CN114713958B - 一种基于机器视觉的型材精密电磁焊试验装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于机器视觉的型材精密电磁焊试验装置及工艺，所述装置包括支撑架、升降机构、焊接工作台、型材放置台、测温摄像头、红外线距离传感器和焊接核心机构；所述工艺包括焊接参数设定、焊接温度的监测和控制等步骤；本发明装置通过参数设定来控制焊接叶片的转动和移动焊箱的移动来调整焊接叶片与型材坡口的距离和角度，进而控制焊接温度，提高对各种焊接坡口的适配性；本发明工艺利用机器视觉实现焊接温度的监测与调整，解决了大型型材焊接温度不均，坡口难焊，坡口上下温差过大导致的焊接缺陷，提高了大型型材的焊缝性能。

Description

一种基于机器视觉的型材精密电磁焊试验装置及工艺

技术领域

本发明涉及高频电阻焊技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的型材精密电磁焊试验装置及工艺。

背景技术

高频焊管生产工序较多、条件复杂，焊缝质量受到多种因素的综合影响。产品质量主要取决于焊接质量，而要保证焊接质量，明确影响其质量的因素是首要的，焊接温度是保证焊接质量的关键因素，一般用焊接功率控制焊接温度，若焊接温度过低，带钢对接边缘未能完全熔化，夹杂物不易排出，从而形成焊接缺陷；相反，若焊接温度过高，则带钢对接边缘熔化的金属过多，会产生过热或过烧，甚至使焊缝击穿。同时会造成回流夹杂，对探伤过程有一定的影响，若焊接温度不均匀也会对焊件质量造成影响比如产生焊接应力和焊接变形。当焊接大型型材时，焊接距离也是一个重要的因素，需要可以进行精密调节距离从而方便调节焊接温度和焊接角度以满足技术需要，焊接距离的精密控制可以提高焊接效率，缩短焊接时间满足经济性原则。当对结构特殊的型材进行焊接时，需要用特殊的角度来焊接，因此对角度的精密调节可以实现对焊接温度和焊接距离控制。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于机器视觉的型材精密电磁焊试验装置及工艺，采用多组温度检测装置测量浇铸时温度变化，并根据相应的温度关系控制侧边加热装置和柱面加热装置对相应部位进行数据化可控式加热，实现了离心铸造的温差控制，有效解决了在复合轧辊铸造时不同浇铸金属和已成形工作层部分以及工作层自身温差过大的问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所提出的一种基于机器视觉的型材精密电磁焊试验装置，包括支撑架、升降机构、焊接工作台、型材放置台、测温摄像头、红外线距离传感器和焊接核心机构；所述升降机构纵向设置在支撑架的中部；所述焊接工作台通过横梁连接在升降机构底部前侧；所述焊接核心机构横向固连在焊接工作台的上表面；所述型材放置台对称设置在焊接核心机构的左右两端且底部与支撑架固连；所述测温摄像头和红外线距离传感器分别设置在型材放置台上与焊接核心机构端部对应位置处的两侧，用于监测型材的温度和焊接位置变化；所述测温摄像头为基于机器视觉的测温摄像头。

进一步的，所述升降机构包括升降支架、升降电机、导轨和升降丝杆；所述升降支架纵向设置在支撑架中部；所述升降支架中部与升降丝杆滑动连接；所述升降支架左右两侧分别与导轨滑动连接；所述导轨上下两端分别与支撑架固连；所述升降电机设置在升降支架中部下方；所述升降电机的输出端与升降丝杆底端同轴连接；所述升降电机转动带动升降支架沿导轨升降，从而带动焊接工作台上的焊接核心机构升降。

进一步的，所述焊接核心机构包括第一旋转电机、第二旋转电机、固定导槽、移动底座、移动焊箱、焊接叶片、电机支架、电机支架导轨、丝杆、螺母和轴承；所述第一旋转电机对称设置在固定导槽的两端且输出端相对；所述丝杆分别同轴设置在固定导槽内部的左右两侧区域，且两侧丝杆的外端分别与同一端的第一旋转电机的输出端连接，两侧丝杆的内端与固定导槽内部的内部之间设置有轴承；所述移动底座分别设置在两侧丝杆的上方，所述移动底座的底部通过螺母与同侧的丝杆连接；所述移动焊箱分别设置在两侧的移动底座上；所述移动焊箱外端的中部对称转动连接有两个间隔一定距离的焊接叶片；所述电机支架导轨设置在固定导槽上方；所述焊接叶片转动轴的顶部均连接有第二旋转电机；同一侧的两个第二旋转电机均通过电机支架与电机支架导轨滑动连接。

