夹板与所述第二夹板设有相对应的第二过孔，所述第二过孔用于供所述管状工件穿过；所述夹持组件设于所述第一夹板朝向所述第二夹板的一侧面，所述齿轮盘可转动地设于所述第二夹板朝向所述第一夹板的一侧面；所述第二夹板设有多个条形引导孔，所述多个条形引导孔与所述多个夹持部一一相对，所述推杆的一端穿过所述弧形引导孔，并伸入至所述条形引导孔中，所述条形引导孔沿所述管状工件的径向排布。

根据本发明提供的一种管状工件同步旋转夹持机构，所述夹持杆的一端可转动的设有旋转支撑件；在所述第一状态，所述旋转支撑件的支撑面与所述管状工件的外侧面贴合；在所述第二状态，至少部分所述夹持杆上的旋转支撑件的支撑面与所述管状工件的外侧面分离。

根据本发明提供的一种管状工件同步旋转夹持机构，所述第一夹具与所述第二夹具还包括第一承托架；所述第一承托架设于所述安装架沿所述管状工件的轴向的至少一侧，所述第一承托架用于承托所述管状工件。

根据本发明提供的一种管状工件同步旋转夹持机构，还包括：丝杠驱动机构与直线模组；所述丝杠驱动机构包括第一滑块、丝杠及第二驱动电机；所述第一滑块沿所述管状工件的轴向可滑动地设于所述滑轨座上，所述第二驱动电机设于所述第一滑块上；所述直线模组的滑台能够沿所述管状工件的轴向往复移动，所述滑台与所述第一滑块连接；所述第二驱动电机的输出端与所述丝杠的一端连接；所述丝杠包括第一螺纹段与第二螺纹段，所述第一螺纹段与所述第二螺纹段上的螺纹的旋向相反，所述第一螺纹段与所述第一夹具的安装架螺纹连接，所述第二螺纹段与所述第二夹具的安装架螺纹连接。

根据本发明提供的一种管状工件同步旋转夹持机构，还包括：夹持机构；所述夹持机构沿所述管状工件的轴向可滑动地设于所述滑轨座上；所述丝杠包括连接段，所述连接段连接于所述第一螺纹段与所述第二螺纹段之间，所述连接段可转动地设于所述夹持机构上并限制其轴向移动自由度；所述夹持机构用于对所述管状工件进行夹持。

本发明还提供一种基于视觉检测的焊接系统，包括：图像采集模块、控制模块、自动环缝焊机及如上任一项所述的管状工件同步旋转夹持机构；所述图像采集模块设于所述自动环缝焊机与所述管状工件同步旋转夹持机构之间；所述图像采集模块与所述控制模块连接，所述控制模块与所述自动环缝焊机及所述管状工件同步旋转夹持机构连接；所述图像采集模块用于采集所述管状工件的待焊接端的图像信息，所述控制模块用于对所述图像信息进行处理，获取所述管状工件的待焊接端的直径与表面质量，以在所述表面质量满足预设条件的情形下，根据所述管状工件的待焊接端的直径，确定焊接参数，并根据所述焊接参数，控制所述自动环缝焊机对所述管状工件的待焊接端与端塞的相对端部进行焊接。

本发明提供的一种管状工件同步旋转夹持机构与基于视觉检测的焊接系统，通过设置可沿着滑轨座相对移动的第一夹具与第二夹具，并通过驱动机构对两个夹具的夹持口的夹持状态进行控制，便于实现对不同长度、不同管径的管状工件进行夹持，尤其适于对超长的管状工件的两端进行同步夹持，便于在对管状工件进行环缝焊接时，确保管状工件以水平姿态随同自动环缝焊机进行同步旋转。

进一步地，由于在进行环缝焊接前，本发明还对管状工件的待焊接端进行视觉检测，以识别待焊接端的直径和管壁的表面质量，有利于控制模块根据识别结果对管状工件的夹持状态进行控制，以及对自动环缝焊机进行焊接控制，确保了产品的焊接质量，提高了产线的生产效率，能够有效降低产品的返工成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的管状工件同步旋转夹持机构在台架上的安装结构示意图之一；

