一种用于锅炉内壁相贯线焊缝的识别方法技术

一种用于锅炉内壁相贯线焊缝的识别方法，应用于锅炉内壁与对流管的相贯线焊接。通过环状激光视觉传感器采集图像，经图像分割，识别对流管的偏转度、截面中心并计算出倾角。调整伺服转盘使定位杆的翻转面与对流管正投影面平行,调整翻转机构使定位杆与对流管平行，移动定位杆使其位于对流管正上方，伸缩机构将定位杆伸长并与对流管对中。环状视觉传感器对焊缝坡口进行扫描，对扫描信号进行拟合及平滑处理，得出相贯线焊缝。此方法算法简单，能快速准确识别对流管倾角及焊缝位置，焊枪定位杆倾角调节步骤少，焊接误差小、效率高。

A recognition method for weld line of intersecting line in boiler inner wall

A recognition method for intersecting line weld of boiler inner wall is applied to weld the intersecting line between boiler inner wall and convection tube. The image is segmented by ring laser vision sensor, and the deflection and cross section center of the convection tube are identified, and the inclination angle is calculated. A servo turntable is adjusted to parallel the overturn surface of the rod to the convective tube, and the turnover mechanism is adjusted to make the rod parallel to the convective tube, and the positioning rod is moved above the convective tube. The telescopic mechanism extends the positioning rod and is in the middle of the convection tube. The circular vision sensor scanning the weld groove, fitting the scanning signal and smoothing the weld line, and obtaining the intersecting line welds. This method is simple and can identify the tilt angle and weld position of the convection tube quickly and accurately. The adjustment steps of the welding rod positioning angle are few, and the welding error is small and the efficiency is high.

