WO2021127762A1 - Computer method for automatic correction of welding - Google Patents
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Definitions
- the present invention deals with a method that, through computer vision, allows to obtain an estimate of the volume of material to be deposited in butt joints with V-chamfer, based on a methodology for determining parameters of robotic welding that takes into account the deposition efficiency and distortions that occur throughout the process.
- GMAW Gas Metal Arc Welding
- MIG/MAG Metal Inert Gas / Metal Active Gas
- FCAW Flured Core Arc Welding
- the document CN102172806B discloses an image recognition technology based on a fully automatic welding system and a method of operating it.
- a system microcomputer processes acquisitions acquired by a vertical optical device in two processing modes (ie, a black and white processing mode and a color processing mode); in black and white processing mode, pixelated image processing is performed on cached images using a binarization method; and color processing mode refers to calculating each pixel RGB (red, green, blue) chrominance component in cached images; and finally, by comparing the calculation results obtained using the black and white processing mode and the color processing mode, a weld point on a welded workpiece is automatically captured, hence the welding process fully automatic is actually performed, and in addition, production efficiency and welding quality are improved, and labor intensity is reduced.
- Document CN206455299U discloses a vision capture automatic welder, including computer, smart camera, adjustable aperture camera lens, lighting bracket, one-dimensional translation platform, translation platform base, lighting support base, bracket fixing Z, soldered connection, adjustable aperture camera lens installed on smart camera.
- the equipment is capable of using a smart camera, a computer and translation tables, automate the welding process, ensuring efficiency and quality in the production of welded joints.
- Document CN108311835A discloses a dynamic welding mechanical arm system based on vision measurement.
- the dynamic welding mechanical arm system comprises a control system (a computer), a dynamic monitoring module, an accurate prediction module, a mechanical arm, a welding gun and a production line.
- the control system is connected to the dynamic monitoring module, the accurate forecasting module, the mechanical arm and the production line through data lines;
- the production line is a mobile production line and is equipped with a conveyor belt; a part to be welded is disposed on the conveyor belt;
- the welding gun is arranged at the rear end of the mechanical arm;
- the dynamic monitoring module and the accurate forecasting module are arranged in a combined mode;
- the dynamic monitoring module consists of a global camera that is fixed to the top of the production line;
- the accurate prediction module consists of a manual vision camera that is fixed to the axis of the mechanical arm.
- the present invention reveals an automation of the welding process through image acquisition, different from what is disclosed by prior art documents.
- the present invention deals with a method that uses computer vision to obtain the image of a V-chamfer of a plate with known thickness. An image of the initial bevel is obtained through cameras.
- the process uses a robot that uses the welding speed parameter to correct the volume of deposited material.
- the method according to the present invention provides for the realization of corrections in the volume of deposited material, using the welding speed, due to distortions caused by the material deposition process of successive passes.
- Figure 1 shows a top view of the original chamfer schematically based on the digital images obtained from the gap (ai) and the chamfer opening (di).
- Figure 2 shows the cross-section of the original chamfer in section, diagrammed from the digital images obtained from the gap (ai) and the chamfer opening (d 1 ) and the value of the thickness of the plate e.
- Figure 3 represents the chamfer with n layers of height h as a function of sheet thickness.
- Figure 4 shows the theoretical volumes of the n passes to be deposited as a function of the initial chamfer imaging.
- Figure 5 shows a chamfer with the variables needed to calculate the area for the first pass.
- Figure 6 represents a diagram of the chamfer after deposition of the first pass.
- Figure 7 provides an example of topside imaging, whereby dl is measured after the first pass.
- Figure 8 shows an imaging scheme after the first pass; the dashed lines represent the previous imaging, performed before the deposition of the first pass.
- the method object of the present invention uses computer vision to obtain the image of a V bevel of a plate with known thickness "e".
- the first step of the process is to obtain the image of the initial chamfer. This image is schematically represented in Figure 1. From this image, an image analysis system obtains the dimensions of the upper opening of the di chamfer and the root opening of the chamfer ama Figure 1.
- the present invention is based on the knowledge of the deposition efficiency in each layer (EDi).
- the welding speed to be used must be calculated to take into account that not all molten material is actually deposited. If there was no bevel distortion, the welding speed should only be corrected for the deposition efficiency. Thus, a new volume of material to be melted must be calculated, here called the corrected melted volume (V fci ).
- V fci V i *(1+(1-ED i )).
- the invention allows the estimation of the bevel angle (ai) after the thermal distortion caused by the deposition of the previous layers.
