CN116423054A - 一种u肋板焊接方法及焊接系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种U肋板焊接方法及焊接系统，涉及焊接技术领域。本发明的U肋板焊接方法包括如下步骤：将U肋板放在焊板上；将激光电弧焊接装置移动至所述U肋板的焊接起点处；通过图像识别装置识别所述U肋板的坡口特征；根据所述坡口特征确定所述激光电弧焊接装置的激光功率和焊接速度，所述激光功率记为P1，所述焊接速度记为V1；控制所述激光电弧焊接装置以P1的激光功率，V1的焊接速度焊接所述U肋板。本发明通过图像识别装置识别U肋板的坡口特征，根据坡口特征确定激光电弧焊接装置的激光功率与焊接速度，不同的坡口特征对应不同的激光功率和焊接速度，可提高焊缝的一致性，避免出现未熔透或余高过高的缺陷，提升焊接质量。

Description

一种U肋板焊接方法及焊接系统
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体而言，涉及一种U肋板焊接方法及焊接系统。
背景技术
目前针对U肋板的焊接工艺以气体保护焊、埋弧焊等传统弧焊技术为主。传统电弧焊接焊接效率低，热输入大导致焊后形变量大。U肋板焊接长度在4-5m左右，在将U肋板焊接在焊板上的过程中，焊接的长度过长容易使焊接出现未熔透或余高过高的缺陷，焊接过程中，U肋板的坡口特征变化会导致焊缝质量一致性差。未熔透缺陷在U肋板服役过程中容易形成裂纹并拓展，从而降低焊缝疲劳强度，缩短钢桥使用寿命。
发明内容
本发明要解决的问题是如何提高U肋板的焊接质量。
为此，本发明提供了一种U肋板焊接方法，包括如下步骤：
将U肋板放在焊板上；
将激光电弧焊接装置移动至所述U肋板的焊接起点处；
通过图像识别装置识别所述U肋板的坡口特征；
根据所述坡口特征确定所述激光电弧焊接装置的激光功率和焊接速度，所述激光功率记为P1，所述焊接速度记为V1；
控制所述激光电弧焊接装置以P1的激光功率，V1的焊接速度焊接所述U肋板。
可选地，所述根据所述坡口特征确定所述激光电弧焊接装置的激光功率与焊接速度之后还包括，
通过图像识别装置识别所述U肋板的焊接距离，记为L1；
计算所述U肋板的焊接时长，记为T1，其表达式为，
T1＝L1/V1。
可选地，所述坡口特征包括坡口深度和坡口宽度，所述坡口深度记为h1，所述坡口宽度记为d1。
可选地，所述通过图像识别装置识别所述U肋板的坡口特征，包括：
将长度为N1标定物放在所述焊板上，通过所述图像识别装置识别所述标定物图像的长度，记为N0；
通过所述图像识别装置识别所述坡口图像的深度和所述坡口图像的宽度，所述坡口图像的深度记为h0,所述坡口图像的宽度记为d0；
计算所述坡口深度h1和所述坡口宽度d1，其表达式为，
h1＝h0*N1/N0；
d1＝d0*N1/N0。
可选地，所述通过图像识别装置识别所述U肋板的焊接距离，记为L1，包括：
通过所述图像识别装置识别所述U肋板的图像焊接距离，记为L0；
计算所述U肋板的焊接距离L1，其表达式为，
L1＝L0*N1/N0。
可选地，所述通过图像识别装置识别所述U肋板的坡口特征之前还包括，
调整所述图像识别装置角度，使所述U肋板的坡口特征在所述图像识别装置上清晰可见。
可选地，所述通过所述图像识别装置识别所述坡口图像的深度和所述坡口图像的宽度，包括：
采集所述坡口图片，对所述图片进行锐化、滤波、增强处理；
对处理后的所述图片进行分割，采用特征筛选提取ROI区域的图像。
与现有技术相比，本发明的所述的U肋板焊接方法的有益效果是：
