專利名稱：一種鍋爐管系活動(dòng)連接件焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鍋爐工件焊接領(lǐng)域，且特別涉及一種利用結(jié)構(gòu)光視覺傳感定位技術(shù)的鍋爐管系活動(dòng)連接件焊接方法。
背景技術(shù)：
鍋爐在我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著十分重要的作用，而焊接技術(shù)是鍋爐生產(chǎn)制造過程中的主要加工技術(shù)之一，也使保證鍋爐產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。在超超臨界鍋爐受熱面管系中，為了確保鍋爐運(yùn)行時(shí)避免煙氣等各種介質(zhì)對(duì)受熱面管子造成的劇烈沖刷和振動(dòng)，必須在設(shè)計(jì)時(shí)采用各種結(jié)構(gòu)的緊固裝置以滿足運(yùn)行要求。n型超超臨界鍋爐受熱面管系由于設(shè)計(jì)需要布置了大量的受熱面管，因此受熱面管排的管節(jié)距較小，目前基本都采用活動(dòng)連接件的形式?；顒?dòng)連接件與管系的連接必須是焊接，手工目前全部采用焊條電弧焊(SMAW)技術(shù)。然而，隨著管子材料等級(jí)的不斷提升，施工周期的不斷壓縮，目前的焊接工藝和手段已不能滿足焊接生產(chǎn)制造，必須大力采用自動(dòng)化水平較高的焊接工藝，提高焊接效率和質(zhì)量。I)手動(dòng)焊接系統(tǒng)工人要全過程觀察焊接質(zhì)量，由于超超臨界鍋爐管系尺寸大(長20米左右、寬5米以上)、重量大，只能擱置在地面，工人只能蹲在上面進(jìn)行焊接操作，極易疲憊，焊接偶然誤差很難避免，焊接速度慢，焊接質(zhì)量難以保證。一臺(tái)600MWII型超超臨界鍋爐受熱面管系中活動(dòng)連接件至少在40000個(gè)以上，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，焊接弧光輻射和煙霧顆粒對(duì)工人健康危害大。2)現(xiàn)有的機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)提供的機(jī)器人都是關(guān)節(jié)式機(jī)器人，其活動(dòng)空間受結(jié)構(gòu)影響，不能在5m*20m這樣一個(gè)范圍內(nèi)工作，而活動(dòng)連接件結(jié)構(gòu)簡單、位置分布規(guī)律，不需要機(jī)器人有靈巧的多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)功能，但要求能夠在5m*20m區(qū)域內(nèi)自動(dòng)尋找到活動(dòng)連接塊并完成焊接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種鍋爐管系活動(dòng)連接件焊接方法，能夠適應(yīng)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)需要，提高生產(chǎn)效率，保證焊接質(zhì)量，減輕焊接工人勞動(dòng)強(qiáng)度，使工人免受電焊弧光、焊接煙霧顆粒傷害。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種鍋爐管系活動(dòng)連接件焊接方法，包括下列步驟:在焊接工件附近安裝線激光器支架和攝像頭支架；選取兩個(gè)相同的線激光器，使得兩條線激光照射到工件上；調(diào)整攝像頭距離和角度，獲取反映焊縫形狀的結(jié)構(gòu)光圖像；采集上述結(jié)構(gòu)光圖像并進(jìn)行圖像處理，識(shí)別特征點(diǎn)，再通過圖像坐標(biāo)和焊接機(jī)器人坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，找到特征點(diǎn)的位置信息；通過計(jì)算處理，獲得焊接起始位置信息和焊縫方向信息，并通過機(jī)器人控制器傳送至機(jī)器人，弓I導(dǎo)機(jī)器人沿著焊縫坡口進(jìn)行焊接操作。進(jìn)一步的，所述兩個(gè)相同的線激光器發(fā)出的兩條線結(jié)構(gòu)光以一定的傾斜角度從工件上方投射。進(jìn)一步的，所述結(jié)構(gòu)光在焊縫坡口發(fā)生轉(zhuǎn)折形變，形變處反映了線結(jié)構(gòu)光條紋中心與坡口中心的三維位置關(guān)系。進(jìn)一步的，所述兩條結(jié)構(gòu)光的形變處連線與連接塊工件的交點(diǎn)認(rèn)定為焊縫的起始位置。進(jìn)一步的，所述兩條結(jié)構(gòu)光的形變處連線的方向?yàn)闄C(jī)器人焊接方向。進(jìn)一步的，所述焊接機(jī)器人采用龍門架軌道結(jié)構(gòu)移動(dòng)。本發(fā)明提出一種鍋爐管系活動(dòng)連接件焊接方法，從快速識(shí)別、操作簡便、普遍應(yīng)用出發(fā)，研制了一種運(yùn)用結(jié)構(gòu)光的視覺傳感、鍋爐管系活動(dòng)連接件特征點(diǎn)自動(dòng)識(shí)別、定位系統(tǒng)，與龍門架結(jié)構(gòu)、三自由度坐標(biāo)式機(jī)器人系統(tǒng)、焊接電源、焊槍相配合使用，實(shí)現(xiàn)管系活動(dòng)連接塊自動(dòng)化焊接。鍋爐管系活動(dòng)連接件焊接工作量非常大，本發(fā)明適應(yīng)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)需要，提高生產(chǎn)效率、保證焊接質(zhì)量、減輕焊接工人勞動(dòng)強(qiáng)度、使工人免受電焊弧光、焊接煙霧顆粒傷害。