- the image after the second layer provides the value of di (see Figure 9)
- V i A i * l[mm]
- Vf d V i (1 + (1 - ED i )
- the present invention allows to calculate the welding speed of each layer necessary for filling the chamfer based on the estimate of the dimensions of the chamfer before welding and after the deposition of each intermediate layer.
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Abstract
The present invention relates to a method that uses computer vision to obtain the image of a V-groove of a plate with a known thickness. An image of the initial groove is obtained by means of cameras. By analyzing the images generated, it is possible to obtain the dimensions of the lower and upper openings of the V-groove and calculate the theoretical volume of material for the n layers to be deposited. On the basis of the deposition efficiency of the welding process for each layer, the process uses a robot that uses the welding speed parameter to correct the volume of material deposited. The method is capable of making corrections to the volume of material deposited, using the welding speed, due to the distortions caused by the material deposition process of the successive passes.
Description
“MÉTODO COMPUTACIONAL PARA CORREÇÃO AUTOMÁTICA DE "COMPUTING METHOD FOR AUTOMATIC CORRECTION OF
SOLDAGEM” WELDING"
Campo da Invenção Field of Invention
[0001] A presente invenção trata de um método que, por meio de visão computacional, permite obter-se uma estimativa do volume de material a ser depositado em juntas de topo com chanfro em V, com base em uma metodologia para determinação de parâmetros de soldagem robotizada que leva em consideração a eficiência de deposição e as distorções que ocorrem ao longo do processo. [0001] The present invention deals with a method that, through computer vision, allows to obtain an estimate of the volume of material to be deposited in butt joints with V-chamfer, based on a methodology for determining parameters of robotic welding that takes into account the deposition efficiency and distortions that occur throughout the process.
Descrição do Estado da Técnica Description of the State of the Art
[0002] Para que a automatização de processos de soldagem seja possível, a preparação das juntas a serem soldadas e a correta configuração dos parâmetros do equipamento são essenciais para garantir a qualidade do produto final. O uso de visão computacional como tecnologia de apoio na análise dimensional da junta a ser soldada, aliada a um controle robotizado do equipamento, pode auxiliar no correto ajuste dos seus parâmetros de atuação e reduzir tempo e horas-homem trabalhadas. Robôs para soldagem de chanfros são hoje importantes ferramentas na indústria de construção e montagem de grandes estruturas metálicas, permitindo a soldagem automatizada de chapas de grande espessura. O uso de soldagem robotizada de chanfros tem se tornado bastante adequado para a automatização de processos tradicionalmente semiautomáticos, como o GMAW (Gas Metal Arc Welding) também conhecido por MIG/MAG {Metal Inert Gas / Metal Active Gas) e o FCAW (Flux Core Arc Welding ) também conhecido por Elétrodo Tubular. A montagem, fixação e controle da tocha nestes dispositivos toma o sistema versátil e de fácil manutenção. [0002] For the automation of welding processes to be possible, the preparation of the joints to be welded and the correct configuration of the equipment parameters are essential to ensure the quality of the final product. The use of computer vision as a support technology in the dimensional analysis of the joint to be welded, combined with robotic control of the equipment, can help in the correct adjustment of its performance parameters and reduce time and man-hours worked. Robots for bevel welding are today important tools in the construction and assembly industry of large metallic structures, allowing the automated welding of thick sheets. The use of robotic bevel welding has become quite suitable for the automation of traditionally semi-automatic processes, such as GMAW (Gas Metal Arc Welding) also known as MIG/MAG (Metal Inert Gas / Metal Active Gas) and FCAW (Flux Core Arc Welding ) also known as Tubular Electrode. Mounting, securing and controlling the torch on these devices makes the system versatile and easy to maintain.
[0004] Apesar dessa versatilidade, a parametrização do processo, a preparação das superfícies a serem soldadas e dos consumíveis e a habilidade própria do operador em detectar e corrigir problemas durante a soldagem são de difícil identificação, rastreio e registro. Existe dificuldade em customizar os parâmetros da máquina em função das diferentes características da junta a ser soldada, o que requer um operador treinado. Além disso, são necessários ajustes pelo operador durante o processo. Todos estes fatores podem tanto comprometer a qualidade do produto final quanto atrasar a finalização do
processo, aumentando seus custos. Essas limitações restringem os ganhos competitivos associados à soldagem robotizada, reduzindo a eficiência do processo. Além disso, a soldagem robotizada permite que cada camada de um chanfro em V de chapas espessas seja produzida com um único passe. [0004] Despite this versatility, the parameterization of the process, the preparation of surfaces to be welded and consumables and the operator's own ability to detect and correct problems during welding are difficult to identify, trace and record. There is difficulty in customizing the machine parameters depending on the different characteristics of the joint to be welded, which requires a trained operator. In addition, adjustments are required by the operator during the process. All these factors can either compromise the quality of the final product or delay the completion of the process, increasing its costs. These limitations restrict the competitive gains associated with robotic welding, reducing process efficiency. In addition, robotic welding allows each layer of a thick plate V-chamfer to be produced with a single pass.