【技术实现步骤摘要】
一种用于锅炉内壁相贯线焊缝的识别方法
本专利技术主要涉及焊接自动化领域，尤其涉及一种用于锅炉内壁相贯线焊缝的识别方法。
技术介绍
目前，在机械装配、海工装备、轨道车辆、大型压力容器行业等机械制造行业中，手工焊接已逐渐退出生产线，自动化焊接机器人、自动化焊接专机以及智能化焊接技术已经成为焊接技术发展的主要趋势。在上述工程中，存在大量管管焊接的情况，尤以斜交居多，特别是在锅炉行业，对流管与锅炉筒壁的装配通常存在角度误差，致使对流管与锅炉筒壁斜交，由于锅炉内径较小，对流管数量多，人工焊接难度较大，焊接环境差，焊接过程费时费力，故焊接机器人自动焊接将逐步取代人工焊接。针对斜交的管管焊接，传统方法通常为在主管与直管圆柱表面的数学模型基础上，利用空间几何数学方法推导出空间相贯线的数学模型，并将此相贯线作为焊缝坡口，再将数学模型输入到焊接机器人的控制机构实现自动焊接。此方法过程复杂，计算规模庞大，且计算得出的相贯线焊缝与实际焊缝坡口偏差往往较大，因此焊接误差较大，而对流管与锅炉筒壁的装配焊接精度要求较高，故噬待一种算法简单、精度高的斜交管管焊接方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于锅炉内壁相贯线焊缝的识别方法，应用于锅炉内壁与对流管的相贯线焊接。该方法算法简单，能快速准确识别对流管倾角及焊缝位置，焊枪定位杆倾角调节步骤少，保证焊接质量可靠性并且精度高。为达到此目的，本专利技术采用以下技术方案：通过环状激光视觉传感器采集图像，经图像分割，识别对流管的偏转度、截面中心并计算出倾角。调整伺服转盘使定位杆的翻转面与对流管正投影面平行,调整翻转机构使定位杆与对流管平行，移动定位杆使其位于对流管正上方，伸缩机构将定位杆伸长并与对流管对中。环状视觉传感器对焊缝坡口进行扫描，对扫描信号进行拟合及平滑处理，得出相贯线焊缝。其中图像分割可采用边缘检测法、聚类分析法、数学形态法、遗传算法等。图像分割后得到对流管柱体边缘与截面图像，边缘中线即为对流管轴心线垂直向下的投影，并以中线上任一点为坐标原点建立二维坐标系即可得到对流管的偏转度；对流管截面图像为标准椭圆，将长轴与短轴连接得到的交点即为截面中心，利用短轴与长轴的比值即可求出对流管的倾角。经伸缩机构将定位杆与对流管对中后，环状视觉传感器与焊缝坡口正对，环状视觉传感器对焊缝坡口进行扫描，采用粒子群-最小二乘法的混合算法对扫描信号进行分段直线拟合，并将拟合出的环形折线图进行平滑处理，平滑处理可采用Kernel法、Ngram法等，得出的平滑环形曲线即为焊缝。本专利技术相比现有方法有益效果为：该方法算法简单，能快速准确识别对流管倾角及焊缝位置，避免了复杂数学模型计算，缩短焊接机器人反应时间，焊枪定位杆倾角调节步骤少，保证焊接质量可靠性并且精度高，提高了焊接效率。适用性强，对于管管焊接，包括焊接内、外侧焊缝，只要支管的截面为圆形，即可识别支管倾角及焊缝位置。附图说明：图1是本专利技术具体实施方式提供的锅炉内壁相贯线焊缝识别的流程图；图2是本专利技术具体实施方式提供的焊枪定位杆倾角自适应调节系统的部分机械结构图；图中：1-伺服转盘，2-环状激光视觉传感器，3-环状视觉传感器，4-焊枪定位杆倾角自适应调节系统的核心控制结构，5-翻转机构，6-定位杆；图3是本专利技术具体实施方式提供的对流管与锅炉筒壁装配图；图中：7-对流管，8-锅炉筒壁；图4是本专利技术具体实施方式提供的对流管偏转度的识别方法图；图5是本专利技术具体实施方式提供的对流管截面中心与倾角的计算方法图；图6是本专利技术具体实施方式提供的焊枪定位杆姿态调节过程图。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。图1是本专利技术具体实施方式提供的锅炉内壁相贯线焊缝识别的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：1)开始焊接，通过环状激光视觉传感器采集图像，经图像分割，识别对流管的偏转度、截面中心并计算出倾角；2)调整伺服转盘使定位杆的翻转面与对流管正投影面平行,调整翻转机构使定位杆与对流管平行，移动定位杆使其位于对流管正上方，伸缩机构将定位杆伸长并与对流管对中；3)环状视觉传感器对焊缝坡口进行扫描，对扫描信号进行拟合及平滑处理，得出相贯线焊缝，焊接完成。图2是本专利技术具体实施方式提供的焊枪定位杆倾角自适应调节系统的部分机械结构图，如图2所示，环状激光视觉传感器2安装在翻转机构两侧，并垂直向下拍照，采集图像信息，经图像分割得到对流管偏转度、截面中心及倾角后，伺服转盘1旋转一定角度使定位杆的翻转面与对流管正投影面平行，翻转机构5翻转一定角度使定位杆6与对流管7平行，环状视觉传感器3安装于翻转机构5下侧，当伸缩机构将定位杆6伸长并与对流管7对中后，环状视觉传感器3对焊缝坡口进行扫描。图3是本专利技术具体实施方式提供的对流管与锅炉筒壁装配图,如图3所示，在装配过程中，将对流管7插入锅炉筒壁8，因此形成相贯线焊缝坡口。图4是本专利技术具体实施方式提供的对流管偏转度的识别方法图，如图4所示，经图像分割后得到对流管7的柱体边缘，其中线即为对流管7的轴心线垂直向下的投影，并以中线上任一点为坐标原点建立二维坐标系，中线与X轴的夹角既为对流管7的偏转度伺服转盘1顺时针旋转度使定位杆6的翻转面与对流管7正投影面平行。图5是本专利技术具体实施方式提供的对流管截面中心与倾角的计算方法图，如图5所示,对流管7与锅炉筒壁8斜交，环状激光视觉传感器2垂直向下拍照时，对流管7的截面为一个标准椭圆，为了得到对流管7的倾角β，我们可以将倾斜的对流管7的状态理解为由垂直状态倾斜一定角度后得到的。在垂直状态时，截面为标准圆，既长轴a＝短轴b,在此过程中椭圆的长轴a长度不变，短轴b随着倾角β的逐渐增加而逐渐减小，当倾角β＝90°时，短轴b＝0，此时，截面为一条直线，所以可以得出在此过程中椭圆的短轴b与长轴a的比值即b/a由1到0逐渐减小，而相应的对流管7的倾角β由0°到90°逐渐增加,即b/a的值与倾角β一一对应，因此计算出b/a的值即可求出倾角β。经过图像分割后得到对流管7的椭圆截面，将椭圆的四个顶点连接，交点即为对流管7的截面中心，并记录其坐标点，倾角β可由下面公式计算：β＝(1-b/a)×90°计算出倾角β后，翻转机构5翻转β度，定位杆6与对流管7平行。图6是本专利技术具体实施方式提供的焊枪定位杆姿态调节过程图，如图6所示，伺服转盘1顺时针或者逆时针旋转度，使定位杆6的翻转面与对流管7正投影面平行，翻转机构5翻转β度，定位杆6与对流管7平行，移动定位杆6使其位于对流管正上方，伸缩机构将定位杆6伸长并与对流管7对中，此时环状视觉传感器3与相贯线焊缝正对，环状视觉传感器3对焊缝坡口进行扫描，采用粒子群-最小二乘法的混合算法对扫描信号进行分段直线拟合，并将拟合出的环形折线图进行平滑处理，其具体过程如下：第一步：采集N个离散扫描信号，依次记录为(xi,yi,zi),其中1≤i≤N,将采集信号进行滤波放大处理并保存，以便后续的数据拟合处理；第二步：空间直线标准方程为：从而化简可得到：其中：空间直线相当于上面2个方程表示的平面相交的直线，所以对直线拟合可以分别对这两个平面方程进行拟合，根据最小二乘法原理，两个平面方程的拟合误差的平方和如下：Δx＝∑[xi-(azi+b)]2Δy＝∑[yi-(czi+d)]2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锅炉内壁相贯线焊缝的识别方法，其特征在于，通过环状激光视觉传感器识别对流管姿态，调整焊枪定位杆倾角，最后利用环状视觉传感器扫描并识别相贯线焊缝。

【技术特征摘要】
1.一种用于锅炉内壁相贯线焊缝的识别方法，其特征在于，通过环状激光视觉传感器识别对流管姿态，调整焊枪定位杆倾角，最后利用环状视觉传感器扫描并识别相贯线焊缝。2.根据权利要求1所述的识别对流管姿态，其特征在于:通过环状激光视觉传感器采集图像，经图像分割得到对流管柱体边缘与截面图像，柱体边缘中线即为对流管轴心线垂直向下的投影，并以中线上任一点为坐标原点建立二维坐标系即可得到对流管的偏转度；对流管截面图像为标准椭圆，将长轴与短轴连接得到的交点即为截面中心，利用短轴与长轴的比值即可计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：李湘文，吴宏宝，洪波，张贤锌，芦川，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43