内壁螺旋线焊缝打磨控制方法及装置与流程

本发明涉及焊缝自动打磨装备的控制方法，尤其涉及内壁螺旋线焊缝打磨控制方法。

背景技术：

当前电力行业中对于大口径铝合金管的需求量越来越大，制作完成的大口径铝合金螺旋管，需要进行焊接飞边打磨，人工打磨效率低、环境恶劣、打磨质量差，而市场上并没有符合要求的打磨加工装备，因此设计自动打磨装备成为必然。其中内壁螺旋线焊缝的打磨更是此装备的重点，为满足此螺旋管的加工要求，本文提出的控制方法重点解决了两个方面内容，第一个方面是速度匹配，第二个方面是焊缝的精确定位。

技术实现要素：

本发明解决的问题是在螺旋线自动打磨的情况下实现焊缝的精确定位的问题。

本发明解决的另一问题是如何实现速度匹配的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种内壁螺旋线焊缝打磨控制方法，其特征是：该方法包括如下步骤：预存焊缝起始点的图像；在筒段的旋转速度和导向杆上的打磨头的进给速度匹配的情况下，打磨焊缝并实时获得焊缝的图像，从该焊缝的图像和预存的焊缝起始点的图像获得焊缝的偏移量，在该偏移量超过阈值的情况下，在线补偿该偏移量。

在进一步方案中，所述阈值为打磨头砂带宽度的一半。

在进一步方案中，所述在线补偿该偏移量包括在线调整导向杆位置，使得打磨头砂带位置中心与焊缝中心重叠。

在进一步方案中，所述焊缝是螺旋线，其对应的方程为其中，a为筒段的半径，p为螺旋线的螺距，ω为筒段旋转时的角速度，所述筒段的旋转速度和导向杆上的打磨头的进给速度匹配具体是筒段的旋转速度和所述进给速度成比例。

在进一步方案中，所述进给速度与筒段旋转角速度的比例为p/2π，当筒段以ω角速度旋转了一圈即360°，则其对应的进给距离为一个螺距p。

本发明还公开一种内壁螺旋线焊缝打磨控制系统，该控制系统包括上位机系统、控制器和摄像头，其中，所述控制器和上位机系统连接，接收来自上位机系统的控制指令以控制筒段的旋转速度和导向杆上的打磨头的进给速度以使得旋转速度和进给速度匹配；所述摄像头与上位机系统连接，获得焊缝起始点的图像及实时获得打磨过程中焊缝的图像，传输起始点的图像和实时获得的图像至所述上位机系统；所述上位机系统从该焊缝的图像和预存的焊缝起始点的图像获得焊缝的偏移量，在该偏移量超过阈值的情况下，向所述控制器发出控制指令以在线补偿该偏移量。

在进一步方案中，所述系统还包括旋转编码器，该编码器采集筒段的旋转速度，传输该旋转速度至所述上位机系统，所述上位机系统比较该速度和导向杆的进给速度是否匹配，在不匹配的情况下，产生控制指令给所述控制器以调整进给速度。

在进一步方案中，所述在线补偿该偏移量包括在线调整导向杆位置，使得打磨头砂带位置中心与焊缝中心重叠。

在进一步方案中，该系统还包括模拟量模块和柔顺压紧装置，其中，模拟量模块连接于所述上位机系统和柔顺压紧装置，传输来自上位机系统的压紧指令至所述柔顺压紧装置，该柔顺压紧装置基于该压紧指令压紧所述筒段。

在进一步方案中，该系统还包括数字量模块和报警阀，该数字量模块连接于上位机系统和报警阀，所述上位机系统在所述偏移量超过阈值的情况下或者在筒段的旋转速度等于零的情况下产生报警信号，所述数字量模传输该报警信号至报警阀，该报警阀基于该报警信号报警。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

1、在打磨过程中，通过摄像头检测焊缝的图像，比较焊缝的图像与预存的焊缝初始位置的图像得到偏移量，在偏移量超过阈值的情况下，在线补偿偏移量，通过这种方式，实现焊缝的精准定位，进而，实现螺旋线焊缝的高精度、高效率的自动打磨。