图2是本发明提供的管状工件同步旋转夹持机构在台架上的安装结构示意图之二；

图3是本发明提供的第一夹具的结构示意图之一；

图4是本发明提供的第一夹具的结构示意图之二；

图5是本发明提供的第一夹具当中不包含第二夹板的结构示意图；

图6是本发明提供的第一夹具当中不包含第一夹板的结构示意图；

图7是本发明提供的图2中K处的局部放大结构示意图；

图8是本发明提供的基于视觉检测的焊接系统对管状工件与端塞进行焊接的结构示意图之一；

图9是本发明提供的基于视觉检测的焊接系统对管状工件与端塞进行焊接的结构示意图之二；

图10是本发明提供的基于视觉检测的焊接系统对管状工件与端塞进行焊接的结构示意图之三；

图11是本发明提供的基于视觉检测的焊接系统对管状工件与端塞进行焊接的结构示意图之四；

附图标记：

100：管状工件同步旋转夹持机构； 200：图像采集模块；300：自动环缝焊机；400：台架；1：第一夹具；2：第二夹具；3：驱动机构； 4：滑轨座；5：丝杠驱动机构；6：直线模组；7：夹持机构； 11：安装架；12：夹持组件；13：传动机构；14：第一承托架；111：第一夹板；112：第二夹板；121：导向轨；122：夹持杆；123：推杆；124：旋转支撑件；131：齿轮；132：齿轮盘；301：第一过孔；302：弧形引导孔；303：销轴；201：第二过孔；202：条形引导孔；203：弧形销孔；31：支架；32：第一驱动电机；33：滑动丝杆；51：第一滑块；52：丝杠；53：第二驱动电机；71：第二滑块；72：第二承托架；73：夹持气缸；311：第一旋转夹持机构；312：焊室；313：第二旋转夹持机构。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图11描述本发明的一种管状工件同步旋转夹持机构与基于视觉检测的焊接系统。

如图1、图2及图8所示，本实施例提供一种管状工件同步旋转夹持机构，该管状工件同步旋转夹持机构100安装于台架400上，包括：第一夹具1、第二夹具2、驱动机构3及滑轨座4；第一夹具1与第二夹具2可移动地设于滑轨座4上，滑轨座4沿管状工件的轴向延伸，第一夹具1的夹持口与第二夹具2的夹持口沿管状工件的轴向呈水平相对分布；第一夹具1、第二夹具2分别与驱动机构3连接，驱动机构3用于同步控制第一夹具1的夹持口与第二夹具2的夹持口在第一状态与第二状态之间切换；在第一状态，第一夹具1的夹持口与第二夹具2的夹持口分别对管状工件的外侧壁形成夹持，并确保管状工件可在第一夹具1的夹持口与第二夹具2的夹持口转动；在第二状态，第一夹具1的夹持口与第二夹具2的夹持口分别对管状工件的外侧壁解除夹持。

具体地，本实施例通过设置可沿着滑轨座4相对移动的第一夹具1与第二夹具2，并通过驱动机构3对两个夹具的夹持口的夹持状态进行控制，便于实现对不同长度、不同直径的管状工件进行夹持，尤其适于对超长的管状工件的两端进行同步夹持，便于在对管状工件进行环缝焊接时，确保管状工件以水平姿态随同自动环缝焊机进行同步旋转。

在此应指出的是，本实施例可分别在第一夹具1与第二夹具2上配置一套驱动机构3，将第一夹具1与第二夹具2上对应的驱动机构3以无线通讯或有线通讯的方式相连接，基于对两个夹具上的驱动机构3的动作的同步控制，实现同步控制第一夹具1的夹持口与第二夹具2的夹持口在第一状态与第二状态之间切换。

当然，本实施例也可将第一夹具1与第二夹具2分别与同一套驱动机构3相连接，实现由同一套驱动机构3同步控制第一夹具1的夹持口与第二夹具2的夹持口在第一状态与第二状态之间切换。在此，本实施例应确保驱动机构3对两个夹具的驱动控制应不影响到两个夹具在滑轨座4上的移动。也就是说，第一夹具1与第二夹具2在滑轨座4上的任意位置，均能够实现与驱动机构3之间形成较好的传动连接。

其中，本实施例所示的第一夹具1与第二夹具2均可以理解为包括至少一组对置式的伸缩机构，对置式的伸缩机构的相对端部之间形成夹持口，第一夹具1与第二夹具2的结构既可以相同，也可以不同，在此不做具体限定。

与此同时，在第一夹具1与第二夹具2分别与同一套驱动机构相连接的情形下，本实施例所示的驱动机构3可理解为能够对第一夹具1与第二夹具2提供机械式驱动和机械式联动的部件，以确保两个夹具能够实现对夹持状态的同步控制。例如，本实施例所示的驱动机构3可设置能够随同第一夹具1与第二夹具2的位置进行同步移动的两个机械臂，由两个机械臂一一对应地对两个夹具的夹持状态进行同步控制。当然，本实施例所示的驱动机构3也可设置为其它结构形式，在此不做具体限定。

在一些实施例中，为了简化设计结构、降低设计成本，便于实现对第一夹具1与第二夹具2的夹持状态的控制，本实施例将第一夹具1与第二夹具2设置为相同的结构。其中，本实施例在图3至图6中，对第一夹具1的结构形式具体进行附图示意，第二夹具2的结构可参照第一夹具1。在此，不再提供第二夹具的结构示意图。

