CN116160145A - 一种用于lpg钢瓶对接的最优焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于LPG钢瓶对接的最优焊接方法。所述用于LPG钢瓶对接的最优焊接方法包括：上罐体、上罐体卷边、下罐体、激光线扫描距离传感、激光扫描区域、采用激光线扫描方法对LPG压力瓶对接平焊的匹配与检测方法。本发明提供的用于LPG钢瓶对接的最优焊接方法具有如下效果，采用线扫描激光器对对接罐体进行扫描，得到边缘纹理，进行焊接预分析，防止未打磨或打磨不完全边缘进入下一步工序，降低废品率；通过矩阵分析及图像处理方法，求解上下罐体的最优求解方程，使得上下罐体的在焊接口边缘的焊缝平整度最优，节省焊料，防止贯穿性气孔出现；本发明公开了上述方法实现的装置、原理及具体步骤，解决了自动LPG生产线罐体对接过程没有质检的问题。

Description

一种用于LPG钢瓶对接的最优焊接方法

技术领域

本发明涉及LPG钢瓶对接领域，尤其涉及一种用于LPG钢瓶对接的最优焊接方法。

背景技术

LPG钢瓶是特种设备生产领域中气瓶焊接气瓶作业，其对国民能源安全保障的重要意义毋庸置疑。自动化在线钢瓶生产已经成为行业的规范性生产行为，其生产过程的安全、快速、稳定、可控是行业的重要目标之一。

而在其生产过程中，上下钢瓶罐体的对焊是决定于产品合格率的重要决定性因素，特别是中间焊缝焊接过程中对准与焊缝检测，仍然对其进行人工操作与检验，费时费力。造成上述技术问题的主要原因有：第一，钢板材质不稳定，板厚的均匀性不一致；第二，冲压成型过程中，钢板变形与材料的受力方向存在着差异，圆形度无法保证精密焊接的需要；第三，上下钢瓶切割过程中，切割与接口打磨的操作不一致，导致接口处的瓶体凹凸不一致。

因此，有必要提供一种用于LPG钢瓶对接的最优焊接方法解决上述技术问题。

发明内容

本发明提供一种用于LPG钢瓶对接的最优焊接方法，解决了焊缝焊接过程中对准与焊缝检测，人工操作与检验费时费力的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的用于LPG钢瓶对接的最优焊接方法包括：上罐体、上罐体卷边、下罐体、激光线扫描距离传感、激光扫描区域、采用激光线扫描方法对LPG压力瓶对接平焊的匹配与检测方法；

将矩阵M按照如下公式进行列平均，得到1×480平均行向量g(y)；

其中，f(s，y)是矩阵M中的像素点，(s，y)是M中的任意像素；

针对上述平均向量沿x方向进行梯度变换，得到梯度向量G；

于是得到分割点x₀＝arg minG(x)x∈[1,480]和x₁＝arg maxG(x)x∈[1,480]，将矩阵M以x0、x1为分割点按照行方向分为三部分，得到上罐体打磨区，卷边打磨区，下罐体打磨区三个矩阵MA，MB，MC；

将MA矩阵按照其最大最小值进行0-7阶线性变化，得到其8阶灰度共生矩阵(矩阵大小8*8)MA，求解其熵值，按照如下公式计算

其中p(i，j)为矩阵MA的任意点；

同理可得区域B和区域C的8阶灰度共生矩阵的熵值；

HA，HB，HC为本发明的第一个特征值；

对于步骤3中得到的分界极值，取1*360的列向量A＝[x0-3，y]和列向量C＝[x1+2，y]作为圆形度匹配向量，其上式中后退平移的作用是防止夹具对齐不准直造成的焊接偏差；