[0005] Uma das etapas fundamentais na automatização de processos de soldagem é a preparação das juntas a serem soldadas. Porém, em virtude de pequenos erros de fabricação ou possíveis desvios durante a fixação das chapas chanfradas, é difícil garantir a repetibilidade das características geométricas da junta. Como a correta configuração dos parâmetros de controle do equipamento depende das características geométricas da junta, isso pode comprometer significativamente a qualidade do produto final. [0005] One of the fundamental steps in the automation of welding processes is the preparation of the joints to be welded. However, due to small manufacturing errors or possible deviations during the fixing of the bevelled sheets, it is difficult to guarantee the repeatability of the geometric characteristics of the joint. As the correct configuration of the equipment's control parameters depends on the geometric characteristics of the joint, this can significantly compromise the quality of the final product.
[0006] O documento CN102172806B revela uma tecnologia de reconhecimento de imagem baseada num sistema de soldagem totalmente automático e um método de funcionamento do mesmo. No método de operação, um microcomputador do sistema processa aquisições adquiridas por um dispositivo óptico vertical em dois modos de processamento (ou seja, um modo de processamento preto e branco e um modo de processamento de cores); no modo de processamento preto e branco, o processamento de imagens pixelizadas é realizado em imagens em cache usando um método de binarização; e o modo de processamento de cores refere-se ao cálculo de cada pixel RGB (vermelho, verde, azul) componente de crominância nas imagens em cache; e, finalmente, através da comparação dos resultados de cálculo obtidos usando o modo de processamento em preto e branco e o modo de processamento de cor, um ponto de soldagem em uma peça de trabalho soldada é capturado automaticamente, portanto, o processo de soldagem totalmente automático é realmente realizado, e, além disso, a eficiência da produção e a qualidade da soldagem são melhoradas, e a intensidade do trabalho é reduzida. [0006] The document CN102172806B discloses an image recognition technology based on a fully automatic welding system and a method of operating it. In the method of operation, a system microcomputer processes acquisitions acquired by a vertical optical device in two processing modes (ie, a black and white processing mode and a color processing mode); in black and white processing mode, pixelated image processing is performed on cached images using a binarization method; and color processing mode refers to calculating each pixel RGB (red, green, blue) chrominance component in cached images; and finally, by comparing the calculation results obtained using the black and white processing mode and the color processing mode, a weld point on a welded workpiece is automatically captured, hence the welding process fully automatic is actually performed, and in addition, production efficiency and welding quality are improved, and labor intensity is reduced.
[0007] O documento CN206455299U revela um soldador automático de captura de visão, incluindo computador, câmera inteligente, lente de câmera de abertura ajustável, suporte de iluminação, plataforma de translação unidimensional, base de plataforma de translação, base de suporte de iluminação, suporte de fixação Z, conexão soldada, lente de câmera de abertura ajustável instalada em câmera inteligente. O equipamento é capaz de por meio de uma câmera inteligente, um computador e mesas de translação,
automatizar o processo de soldagem, garantindo eficiência e qualidade na produção das juntas soldadas. [0007] Document CN206455299U discloses a vision capture automatic welder, including computer, smart camera, adjustable aperture camera lens, lighting bracket, one-dimensional translation platform, translation platform base, lighting support base, bracket fixing Z, soldered connection, adjustable aperture camera lens installed on smart camera. The equipment is capable of using a smart camera, a computer and translation tables, automate the welding process, ensuring efficiency and quality in the production of welded joints.
