用于管道根焊工艺的信息采集系统的制作方法

本实用新型涉及焊接技术领域，特别涉及一种用于管道根焊工艺的信息采集系统。

背景技术：

在石油化工管道工程中，通常采用管道焊接以获得用于输送石油的输送管道。目前管道焊接多采用自动焊方式，其具有焊接速度快、效率高、操作简单、劳动强度低等优点，并且针对自动焊已经出现了许多适用于管道焊接的相关自动焊设备，如内焊机，内焊机通常适用于大管径(D≥1000mm)管道工程。而对于小管径(D≤813mm)管道工程，由于管道管径的限制使内焊机的结构需要更加紧凑，因此小管径的管道工程通常采用外根焊自动焊工艺。

现有的外根焊自动焊工艺不成熟，用于管道焊接时其焊接质量和合格率也难以保证。因此有必要对外根焊自动焊工艺进行优化设计。对外根焊自动焊工艺进行优化设计时，首先需要获取到管道的外根焊自动焊工艺的参数信息，而若要全面了解到外根焊自动焊工艺的过程则需要获取管道外壁面的焊接过程、管道内壁面的焊接过程、焊接电流、焊接电压和焊接位置的参数信息。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种用于管道根焊工艺的信息采集系统，能获取到管道的外根焊自动焊工艺的参数信息进行外根焊自动焊工艺的优化设计。所述技术方案如下：

本实用新型实施例提供了一种用于管道根焊工艺的信息采集系统，所述信息采集系统包括：用于拍摄管道根焊过程中管道外壁面的熔滴过程的第一视频采集模块、用于拍摄管道焊接过程中管道内壁面的成型过程的第二视频采集模块、焊接电流采集模块、焊接电压采集模块、焊接位置采集模块、采集卡、焊接小车和上位机；所述第一视频采集模块、所述第二视频采集模块和所述焊接位置采集模块均设置在所述焊接小车上，所述焊接小车被配置为在焊接过程中沿管道的外壁面做圆周运动；所述第一视频采集模块、所述第二视频采集模块、所述焊接电流采集模块、所述焊接电压采集模块和所述焊接位置采集模块分别与所述采集卡电连接，所述采集卡与所述上位机电连接。

在本实用新型实施例的一种实现方式中，所述第一视频采集模块和所述第二视频采集模块为高速摄像机，所述第一视频采集模块和所述第二视频采集模块的镜头的中心线呈110-130度的夹角，且所述第二视频采集模块的镜头的中心线位于所述管道的直径上。

在本实用新型实施例的另一种实现方式中，所述信息采集系统还包括设置在所述焊接小车上的摄像机散热风扇。

在本实用新型实施例的另一种实现方式中，所述高速摄像机的镜头前设有滤光片。

在本实用新型实施例的另一种实现方式中，所述焊接小车上设有两个摄像机安装架，所述高速摄像机可转动地安装在所述摄像机安装架上。

在本实用新型实施例的另一种实现方式中，所述焊接电压采集模块包括电压传感器，所述焊接电流采集模块包括电流传感器，所述焊接位置采集模块包括角度传感器。

在本实用新型实施例的另一种实现方式中，所述焊接小车上设有至少两个所述角度传感器。

在本实用新型实施例的另一种实现方式中，所述信息采集系统还包括用于同时显示所述第一视频采集模块、所述第二视频采集模块采集到的视频、所述焊接电流采集模块采集到的焊接电流、所述焊接电压采集模块采集到的焊接电压以及所述焊接位置采集模块采集到的焊接位置信息的显示模块。

在本实用新型实施例的另一种实现方式中，所述采集卡包括视频采集卡和数据采集卡，所述视频采集卡与所述第一视频采集模块和所述第二视频采集模块电连接，所述数据采集卡与所述焊接电流采集模块、所述焊接电压采集模块和所述焊接位置采集模块电连接。

