[發明專利]相貫管道支管旋轉偏差量化方法及應用

有效

• 申請號: 201710620144.0
• 申請日: 2017-07-26
• 公開（公告）號: CN107423510B
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: 石磊;田新誠;劉燕;崔洪芝
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 37221 濟南圣達知識產權代理有限公司
• 代理人: 張勇

本發明公開了一種相貫管道支管旋轉偏差量化方法及應用，垂直于存在裝夾旋轉偏差的相貫管道的焊縫方向上進行測距掃描，對測距波形進行分析，得到實際焊縫點坐標；根據理論相貫線的方程求出理論相貫線在該處的理論坐標；基于實際焊縫點坐標和理論坐標，計算兩點的支管旋轉偏差角，實現偏差量化。能夠對非理想模型的相貫鋼管形成的相貫線進行偏差量化與補償，從而實現非理想相貫鋼管的自動化、精確化焊接，提高了焊接效率。

技術領域

本發明涉及相貫管道支管旋轉偏差量化方法及應用。

背景技術

相貫線是兩個圓柱面的公共交線，它是一條正規的(等徑相貫時為逐段正規)、簡單的空間閉合曲線。兩管相貫管道可以分為相貫線的主管和相貫線的支管。給定一組相貫管道，根據所有相貫線是否依附與同一根公共管道，多管相貫又可分為共管相貫和非共管相貫，若公共管道是所有相貫線的主管，則稱為兩管相貫。

多管相貫都可以拆分為多組兩管相貫的形式，每組相貫管道生成的相貫線的描述相對于固定的工件坐標系的坐標都是不同的，該坐標稱為支管坐標。支管坐標包括支管偏距Y與支管旋轉角。

相貫管道廣泛應用于各種氣液體的輸送管道、集散設備中，尤其是兩管相貫，是相貫中最常見的相貫形式。關于相貫線的理論研究已經比較成熟，但是在實際生產應用中，鋼管的直線度與圓度差異比較大，此時如果直接按照理論相貫線焊接，很難保證焊接的精度和可靠性。

將實際焊縫與根據理想模型構建的焊縫之間的偏差稱為焊縫偏差。焊縫偏差源是多方面的，主要包括鋼管的直線度、裝夾偏差帶來的支管坐標偏差等。一般來說各項偏差對相貫線位姿的影響是相互耦合的，為了獲得實際焊縫的準確信息，必須結合焊縫尋位的焊縫點信息對焊縫偏差進行量化與補償。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種相貫管道支管旋轉偏差量化方法及應用，本發明結合測距設備對實際相貫線焊縫進行掃描，通過對測距設備的波形進行識別，得到實際焊縫點，進而計算得到兩管相貫管道支管旋轉偏差，能夠有效的減小偏差對焊接精度的影響，從而提高焊接效率。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種相貫管道支管旋轉偏差量化方法，包括以下步驟：

(1)垂直于存在裝夾旋轉偏差的相貫管道的焊縫方向上進行測距掃描，對測距波形進行分析，得到實際焊縫點坐標；

(2)根據理論相貫線的方程求出理論相貫線在該處的理論坐標；

(3)基于實際焊縫點坐標和理論坐標，計算兩點的支管旋轉偏差角，實現偏差量化。

所述步驟(1)中，在支管圓周角處位置利用測距設備在垂直于焊縫方向上平移進行掃描。

所述步驟(1)中，利用自動移動的機械臂夾持測距裝置沿同一方向平穩移動。

所述步驟(1)中，在測距設備波形的極大值處記錄下焊縫點坐標。

所述步驟(2)中，根據兩管相貫管道相貫線的特性，得相貫線關于支管圓周角θ的參數方程

將代入到上述方程中，得到了理論相貫線在該處的理論坐標P₁。其中r_o為支管外半徑，R_o為主管外半徑，e為支管偏距。

所述步驟(3)中，根據通過焊縫掃描獲得的實際焊縫點的坐標P₂，與該處理論相貫線焊縫點坐標，根據公式