进一步的，所述移动焊箱中设置有电磁感应加热装置，用于对焊接叶片进行电磁感应加热，使得焊接叶片达到焊接温度。

进一步的，所述移动底座的高度大于固定导槽的高度；所述移动焊箱移动到固定导槽的端部时，带有焊接叶片的一端与固定导槽两端的侧面共面，此时，所述第一旋转电机在移动焊箱的下方，所述焊接叶片突出出来，对准待焊型材坡口。

进一步的，所述支撑架底部均匀安装有移动万向轮。

一种基于机器视觉的型材精密电磁焊工艺，包括以下步骤：

步骤1、根据待焊型材材料，查阅该材料的焊接温度T₀以及待焊型材坡口角度α₀；

步骤2、待焊型材放置在型材放置台上的设定位置，设定位置可以使得待焊型材坡口对准焊接叶片；

步骤3、系统根据待焊型材的焊接要求设定参数：焊接叶片张开角度α、待焊型材坡口角度α₀、焊接叶片与待焊型材坡口表面的垂直距离d、升降支架移动高度h、升降支架移动速度v、电磁感应加热时，焊接叶片表面温度t、待焊型材坡口焊接所需温度T₀，t略小于T₀；

步骤4、开启升降电机开关，控制升降支架移动使得核心焊接装置至红外线距离传感器可以检测到焊接叶片和待焊型材坡口的相对位置处，关闭升降电机开关；红外线距离传感器可以检测焊接叶片与待焊型材坡口表面的垂直距离，其中d≤0.5mm；

步骤5、开启第二旋转电机开关，根据步骤1设定的参数，调整焊接叶片张开角度α，使得α＝α₀；关闭第二旋转电机开关；开启第一旋转电机开关，根据步骤1设定的参数和红外线距离传感器检测到的焊接叶片与待焊型材坡口表面的垂直距离，控制移动焊箱调整焊接叶片与待焊型材坡口表面的垂直距离至d，关闭第一旋转电机开关；

步骤6、开启升降电机开关，控制升降支架移动至最高处；

步骤7、开启控制移动焊箱中电磁感应加热装置的开关，根据步骤1设定的参数，调整焊接叶片表面温度至t，控制升降支架快速移动至最低处；

步骤8、根据步骤1设定的升降支架移动高度h和升降支架移动速度v，控制升降支架向上移动，使得焊接工作台上的焊接核心装置对待焊型材进行焊接加热；

步骤9、基于机器视觉的测温摄像头实时检测待焊型材坡口处温度t₀并传输至计算机，由计算机判断待焊型材坡口处温度t₀是否大于等于T₀，如果t₀＜T₀，则升高焊接叶片表面温度t，直到满足t₀大于等于T₀；

步骤10、均匀加热后，控制升降支架移动至最高处，关闭升降电机开关和电磁感应加热装置开关；

步骤11、及时移动待焊型材，使得坡口对合，待焊接处冷却后，取下焊接型材。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明装置在进行焊接时，根据焊接要求，转动电机可以带动载有焊接叶片的焊箱移动，实现与待焊型材之间距离的精密调节，从而实现对焊接温度的精准控制。其中，焊箱的移动是由双节反旋向的丝杆螺母实现传动，同时连接台内部装有两个轴承，这两个设计保证了两个焊箱可以独立运动，不受相互影响。

上述装置进行焊接时，根据焊接要求，转动电机带动焊接叶片的精密转动改变叶片与待焊型材的角度，从而使叶片与待焊型材保持平行或特殊角度，从而实现对焊接温度的精准控制。

利用机器视觉判断，可以时刻观察要焊接型材的温度，随着焊接温度改变，可能会改变焊接温度分布，可以通过调节焊接叶片的移动与转动来使要焊接型材温度均匀分布，还能观察温度是否达到最佳焊接温度，如果焊接温度过低则会带钢对接边缘未能完全熔化，夹杂物不易排出，从而形成焊接缺陷；相反，若焊接温度过高，则带钢对接边缘熔化的金属过多，会产生过热或过烧，甚至使焊缝击穿。

