螺旋管内焊缝跟踪与熔透集成智能控制系统技术方案

一种螺旋管内焊缝跟踪与熔透集成智能控制系统，包括放置在螺旋管（１）内的螺旋管埋弧焊机（２），其特征在于：还包括温度场传感器（４）、控制箱（９）和工业控制计算机（８），安装在螺旋管（１）内焊缝背面的温度场传感器（４）由红外滤光片（３）和图像电荷耦合器件（５）组成，在控制箱（９）内安装有焊缝跟踪与熔透集成智能控制模块（１０）和接口驱动电路（１２），在工业控制计算机（８）的主板上安装有图像采集卡（７）和输入／输出卡（６），在工业控制计算机（８）内设计有温度场焊缝与熔透特征识别信息处理模块（１１）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

An integrated intelligent control system for seam tracking and penetration in spiral tubes

Integrated intelligent control system through a spiral seam tracking and weld pipe, including spiral pipe (1) placed in the spiral submerged arc welding machine (2), which is characterized by the temperature sensor (4) and a control box (9) and industrial control computer (8), installed in the spiral tube the temperature sensor (1) in the back of the weld (4) by infrared filter (3) and image charge coupled device (5), (9) in the control box is installed in the control module integrated intelligent seam tracking and fusion (10) and the interface circuit (12), in the industrial control computer (8) the board is provided with the image acquisition card (7) and the input / output card (6), in the industrial control computer (8) in the design of weld and weld temperature field through the information processing module of feature recognition (11).