具体地，本实施例所示的第一夹具1与第二夹具2均包括：安装架11、夹持组件12及传动机构13；安装架11可移动地设于滑轨座4上；夹持组件12与传动机构13分别设于安装架11上；夹持组件12包括多个夹持部，夹持部包括导向轨121与夹持杆122，夹持杆122可移动地设于导向轨121上；多个夹持部相对于管状工件分别沿周向排布，每个夹持部沿管状工件的径向排布，各个夹持部对应的夹持杆122的一端相靠近，以形成夹持口；驱动机构3与传动机构13的一端连接，传动机构13的另一端分别与各个夹持杆122连接，以驱动各个夹持杆122同步朝向靠近或远离管状工件的一侧移动。

具体地，本实施例所示的滑轨座4包括第一滑轨与第二滑轨，第一滑轨与第二滑轨彼此平行，并呈间隔设置。在第一滑轨远离第二滑轨的一侧面设有第一滑槽，在第二滑轨远离第一滑轨的一侧面设有第二滑槽，第一滑槽与第二滑槽均沿着滑轨座4的长度方向延伸。

相应地，本实施例所示的安装架11的下端设有第一滑动头与第二滑动头，第一滑动头可滑动地设于第一滑槽中，第二滑动头可滑动地设于第二滑槽中，以使得安装架11能够沿管状工件的轴向可移动地设于滑轨座4上，并确保了安装架11能够在滑轨座4上稳定地滑动。

如此，在对管状工件进行夹持前，本实施例可控制第一夹具1与第二夹具2在滑轨座4上相远离，使得第一夹具1与第二夹具2之间的距离大于管状工件的长度，以将管状工件放置于第一夹具1与第二夹具2之间；而在将管状工件放置于第一夹具1与第二夹具2之间后，本实施例可控制第一夹具1与第二夹具2在滑轨座4上相靠近，使得管状工件的一端穿过第一夹具1的夹持口，以及管状工件的另一端穿过第二夹具2的夹持口，以便于控制第一夹具1与第二夹具2对管状工件进行同步夹持。

如图1、图2及图5所示，在对管状工件进行夹持时，本实施例可根据管状工件的管径，对驱动机构3的工作状态进行控制，以同步控制第一夹具1与第二夹具2的夹持口在第一状态与第二状态之间切换。

具体而言，本实施例可通过驱动机构3对传动机构13的一端施加驱动力，由传动机构13的另一端驱动各个夹持杆122同步朝向靠近管状工件的一侧移动，以使得夹持口逐渐减小，直至对管状工件形成夹持。

相应地，本实施例也可通过驱动机构3对传动机构13的一端施加驱动力，由传动机构13的另一端驱动各个夹持杆122同步朝向远离管状工件的一侧移动，以使得夹持口逐渐增大，直至对管状工件解除夹持。

在一些实施例中，如图3至图6所示，为了便于控制各个夹持杆122同步朝向靠近或远离管状工件的一侧移动，本实施例对传动机构13的结构进行优化设计。

具体而言，本实施例所示的传动机构13包括齿轮131与齿轮盘132；齿轮131与齿轮盘132相啮合；齿轮131与齿轮盘132分别沿各自的轴心可转动地安装于安装架11上；驱动机构3与齿轮131连接，以驱动齿轮131转动；齿轮盘132与夹持口同轴分布；多个夹持部相对于管状工件呈圆周均布，每个夹持部的夹持杆122上均设有推杆123；齿轮盘132上设有第一过孔301与多个弧形引导孔302；第一过孔301用于供管状工件穿过；多个弧形引导孔302与多个夹持部一一对应，并在齿轮盘132上呈中心对称分布；推杆123的一端伸入至弧形引导孔302中。

如此，在通过驱动机构3驱动齿轮131转动时，齿轮131可带动齿轮盘132转动，齿轮盘132在转动的情形下，可通过齿轮盘132上的各个弧形引导孔302带动各个推杆123同步移动。由于推杆123与夹持杆122连接，夹持杆122沿着管状工件的径向滑动安装于导向轨121上，从而在齿轮盘132转动的情形下，各个推杆123可在弧形引导孔302的引导下带动各个夹持杆122沿管状工件的径向同步移动。

在一些实施例中，如图1与图2所示，为了便于驱动第一夹具1与第二夹具2上的齿轮131同步转动，且不影响到第一夹具1与第二夹具2在滑轨座4上的移动，本实施例所示的驱动机构3包括支架31、第一驱动电机32及滑动丝杆33；支架31安装于滑轨座4的一端，第一驱动电机32安装于支架31的顶部，第一驱动电机32的输出端通过联轴器与滑动丝杆33的一端连接；滑动丝杆33沿管状工件的轴向延伸，滑动丝杆33的侧面设有轮齿结构；齿轮131的轴心设有齿孔；滑动丝杆33分别穿过第一夹具1与第二夹具2对应齿轮131上的齿孔，第一夹具1与第二夹具2对应的齿轮131分别可移动地设于滑动丝杆33上，轮齿结构与齿孔啮合。