[0008] O documento CN108311835A revela um sistema de braço mecânico de soldagem dinâmica baseado na medição da visão. O sistema de braço mecânico de soldagem dinâmica compreende um sistema de controle (um computador), um módulo de monitoramento dinâmico, um módulo de previsão precisa, um braço mecânico, uma pistola de soldagem e uma linha de produção. O sistema de controle está conectado ao módulo de monitoramento dinâmico, ao módulo de previsão precisa, ao braço mecânico e à linha de produção através de linhas de dados; a linha de produção é uma linha de produção móvel e é dotada de uma correia transportadora; uma peça a ser soldada é disposta sobre a correia transportadora; a pistola de soldagem é disposta na extremidade traseira do braço mecânico; o módulo de monitoramento dinâmico e o módulo de previsão precisa estão dispostos em um modo combinado; o módulo de monitoramento dinâmico é composto por uma câmera global que é fixada na parte superior da linha de produção; e o módulo de previsão precisa é composto por uma câmera de visão manual que é fixada no eixo do braço mecânico. A relação espacial entre peças como acessórios, a linha de produção, o braço mecânico e a pistola de soldadura pode ser rapidamente calculadas para formar um sistema de controle de visão baseado na posição tridimensional; a soldagem dinâmica pode ser rápida e precisamente concluída, e assim a eficiência da produção é melhorada. [0008] Document CN108311835A discloses a dynamic welding mechanical arm system based on vision measurement. The dynamic welding mechanical arm system comprises a control system (a computer), a dynamic monitoring module, an accurate prediction module, a mechanical arm, a welding gun and a production line. The control system is connected to the dynamic monitoring module, the accurate forecasting module, the mechanical arm and the production line through data lines; the production line is a mobile production line and is equipped with a conveyor belt; a part to be welded is disposed on the conveyor belt; the welding gun is arranged at the rear end of the mechanical arm; the dynamic monitoring module and the accurate forecasting module are arranged in a combined mode; the dynamic monitoring module consists of a global camera that is fixed to the top of the production line; and the accurate prediction module consists of a manual vision camera that is fixed to the axis of the mechanical arm. The spatial relationship between parts such as accessories, the production line, the mechanical arm and the welding gun can be quickly calculated to form a vision control system based on three-dimensional position; dynamic welding can be quickly and accurately completed, and thus production efficiency is improved.
[0009] A presente invenção revela uma automatização do processo de soldagem através de aquisição de imagens, diferente do que é divulgado pelos documentos do estado da técnica. [0009] The present invention reveals an automation of the welding process through image acquisition, different from what is disclosed by prior art documents.
Descrição Resumida da Invenção Brief Description of the Invention
[0010] A presente invenção trata de um método que utiliza visão computacional para obter a imagem de um chanfro em V de uma chapa com espessura conhecida. Obtém- se uma imagem do chanfro inicial por meio de câmeras. [0010] The present invention deals with a method that uses computer vision to obtain the image of a V-chamfer of a plate with known thickness. An image of the initial bevel is obtained through cameras.
[0011] Com a análise das imagens geradas, é possível obter as dimensões das aberturas inferior e superior do chanfro em V e calcular o volume teórico de material para as n camadas a serem depositadas.
[0012] Partindo da eficiência de deposição em cada camada, o processo utiliza um robô que utiliza o parâmetro velocidade de soldagem para corrigir o volume de material depositado. [0011] With the analysis of the generated images, it is possible to obtain the dimensions of the lower and upper openings of the V chamfer and calculate the theoretical volume of material for the n layers to be deposited. [0012] Starting from the deposition efficiency in each layer, the process uses a robot that uses the welding speed parameter to correct the volume of deposited material.
[0013] O método segundo a presente invenção proporciona a realização de correções no volume de material depositado, utilizando a velocidade de soldagem, devido às distorções causadas pelo processo de deposição de material dos sucessivos passes. [0013] The method according to the present invention provides for the realization of corrections in the volume of deposited material, using the welding speed, due to distortions caused by the material deposition process of successive passes.
Breve Descrição dos Desenhos Brief Description of Drawings
[0014] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência, representando as modalidades de realização da presente invenção, nas quais: [0014] The detailed description presented below makes reference to the attached figures and their respective reference numbers, representing the embodiments of the present invention, in which:
• A Figura 1 apresenta uma vista superior do chanfro original esquematizado a partir das imagens digitais obtidas do gap (ai) e da abertura do chanfro (di).• Figure 1 shows a top view of the original chamfer schematically based on the digital images obtained from the gap (ai) and the chamfer opening (di).
• A Figura 2 apresenta a seção transversal em corte do chanfro original esquematizado a partir das imagens digitais obtidas do gap (ai) e da abertura do chanfro (d1) e do valor da espessura da chapa e. • Figure 2 shows the cross-section of the original chamfer in section, diagrammed from the digital images obtained from the gap (ai) and the chamfer opening (d 1 ) and the value of the thickness of the plate e.