本发明通过将U肋板放置在焊板上，并将激光电弧焊接装置移动至U肋板焊接的起点处，便于使激光电弧焊接装置对U肋板的坡口进行焊接，通过图像识别装置识别U肋板的坡口特征，根据坡口特征确定激光电弧焊接装置的激光功率与焊接速度，激光功率记为P1，焊接速度记为V1，不同的坡口特征对应不同的激光功率和焊接速度，控制激光电弧焊接装置以确定的激光功率P1和焊接速度V1对U肋板的坡口进行焊接，可提高焊缝的一致性，避免出现未熔透或余高过高的缺陷，提升焊接质量。
此外，为了解决上述问题，本发明还提供了一种U肋板焊接系统，用于实现上述的U肋板焊接方法，所述U肋板焊接系统包括激光电弧焊接装置与图像识别装置。
与现有技术相比，本发明所述的U肋板焊接系统的有益效果和上述U肋板焊接方法的有益效果大致相同，在此不再赘述。
可选地，所述图像识别装置包括光源和CMOS成像系统。
可选地，U肋板焊接系统还包括运动装置与调节装置，所述激光电弧焊接装置与所述调节装置连接，所述调节装置与所述运动装置连接，所述运动装置用于沿U肋板的坡口方向移动，所述调节装置用于调节所述激光电弧焊接装置的角度。
附图说明
图1为本发明实施例的U肋板焊接方法的流程图之一；
图2为本发明实施例的多次试验得出的坡口宽度与坡口深度对应地激光功率与焊接速度的表格图；
图3为本发明实施例的U肋板焊接系统的结构示意图之一；
图4为本发明实施例的U肋板焊接系统的结构示意图之二；
图5为本发明实施例的坡口宽度与坡口深度的结构示意图；
图6为本发明实施例的U肋板焊接方法的流程图之二；
图7为本发明实施例的U肋板焊接方法的流程图之三；
图8为本发明实施例的U肋板焊接方法的流程图之四。
附图标记说明：
1-运动装置；11-运动轴；2-图像识别装置；21-光源；22-CMOS成像系统；3-调节装置；4-控制器；5-焊板；6-U肋板；7-激光电弧焊接装置。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
需要说明的是，在本公开的描述中，采用了“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“内”和“外”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公开，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操控，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
而且，虽然在本公开中参照了特定的实施例来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
为解决上述问题，如图1所示，本发明提供一种U肋板焊接方法，包括如下步骤：
S1、将U肋板6放在焊板5上；
S2、将激光电弧焊接装置7移动至所述U肋板6的焊接起点处；
S4、通过图像识别装置2识别所述U肋板6的坡口特征；
S5、根据所述坡口特征确定所述激光电弧焊接装置7的激光功率和焊接速度，所述激光功率记为P1，所述焊接速度记为V1；
S8、控制所述激光电弧焊接装置7以P1的激光功率，V1的焊接速度焊接所述U肋板6。
在本实施例中，通过将U肋板6放置在焊板5上，并将激光电弧焊接装置7移动至U肋板6焊接的起点处，便于使激光电弧焊接装置7对U肋板6的坡口进行焊接，通过图像识别装置2识别U肋板6的坡口特征，根据坡口特征确定激光电弧焊接装置7的激光功率与焊接速度，激光功率记为P1，焊接速度记为V1，不同的坡口特征对应不同的激光功率和焊接速度，控制激光电弧焊接装置7以确定的激光功率P1和焊接速度V1对U肋板6的坡口进行焊接，可提高焊缝的一致性，避免出现未熔透或余高过高的缺陷，提升焊接质量。