具体地，本实施例所示的轮齿结构包括构造于滑动丝杆33的侧面的多个第一轮齿，多个第一轮齿沿着滑动丝杆33的周向均匀排布，相邻的两个第一轮齿之间形成第一齿槽，每个第一轮齿沿着滑动丝杆33的轴向延伸。

相应地，本实施例所示的齿孔可理解为与滑动丝杆33的侧面相适配的孔状结构。也就是说，齿孔的孔壁设有多个第二轮齿，多个第二轮齿沿着齿孔的周向均匀排布，相邻的两个第二轮齿之间形成第二齿槽。在此，在滑动丝杆33处于齿孔内的情形下，滑动丝杆33的侧面上的第一轮齿与齿孔的孔壁上的第二轮齿相啮合，并能够沿着滑动丝杆33的轴向进行相对移动。

如此，在启动第一驱动电机32，并由第一驱动电机32驱动滑动丝杆33转动时，由于滑动丝杆33同时与第一夹具1与第二夹具2上齿轮131的齿孔啮合，从而可带动两个夹具上的齿轮131同步转动，以实现对两个夹具的夹持口的夹持状态的同步控制。

在控制第一驱动电机32停止运行时，若控制第一夹具1与第二夹具2分别在滑轨座4上移动，由于滑动丝杆33与两个夹具上的齿轮131均没有发生相对转动，从而滑动丝杆33可在一定程度上作为引导部件，以引导第一夹具1与第二夹具2分别在滑轨座4上移动，且不会对两个夹具的移动状态造成影响。

在一些实施例中，如图3至图6所示，为了便于实现对夹持组件12与传动机构13的安装，本实施例将安装架11设置为第一夹板111与第二夹板112；第一夹板111与第二夹板112彼此平行相对，并呈间隔设置；第一夹板111与第二夹板112设有相对应的第二过孔201，第二过孔201用于供管状工件穿过；夹持组件12设于第一夹板111朝向第二夹板112的一侧面，齿轮盘132可转动地设于第二夹板112朝向第一夹板111的一侧面。

其中，为了便于实现第一夹具1与第二夹具2对应的齿轮131分别与滑动丝杆33连接，避免滑动丝杆33与安装架11相干涉，本实施例在第一夹板111与第二夹板112设有相对应的第三过孔。如此，本实施例所示的滑动丝杆33是在穿过第二夹板112上的第三过孔后，伸入至齿轮131上的齿孔中，再从第一夹板111上的第三过孔中伸出。

进一步地，为了确保各个夹持杆122朝向靠近或远离管状工件的一侧移动的同步性与可靠性，本实施例在第二夹板112上设有多个条形引导孔202，多个条形引导孔202与多个夹持部一一相对，推杆123的一端穿过弧形引导孔302，并伸入至条形引导孔202中，条形引导孔202沿管状工件的径向排布，以便对推杆123沿管状工件的径向进行限位和引导。

如图3至图5所示，本实施例可以在齿轮盘132朝向第二夹板112的一侧面设置多个销轴303，多个销轴303分别沿着齿轮盘132的周向排布。

相应地，本实施例还在第二夹板112上设置多个弧形销孔203，多个弧形销孔203与多个销轴303一一对应，多个弧形销孔203相对于齿轮盘132的中轴线呈中心对称分布，每个销轴303伸入至与其对应的弧形销孔203中。

如此，在多个弧形销孔203的引导下，本实施例实现齿轮盘132可转动地安装于第二夹板112朝向第一夹板111的一侧面。

在一些实施例中，如图4与图6所示，本实施例在夹持杆122的一端可转动的设有旋转支撑件124；在第一状态，旋转支撑件124的支撑面与管状工件的外侧面贴合；在第二状态，至少部分夹持杆122上的旋转支撑件124的支撑面与管状工件的外侧面分离。

具体地，由于夹持杆122设有多个，且多个夹持杆122的一端均可转动地装有旋转支撑件124，则在两个夹具的夹持口处于第一状态时，各个旋转支撑件124的支撑面分别与管状工件的外侧面贴合，可确保管状工件在处于夹持状态的情况下，还能在两个夹具的夹持口中转动，以满足自动环缝焊机对管状工件进行环缝焊接的需求。

相应地，在两个夹具的夹持口处于第二状态时，由于夹持口大于管状工件的外径，夹持口解除对管状工件的夹持状态，管状工件在自重的作用下，管状工件位于底部的侧面放置于管状工件下侧的旋转支撑件124上。