• A Figura 3 representa o chanfro com n camadas de altura h em função da espessura da chapa. • Figure 3 represents the chamfer with n layers of height h as a function of sheet thickness.
• A Figura 4 mostra os volumes teóricos dos n passes a serem depositados em função do imageamento inicial do chanfro. • Figure 4 shows the theoretical volumes of the n passes to be deposited as a function of the initial chamfer imaging.
• A Figura 5 mostra um chanfro com as variáveis necessárias para o cálculo da área para o primeiro passe. • Figure 5 shows a chamfer with the variables needed to calculate the area for the first pass.
• A Figura 6 representa um esquema do chanfro após deposição do primeiro passe. • Figure 6 represents a diagram of the chamfer after deposition of the first pass.
• A Figura 7 traz um exemplo de imageamento de topo, através do qual dl é medido após o primeiro passe. • Figure 7 provides an example of topside imaging, whereby dl is measured after the first pass.
• A Figura 8 mostra um esquema do imageamento após o primeiro passe; as linhas tracejadas representam o imageamento anterior, realizado antes da deposição do primeiro passe. • Figure 8 shows an imaging scheme after the first pass; the dashed lines represent the previous imaging, performed before the deposition of the first pass.
• A Figura 9 mostra o chanfro com as variáveis necessárias para o cálculo da área do passe n.
Descrição Detalhada da Invenção • Figure 9 shows the chamfer with the variables needed to calculate the area of pass n. Detailed Description of the Invention
[0015] O método objeto da presente invenção utiliza visão computacional para obter a imagem de um chanfro em V de uma chapa com espessura conhecida "e". [0016] O primeiro passo do processo consiste em obter a imagem do chanfro inicial. Esta imagem é representada esquematicamente na Figura 1. A partir dessa imagem, um sistema de análise de imagens obtém as dimensões da abertura superior do chanfro di e da abertura de raiz do chanfro ama Figura 1. [0015] The method object of the present invention uses computer vision to obtain the image of a V bevel of a plate with known thickness "e". [0016] The first step of the process is to obtain the image of the initial chamfer. This image is schematically represented in Figure 1. From this image, an image analysis system obtains the dimensions of the upper opening of the di chamfer and the root opening of the chamfer ama Figure 1.
[0017] Como a espessura e da chapa é conhecida, pode-se desenhar o chanfro mostrado na Figura 2. [0017] As the thickness of the plate is known, the chamfer shown in Figure 2 can be drawn.
[0018] Em seguida, divide-se a espessura em n fatias (Figura 3), onde cada fatia ou camada deve ter uma altura hi especificada. Pode-se então calcular o volume teórico de material para as n camadas a serem depositadas com base na imagem inicial do chanfro (V1, Vi+1,..., Vn ), Figura 4. [0018] We then divide the thickness into n slices (Figure 3), where each slice or layer must have a specified height h i. It is then possible to calculate the theoretical volume of material for the n layers to be deposited based on the initial chamfer image (V 1 , V i + 1 ,..., V n ), Figure 4.
[0019] A presente invenção baseia-se no conhecimento da eficiência de deposição em cada camada ( EDi ). Desta forma, para soldar-se utilizando o robô, a velocidade de soldagem a ser utilizada deve ser calculada para levar em consideração que nem todo o material fundido é realmente depositado. Se não houvesse distorção do chanfro, a velocidade de soldagem deveria ser corrigida somente pela eficiência de deposição. Assim, um novo volume de material a ser fundido deve ser calculado, aqui chamado de volume fundido corrigido ( Vfci ). [0019] The present invention is based on the knowledge of the deposition efficiency in each layer (EDi). Thus, to weld using the robot, the welding speed to be used must be calculated to take into account that not all molten material is actually deposited. If there was no bevel distortion, the welding speed should only be corrected for the deposition efficiency. Thus, a new volume of material to be melted must be calculated, here called the corrected melted volume (V fci ).
[0020] Assim, Vfci = Vi*(1+(1-EDi)). [0020] Thus, V fci = V i *(1+(1-ED i )).
[0021] Por outro lado, como ocorre distorção do chanfro, o volume de material fundido também precisa ser corrigido pela distorção angular. Assim, o cálculo dos volumes de cada camada deve ser corrigido devido aos dois fatores abaixo: [0021] On the other hand, as bevel distortion occurs, the volume of molten material also needs to be corrected by angular distortion. Thus, the calculation of the volumes of each layer must be corrected due to the two factors below:
- Eficiência de Deposição; - Deposition Efficiency;
- Distorção angular do chanfro. - Angular bevel distortion.