具体地，如图2所示，可提前多次进行焊接试验，确定不同坡口特征对应的最佳激光功率P1和焊接速度V1，且由于U肋板6的长度过长，在焊接时，可进行提前点焊，点焊处的坡口特征与未点焊处的坡口特征不同，图像识别装置2可识别点焊处与未点焊处的不同坡口特征，并选择合适的激光功率和焊接速度，使激光电弧焊接装置7以不同的激光功率与焊接速度对U肋板6的点焊处与未点焊处进行焊接，提高焊缝的一致性，提高焊接质量。激光电弧焊接装置7可包括激光焊接头与电弧焊枪，焊接时，激光焊接头与电弧焊枪同时工作。
可选地，如图1所示，所述根据所述坡口特征确定所述激光电弧焊接装置7的激光功率与焊接速度之后还包括，
S6、通过图像识别装置2识别所述U肋板6的焊接距离，记为L1；
S7、计算所述U肋板6的焊接时长，记为T1，其表达式为，
T1＝L1/V1。
在本实施例中，通过图像识别装置2识别U肋板6的坡口特征所对应的焊接距离，记为L1，并根据焊接速度V1，计算焊接距离L1的焊接时间，记为T1，T1＝L1/V1，便于控制激光电弧焊接装置7以V1的焊接速度焊接T1的焊接时间，便于精准的控制焊接距离L1，提升焊接质量。
可选地，如图5所示，所述坡口特征包括坡口深度和坡口宽度，所述坡口深度记为h1，所述坡口宽度记为d1。
在本实施例中，通过将坡口特征设置为坡口宽度与坡口深度，坡口深度记为h1，所述坡口宽度记为d1，坡口宽度与坡口深度容易被图像识别装置2获取，便于根据坡口宽度与坡口深度确定激光功率与焊接速度。
具体地，若图像识别装置2识别到的坡口宽度d1、坡口深度h1与图2中提前多次进行的焊接试验中的坡口宽度、坡口深度相同，则直接选用图2中的激光功率与焊接速度；若图像识别装置2识别到的坡口宽度d1、坡口深度h1与提前多次进行的焊接试验中的坡口宽度、坡口深度不相同，则选择与识别到的坡口宽度d1、坡口深度h1最接近的坡口宽度与坡口深度，通过插值运算规则计算激光功率与焊接速度，公式如下：
Figure BDA0004116236480000061
或
Figure BDA0004116236480000062
其中T(h,d)为输出结果，O(h，d)为查询结果，h0与h2为图2中最接近h1的两个坡口深度，d0与d2为图2中最接近d1的两个坡口宽度。
例如，当图像识别装置识别到坡口深度为5.8mm，坡口宽度为8.6mm时，
首先计算P(5.8,9)：
Figure BDA0004116236480000063
计算得出P(5.8,9)＝8+0.2*300＝8.06kW；
再计算P(5.8,8.6)
Figure BDA0004116236480000064
计算得出P(5.8,8.6)＝8.2-0.6*140＝8.116kW；
同理计算V(5.8,8.6)＝1.104m/min；
因此，当坡口深度5.8mm，坡口宽度8.6mm时，输出激光功率为8.116kW，焊接速度为1.104m/min。
可选地，如图6所示，所述通过图像识别装置2识别所述U肋板6的坡口特征，包括：
S41、将长度为N1标定物放在所述焊板5上，通过所述图像识别装置2识别所述标定物图像的长度，记为N0；
S42、通过所述图像识别装置2识别所述坡口图像的深度和所述坡口图像的宽度，所述坡口图像的深度记为h0,所述坡口图像的宽度记为d0；
S43、计算所述坡口深度h1和所述坡口宽度d1，其表达式为，
h1＝h0*N1/N0；
d1＝d0*N1/N0。