在此应指出的是，本实施例所示的旋转支撑件124可以为本领域公知的滚轮，滚轮优选为聚氨酯包胶轮。

在一些实施例中，如图2与图7所示，本实施例在第一夹具1与第二夹具2还设置有第一承托架14；第一承托架14设于安装架11沿管状工件的轴向的至少一侧，第一承托架14用于承托管状工件。

具体地，本实施例在安装架11沿管状工件的轴向的两侧均设置有第一承托架14。第一承托架14包括支撑部与弧形承托部，支撑部的下端与安装架11连接，支撑部的上端与弧形承托部连接。在第一夹具1与第二夹具2对管状工件形成夹持前，弧形承托部用于承托管状工件。

在一些实施例中，如图1与图2所示，为了便于驱动管状工件沿其轴向移动，以便对管状工件的待焊接端进行环缝焊接，本实施例还设置有丝杠驱动机构5与直线模组6。

具体而言，本实施例所示的丝杠驱动机构5包括第一滑块51、丝杠52及第二驱动电机53；第一滑块51沿管状工件的轴向可滑动地设于滑轨座4上，第二驱动电机53设于第一滑块51上；直线模组6的滑台能够沿管状工件的轴向往复移动，滑台与第一滑块51连接；第二驱动电机53的输出端与丝杠52的一端连接；丝杠52包括第一螺纹段与第二螺纹段，第一螺纹段与第二螺纹段上的螺纹的旋向相反，第一螺纹段与第一夹具1对应安装架11的底部的螺纹孔螺纹连接，第二螺纹段与第二夹具2对应安装架11的底部的螺纹孔螺纹连接。

其中，基于上述实施例所示的滑轨座4的设置结构，本实施例在第一滑轨朝向第二滑轨的一侧面设有第三滑槽，在第二滑轨朝向第一滑轨的一侧面设有第四滑槽。相应地，本实施例所示的第一滑块51位于第一滑轨与第二滑轨之间，第一滑块51的一端可滑动地设于第三滑槽中，第一滑块51的另一端可滑动地设于第四滑槽中，从而确保第一滑块51能够沿管状工件的轴向稳定地在滑轨座4上滑动。

如此，在直线模组6的滑台的位置保持固定的情形下，第一滑块51相对于滑轨座4的位置保持固定不变，此时，通过控制第二驱动电机53沿着第一旋向转动，基于丝杠52分别与第一夹具1及第二夹具2之间的螺纹连接，可使得第一夹具1与第二夹具2在滑轨座4上同步相向移动。相应地，通过控制第二驱动电机53沿着第二旋向转动，第二旋向与第一旋向的转动方向相反，基于丝杠52分别与第一夹具1及第二夹具2之间的螺纹连接，可使得第一夹具1与第二夹具2在滑轨座4上同步背向移动。

在此，在第二驱动电机53停止转动的情形下，本实施例通过直线模组6的滑台往复移动，可驱动第一夹具1与第二夹具2承载着管状工件在滑轨座4上往复移动。在此过程中，第一夹具1与第二夹具2之间的间距保持固定。

在此应指出的是，本实施例所示的第一驱动电机32与第二驱动电机53均可以为本领域公知的伺服电机。

进一步地，如图1与图2所示，本实施例还设置有夹持机构7；夹持机构7沿管状工件的轴向可滑动地设于滑轨座4上；丝杠52还设置有连接段，连接段连接于第一螺纹段与第二螺纹段之间，连接段可转动地设于夹持机构7的底部并限制其轴向移动自由度，以使得丝杠52与夹持机构7转动连接，且丝杠52与夹持机构7沿管状工件的轴向保持相对静止；夹持机构7用于对管状工件进行夹持。

具体地，本实施例所示的夹持机构7包括第二滑块71、第二承托架72及夹持气缸73；第二承托架72与夹持气缸73分别安装于第二滑块71上。

在此，本实施例所示的第二滑块71位于第一滑轨与第二滑轨之间，第二滑块71的一端可滑动地设于第三滑槽中，第二滑块71的另一端可滑动地设于第四滑槽中，从而确保第二滑块71能够沿管状工件的轴向稳定地在滑轨座4上滑动。

与此同时，本实施例所示的第二承托架72的结构可参照第一承托架14，第二承托架72用于承托于管状工件的下侧面；夹持气缸73呈竖直布置，夹持气缸73的固定端与第二滑块71连接，夹持气缸73的伸缩端设有夹持头，夹持头用于夹持于管状工件的上侧面。

在实际工作中，当第一夹具1与第二夹具2在滑轨座4上相向移动的过程中，本实施例可通过夹持机构7对管状工件进行夹持，以防止管状工件发生轴向窜动。

如图8至图11所示，本实施例还提供一种基于视觉检测的焊接系统，包括：图像采集模块200、控制模块、自动环缝焊机300及如上任一项所述的管状工件同步旋转夹持机构100。