[0022] O cálculo do volume unitário necessário por camada (Vi) é feito através da área da seção transversal de cada passe (Ai), considerando-se cada cordão como sendo um prisma reto:
[0023] Para a primeira camada, não é possível fazer correção com relação ao fechamento causado pela distorção angular, uma vez que essa somente seria detectada pela imagem obtida após a soldagem do primeiro passe. Assim, não é feita correção nenhuma no primeiro passe. Isso obviamente acarreta um erro, mas como os efeitos da eficiência de deposição ser menor que 100% e da distorção fechar o chanfro se contrabalanceiam, esse erro no primeiro passe é minimizado e corrigido com os próximos passes a serem depositados. Assim, a área A1 é conhecida, conforme indicado na Figura 5. [0022] The calculation of the necessary unit volume per layer (Vi) is done through the cross-sectional area of each pass (Ai), considering each bead as a straight prism: [0023] For the first layer, it is not possible to make correction regarding the closure caused by the angular distortion, since this would only be detected by the image obtained after welding the first pass. Thus, no correction is made on the first pass. This obviously entails an error, but as the effects of the deposition efficiency being less than 100% and the distortion closing the chamfer offset each other, this error in the first pass is minimized and corrected with the next passes to be deposited. Thus, area A 1 is known, as indicated in Figure 5.
[0024] Para a soldagem das camadas seguintes, faz-se correção baseada na imagem do chanfro obtida entre a deposição de cada camada para avaliar a distorção, bem como na utilização da eficiência de deposição de cada camada. Após a soldagem do primeiro passe, tem-se a situação representada na Figura 6. Nesta figura, as linhas sólidas representam o chanfro após a distorção que ocorreu na primeira camada. [0024] For the welding of the following layers, correction is made based on the bevel image obtained between the deposition of each layer to evaluate the distortion, as well as on the use of the deposition efficiency of each layer. After welding the first pass, we have the situation shown in Figure 6. In this figure, the solid lines represent the chamfer after the distortion that occurred in the first layer.
[0025] Os valores de a1 e d1 são estimados pela imagem do chanfro inicial. Porém, o volume realmente preenchido por material, indicado na Figura 6 pela área cinza, é diferente do volume Vi previsto pela imagem do chanfro inicial. Com a imagem após o primeiro passe, obtêm-se duas linhas paralelas, distantes de d1'. A imagem obtida após o primeiro passe é representada esquematicamente na Figura 7, onde as linhas tracejadas representam a imagem inicial do chanfro, antes da deposição do primeiro passe e as linhas cheias representam a imagem após o primeiro passe. [0025] The values of a 1 and d 1 are estimated by the image of the initial chamfer. However, the volume actually filled with material, indicated in Figure 6 by the gray area, is different from the volume Vi predicted by the initial chamfer image. With the image after the first pass, two parallel lines are obtained, apart from d 1' . The image obtained after the first pass is schematically represented in Figure 7, where the dashed lines represent the initial chamfer image, before the deposition of the first pass, and the solid lines represent the image after the first pass.
[0026] Porém, a altura do primeiro passe que realmente foi depositada não é conhecida, somente a medição de dr. Considerando-se o esquema mostrado na Erro! Fonte de referência não encontrada., não é possível conhecer o valor de a1'. Porém, pode-se fazer a aproximação que o ângulo do chanfro α1 se mantém igual a a e assim estimar a1' através da equação:
[0027] Dispondo destas informações, e considerando-se a altura especificada do primeiro passe hi, pode-se estimar o valor de bi através da equação: b1 = a1 + 2 * h1 tan α [0026] However, the height of the first pass that was actually deposited is not known, only the measurement of dr. Considering the scheme shown in Error! Reference source not found., it is not possible to know the value of a 1' . However, it can be approximated that the bevel angle α 1 remains equal to and thus estimate 1' through the equation: [0027] Having this information, and considering the specified height of the first pass hi, the value of bi can be estimated through the equation: b 1 = a 1 + 2 * h 1 tan α
[0028] Para o cálculo da área do passe 2 considera-se que tanto a abertura da raiz quanto o ângulo a não se alteram, podendo-se assim calcular o valor de br. b2 = b1 + 2 * h2 tan α [0028] For the calculation of the area of pass 2, it is considered that both the root opening and the angle a do not change, thus being able to calculate the value of br. b 2 = b 1 + 2 * h 2 tan α