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及焊接自动化技术，尤其是涉及一种螺旋管内焊缝跟踪与熔透集成智能控制系统。
技术介绍
焊接是一种劳动强度比较大、对工人健康影响较严重、自动化水平比较低的工艺方法，因此焊接自动化一直是焊接技术工作者致力的方向。在焊接过程中，影响自动化的二项关键技术是焊缝跟踪和熔透控制。对于焊缝跟踪，目前有激光图像、旋转电弧等传感技术，前者是附加传感器其价格相对比较贵、存在超前问题，需要有坡口；后者实现了焊枪与传感器合二为一，不存在超前问题，但也需要有坡口。对于熔透控制，有采用检测熔池表面形状、熔池背面热辐射等提取熔透信息方法，实现熔透控制。到目前为止，要同时实现焊缝跟踪与熔透控制仍然需要二套独立的传感、信息处理和控制系统。这对于工业现场应用很不方便，同时二套系统价格比较贵、可靠性比较差。因此，从温度场分布如螺旋管埋弧焊制造过程中，如何快速、准确地提取反映焊接质量的重要特征参数如熔透、焊缝偏差等信息，实现焊缝跟踪与熔透集成控制，最大程度地提高焊接过程的自动化水平，仍然是尚未解决的技术难题，。对于从温度场的分布中提取焊缝偏差，国内外研究工作者进行了大量研究，主要集中在梯度法、半径法、小波变换等，前面二种技术方法在理想的温度场分布中是能够解决问题的，但是对于工业现场应用情况，仍然存在抗干扰能力比较弱和精度比较差等问题，而小波变换识别在实时控制方面无法满足要求。因此准确地从温度场的分布中获得焊缝偏差信息仍然需要从焊缝信息的构成等方面进行深入的技术研究和应用实验研究。对于熔透信息，至今没有很好的提取方法。为了实现熔透控制，需要研究一个快速、稳定、有效的从温度场分布中提取熔透信息的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种只需一个传感器就可同时准确提取识别出焊缝偏差和熔透信息、能满足螺旋管内焊制造自动化要求的焊缝跟踪与熔透集成智能控制系统。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术包括放置在螺旋管内的螺旋管埋弧焊机，特征是还包括温度场传感器、控制箱和工业控制计算机，安装在螺旋管内焊缝背面的温度场传感器由红外滤光片和图像电荷耦合器件(ICCD)组成，在控制箱内安装有焊缝跟踪与熔透集成智能控制模块和接口驱动电路，在工业控制计算机的主板上安装有图像采集卡和输入/输出卡(I/O)，在工业控制计算机内设计有温度场焊缝与熔透特征识别信息处理模块。温度场焊缝与熔透特征识别信息处理模块由计算机信息处理模块、焊缝识别模块和熔透识别模块构成，焊缝跟踪与熔透集成智能控制模块由熔透偏差比较器、焊缝偏差比较器及多变量神经网络模糊控制器构成，接口驱动电路由接口电路、十字滑块和送丝电机构成。本专利技术由放置在螺旋管内的螺旋管埋弧焊机、温度场传感器、控制箱和工业控制计算机组成，在控制箱内安装有安装有由焊缝偏差比较器、熔透偏差比较器及多变量神经网络模糊控制器构成的焊缝跟踪与熔透集成智能控制模块和接口驱动电路，在工业控制计算机的主板上安装有图像采集卡和输入/输出卡(I/O)，在工业控制计算机内设计有温度场焊缝与熔透特征识别信息处理模块。本专利技术只需一个传感器就可同时准确提取识别出焊缝偏差和熔透信息，采用焊缝识别空间频域法识别焊缝，采用熔透识别的等温线宽度法识别熔透程度，本专利技术还建立了间接地反映熔透程度的等温线宽度与熔透程度的反向传输神经网络，因而可以通过提取等温线宽度信息达到识别熔透程度的目的。本专利技术还设计了包含一个多变量神经网络模糊控制器的焊缝跟踪与熔透集成控制模块，这种控制模器具有比PID简单模糊控制器更好的控制性能。焊缝识别空间频域法克服了传统的梯度法、半径法等焊缝识别方法误差比较大、抗干扰能力比较弱的缺点，识别精度达到了0.1mm。当螺旋管埋弧焊机开始焊接焊缝时，安装在螺旋管内焊缝背面的温度场传感器将幅射场信号转换为温度场信号，获得螺旋管温度场分布，将温度场信号送入温度场焊缝与熔透特征识别信息处理模块进行信息处理，信息处理后再分别送至焊缝识别模块和熔透识别模块进行焊缝识别和熔透识别，识别出的焊缝信息和熔透信息再分别输入焊缝跟踪与熔透集成智能控制模块的焊缝偏差比较器、熔透偏差比较器，与给定的焊枪及焊缝位置、等温线宽度进行比较，得出焊缝偏差、熔透偏差，焊缝偏差、熔透偏差一齐送入多变量神经网络模糊控制器进行处理，处理后的结果再送入通过接口电路，接口电路输出脉冲时间驱动十字滑块，输出电枢电压驱动送丝电机，控制螺旋管埋弧焊机的焊枪移动机构和焊接电流(送丝速度)，实现焊炬的位置调节从而实现焊缝的自动跟踪，完成焊缝跟踪与熔透集成智能控制，实现螺旋管内焊缝制造过程的自动化。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的结构框图；图3为焊缝背面温度场分布图；图4为梯度法识别结果图；图5为图3的焊缝识别空间频域法识别结果图；图6为温度场分布图；图7为图6的等温线分布图；图8为焊缝截面图；图9为等温线宽度神经网络模型图；图10为利用BP神经网络建立的弧焊过程模型图；图11为多变量焊接质量神经网络模糊控制器的内部框图；图12为焊缝跟踪与熔透未控制的实验试件图；图13为焊缝跟踪与熔透集成控制的实验试件图。具体实施例方式下面结合实施例并对照附图对本技术作进一步详细说明。本专利技术由放置在螺旋管1内的螺旋管埋弧焊机2、温度场传感器4、控制箱9和工业控制计算机8组成，安装在螺旋管1内焊缝背面的温度场传感器4由红外滤光片3和图像电荷耦合器件5组成，在控制箱9内安装有焊缝跟踪与熔透集成智能控制模块10和接口驱动电路12，在工业控制计算机8的主板上安装有图像采集卡7和输入/输出卡6，在工业控制计算机8内设计有温度场焊缝与熔透特征识别信息处理模块11。温度场焊缝与熔透特征识别信息处理模块11由信息处理模块21、焊缝识别模块20和熔透识别模块19构成，焊缝跟踪与熔透集成智能控制模块10由熔透偏差比较器13、焊缝偏差比较器14及多变量神经网络模糊控制器15构成，接口驱动电路12由接口电路16、十字滑块17和送丝电机18构成。1、焊缝识别模块20中的焊缝识别空间频域法识别焊缝的具体实现算法为首先进行横向滤波突出焊缝信息a(i)=1(2M+1)Σk=i-Mk=i+MGray(k,l)----(1)]]>式中M--参与平均的像素点个数，Gray(k，l)--第k行、第l列像素点的灰度。然后纵向滤波以消除高频干扰b(i)=1(2N+1)Σj=i-Ni+Na(j)----(2)]]>式中N--参与平均的像素点个数，b(i)--纵向滤波后的灰度向量，a(i)--横向滤波的输出值，i∈。第三步对b(i)进行平滑处理得到c(i)c(i)=12R+1Σj=i-Ri+Rb(j)----(3)]]>式中--平滑处理后的灰度向量，R--参与平均的像素点个数，R远大于N，i∈。最后通过处理以上三组数据得到焊缝特征分布曲线d(i)＝diff(b(i))*c(i)*abs(diff(b(i)-c(i)) (4)图5为采用空间频域法对图3进行处理后得到梯度分布曲线，与图4的处理结构对比可风，该方法大大提高了识别的分辨率，尤其对图像质量较差的情况，识别精度达到0.1mm(误差在10个像素之内)，优于同类研究结果。2、熔透识别模块中的等温线宽度法识别熔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张华，邹春华，徐健宁，贾剑平，彭绍彬，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：