具体地，本实施例中的图像采集模块200设于自动环缝焊机300与管状工件同步旋转夹持机构100之间；图像采集模块200与控制模块连接，控制模块分别与自动环缝焊机300及管状工件同步旋转夹持机构100通讯连接；图像采集模块200用于采集管状工件的待焊接端的图像信息，控制模块用于对图像信息进行处理，获取管状工件的待焊接端的直径与表面质量，以在表面质量满足预设条件的情形下，根据管状工件的待焊接端的直径，确定焊接参数，并根据焊接参数，控制自动环缝焊机300对管状工件的待焊接端与端塞的相对端部进行焊接。其中，控制模块可以为本领域公知的单片机或PLC控制器。

如图8所示，本实施例所示的自动环缝焊机300包括第一旋转夹持机构311、焊室312及第二旋转夹持机构313，第一旋转夹持机构311、焊室312及第二旋转夹持机构313分别沿着管状工件的轴向依次设置。

在此，本实施例所示管状工件的待焊接端在穿过第一旋转夹持机构311后，从焊室312的第一侧伸入至焊室312内，第一旋转夹持机构311可对管状工件的待焊接端实施夹持，并在管状工件同步旋转夹持机构100的辅助下，驱动管状工件转动。

与此同时，第二旋转夹持机构313用于夹持于端塞的一端，端塞的另一端从焊室312的第二侧伸入至焊室312内，并与管状工件的待焊接端相靠近。其中，第一旋转夹持机构311与第二旋转夹持机构313均可以为本领域公知的三爪卡盘。

在进行环缝焊接的过程中，管状工件与端塞同轴分布，管状工件与端塞的相对端部之间形成待焊接的焊缝；第一旋转夹持机构311与第二旋转夹持机构313同步转动，以驱动管状工件与端塞同步转动，从而便于焊室312内的焊接设备对管状工件与端塞的相对端部实施环缝焊接。

在一些实施例中，由于管状工件通常具有多种型号，具体体现在，不同的管状工件因型号的不同会呈现出不同的管径，而系统无法自动识别当前的管状工件的管径，导致在该产线的单批次生产中，只能同时生产一种型号的管状工件，而不能生产不同型号的管状工件，这导致产线无法满足当前柔性化生产的需求，且不利于提高生产效率。

与此同时，目前，在焊接后的质检工序，采用X射线探伤的方式进行焊缝质量检测，通过分析“夹钨”的质量缺陷类型造成的原因是在管状工件进入自动环缝焊机前，在管状工件的外壁上存在油污等其他污渍导致，或者，在管状工件的待焊接端出现磨损或凹陷等缺陷瑕疵，也会对焊接的成品质量造成影响，同时还会影响到向管状工件内填充其他材料。

在对管状工件与端塞的相对端部进行环缝焊接前，本实施例预先采用视觉识别的方式，来确定管状工件的待焊接端的直径与表面质量。

为此，本实施例将图像采集模块200设于自动环缝焊机300与管状工件同步旋转夹持机构100之间。其中，本实施例所示的图像采集模块200优选为CCD相机。

为了便于对图像信息进行处理，本实施例所示的控制模块设有第一图像处理模型与第二图像处理模型，第一图像处理模型与第二图像处理模型均是通过神经网络训练获得。

其中，本实施例以采集的管状工件的管径图像作为训练样本，该管径图像不包含油污及其它质量缺陷，以管状工件的直径为标签，通过神经网络训练获取第一图像处理模型。与此同时，本实施例以采集的管状工件的外观图像作为训练样本，该外观图像包含污渍或其它任一种质量缺陷，以实际标记的质量缺陷作为标签，通过神经网络训练获取第二图像处理模型。

在一些实施例中，可采用基于深度学习的目标识别算法的方法来实现对管径和表面质量的识别，其主要流程分为两个部分，模型训练部分和识别部分。

在模型训练部分，通过采集管径图像与包含污渍或其它任一种外观缺陷的外观图像作为训练部分的训练样本，提取管径与污渍外观瑕疵的深度特征，其中，本实施例可通过提取图像中沿管体的宽度方向的像素点的个数来确定管径的深度特征，通过视觉识别算法中对图像的分割与目标识别，来提取污渍外观瑕疵的深度特征，然后，将这两类深度特征分别输入至深度神经网络中训练，得到深度神经网络分类器。

在识别部分，本实施例可运用生产现场实际采集的图像进行抽帧操作，确定检测目标，提取深度特征，再运用深度神经网络分类器判断是否满足条件，输出识别结果。

其中，本实施例所示的对目标进行检测过程具体为发现目标位置的关系，其中，本实施例所示的方案主要体现在确定污渍与管壁的位置关系、外观缺陷与管壁的位置关系、管径与现场环境背景之间的位置关系。