将列向量按照如下公式进行变换，变换后得到笛卡尔坐标系中上罐体的边界区域，如下描述

其中，l为激光器到圆周中心点的距离，在实施之前已经标定为固定值，同理可得列向量C的匹配向量在笛卡尔坐标系下描述；

分别将上下罐体在笛卡尔坐标系下的轮廓中心点计算得到(xA，yA)，(xC，yC)于是，计算其欧氏距离有

于是得到本发明第二个特征值d；

进一步，计算最优匹配角度向量Q，

求解角度φ为下罐体偏移角度

于是得到本发明的第三个特征值φ。

优选的，在得到上述三个关键特征向量后，于是控制系统对其进行检测，根据经验设置上述控制阈值分别为P1，P2和P3。

优选的，当特征值1的其中任意一部分超过P1时，对应的罐体进行抛弃状态处理，进行再打磨。

优选的，当特征值2超过P3时，下罐体进行抛弃，更换新的下罐体进行匹配，若抛弃次数等于抛弃阈值P2时，更换新的上罐体进行重新匹配。

优选的，最后计算求得便宜角度φ，对下罐体进行旋转后，点焊。

优选的，本发明中P1、P2、P3的实际取值分别为0.85，3，130，为匹配连续生产工艺后的经验设定值，针对上述工艺设备的匹配的优化，均不失一般性。

与相关技术相比较，本发明提供的用于LPG钢瓶对接的最优焊接方法具有如下有益效果：

1、采用线扫描激光器对对接罐体进行扫描，得到边缘纹理，进行焊接预分析，防止未打磨或打磨不完全边缘进入下一步工序，降低废品率；

2、通过矩阵分析及图像处理方法，求解上下罐体的最优求解方程，使得上下罐体的在焊接口边缘的焊缝平整度最优，节省焊料，防止贯穿性气孔出现；

3、本发明公开了上述方法实现的装置、原理及具体步骤，解决了自动LPG生产线罐体对接过程没有质检的问题。

附图说明

图1为本发明提供的用于LPG钢瓶对接的最优焊接方法的罐体两部分侧视组件的结构示意图；

图2为本发明提供的控制系统的结构示意图；

图3为本发明提供的信号区域的结构示意图；

图4为本发明提供的工序流程的结构示意图。

图中标号：1、上罐体，2、上罐体卷边，3、下罐体，4、激光线扫描距离传感器，5、激光扫描区域。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

请结合参阅图1、图2、图3、图4，其中，图1为本发明提供的用于LPG钢瓶对接的最优焊接方法的罐体两部分侧视组件的结构示意图；图2为本发明提供的控制系统的结构示意图；图3为本发明提供的信号区域的结构示意图；

图4为本发明提供的工序流程的结构示意图。用于LPG钢瓶对接的最优焊接方法包括：上罐体1、上罐体卷边2、下罐体3、激光线扫描距离传感4、激光扫描区域5、采用激光线扫描方法对LPG压力瓶对接平焊的匹配与检测方法；

将矩阵M按照如下公式进行列平均，得到1×480平均行向量g(y)；

其中，f(s，y)是矩阵M中的像素点，(s，y)是M中的任意像素；

针对上述平均向量沿x方向进行梯度变换，得到梯度向量G；

于是得到分割点x₀＝arg minG(x)x∈[1,480]和x₁＝arg maxG(x)x∈[1,480]，将矩阵M以x0、x1为分割点按照行方向分为三部分，得到上罐体打磨区，卷边打磨区，下罐体打磨区三个矩阵MA，MB，MC；

将MA矩阵按照其最大最小值进行0-7阶线性变化，得到其8阶灰度共生矩阵(矩阵大小8*8)MA，求解其熵值，按照如下公式计算

其中p(i，j)为矩阵MA的任意点；

同理可得区域B和区域C的8阶灰度共生矩阵的熵值；

HA，HB，HC为本发明的第一个特征值；

对于步骤3中得到的分界极值，取1*360的列向量A＝[x0-3，y]和列向量C＝[x1+2，y]作为圆形度匹配向量，其上式中后退平移的作用是防止夹具对齐不准直造成的焊接偏差；

将列向量按照如下公式进行变换，变换后得到笛卡尔坐标系中上罐体的边界区域，如下描述

其中，l为激光器到圆周中心点的距离，在实施之前已经标定为固定值，同理可得列向量C的匹配向量在笛卡尔坐标系下描述；

分别将上下罐体在笛卡尔坐标系下的轮廓中心点计算得到(xA，yA)，(xC，yC)于是，计算其欧氏距离有

于是得到本发明第二个特征值d；

进一步，计算最优匹配角度向量Q，

求解角度φ为下罐体偏移角度

于是得到本发明的第三个特征值φ，通过上述步骤实现的焊缝最优化匹配与焊接区域打磨平整度的检测。

在得到上述三个关键特征向量后，于是控制系统对其进行检测，根据经验设置上述控制阈值分别为P1，P2和P3。

当特征值1的其中任意一部分超过P1时，对应的罐体进行抛弃状态处理，进行再打磨。

当特征值2超过P3时，下罐体进行抛弃，更换新的下罐体进行匹配，若抛弃次数等于抛弃阈值P2时，更换新的上罐体进行重新匹配。

最后计算求得便宜角度φ，对下罐体进行旋转后，点焊。

本发明中P1、P2、P3的实际取值分别为0.85，3，130，为匹配连续生产工艺后的经验设定值，针对上述工艺设备的匹配的优化，均不失一般性。

本发明提供的用于LPG钢瓶对接的最优焊接方法的工作原理如下：

一、通过360°自由旋转夹具对上下罐体进行夹持，并进行可控步长可控速率的旋转。采用激光线扫相机对罐体两部分进行如图1方式的扫描；

二、旋转夹持机构与编码器连接，当接受到系统的触发信号时，旋转夹持机构启动激光器信号采集，激光器的纵向分辨率为10um，横向分辨率为480像素；夹持机构旋转一周其编码器从0°到359°产生触发信号到控制器，控制器根据脉冲信号启动激光器扫描；