[0029] Calcula-se então a área a ser depositada para o segundo passe através da equação: [0029] The area to be deposited for the second pass is then calculated using the equation:
A2 = h2(b1 + ( h2 tan α)) A 2 = h 2 (b 1 + ( h 2 tan α))
[0030] Se necessário mais de duas camadas para preenchimento do chanfro, a invenção permite a estimativa do ângulo do bisel (ai) após a distorção térmica causada pela deposição das camadas anteriores. Como a imagem após a segunda camada fornece o valor de di (ver Figura 9), consegue-se calcular a área a ser depositada para cada camada i através da equação:
[0030] If more than two layers are needed to fill the chamfer, the invention allows the estimation of the bevel angle (ai) after the thermal distortion caused by the deposition of the previous layers. As the image after the second layer provides the value of di (see Figure 9), it is possible to calculate the area to be deposited for each layer i through the equation:
[0031] Conhecidas as áreas da seção transversal de todos os passes, define-se o volume unitário de material a ser depositado para cada camada como sendo:
Vi = Ai * l[mm] [0031] Knowing the cross-sectional areas of all passes, the unit volume of material to be deposited for each layer is defined as: V i = A i * l[mm]
[0032] Porém, como a eficiência de deposição é menor que 100%, para cada passe o volume a ser fundido ( Vfd ) precisa ser corrigido através da seguinte equação: Vfci = Vi(1 + (1 - EDi)) [0032] However, as the deposition efficiency is less than 100%, for each pass the volume to be melted ( Vf d ) needs to be corrected through the following equation: V fci = V i (1 + (1 - ED i ) )
[0033] Com o valor de Vfd, pode-se calcular a velocidade de soldagem a ser usada no passe i (vsold.i) através da equação:
onde: d = diâmetro do arame, valim = velocidade de alimentação de arame. [0033] With the value of Vfd, one can calculate the welding speed to be used in pass i (v sold.i ) through the equation: where: d = wire diameter, v alim = wire feed speed.
[0034] Desta forma, a presente invenção permite calcular a velocidade de soldagem de cada camada necessária para o preenchimento do chanfro com base na estimativa das dimensões do chanfro antes da soldagem e após a deposição de cada camada intermediária.
[0034] In this way, the present invention allows to calculate the welding speed of each layer necessary for filling the chamfer based on the estimate of the dimensions of the chamfer before welding and after the deposition of each intermediate layer.
Claims
Reivindicações Claims
1 - MÉTODO COMPUTACIONAL PARA CORREÇÃO AUTOMÁTICA DE SOLDAGEM, utilizando visão computacional para obter a imagem de um chanfro em V de uma chapa com espessura conhecida “e”, o dito método sendo caracterizado por compreender as seguintes etapas: a) obter inicialmente a imagem do chanfro e as dimensões da abertura superior di e da abertura de raiz a1; b) desenhar o chanfro; c) dividir a espessura em n fatias onde cada fatia ou camada deve ter uma altura h, especificada; d) calcular o volume teórico de material para as n camadas a serem depositadas com base na imagem inicial do chanfro (Vi, Vi,+1,..., Vn). e) corrigir o valor do volume teórico de material para referidas n camadas; 1 - COMPUTATIONAL METHOD FOR AUTOMATIC WELDING CORRECTION, using computer vision to obtain the image of a V-chamfer of a plate with known thickness "e", said method being characterized by comprising the following steps: a) initially obtaining the image of the chamfer and dimensions of top opening di and root opening a 1 ; b) draw the chamfer; c) divide the thickness into n slices where each slice or layer must have a specified height h; d) calculate the theoretical material volume for the n layers to be deposited based on the initial chamfer image (V i , V i,+1,..., V n ). e) correct the theoretical material volume value for said n layers;
2 - MÉTODO COMPUTACIONAL PARA CORREÇÃO AUTOMÁTICA DE SOLDAGEM, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de calcular a velocidade de soldagem de cada camada necessária para o preenchimento do chanfro com base na estimativa das dimensões do chanfro antes da soldagem e após a deposição de cada camada intermediária; 2 - COMPUTATIONAL METHOD FOR AUTOMATIC WELDING CORRECTION, according to claim 1, characterized in that it calculates the welding speed of each layer necessary to fill the chamfer based on the estimate of the chamfer dimensions before welding and after deposition of each intermediate layer;