在此，本实施例采用传统方式中检出率最高的背景建模方法提取前景目标，在提取出前景目标之后，再采用机器学习分类的方式对可疑目标进行识别，若识别为油污等污渍目标，则进行报警指示。

相应地，针对管径检测的场景，本实施例在提取出前景目标后，可采用计算像素点的方式识别出不同管径的型号，以确定待焊接的管状工件的管径。

进一步地，本实施例可基于获取的待焊接的管状工件的管径，确定自动环缝焊机300的焊接参数，本实施例所示的焊接参数具体可以为焊接角度、焊接电流、焊接速度、冷却时间、焊接时的保护气体的流量及焊接时间等，自动环缝焊机300可根据焊接参数，对管状工件的待焊接端与端塞的相对端部进行环缝焊接，以确保焊接质量。

基于上述实施例所示的方案，本实施例结合图8至图11所示意的状态，对管状工件的焊接过程进行具体描述。

如图8所示，根据管状工件的长度，本实施例预先对第一夹具1、第二夹具2在滑轨座4上的间距进行调整，待两个夹具的间距调整好之后，将管状工件放置于第一夹具1与第二夹具2之间，并确保两个夹具之间的夹持机构7不对管状工件的中部形成夹持。此时，管状工件的一端支撑于第一夹具1朝向第二夹具2的一侧的第一承托架14上，管状工件的另一端支撑于第二夹具2朝向第一夹具1的一侧的第一承托架14上。

如图9所示，控制两个夹具之间的夹持机构7对管状工件的中部进行夹持；启动丝杠驱动机构5当中的第二驱动电机53，控制第一夹具1与第二夹具2在滑轨座4上相向运动。

如图10所示，待两个夹具在滑轨座4上相向运动至适宜的位置时，启动第一驱动电机32，同步控制第一夹具1的夹持口与第二夹具2的夹持口由第二状态切换至第一状态，以对管状工件形成夹持，确保管状工件在旋转支撑件124的承托下，可在夹持口内转动。

如图11所示，启动直线模组6，在直线模组6的滑台的带动下，两个夹具随同夹持状态下的管状工件朝向自动环缝焊机300的一侧移动；待管状工件的待焊接端移动至与图像采集模块200相对应的位置时，由图像采集模块200采集管状工件的待焊接端的图像信息，控制模块对图像信息进行处理，获取管状工件的待焊接端的直径与表面质量，根据管状工件的待焊接端的直径，确定焊接参数；在管状工件的待焊接端的表面质量满足预设条件的情形下，直线模组6继续带动管状工件的待焊接端朝向自动环缝焊机300的一侧移动，直至伸入至自动环缝焊机300的焊室312内；此时，控制模块根据焊接参数，控制自动环缝焊机300对管状工件的待焊接端与端塞的相对端部进行环缝焊接。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，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各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种管状工件同步旋转夹持机构，其特征在于，包括：

第一夹具、第二夹具、驱动机构及滑轨座；

所述第一夹具与所述第二夹具可移动地设于所述滑轨座上，所述滑轨座沿所述管状工件的轴向延伸，所述第一夹具的夹持口与所述第二夹具的夹持口沿所述管状工件的轴向相对；

所述第一夹具、所述第二夹具分别与所述驱动机构连接，所述驱动机构用于同步控制所述第一夹具的夹持口与所述第二夹具的夹持口在第一状态与第二状态之间切换；

在所述第一状态，所述第一夹具的夹持口与所述第二夹具的夹持口分别对所述管状工件的外侧壁形成夹持；在所述第二状态，所述第一夹具的夹持口与所述第二夹具的夹持口分别对所述管状工件的外侧壁解除夹持。

2.根据权利要求1所述的管状工件同步旋转夹持机构，其特征在于，所述第一夹具与所述第二夹具的结构相同，均包括：安装架、夹持组件及传动机构；

所述安装架可移动地设于所述滑轨座上；所述夹持组件与所述传动机构分别设于所述安装架上；

所述夹持组件包括多个夹持部，所述夹持部包括导向轨与夹持杆，所述夹持杆可移动地设于所述导向轨上；所述多个夹持部相对于所述管状工件分别沿周向排布，每个所述夹持部沿所述管状工件的径向排布，各个所述夹持部对应的夹持杆的一端相靠近，以形成所述夹持口；

所述驱动机构与所述传动机构的一端连接，所述传动机构的另一端分别与各个所述夹持杆连接，以驱动各个所述夹持杆同步朝向靠近或远离所述管状工件的一侧移动。

3.根据权利要求2所述的管状工件同步旋转夹持机构，其特征在于，所述传动机构包括齿轮与齿轮盘；所述齿轮与所述齿轮盘相啮合；所述齿轮与所述齿轮盘分别可转动地设于所述安装架上；所述驱动机构与所述齿轮连接，以驱动所述齿轮转动；所述齿轮盘与所述夹持口同轴分布；