三、当激光器接受到采集信号时，产生如图3上部所示的信号，信号为1×480的行向量，信号主要分为三个区域，分别是上罐体打磨区，卷边打磨区，和下罐体打磨区。当旋转罐体一周时，得到360组向量，于是可组成480×360矩阵M。

与相关技术相比较，本发明提供的用于LPG钢瓶对接的最优焊接方法具有如下有益效果：

1、采用线扫描激光器对对接罐体进行扫描，得到边缘纹理，进行焊接预分析，防止未打磨或打磨不完全边缘进入下一步工序，降低废品率；

2、通过矩阵分析及图像处理方法，求解上下罐体的最优求解方程，使得上下罐体的在焊接口边缘的焊缝平整度最优，节省焊料，防止贯穿性气孔出现；

3、本发明公开了上述方法实现的装置、原理及具体步骤，解决了自动LPG生产线罐体对接过程没有质检的问题。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于LPG钢瓶对接的最优焊接方法，其特征在于，包括：上罐体(1)、上罐体卷边(2)、下罐体(3)、激光线扫描距离传感(4)、激光扫描区域(5)、采用激光线扫描方法对LPG压力瓶对接平焊的匹配与检测方法；

将矩阵M按照如下公式进行列平均，得到1×480平均行向量g(y)；

其中，f(s，y)是矩阵M中的像素点，(s，y)是M中的任意像素；

针对上述平均向量沿x方向进行梯度变换，得到梯度向量G；

于是得到分割点x₀＝arg minG(x)x∈[1,480]和x₁＝arg maxG(x)x∈[1,480]，将矩阵M以x0、x1为分割点按照行方向分为三部分，得到上罐体打磨区，卷边打磨区，下罐体打磨区三个矩阵MA，MB，MC；

将MA矩阵按照其最大最小值进行0-7阶线性变化，得到其8阶灰度共生矩阵(矩阵大小8*8)MA，求解其熵值，按照如下公式计算

其中p(i，j)为矩阵MA的任意点；

同理可得区域B和区域C的8阶灰度共生矩阵的熵值；

HA，HB，HC为本发明的第一个特征值；

对于步骤3中得到的分界极值，取1*360的列向量A＝[x0-3，y]和列向量C＝[x1+2，y]作为圆形度匹配向量，其上式中后退平移的作用是防止夹具对齐不准直造成的焊接偏差；

将列向量按照如下公式进行变换，变换后得到笛卡尔坐标系中上罐体的边界区域，如下描述

其中，l为激光器到圆周中心点的距离，在实施之前已经标定为固定值，同理可得列向量C的匹配向量在笛卡尔坐标系下描述；

分别将上下罐体在笛卡尔坐标系下的轮廓中心点计算得到(xA，yA)，(xC，yC)于是，计算其欧氏距离有

于是得到本发明第二个特征值d；

进一步，计算最优匹配角度向量Q，

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求解角度φ为下罐体偏移角度

于是得到本发明的第三个特征值φ。

2.根据权利要求1所述的用于LPG钢瓶对接的最优焊接方法，其特征在于，在得到上述三个关键特征向量后，于是控制系统对其进行检测，根据经验设置上述控制阈值分别为P1，P2和P3。

3.根据权利要求1所述的用于LPG钢瓶对接的最优焊接方法，其特征在于，当特征值1的其中任意一部分超过P1时，对应的罐体进行抛弃状态处理，进行再打磨。

4.根据权利要求1所述的用于LPG钢瓶对接的最优焊接方法，其特征在于，当特征值2超过P3时，下罐体进行抛弃，更换新的下罐体进行匹配，若抛弃次数等于抛弃阈值P2时，更换新的上罐体进行重新匹配。

5.根据权利要求1所述的用于LPG钢瓶对接的最优焊接方法，其特征在于，最后计算求得便宜角度φ，对下罐体进行旋转后，点焊。

6.根据权利要求1所述的用于LPG钢瓶对接的最优焊接方法，其特征在于，本发明中P1、P2、P3的实际取值分别为0.85，3，130，为匹配连续生产工艺后的经验设定值，针对上述工艺设备的匹配的优化，均不失一般性。

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