圖1所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的鍋爐管系活動(dòng)連接件焊接方法流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖給出本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明不限于以下的實(shí)施方式。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用于方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。請(qǐng)參考圖1，圖1所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的鍋爐管系活動(dòng)連接件焊接方法流程圖。本發(fā)明提出一種鍋爐管系活動(dòng)連接件焊接方法，包括下列步驟:步驟SlOO:在焊接工件附近安裝線激光器支架和攝像頭支架；步驟S200:選取兩個(gè)相同的線激光器，使得兩條線激光照射到工件上；步驟S300:調(diào)整攝像頭距離和角度，獲取反映焊縫形狀的結(jié)構(gòu)光圖像；步驟S400:采集上述結(jié)構(gòu)光圖像并進(jìn)行圖像處理，識(shí)別特征點(diǎn)，再通過圖像坐標(biāo)和焊接機(jī)器人坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，找到特征點(diǎn)的位置信息；步驟S500:通過計(jì)算處理，獲得焊接起始位置信息和焊縫方向信息，并通過機(jī)器人控制器傳送至機(jī)器人，弓I導(dǎo)機(jī)器人沿著焊縫坡口進(jìn)行焊接操作。本發(fā)明提出的鍋爐管系活動(dòng)連接件焊接方法，針對(duì)工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，構(gòu)建基于雙線結(jié)構(gòu)光與視覺傳感相結(jié)合的復(fù)合式圖像采集及處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)焊縫起始位置識(shí)別以及焊接方向的導(dǎo)引。連接件的特點(diǎn):分布有規(guī)律、尺寸一定、焊接路徑固定、焊接范圍大、連接件數(shù)量多。雙線結(jié)構(gòu)光-攝像頭復(fù)合視覺傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在焊接工件附近安裝線激光器支架和攝像頭支架，選取兩個(gè)型號(hào)相同的線激光器，使得兩條線激光照射到工件上，調(diào)整攝像頭距離、角度，使得反映焊縫形狀的結(jié)構(gòu)光圖像到最清晰狀態(tài)，定時(shí)采集圖像進(jìn)行圖像處理，識(shí)別特征點(diǎn)，再通過圖像坐標(biāo)和焊接機(jī)器人坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，找到特征點(diǎn)的位置信息，通過計(jì)算處理，獲得焊接起始位置信息和焊縫方向信息，經(jīng)機(jī)器人控制器傳送至機(jī)器人，引導(dǎo)機(jī)器人沿著焊縫坡口進(jìn)行焊接操作。激光器發(fā)出的兩條線結(jié)構(gòu)光(不一定要平行)，以一定的傾斜角度從工件上方投射，由于連接件和管排在垂直方向上的深度不同，結(jié)構(gòu)光條紋在焊縫坡口發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折形變，形變處反映了線結(jié)構(gòu)光條紋中心與坡口中心的三維位置關(guān)系。連接塊由于是由工人點(diǎn)焊定位的，所以連接塊的起始位置可以通過劃線來標(biāo)定，兩條結(jié)構(gòu)光的形變處連線和連接塊工件劃線的交點(diǎn)即可以認(rèn)定為焊縫的起始位置，兩條結(jié)構(gòu)光的形變處連線的方向?yàn)橹苯亲鴺?biāo)機(jī)器人焊接方向，焊縫的長度由連接塊長度決定，所以又可以推斷出焊接的結(jié)束位置。進(jìn)一步的，所述焊接機(jī)器人采用龍門架軌道結(jié)構(gòu)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)焊槍在5m*20m的大范圍內(nèi)的移動(dòng)，克服市場(chǎng)關(guān)節(jié)式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)空間的限制。