在本实施例中，在焊板5上放置标定物，标定物的长度为N1，通过图像识别装置2识别标定物在图像中的长度，记为N0，则图像识别装置2识别的图像长度与实际长度的比例为N1/N0，通过图像识别装置2识别图像中的坡口深度记为h0，则实际坡口深度h1＝h0*N1/N0；通过图像识别装置2识别图像中的坡口宽度记为d0，则实际坡口宽度d1＝d0*N1/N0，设置标定物，通过标定物的实际长度与标定物在图像识别装置2中的长度，便于确定图像识别装置2的比例尺，便于确定坡口的实际宽度与实际深度。
可选地，如图7所示，所述通过图像识别装置2识别所述U肋板6的焊接距离，记为L1，包括：
S61、通过所述图像识别装置2识别所述U肋板6的图像焊接距离，记为L0；
S62、计算所述U肋板6的焊接距离L1，其表达式为，
L1＝L0*N1/N0。
在本实施例中，通过图像识别装置2识别图像中U肋板6的焊接距离，记为L0，则U肋板6的实际焊接距离L1＝L0*N1/N0，便于确定U肋板6的实际焊接距离，便于提升焊接质量。
可选地，如图1所示，所述通过图像识别装置2识别所述U肋板6的坡口特征之前还包括，
S3、调整所述图像识别装置2角度，使所述U肋板6的坡口特征在所述图像识别装置2上清晰可见。
在本实施例中，通过调节图像识别装置2的角度，便于使图像识别装置2正对U肋板6的坡口，使U肋板6的坡口特征在图像识别装置2上清晰可见，使图形识别装置识别出的坡口特征更精准。
可选地，如图8所示，所述通过所述图像识别装置2识别所述坡口图像的深度和所述坡口图像的宽度，包括：
S421、采集所述坡口图片，对所述图片进行锐化、滤波、增强处理；
S422、对处理后的所述图片进行分割，采用特征筛选提取ROI区域的图像。
在本实施例中，通过图像识别装置2采集坡口图片，并对坡口图片进行锐化、滤波、增强处理，再对处理后的图片进行分割，采用特征筛选提取ROI区域的图像，即感兴趣区域的图像，便于使图片中的坡口特征更明显，更便于识别。
具体地，在采用特征筛选提取ROI区域的图像后，还可通过形态学运算对目标特征细节进行增强处理，可使图片中的坡口特征更明显，更便于识别
如图3至图5所示，本发明另一实施例的一种U肋板焊接系统，用于实现上述的U肋板焊接方法，所述U肋板焊接系统包括激光电弧焊接装置7与图像识别装置2。
本发明所述的U肋板焊接系统与所述U肋板焊接方法的有益效果大致相同，在此不再赘述。
具体地，U肋板焊接系统还可包括控制器4，控制器4与图像识别装置2、激光电弧焊接装置7电连接，控制器4可对图像识别装置2识别出的坡口特征进行处理，选择合适的焊接速度与激光功率，控制激光电弧焊接装置7对U肋板6焊接指定的焊接时间，以焊接指定的焊接距离，达到精准焊接的效果，提高焊接质量。
可选地，如图4所示，所述图像识别装置2包括光源21和CMOS成像系统22。
在本实施例中，通过设置光源21与CMOS成像系统22，CMOS成像系统22用于识别U肋板6的坡口特征，光源21可使CMOS成像系统22识别的坡口特征更清晰。
可选地，如图3及图4所示，U肋板焊接系统还包括运动装置1与调节装置3，所述激光电弧焊接装置7与所述调节装置3连接，所述调节装置3与所述运动装置1连接，所述运动装置1用于沿U肋板6的坡口方向移动，所述调节装置3用于调节所述激光电弧焊接装置7的角度。
在本实施例中，通过设置运动装置1与调节装置3，运动装置1设置在焊板5上方，激光电弧焊接装置7可通过调节装置3连接在运动装置1上，运动装置1可沿U肋板6的坡口方向移动，即图3中Y轴的正方向，以带动激光电弧焊接装置7沿U肋板6的坡口方向移动，对U肋板6进行焊接，调节装置3可包括两个铰接的连杆，两个连杆可相对转动，以调整激光电弧焊接装置7的角度，使激光电弧焊接装置7正对U肋板6的坡口，便于对坡口进行焊接。