在本实用新型实施例的另一种实现方式中，所述焊接小车上还设置有焊枪安装结构。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本实用新型实施例通过设置第一视频采集模块和第二视频采集模块用于采集管道焊接过程中管道的外壁面的熔滴过程的视频和管道的内壁面的成型过程的视频。设置焊接电流采集模块和焊接电压采集模块采集焊接过程中焊接电源输出的焊接电压和焊接电流。同时还设置焊接位置采集模块采集焊接过程中焊接小车所处的具体位置(即焊接位置)。另外还设置了采集卡用于将采集的各个参数信息，并将各个参数信息数字化存储至上位机，便于快速获取及管理各个参数信息。本实用新型提供的用于管道根焊工艺的信息采集系统，实现了获取外根焊自动焊工艺过程中工艺参数信息的目的，为外根焊自动焊工艺优化提供了研究的数据，便于对外根焊自动焊工艺进行优化。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种用于管道根焊工艺的信息采集系统的工作状态图；

图2是本实用新型实施例提供的一种显示模块的显示界面分布的示意图。

图中各符号表示含义如下：

1-第一视频采集模块，2-第二视频采集模块，3-焊接位置采集模块，4-焊接小车，5-管道，6-滤光片，7-焊枪。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

图1是本实用新型实施例提供的一种用于管道根焊工艺的信息采集系统的工作状态图。如图1所示，该信息采集系统包括：用于拍摄管道根焊过程中管道外壁面的熔滴过程的第一视频采集模块1、用于拍摄管道焊接过程中管道内壁面的成型过程的第二视频采集模块2、焊接电流采集模块、焊接电压采集模块、焊接位置采集模块3、采集卡、焊接小车4和上位机。

本实用新型实施例中，第一视频采集模块1、第二视频采集模块2和焊接位置采集模块3设置在焊接小车4上。焊接小车4被配置为在焊接过程中沿管道5的外壁面做圆周运动。在焊接小车4圆周运动的过程中，第一视频采集模块1和第二视频采集模块2可以实时跟随焊接小车4圆周运动，从而采集到整个管道根焊过程中管道外壁面的熔滴和内壁面的成型过程。

其中，焊接电流采集模块、焊接电压采集模块可以与焊接电源设置在一起(图未示)，便于焊接电流采集模块、焊接电压采集模块采集到焊接电源输出的电压或电流。同时，采集卡可以设置在上位机上(图未示)，待第一视频采集模块1和第二视频采集模块2采集到管道外壁面的熔滴和内壁面的成型过程的视频后，从第一视频采集模块1和第二视频采集模块2中采集到所需视频。在本实用新型实施例中，采集卡除了用于采集视频数据外，还可以从焊接电流采集模块、焊接电压采集模块和焊接位置采集模块3中分别采集到焊接电压、焊接电流以及焊接位置信息的数据。

本实用新型实施例中，第一视频采集模块1、第二视频采集模块2、焊接电流采集模块、焊接电压采集模块和焊接位置采集模块3分别与采集卡电连接，采集卡则与上位机电连接。

本实用新型实施例通过设置第一视频采集模块和第二视频采集模块用于采集管道焊接过程中管道的外壁面的熔滴过程的视频和管道的内壁面的成型过程的视频。设置焊接电流采集模块和焊接电压采集模块采集焊接过程中焊接电源输出的焊接电压和焊接电流。同时还设置焊接位置采集模块采集焊接过程中焊接小车所处的具体位置(即焊接位置)。另外还设置了采集卡用于将采集的各个参数信息，并将各个参数信息数字化存储至上位机，便于快速获取及管理各个参数信息。本实用新型提供的用于管道根焊工艺的信息采集系统，实现了获取外根焊自动焊工艺过程中工艺参数信息的目的，为外根焊自动焊工艺优化提供了研究的数据，便于对外根焊自动焊工艺进行优化。

在本实用新型的一些实施例中，第一视频采集模块1和第二视频采集模块2为高速摄像机。如图1所示，第一视频采集模块1和第二视频采集模块2的镜头的中心线呈110-130度的夹角(如图1中θ所示)，且第二视频采集模块2的镜头的中心线位于管道的直径上。

其中，设置第二视频采集模块2的镜头的中心线位于管道的直径上，使得焊机小车环绕管道5进行圆周移动时第二视频采集模块2的镜头的拍摄方向始终处于径向且正对管道内壁面。从而完整清楚地便于拍摄出内壁面的成型过程，便于研究外根焊自动焊工艺的背面成型过程。

