[發明專利]一種用于鍋爐內圓管焊接的焊縫跟蹤方法

有效

• 申請號: 202010057226.0
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111331225B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 洪波;劉奕宏;向垂悅;李怡豪;張智勇
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B23K9/127
• 分類號: B23K9/127
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出了一種用于鍋爐內圓管焊接的焊縫跟蹤方法，能夠實現鍋爐內圓管焊接的焊縫跟蹤。方法采用的系統主要包括激光視覺聯合初步定位模塊、焊槍位置與姿態調節模塊、超聲波焊縫實時跟蹤模塊、機器人手臂、計算機控制模塊。該方法在計算機控制模塊、機器人手臂的配合下，依據自主設計的“多角度綜合求權加權平均法”算法采取激光視覺聯合定位方法完成焊接開始前的初步定位，然后采用超聲波跟蹤方法來實現焊接過程中的精確定位與實時糾偏，最終實現鍋爐內圓管焊接焊縫跟蹤。本發明的優點在于采用激光視覺聯合定位方法實現了對圓管的定位和焊縫信息的獲取，在焊接過程中使用超聲波跟蹤方法能夠實現圓管的焊縫跟蹤并能避免焊接時弧光，電火花，磁場等的干擾。

技術領域

本發明涉及一種用于鍋爐內圓管焊接的焊縫跟蹤方法。

背景技術

隨著新一輪工業革命的到來，自動化與智能化已經成為機械制造業的未來發展趨勢，而焊接技術作為機械制造業重要的制造工藝之一也在朝著自動化與智能化方向發展，手工焊接正逐漸淡出人們的視野，而取而代之的是智能焊接機器人、自動化焊接專機等自動化與智能化的焊接設備與具有遠大前景的智能焊接技術。

鍋爐焊接作為鍋爐制造重要的工序之一，提高鍋爐焊接質量對于保證鍋爐的性能參數要求與降低鍋爐成本有著重要意義。而鍋爐焊接的一個難點在于其內壁上的圓管的焊接，由于鍋爐內圓管與鍋筒之間的焊縫形狀為空間曲線，并且圓管在鍋筒上的安裝精度并沒有統一標準，所以要實現自動化焊接十分困難，因此目前鍋爐內圓管焊接自動化程度較低，以手工焊接為主，也有少部分采取半自動化焊接。但是鍋爐的內部工作環境為高溫高壓，并且鍋筒內部空間狹小，焊接工人進入鍋筒進行焊接會長時間處于不舒適的彎曲身體的工作姿勢同時還要忍受焊接產生的高溫與廢氣。在這種惡劣的工作環境下工作工人們的焊接效率低下，導致焊接質量得不到保證，并且長時間工作還會危害工人們的健康，所以需要有能夠滿足鍋爐焊接要求并且能實現較高的焊接效率與焊接質量的機器自動化焊接技術取代人工焊接。

鍋爐內圓管的自動化焊接最大的難點在于如何實現圓管與鍋筒之間焊縫的跟蹤，針對這個問題本發明提出了一種用于鍋爐內圓管焊接的焊縫跟蹤方法。本方法的優點在于使用激光視覺聯合定位方法實現了對圓管的定位和焊縫信息的獲取，在焊接過程中使用超聲波跟蹤方法能夠實現圓管的焊縫跟蹤并能避免焊接時弧光，電火花，磁場等的干擾。

此外，為了滿足方法中初步定位階段的焊縫信息融合的需要，設計了“多角度綜合求權加權平均法”。該算法是一種多傳感器信息融合算法。多傳感器信息融合算法可以分成兩大類：概率統計方法，人工智能。其中概率統計方法有加權平均法、卡爾曼濾波法、多貝葉斯估計法、D-S證據推理、產生式規則等；而人工智能類有模糊邏輯理論、神經網絡、專家系統。

可見本算法基于概率統計方法中的加權平均法，是一種針對焊縫信息融合而設計的新型算法，相比人工智能類算法簡單易于實施，而相比其他基于概率統計方法的算法更加適用于焊縫信息融合。就以卡爾曼濾波法來進行比較，以卡爾曼濾波法為基礎的信息融合算法是一種應用十分廣泛的算法，但是它的缺陷在于它只能用于線性系統，對于非線性系統的信息融合效果差，而焊縫信息融合屬于非線性系統的信息融合，使用卡爾曼濾波法并不能得到好的融合結果，而本算法從多角度求得多種融合加權系數，并將融合加權系數按照從傳感器自身角度與從傳感器之間關系角度分為了兩大類，首先對于兩類內部各融合加權系數進行一次求權運算，再將得到的結果進行第二次求權運算從而得到綜合融合加權系數，這樣相比從一種角度來進行加權平均信息融合要更加精確與全面，對于線性系統與非線性系統的信息融合都能夠很好地進行處理，最后得到的融合結果精度高、損失小、能完全滿足本方法的需要。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有的技術不足，提高鍋爐焊接質量與鍋爐內圓管焊接的自動化程度，提供一種用于鍋爐內圓管焊接的焊縫跟蹤方法。在如今鍋爐制造中的重要工序鍋爐焊接的一大難點在于其內壁上的圓管的焊接，由于鍋爐內圓管與鍋筒之間的焊縫形狀為空間曲線，并且圓管在鍋筒上的安裝精度并沒有統一標準，所以要實現自動化焊接十分困難，因此目前鍋爐內圓管焊接自動化程度較低。