所述多个夹持部相对于所述管状工件呈圆周均布，每个所述夹持部的夹持杆上均设有推杆；

所述齿轮盘上设有第一过孔与多个弧形引导孔；所述第一过孔用于供所述管状工件穿过；所述多个弧形引导孔与所述多个夹持部一一对应，并在所述齿轮盘上呈中心对称分布；所述推杆的一端伸入至所述弧形引导孔中；在所述齿轮盘转动的情形下，所述推杆用于在所述弧形引导孔的引导下带动所述夹持杆沿所述管状工件的径向移动。

4.根据权利要求3所述的管状工件同步旋转夹持机构，其特征在于，所述驱动机构包括支架、第一驱动电机及滑动丝杆；

所述支架设于所述滑轨座上，所述第一驱动电机设于所述支架上，所述第一驱动电机的输出端与所述滑动丝杆的一端连接；

所述滑动丝杆沿所述管状工件的轴向延伸，所述滑动丝杆的侧面设有轮齿结构；所述齿轮的轴心设有齿孔；所述滑动丝杆分别穿过所述第一夹具与所述第二夹具对应齿轮上的齿孔，所述第一夹具与所述第二夹具对应的齿轮分别可移动地设于所述滑动丝杆上，所述轮齿结构与所述齿孔啮合。

5.根据权利要求3所述的管状工件同步旋转夹持机构，其特征在于，所述安装架包括：第一夹板与第二夹板；

所述第一夹板与所述第二夹板彼此平行相对，并呈间隔设置；所述第一夹板与所述第二夹板设有相对应的第二过孔，所述第二过孔用于供所述管状工件穿过；

所述夹持组件设于所述第一夹板朝向所述第二夹板的一侧面，所述齿轮盘可转动地设于所述第二夹板朝向所述第一夹板的一侧面；所述第二夹板设有多个条形引导孔，所述多个条形引导孔与所述多个夹持部一一相对，所述推杆的一端穿过所述弧形引导孔，并伸入至所述条形引导孔中，所述条形引导孔沿所述管状工件的径向排布。

6.根据权利要求3所述的管状工件同步旋转夹持机构，其特征在于，所述夹持杆的一端可转动的设有旋转支撑件；

在所述第一状态，所述旋转支撑件的支撑面与所述管状工件的外侧面贴合；在所述第二状态，至少部分所述夹持杆上的旋转支撑件的支撑面与所述管状工件的外侧面分离。

7.根据权利要求2至6任一所述的管状工件同步旋转夹持机构，其特征在于，所述第一夹具与所述第二夹具还包括第一承托架；

所述第一承托架设于所述安装架沿所述管状工件的轴向的至少一侧，所述第一承托架用于承托所述管状工件。

8.根据权利要求2至6任一所述的管状工件同步旋转夹持机构，其特征在于，还包括：丝杠驱动机构与直线模组；

所述丝杠驱动机构包括第一滑块、丝杠及第二驱动电机；

所述第一滑块沿所述管状工件的轴向可滑动地设于所述滑轨座上，所述第二驱动电机设于所述第一滑块上；所述直线模组的滑台能够沿所述管状工件的轴向往复移动，所述滑台与所述第一滑块连接；

所述第二驱动电机的输出端与所述丝杠的一端连接；所述丝杠包括第一螺纹段与第二螺纹段，所述第一螺纹段与所述第二螺纹段上的螺纹的旋向相反，所述第一螺纹段与所述第一夹具的安装架螺纹连接，所述第二螺纹段与所述第二夹具的安装架螺纹连接。

9.根据权利要求8所述的管状工件同步旋转夹持机构，其特征在于，还包括：夹持机构；

所述夹持机构沿所述管状工件的轴向可滑动地设于所述滑轨座上；所述丝杠包括连接段，所述连接段连接于所述第一螺纹段与所述第二螺纹段之间，所述连接段可转动地设于所述夹持机构上；所述夹持机构用于对所述管状工件进行夹持。

10.一种基于视觉检测的焊接系统，其特征在于，包括：图像采集模块、控制模块、自动环缝焊机及如权利要求1至9任一所述的管状工件同步旋转夹持机构；

所述图像采集模块设于所述自动环缝焊机与所述管状工件同步旋转夹持机构之间；所述图像采集模块与所述控制模块连接，所述控制模块与所述自动环缝焊机及所述管状工件同步旋转夹持机构连接；

所述图像采集模块用于采集所述管状工件的待焊接端的图像信息，所述控制模块用于对所述图像信息进行处理，获取所述管状工件的待焊接端的直径与表面质量，以在所述表面质量满足预设条件的情形下，根据所述管状工件的待焊接端的直径，确定焊接参数，并根据所述焊接参数，控制所述自动环缝焊机对所述管状工件的待焊接端与端塞的相对端部进行焊接。

Images