并且在本实用新型实施例中，焊枪7的喷嘴方向要求与当前焊接位置在管道上的切线垂直。即焊枪7的喷嘴方向和第二视频采集模块2的镜头的拍摄方向均处于径向。因此，设置第一视频采集模块1的镜头的中心线与第二视频采集模块2的镜头中心线呈110-130度的夹角。使得第二视频采集模块2的镜头中心线与焊枪7呈50-70度的夹角，该夹角使第一视频采集模块1可以清楚完整地拍摄出管道外壁面的熔滴过程，便于研究外根焊自动焊工艺的正面熔滴过程。

其中，本实用新型使用的高速摄像机抗干扰能力强、传输能力稳定，因此使得采集管道焊接工艺的参数信息更加准确有效。

可选地，该信息采集系统还包括设置在焊接小车4上的摄像机散热风扇。高速摄像机使用过程中摄像机散热风扇能够及时将高速摄像机产生的热量及时散去，保证高速摄像机正常工作。同时在本实用新型实施例中，高速摄像机用于采集管道焊接工艺的参数信息，因此其工作环境的温度较高，更有必要设置摄像机散热风扇为高速摄像机降低工作环境的温度，保持高速摄像机的持续稳定运行。

可选地，高速摄像机的镜头前设有滤光片6。滤光片6是一种可以吸收某些波长使物体变得更暗的光学器件。由于管道焊接时光强较大，因此高速摄像机采集的图像信息曝光度较高，本实用新型实施例通过在高速摄像机的镜头前设置滤光片6可以降低图像信息的曝光度，从而使高速摄像机采集到的图像信息更加清楚。

在本实用新型实施例中，焊接电压采集模块为电压传感器。该焊接电压传感器可以采用霍尔电压传感器，霍尔电压传感器是既可以检测交流电压也可以检测直流电压，甚至可以检测瞬态电压峰值，其检测精度较高，更为适用于获取管道焊接工艺的参数信息，便于技术人员根据准确的参数信息对工艺进行优化改进。

在本实用新型实施例中，焊接电流采集模块为电流传感器。该电流传感器可以采用霍尔电流传感器，霍尔电流传感器的响应速度快、测量精度高、稳定性好，因此使用霍尔电流传感器采集的管道焊接工艺的参数信息更为可靠，便于技术人员根据准确的参数信息对工艺进行优化改进。

可选地，焊接位置采集模块3为角度传感器。在本实用新型实施例中，焊接位置采集模块3选用型号为北微bwl326的角度传感器，该角度传感器设置在焊接小车4上。角度传感器以焊接小车4初始位置为基准点，焊接小车4每行进至一个位置，便可获取管道圆心到该位置的方向与管道圆心到初始位置的方向的夹角。根据该夹角和焊接小车4的初始位置便可以确定出焊接小车4当前所处的位置。本实用新型实施例通过获取焊接小车4的位置信息，并将位置信息与焊接过程中获取的焊接电压、焊接电流和焊接的视频信息相互对应。在分析管道根焊工艺时，可以将采集到的焊接工艺参数信息具体到焊接小车4所处的每个位置，方便管道焊接工艺的优化设计。

另外，焊接小车4上设有至少两个角度传感器。在本实用新型实施例中，可以设置两个角度传感器，相应地，焊接小车4上还设有安装角度传感器的模块固定结构。其中，两个角度传感器互为备用关系。使用时，两个角度传感器同时工作，当其中一个损坏，另一个则可以继续工作，提高了信息采集系统的可靠性。

在本实用新型实施例中，模块固定结构可以是与角度传感器形状匹配的凹槽，角度传感器安装在凹槽后，在焊接小车4移动的过程中不会从焊接小车4上脱离且不会自行转动即可。

在本实用新型的一些实施例中，该信息采集系统还包括用于同时显示第一视频采集模块1、第二视频采集模块2采集到的视频、焊接电流采集模块采集到的焊接电流、焊接电压采集模块采集到的焊接电压以及焊接位置采集模块3采集到的焊接位置信息的显示模块。其中，显示模块可以是显示器，上位机在获取到采集卡采集的焊接电压、焊接电流、焊接位置信息和焊接的视频信息后，输出至显示器供技术人员查询和观看。

在上述实现方式中，显示器的显示界面分布可以如图2所示，图2中包括a、b、c、d、e五个显示框。其中，a显示框用于播放管道外壁面的熔滴过程的视频，b显示框用于播放管道内壁面的成型过程的视频，c显示框用于显示焊接电流与时间的曲线图，d显示框用于显示焊接电压与时间的曲线图，e显示框则用于显示焊接小车4的位置信息，如通过角度传感器获取的夹角。

