一种基于视觉定位的管道内焊弯头对口器及对口方法与流程

1.本发明属于管道焊接技术领域，具体涉及一种基于视觉定位的管道内焊弯头对口器及对口方法。


背景技术：

2.长输管道在油气输送中起着不可替代的作用，而长输管道的施工中，管道往往需要进行管-管对口焊接或者管-弯头对口焊接。在弯头和管对口焊接时，经常会出现管道与弯头的一周对口间隙不均等，调整工艺过程较复杂等问题。
3.目前工程施工常用的方式是采用类似吊车等吊装工具辅助进行定位和对口间隙的调整，工艺过程复杂，时间较长，且容易存在偏差，而在工程要求进行管道内焊工艺时，对口间隙就更难调整。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中管道与弯头对口间隙调整工艺过程复杂、易有偏差的问题，本发明提供一种基于视觉定位的管道内焊弯头对口器及对口方法，利用其内置的图像采集装置可以进行对口间隙的图像采集，由控制箱进行间隙运算，给出涨紧气缸的给定涨紧量，进而完成弯头和管道对口及内焊工作。
5.本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于视觉定位的管道内焊弯头对口器，包括：
6.运动控制机构，用以将对口器运送至管道和弯头的对口处；
7.管道弯头对口机构，用以对管道和弯头的对口间隙进行图像采集及分析，并根据分析结果对管道和弯头的对口间隙处进行涨紧及焊接；
8.柔性偏转机构，连接于运动控制机构和管道弯头对口机构之间，以使管道弯头对口机构和运动控制机构之间形成适应管道弯头的偏转角度。
9.作为本发明进一步的实施方案，管道弯头对口机构包括：
10.头部机架；
11.涨紧机构，其一侧连接于头部机架后端，另一侧连接于柔性偏转机构前端；
12.焊接单元，安装于涨紧机构上，焊接单元内装设有若干图像采集装置；
13.涨紧气缸，其安装于头部机架内腔中，且与涨紧机构连接用以驱动涨紧机构动作；
14.控制箱，其安装于头部机架内腔中，控制箱分别与涨紧气缸和装设于焊接单元内的若干图像采集装置连接。
15.作为本发明进一步的实施方案，涨紧机构包括相连接的第一涨紧传动轴和第二涨紧传动轴，焊接单元安装于第一涨紧传动轴和第二涨紧传动轴之间。
16.作为本发明进一步的实施方案，第一涨紧传动轴和第二涨紧传动轴上均设有环向排布的多个能够径向张开或缩回的涨紧块。
17.作为本发明进一步的实施方案，焊接单元由环向排布的多个自动焊接设备组成，
自动焊接设备与控制箱连接；每个自动焊接设备内均装设有一图像采集装置，用以采集管道和弯头的对口间隙图像并将其采集的图像传输至控制箱。
18.作为本发明进一步的实施方案，所述图像采集装置为摄像机。
19.作为本发明进一步的实施方案，头部机架是由若干撑杆一端相接形成的笼状结构，每根所述撑杆上均连接有一导向保护板，用以对对口器在管道中的运动导向。
20.作为本发明进一步的实施方案，运动控制机构包括：
21.尾部机架，其前端与柔性偏转机构连接；
22.行走机构，安装于尾部机架内；
23.储气罐，连接于尾部机架末端，且与安装在尾部机架内的行走机构连通，用以为行走机构提供动力，使行走机构带动对口器运动至指定位置；
24.刹车机构，安装于尾部机架内，用以使对口器固定在指定位置。
25.作为本发明进一步的实施方案，行走机构、刹车机构均与管道弯头对口机构的控制箱连接，用以接收控制箱的控制信号。
26.作为本发明进一步的实施方案，行走机构底部具有使对口器在管道或弯头内壁滚动的滚轮。
27.作为本发明进一步的实施方案，滚轮可弹性或刚性伸缩。
28.一种基于视觉定位的管道内焊弯头对口方法，使用上述的对口器，包括：
29.s1：控制箱向行走机构发送控制信号，行走机构动作，将对口器运送至弯头和管道对口处，到位后，控制箱向行走机构和刹车机构发送控制信号，行走机构停止动作，刹车机构动作，将对口器固定在当前位置；
30.s2：控制箱向焊接单元内的图像采集装置发送控制信号，图像采集装置进行对口间隙图像采集，并将采集后的图像发送至控制箱，控制箱进行对口间隙运算，当判断对口间隙运算达到设定值时，控制涨紧机构和焊接单元完成弯头与管道对口及焊接。
31.作为本发明进一步的实施方案，步骤s2具体为：每个自动焊接设备中的摄像机均进行其所对应位置的弯头和管道对口间隙的图像采集，采集到的图像均传输至控制箱，控制箱根据图像进行对口间隙运算，并比较各个自动焊接设备摄像机所采集图像的对口间隙值，确定涨紧气缸给定值，涨紧气缸根据给定值驱动涨紧机构进行涨紧初步定位；而后再次通过各自动焊接设备中的摄像机进行图像采集并传输图像至控制箱，控制箱再次根据图像进行对口间隙运算，判断对口间隙值是否符合工程要求值，若符合工程要求值，控制箱控制自动焊接设备完成对口处焊接，否则继续调整涨紧气缸给定值，直至对口间隙值符合工程要求值为止。
32.本发明的有益效果包括：可以定量分析弯头与管道一周的对口间隙，能够有效的给出涨紧气缸的调整量，有效的提高了弯头与管道对口效率，减轻了劳动强度。
附图说明
33.图1是本发明整体结构图；
34.图2是本发明方法流程图。