具体地，运动装置1包括可移动支架与连接在可移动支架上的运动轴11，可移动支架可相对焊板5沿U肋板6的坡口方向移动，以带动激光电弧焊接装置7沿U肋板6的坡口方向移动，调节装置3连接在运动轴11上，运动轴11可转动，以调解激光电弧焊接装置7的角度。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种U肋板焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将U肋板(6)放在焊板(5)上；
S2、将激光电弧焊接装置(7)移动至所述U肋板(6)的焊接起点处；
S4、通过图像识别装置(2)识别所述U肋板(6)的坡口特征；
S5、根据所述坡口特征确定所述激光电弧焊接装置(7)的激光功率和焊接速度，所述激光功率记为P1，所述焊接速度记为V1；
S8、控制所述激光电弧焊接装置(7)以P1的激光功率，V1的焊接速度焊接所述U肋板(6)。
2.根据权利要求1所述的U肋板焊接方法，其特征在于，所述根据所述坡口特征确定所述激光电弧焊接装置(7)的激光功率与焊接速度之后还包括，
S6、通过图像识别装置(2)识别所述U肋板(6)的焊接距离，记为L1；
S7、计算所述U肋板(6)的焊接时长，记为T1，其表达式为，
T1＝L1/V1。
3.根据权利要求2所述的U肋板焊接方法，其特征在于，所述坡口特征包括坡口深度和坡口宽度，所述坡口深度记为h1，所述坡口宽度记为d1。
4.根据权利要求3所述的U肋板焊接方法，其特征在于，所述通过图像识别装置(2)识别所述U肋板(6)的坡口特征，包括：
S41、将长度为N1标定物放在所述焊板(5)上，通过所述图像识别装置(2)识别所述标定物图像的长度，记为N0；
S42、通过所述图像识别装置(2)识别所述坡口图像的深度和所述坡口图像的宽度，所述坡口图像的深度记为h0,所述坡口图像的宽度记为d0；
S43、计算所述坡口深度h1和所述坡口宽度d1，其表达式为，
h1＝h0*N1/N0；
d1＝d0*N1/N0。
5.根据权利要求4所述的U肋板焊接方法，其特征在于，所述通过图像识别装置(2)识别所述U肋板(6)的焊接距离，记为L1，包括：
S61、通过所述图像识别装置(2)识别所述U肋板(6)的图像焊接距离，记为L0；
S62、计算所述U肋板(6)的焊接距离L1，其表达式为，
L1＝L0*N1/N0。
6.根据权利要求1所述的U肋板焊接方法，其特征在于，所述通过图像识别装置(2)识别所述U肋板(6)的坡口特征之前还包括，
S3、调整所述图像识别装置(2)角度，使所述U肋板(6)的坡口特征在所述图像识别装置(2)上清晰可见。
7.根据权利要求4所述的U肋板焊接方法，其特征在于，所述通过所述图像识别装置(2)识别所述坡口图像的深度和所述坡口图像的宽度，包括：
S421、采集所述坡口图片，对所述图片进行锐化、滤波、增强处理；
S422、对处理后的所述图片进行分割，采用特征筛选提取ROI区域的图像。
8.一种U肋板焊接系统，其特征在于，用于实现权利要求1至7任一项所述的U肋板焊接方法，所述U肋板焊接系统包括激光电弧焊接装置(7)与图像识别装置(2)。
9.根据权利要求8所述的U肋板焊接系统，其特征在于，所述图像识别装置(2)包括光源(21)和CMOS成像系统(22)。
10.根据权利要求8所述的U肋板焊接系统，其特征在于，还包括运动装置(1)与调节装置(3)，所述激光电弧焊接装置(7)与所述调节装置(3)连接，所述调节装置(3)与所述运动装置(1)连接，所述运动装置(1)用于沿U肋板(6)的坡口方向移动，所述调节装置(3)用于调节所述激光电弧焊接装置(7)的角度。
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