附图说明

图1是本发明一种基于机器视觉的型材精密电磁焊试验装置的整体结构示意图；

图2是图1中的局部放大结构示意图；

图3是图1中焊接核心机构的结构示意图；

图4是本发明一种基于机器视觉的型材精密电磁焊工艺的流程示意图。

其中，附图标记：1-焊接叶片；2-电机支架；3-第一旋转电机；4-螺母；5-焊接核心机构；6-丝杆；7-焊接工作台；8-固定导槽；9-移动焊箱；10-测温摄像头；11-红外线距离传感器；12-型材放置台；13-移动底座；14-升降电机；15-轴承；16-升降支架；17-支撑架；18-电机支架导轨；19-第二旋转电机；20-移动万向轮；21-横梁；22-导轨；23-升降丝杆；24-待焊型材。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例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做以简单地介绍，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。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

参见附图1至3，给出了本发明所提出的一种基于机器视觉的型材精密电磁焊试验装置的一个实施例的具体结构。所述装置包括升降机构、焊接工作台7、测温摄像头10、红外线距离传感器11、型材放置台12、焊接核心机构5、支撑架17；所述支撑架17部均匀安装有移动万向轮20；所述升降机构纵向设置在支撑架17的中部区域；所述焊接工作台7通过三根横梁21连接在升降机构的底部前侧；所述焊接核心机构5横向固连在焊接工作台7的上表面；所述型材放置台12对称设置在焊接核心机构5的左右两端且底部与支撑架17固连；所述测温摄像头10和红外线距离传感器11分别设置在型材放置台12上与焊接核心机构5端部对应位置处的前后两侧，用于监测待焊型材24的温度和焊接位置变化；所述测温摄像头10为基于机器视觉的测温摄像头。

所述焊接核心机构5、焊接工作台7以及型材放置台12均由耐高温材料制成，本实施例中，耐高温材料选择TMCP结构钢，TMCP钢合金成分较少、纯净度高，夹杂物及S、Р含量低。

其中，所述升降机构包括升降电机14、升降支架16、导轨22和升降丝杆23；所述升降支架16纵向设置在支撑架17的中部区域；所述升降支架中部与升降丝杆23纵向滑动连接；所述升降支架16的左右两侧分别与导轨22纵向滑动连接；所述导轨22的上下两端分别与支撑架17固连；所述升降电机14设置在升降支架16的中部下方并与支撑架17固连；所述升降电机14的输出端与升降丝杆23底端同轴连接；所述升降电机14转动带动升降支架16沿导轨22升降，从而带动焊接工作台7上的焊接核心机构5升降。

所述焊接核心机构5包括焊接叶片1、电机支架2、第一旋转电机3、螺母4、丝杆6、固定导槽8、移动焊箱9、移动底座13、轴承15、电机支架导轨18和第二旋转电机19；所述第一旋转电机3对称设置在固定导槽8的左右两端且输出端同轴相对；所述丝杆6分别同轴设置在固定导槽8内部的左右两侧区域，且左侧区域的丝杆6的外端与左端的第一旋转电机3的输出端连接；右侧区域的丝杆6的外端与右端的第一旋转电机3的输出端连接，两个丝杆6分别可以随两端的第一旋转电机3旋转；两侧丝杆6的内端通过轴承15与固定导槽8的内部连接，所述丝杆6和轴承15可以共同随第一旋转电机3旋转；所述移动底座13分别设置在两侧丝杆6的上方，所述移动底座13的底部通过螺母与同侧的丝杆6连接，所述螺母4与丝杆6同轴配合，所述丝杆6的旋转可以带动螺母4的移动，使得移动底座13可以在固定导槽8中移动；所述移动底座13的两侧分别与固定导槽8顶部的前后两侧滑动连接；所述移动焊箱9分别对应固定在两侧的移动底座13上，可以分别随两侧移动底座13共同移动；所述移动焊箱9外端中部转动连接有两个相互对称且间隔一定距离的焊接叶片1；所述移动焊箱9内部设置有电磁感应加热装置(图中未示出)，用于对焊接叶片1进行电磁感应加热，使得焊接叶片达到焊接温度；所述电机支架导轨18为矩形框结构，其设置在固定导槽8的正上方且位于两侧移动焊箱9的上方；所述焊接叶片1转动轴的顶部均连接有第二旋转电机19，所述焊接叶片1可分别随第二旋转电机19共同旋转；同一侧两个焊接叶片1对应的两个第二旋转电机19均通过电机支架2与电机支架导轨18滑动连接，所述第二旋转电机19可以沿电机支架导轨18随着下方移动焊箱9共同移动。待焊型材24放置在型材放置台12上的设定位置，使得待焊型材24的坡口对准焊接叶片1。