35.图中附图标记说明：1、焊接单元，2、涨紧机构，3、柔性偏转机构，4、行走机构，5、储气罐，6、刹车机构，7、控制箱，8、涨紧气缸，9、导向保护板，10、头部机架，11、尾部机架。
具体实施方式
36.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于区分部件，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
38.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
39.实施例1
40.一种基于视觉定位的管道内焊弯头对口器，包括运动控制机构和管道弯头对口机构，柔性偏转机构3连接于运动控制机构和管道弯头对口机构之间，以使管道弯头对口机构和运动控制机构之间形成适应管道弯头的偏转角度；柔性偏转机构3的柔性偏转量与管道的直径有密切关系，不同直径的管道柔性偏转机构3的偏转角度不同。
41.本实施例所指柔性偏转机构3指定位刚度小的柔性转向架，能够减缓对口器转向磨耗。
42.本实施例中，管道弯头对口机构包括：
43.头部机架10，头部机架10是由若干撑杆一端相接形成的笼状结构，其前端具有弧面，便于在管道内的运动；每根所述撑杆上均连接有一导向保护板9，用以配合头部机架10对对口器在管道中的运动导向；
44.涨紧机构2，涨紧机构2包括通过相连接的第一涨紧传动轴和第二涨紧传动轴，第一涨紧传动轴一侧连接于头部机架10后端，第二涨紧传动轴一侧连接于柔性偏转机构3前端，第一涨紧传动轴和第二涨紧传动轴上均设有环向排布的多个能够径向张开或缩回的涨紧块；
45.涨紧气缸8，其安装于头部机架10笼状结构的内腔中，且与涨紧机构2的涨紧块连接用以驱动涨紧块动作；优选的，涨紧气缸8设置为多个，分别与不同位置的涨紧块连接，以此来实现不同位置对口间隙的区域控制；
46.焊接单元1，由环向排布的多个自动焊接设备组成，每个自动焊接设备内均装设有一图像采集装置，用以采集管道和弯头的对口间隙图像并将其采集的图像传输至控制箱7；焊接单元1安装于第一涨紧传动轴和第二涨紧传动轴之间，便于焊接单元1中的图像采集装置在弯头、管道对口时对对口间隙进行图像采集；优选的，所述图像采集装置为摄像机；需要说明的是：根据不同管道直径，对口器装配的自动焊接设备数量有所不同，但每个自动焊接设备中均装有一个内置摄像机；
47.控制箱7，其安装于头部机架10笼状结构的内腔中，控制箱7分别与涨紧气缸8、自动焊接设备和装设于自动焊接设备内的摄像机连接。
48.本实施例中，运动控制机构包括：
49.尾部机架11，尾部机架11是由若干撑杆组成的具有前后端盖的矩形框架结构，其
前端端盖与柔性偏转机构3连接，后端端盖处安装有储气罐5；
50.行走机构4，安装于尾部机架11内，其底部具有使对口器在管道或弯头内壁滚动的滚轮，滚轮可弹性或刚性伸缩，行走机构4由储气罐5提供提供动力，储气罐5提供给定气压，使行走机构4带动对口器运动至管道口指定位置；
51.刹车机构6，安装于尾部机架11内，用以使对口器固定在指定位置，同时具有安全刹车的功能。
52.行走机构4、刹车机构6均与管道弯头对口机构的控制箱7连接，用以接收控制箱7的控制信号。
53.综上，控制箱7提供对运动控制机构的运动指令和图像运算算法的计算。控制箱7中装配有专用的图像处理器可以完成图像的运算处理，定量分析对口间隙，并给出涨紧气缸8的控制值。
54.整个对口器各个部件系统协调一致工作，完成弯头与管道的对口操作。
55.实施例2
56.一种基于视觉定位的管道内焊弯头对口方法，包括：
57.s1：控制箱7向行走机构4发送控制信号，行走机构4由储气罐5提供动力进而动作，推动涨紧机构2及焊接单元1等一起运动，导向保护板9和头部机架10完成运动的导向作用，将对口器运送至弯头和管道对口处，至对口位于涨紧机构2的第一涨紧传动轴和第二涨紧传动轴之间，控制箱7向行走机构4和刹车机构6发送控制信号，行走机构4停止动作，刹车机构6动作，完成对口器停止功能，将对口器固定在当前位置；
58.s2：行走机构4停止行走，刹车机构6进行刹车后，控制箱7向焊接单元1内的图像采集装置发送控制信号，图像采集装置进行对口间隙图像采集，并将采集后的图像发送至控制箱7，控制箱7进行对口间隙运算，当判断对口间隙运算达到设定值时，控制涨紧机构2和焊接单元1完成弯头与管道对口及焊接。
59.具体为：每个自动焊接设备中的摄像机均进行其所对应位置的弯头和管道对口间隙的图像采集，采集到的图像均传输至控制箱7，控制箱7根据图像进行对口间隙运算，并比较各个自动焊接设备摄像机所采集图像的对口间隙值，确定涨紧气缸8给定值，涨紧气缸8根据给定值驱动涨紧机构2进行涨紧初步定位；而后再次通过各自动焊接设备中的摄像机进行图像采集并传输图像至控制箱7，控制箱7再次根据图像进行对口间隙运算，判断对口间隙值是否符合工程要求值，若符合工程要求值，控制箱7控制自动焊接设备完成对口处焊接，否则继续调整涨紧气缸8给定值，直至对口间隙值符合工程要求值为止。
60.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。