在本实用新型实施例中，焊接小车4上设有两个摄像机安装架。其中，高速摄像机可转动地安装在摄像机安装架上，且高速摄像机至少可以以沿管道轴向延伸的直线为中心线进行周向转动，摄像机安装架则固定设置在焊接小车4上。设置高速摄像机可转动地安装在摄像机安装架上，实现对高速摄像机的镜头的拍摄角度的调节。通过对高速摄像机的镜头的拍摄角度的调节，使第一视频采集模块1和第二视频采集模块2的镜头的中心线处于110-130度的优选角度范围内，便于高速摄像机完整清楚地拍摄出管道外壁面的熔滴和内壁面的成型过程的视频。从而确保高速摄像机可以采集到所需的图像信息，避免人工安装高速摄像机后，因安装位置出现偏差而导致焊接视频采集不理想的问题。

在本实用新型的一些实施例中，若高速摄像机的镜头的灵活度要求较高，高速摄像机的镜头可转动地安装在安装架上的连接方式可以是活球连接，即高速摄像机的镜头的一端设有活动球头，安装架上设置用于容纳活动球头的容纳槽，活动球头可在容纳槽内360°转动。

在本实用新型的另一些实施例中，若高速摄像机的镜头的灵活度要求不高，高速摄像机的镜头可转动地安装在安装架上的连接方式可以是销柱连接，即可以在高速摄像机的镜头的两侧设置供销柱插装的销孔，安装架可以具有两个分支，两个分支上设有供销柱插装的销孔，销柱从安装架两个分支上的销孔插装进高速摄像机的镜头的两侧的销孔，其中，两个分支上的销柱的中心线的连线与管道的轴线平行，实现高速摄像机的镜头在水平方向上进行周向转动。

在本实用新型的一些实施例中，焊接小车4上还设置有焊枪安装结构。设置焊枪安装结构便于固定焊枪7的喷嘴方向，便于进行焊接工艺。

具体地，采集卡包括视频采集卡和数据采集卡，视频采集卡与第一视频采集模块1和第二视频采集模块2电连接，数据采集卡与焊接电流采集模块、焊接电压采集模块和焊接位置采集模块3电连接。本实用新型实施例中，为便于使用，将视频采集卡和数据采集卡组合为一个集成的采集卡。集成的采集卡中的视频采集卡可以将高速摄像机输出的视频数据输入上位机，并转换成上位机可辨别的数字数据，存储在上位机中，便于技术人员提取查看。集成的采集卡中的数据采集卡可以将焊接电流采集模块、焊接电压采集模块和焊接位置采集模块3中自动采集的非电量信号(如角度等非电气量)或者电量信号(如电流、电压等电气量)，送到上位机中进行分析处理。通过设置采集卡实现了第一视频采集模块1、第二视频采集模块2、焊接电流采集模块、焊接电压采集模块和焊接位置采集模块3与上位机间的信息流通，便于技术人员获取管道焊接工艺的参数信息并对工艺进行优化改进。

在通过本实用新型提供的用于管道根焊工艺的信息采集系统采集参数信息时，将焊接小车设置在起始位置(如图1所示)，并控制焊枪从起始位置开始起弧，进行焊接。同时控制第一视频采集模块拍摄管道外壁面的焊接视频(即正面熔滴过渡的过程)，并通过数据线传输到视频采集卡，进而传输到上位机。与此同时，设置控制第一视频采集模块拍摄管道内壁面的焊接视频(即背面成型的过程)，并通过数据传输线传输到视频采集卡，进而传输到上位机。并且还通过焊接电流采集模块、焊接电压采集模块采集焊接电源输出的焊接电流和焊接电压，并通过数据线传输到数据采集卡，进而传输到上位机。过程中还控制焊接位置采集模块采集焊接小车的位置信息，通过数据线将位置信息传输到数据采集卡，进而传输到上位机。通过上述步骤采集到的参数信息存储在上位机后，技术人员可以设定的速度播放管道外壁面的焊接视频或管道内壁面的焊接视频，进而分析工艺信息，完成管道焊接工艺的优化。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。