所述移动底座13的高度大于固定导槽8的高度；所述移动焊箱9移动到固定导槽8的端部时，带有焊接叶片1的一端与固定导槽8两端的侧面共面，此时，所述第一旋转电机3在移动焊箱9的下方，所述焊接叶片1突出出来，对准待焊型材24的坡口。

基于机器视觉的测温摄像头10和红外线距离传感器11能够时时监测待焊型材24的温度和焊接位置变化，同时将监测到的温度、位置参数反馈给第一旋转电机3和第二旋转电机19，进而控制焊接叶片1的转动以及移动焊箱9的移动来调整焊接叶片1与待焊型材24坡口的相对距离和相对角度，参考预先设定好的参数，进而精确控制焊接型材时的温度。

参见附图4，一种基于机器视觉的型材精密电磁焊工艺，包括以下步骤：

步骤1、工作人员根据待焊型材24材料，查阅该材料的焊接温度T₀以及待焊型材坡口角度α₀；

步骤2、将待焊型材24放置在型材放置台上的设定位置，设定位置可以使得待焊型材24坡口对准焊接叶片1；

步骤3、系统根据待焊型材24的焊接要求设定参数：焊接叶片1张开角度α、待焊型材24坡口角度α₀、焊接叶片1与待焊型材24坡口表面的垂直距离d、升降支架16移动高度h、升降支架16移动速度v、电磁感应加热时，焊接叶片1表面温度t、待焊型材24坡口焊接所需温度T₀，t略小于T₀；

步骤4、开启升降电机14开关，控制升降支架16移动使得焊接核心机构5至红外线距离传感器11可以检测到焊接叶片1和待焊型材24坡口的相对位置处，关闭升降电机14开关；红外线距离传感器11可以检测焊接叶片1与待焊型材24坡口表面的垂直距离，其中d≤0.5mm；

步骤5、开启第二旋转电机19开关，根据步骤1设定的参数，调整焊接叶片1张开角度α，使得α＝α₀；关闭第二旋转电机19开关；开启第一旋转电机3开关，根据步骤1设定的参数和红外线距离传感器11检测到的焊接叶片1与待焊型材24坡口表面的垂直距离，控制移动焊箱9调整焊接叶片1与待焊型材24坡口表面的垂直距离至d，关闭第一旋转电机3开关；

步骤6、开启升降电机14开关，控制升降支架16移动至最高处；

步骤7、开启控制移动焊箱9中电磁感应加热装置的开关，根据步骤1设定的参数，调整焊接叶片1表面温度至t，控制升降支架16快速移动至最低处；

步骤8、根据步骤1设定的升降支架16移动高度h和升降支架16移动速度v，控制升降支架16向上移动，使得焊接工作台7上的焊接核心机构5对待焊型材24进行焊接加热；

步骤9、基于机器视觉的测温摄像头10实时检测待焊型材24坡口处温度t₀并传输至计算机，由计算机判断待焊型材24坡口处温度t₀是否大于等于T₀，如果t₀＜T₀，则升高焊接叶片1表面温度t，直到满足t₀大于等于T₀；

步骤10、均匀加热后，控制升降支架16移动至最高处，关闭升降电机14开关和电磁感应加热装置开关；

步骤11、及时移动待焊型材24，使得坡口对合，待焊接处冷却后，取下焊接型材24。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于机器视觉的型材精密电磁焊试验装置，其特征在于：所述装置包括支撑架、升降机构、焊接工作台、型材放置台、测温摄像头、红外线距离传感器和焊接核心机构；所述升降机构纵向设置在支撑架的中部；所述焊接工作台通过横梁连接在升降机构底部前侧；所述焊接核心机构横向固连在焊接工作台的上表面；所述型材放置台对称设置在焊接核心机构的左右两端且底部与支撑架固连；所述测温摄像头和红外线距离传感器分别设置在型材放置台上与焊接核心机构端部对应位置处的两侧，用于监测型材的温度和焊接位置变化；所述测温摄像头为基于机器视觉的测温摄像头；