本發(fā)明運(yùn)用結(jié)構(gòu)光的視覺傳感、鍋爐管系活動(dòng)連接件特征點(diǎn)自動(dòng)識(shí)別、定位系統(tǒng)，與龍門架結(jié)構(gòu)、三自由度坐標(biāo)式機(jī)器人系統(tǒng)、焊接電源、焊槍集成，實(shí)現(xiàn)管系活動(dòng)連接塊自動(dòng)化焊接。綜上所述，本發(fā)明提出一種鍋爐管系活動(dòng)連接件焊接方法，從快速識(shí)別、操作簡便、普遍應(yīng)用出發(fā)，研制了一種運(yùn)用結(jié)構(gòu)光的視覺傳感、鍋爐管系活動(dòng)連接件特征點(diǎn)自動(dòng)識(shí)另IJ、定位系統(tǒng)，與龍門架結(jié)構(gòu)、三自由度坐標(biāo)式機(jī)器人系統(tǒng)、焊接電源、焊槍相配合使用，實(shí)現(xiàn)管系活動(dòng)連接塊自動(dòng)化焊接。鍋爐管系活動(dòng)連接件焊接工作量非常大，本發(fā)明適應(yīng)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)需要，提高生產(chǎn)效率、保證焊接質(zhì)量、減輕焊接工人勞動(dòng)強(qiáng)度、使工人免受電焊弧光、焊接煙霧顆粒傷害。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種鍋爐管系活動(dòng)連接件焊接方法，其特征在于，包括下列步驟: 在焊接工件附近安裝線激光器支架和攝像頭支架； 選取兩個(gè)相同的線激光器，使得兩條線激光照射到工件上； 調(diào)整攝像頭距離和角度，獲取反映焊縫形狀的結(jié)構(gòu)光圖像； 采集上述結(jié)構(gòu)光圖像并進(jìn)行圖像處理，識(shí)別特征點(diǎn)，再通過圖像坐標(biāo)和焊接機(jī)器人坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，找到特征點(diǎn)的位置信息； 通過計(jì)算處理，獲得焊接起始位置信息和焊縫方向信息，并通過機(jī)器人控制器傳送至機(jī)器人，弓I導(dǎo)機(jī)器人沿著焊縫坡口進(jìn)行焊接操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍋爐管系活動(dòng)連接件焊接方法，其特征在于，所述兩個(gè)相同的線激光器發(fā)出的兩條線結(jié)構(gòu)光以一定的傾斜角度從工件上方投射。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍋爐管系活動(dòng)連接件焊接方法，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)光在焊縫坡口發(fā)生轉(zhuǎn)折形變，形變處反映了線結(jié)構(gòu)光條紋中心與坡口中心的三維位置關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鍋爐管系活動(dòng)連接件焊接方法，其特征在于，所述兩條結(jié)構(gòu)光的形變處連線與連接塊工件的交點(diǎn)認(rèn)定為焊縫的起始位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鍋爐管系活動(dòng)連接件焊接方法，其特征在于，所述兩條結(jié)構(gòu)光的形變處連線的方向?yàn)闄C(jī)器人焊接方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍋爐管系活動(dòng)連接件焊接方法，其特征在于，所述焊接機(jī)器人采用龍門架軌道結(jié)構(gòu)移動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明提出一種鍋爐管系活動(dòng)連接件焊接方法，包括下列步驟在焊接工件附近安裝線激光器支架和攝像頭支架；選取兩個(gè)相同的線激光器，使得兩條線激光照射到工件上；調(diào)整攝像頭距離和角度，獲取反映焊縫形狀的結(jié)構(gòu)光圖像；采集上述結(jié)構(gòu)光圖像并進(jìn)行圖像處理，識(shí)別特征點(diǎn)，再通過圖像坐標(biāo)和焊接機(jī)器人坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，找到特征點(diǎn)的位置信息；通過計(jì)算處理，獲得焊接起始位置信息和焊縫方向信息，并通過機(jī)器人控制器傳送至機(jī)器人，引導(dǎo)機(jī)器人沿著焊縫坡口進(jìn)行焊接操作。本發(fā)明提出一種鍋爐管系活動(dòng)連接件焊接方法，能夠適應(yīng)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)需要，提高生產(chǎn)效率，保證焊接質(zhì)量，減輕焊接工人勞動(dòng)強(qiáng)度，使工人免受電焊弧光、焊接煙霧顆粒傷害。
文檔編號(hào)B23K9/02GK103111721SQ20131001172
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者劉俊, 梁熠天, 鄭慶元, 張開明 申請(qǐng)人:上海電機(jī)學(xué)院