3 - MÉTODO COMPUTACIONAL PARA CORREÇÃO AUTOMÁTICA DE SOLDAGEM, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, não havendo distorção do chanfro, calcular um novo volume de material a ser fundido, chamado de volume fundido corrigido ( Vfci) conforme a fórmula: Vfci = Vi .(1+(1- EDi); 3 - COMPUTATIONAL METHOD FOR AUTOMATIC WELDING CORRECTION, according to claim 1, characterized in that, without bevel distortion, it calculates a new volume of material to be fused, called corrected fused volume (V fci ) according to the formula: V fci = V i .(1+(1-EDi);
4 - MÉTODO COMPUTACIONAL PARA CORREÇÃO AUTOMÁTICA DE SOLDAGEM, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, caso haja distorção do chanfro, o volume de material a ser fundido será calculado em função da Eficiência de Deposição ED e da distorção angular do chanfro; 4 - COMPUTATIONAL METHOD FOR AUTOMATIC WELDING CORRECTION, according to claim 1, characterized in that, if there is bevel distortion, the volume of material to be melted will be calculated as a function of the Deposition Efficiency ED and the angular distortion of the chamfer;
5 - MÉTODO COMPUTACIONAL PARA CORREÇÃO AUTOMÁTICA DE
SOLDAGEM, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por calcular o volume unitário necessário por camada (Vi) de solda através da área da seção transversal de cada passe (Ai), considerando- se cada cordão como sendo um prisma reto, conforme a fórmula:
5 - COMPUTATIONAL METHOD FOR AUTOMATIC CORRECTION OF WELDING, according to claim 1, characterized in that it calculates the necessary unit volume per layer (Vi) of weld through the cross-sectional area of each pass (A i ), considering each bead as a straight prism, according to formula:
6 - MÉTODO COMPUTACIONAL PARA CORREÇÃO AUTOMÁTICA DE SOLDAGEM, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por, a partir da segunda camada, o volume unitário por camada ser corrigido com base na imagem do chanfro obtida entre a deposição de cada camada para avaliar a distorção, bem como na utilização da eficiência de deposição de cada camada; 6 - COMPUTATIONAL METHOD FOR AUTOMATIC WELDING CORRECTION, according to claim 5, characterized in that, from the second layer, the unit volume per layer is corrected based on the bevel image obtained between the deposition of each layer to assess the distortion , as well as in the use of the deposition efficiency of each layer;
7 - MÉTODO COMPUTACIONAL PARA CORREÇÃO AUTOMÁTICA DE SOLDAGEM, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender as seguintes etapas: a) fazer a aproximação de que o ângulo do chanfro ai se mantém igual a a e assim estimar a1'; conforme a equação:
b) considerando-se a altura especificada do primeiro passe h1, estimar o valor de bi através da equação: b1 = α1 + 2 * h1 tan α c) para o cálculo da área do segundo passe (A2), considerar que tanto a abertura da raiz a-p quanto o ângulo a não se alteram e assim calcula-se o valor de b2 através da equação: b2 = b1 + 2 * h2 tan α d) calcular a área a ser depositada para o segundo passe (A2) através da equação: 7 - COMPUTATIONAL METHOD FOR AUTOMATIC WELDING CORRECTION, according to claim 1, characterized in that it comprises the following steps: a) make the approximation that the bevel angle ai remains equal to and thus estimate 1' ; according to the equation: b) considering the specified height of the first pass h 1 , estimate the value of bi through the equation: b 1 = α 1 + 2 * h 1 tan α c) to calculate the area of the second pass (A 2 ), consider that both the opening of the root ap and the angle a do not change and thus calculate the value of b 2 through the equation: b 2 = b 1 + 2 * h 2 tan α d) calculate the area to be deposited for the second pass (A 2 ) through the equation:
A2 = h2(b1 + (h2 tan α)
e) se necessário mais de duas camadas para preenchimento do chanfro, estimar o ângulo do bisel (ai) e calcular a área a ser depositada para cada camada i através da equação:
f) definir volume unitário de material a ser depositado para cada camada utilizando a equação:
g) corrigir a etapa f) pelo volume fundido corrigido para cada camada, uma vez que a eficiência de deposição é menor que 100%, através da seguinte equação:
h) calcular a velocidade de soldagem a ser usada em cada passe i através da seguinte equação:
onde: d = diâmetro do arame, valim = Velocidade de alimentação de arame.
A 2 = h 2 (b 1 + (h 2 tan α) e) if more than two layers are needed to fill the chamfer, estimate the bevel angle (ai) and calculate the area to be deposited for each layer i through the equation: f) define the unit volume of material to be deposited for each layer using the equation: g) correct step f) by the corrected melt volume for each layer, since the deposition efficiency is less than 100%, through the following equation: h) calculate the welding speed to be used in each pass i using the following equation: where: d = wire diameter, v alim = wire feed speed.
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