所述升降机构包括升降支架、升降电机、导轨和升降丝杆；所述升降支架纵向设置在支撑架中部；所述升降支架中部与升降丝杆滑动连接；所述升降支架左右两侧分别与导轨滑动连接；所述导轨上下两端分别与支撑架固连；所述升降电机设置在升降支架中部下方；所述升降电机的输出端与升降丝杆底端同轴连接；所述升降电机转动带动升降支架沿导轨升降，从而带动焊接工作台上的焊接核心机构升降；

所述焊接核心机构包括第一旋转电机、第二旋转电机、固定导槽、移动底座、移动焊箱、焊接叶片、电机支架、电机支架导轨、丝杆、螺母和轴承；所述第一旋转电机对称设置在固定导槽的两端且输出端相对；所述丝杆分别同轴设置在固定导槽内部的左右两侧区域，且两侧丝杆的外端分别与同一端的第一旋转电机的输出端连接，两侧丝杆的内端与固定导槽内部的内部之间设置有轴承；所述移动底座分别设置在两侧丝杆的上方，所述移动底座的底部通过螺母与同侧的丝杆连接；所述移动焊箱分别设置在两侧的移动底座上；所述移动焊箱外端的中部对称转动连接有两个间隔一定距离的焊接叶片；所述电机支架导轨设置在固定导槽上方；所述焊接叶片通过旋转轴的顶部连接有第二旋转电机；同一侧的两个第二旋转电机均通过电机支架与电机支架导轨滑动连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的型材精密电磁焊试验装置，其特征在于：所述移动焊箱中设置有电磁感应加热装置，用于对焊接叶片进行电磁感应加热，使得焊接叶片达到焊接温度。

3.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的型材精密电磁焊试验装置，其特征在于：所述移动底座的高度大于固定导槽的高度；所述移动焊箱移动到固定导槽的端部时，带有焊接叶片的一端与固定导槽两端的侧面共面，此时，所述第一旋转电机在移动焊箱的下方，所述焊接叶片突出出来，对准待焊型材坡口。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的型材精密电磁焊试验装置，其特征在于：所述支撑架底部均匀安装有移动万向轮。

5.一种利用权利要求3所述试验装置的基于机器视觉的型材精密电磁焊工艺，其特征在于，所述工艺包括以下步骤：

步骤1、根据待焊型材材料，查阅该材料的焊接温度T₀以及待焊型材坡口角度α₀；

步骤2、待焊型材放置在型材放置台上的设定位置，设定位置可以使得待焊型材坡口对准焊接叶片；

步骤3、系统根据待焊型材的焊接要求设定参数：焊接叶片张开角度α、待焊型材坡口角度α₀、焊接叶片与待焊型材坡口表面的垂直距离d、升降支架移动高度h、升降支架移动速度v、电磁感应加热时，焊接叶片表面温度t、待焊型材坡口焊接所需温度T₀，t略小于T₀；

步骤4、开启升降电机开关，控制升降支架移动使得核心焊接装置至红外线距离传感器可以检测到焊接叶片和待焊型材坡口的相对位置处，关闭升降电机开关；红外线距离传感器可以检测焊接叶片与待焊型材坡口表面的垂直距离，其中d≤0.5mm；

步骤5、开启第二旋转电机开关，根据步骤1设定的参数，调整焊接叶片张开角度α，使得α＝α₀；关闭第二旋转电机开关；开启第一旋转电机开关，根据步骤1设定的参数和红外线距离传感器检测到的焊接叶片与待焊型材坡口表面的垂直距离，控制移动焊箱调整焊接叶片与待焊型材坡口表面的垂直距离至d，关闭第一旋转电机开关；

步骤6、开启升降电机开关，控制升降支架移动至最高处；

步骤7、开启控制移动焊箱中电磁感应加热装置的开关，根据步骤1设定的参数，调整焊接叶片表面温度至t，控制升降支架快速移动至最低处；

步骤8、根据步骤1设定的升降支架移动高度h和升降支架移动速度v，控制升降支架向上移动，使得焊接工作台上的焊接核心装置对待焊型材进行焊接加热；

步骤9、基于机器视觉的测温摄像头实时检测待焊型材坡口处温度t₀并传输至计算机，由计算机判断待焊型材坡口处温度t₀是否大于等于T₀，如果t₀＜T₀，则升高焊接叶片表面温度t，直到满足t₀大于等于T₀；

步骤10、均匀加热后，控制升降支架移动至最高处，关闭升降电机开关和电磁感应加热装置开关；

步骤11、及时移动待焊型材，使得坡口对合，待焊接处冷却后，取下焊接型材。

Images