2、通过使得筒段的旋转速度与导向杆的进给速度成比例，达到速度匹配，进一步实现螺旋线焊缝的高精度、高效率的自动打磨。

3、如果打磨过程中出现打滑，则，上位机系统向模拟量模块传输压紧指令，该柔顺压紧装置基于该压紧指令压紧所述筒段，解决筒段打滑的问题。

4、由于旋转编码器实时监测筒段的旋转速度，传输筒段的速度至上位机系统。上位机系统比较该速度和导向杆的进给速度是否匹配，在不匹配的情况下，产生控制指令给所述控制器以调整进给速度。通过这种方式，解决筒段不按照指定的速度旋转的问题，进一步实现焊缝的高精度和高效率的自动打磨。

附图说明

图1是本发明内壁螺旋焊缝打磨控制系统的结构示意图；

图2是导向杆与打磨头的动作示意图；

图3是本发明内壁螺旋焊缝打磨控制方法的一种实施方式的流程图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。

本发明针对现有技术存在的技术问题，提供一种内壁螺旋线焊缝打磨控制方法。该方法针对焊缝偏移，加工过程中可能会出现筒段不按照指定的速度旋转，出现打滑等情况提出解决方案，实现螺旋线焊缝的高精度、高效率的自动打磨。

下面结合附图详细说明本发明内壁螺旋线焊缝打磨控制方法的流程图。

首先，在本实施方式中，如图1所示，内壁螺旋线焊缝打磨控制系统包括上位机系统1、伺服驱动器2、伺服电机3、数字io模块4、柔顺压紧装置5、模拟量模块6、报警阀7、旋转编码器8、摄像头9、控制器10。所述伺服驱动器2和上位机系统1和伺服电机3连接，用于驱动伺服电机3转动，包括主动托架驱动器、进给驱动器、打磨头驱动器，与此相对应的，所述伺服电机3包括主动托架电机、进给电机和打磨头电机。所述数字io模块4连接报警阀7和所述上位机系统1，用于装备的报警、提示、气缸的运动等控制。所述模拟量模块6连接于所述柔顺压紧装置5和上位机系统1，用于控制柔顺压紧装置5。

所述上位机系统1显示当前伺服电机3运动状态、柔顺压紧装置5的压力状态、报警阀7状态、旋转编码器8所反馈的速度状态，还包括摄像头9所监控的焊缝的状态等；所述上位机系统1还对所有可控单元即伺服电机3、柔顺压紧装置5等传输控制命令。

所述控制器10是打磨系统的核心控制单元，在实际操作时可以是数控系统单元或运动控制卡，亦或是plc等都可以作为核心控制单元。所述控制器10接收来自上位机系统1的控制命令，并将其转换成伺服驱动2、数字io模块4、模拟量模块6等能够直接接受的信号模式；所述控制器10还将识别伺服电机3的运动情况、报警阀7情况、柔顺压紧装置5情况、旋转编码器8反馈情况等，并传输至上位机系统1，上位机系统1读取并显示反馈给技术人员。

请参阅图2和图3并结合图1，本发明内壁螺旋线打磨控制方法的实现步骤如下：

第一步：内壁螺旋线焊缝打磨控制系统初始化，确认上位机系统1、伺服驱动器2、伺服电机3、数字io模块4、柔顺压紧装置5、模拟量模块6、报警阀7、旋转编码器8和摄像头9相应的通讯是否正常，在正常的情况下，执行步骤2。

第二步：调平固定：将筒段吊至装备的固定基座上进行调平，调平结束后，通过控制气缸装夹固定。具体的，所述上位机系统1产生压紧指令，所述模拟量模块传输该压紧指令至所述柔顺压紧装置5，柔顺压紧装置5根据该压紧指令产生作用力将所述筒段a压紧。

第三步：打磨起始点标定：启动主动托架的电机，使得焊缝的起始点位于筒段圆形面的最下方中心点，停止筒段的旋转；启动导向杆动力装置，导向杆12前进使得打磨头11行进至焊缝打磨的起始点，使得砂带的中心线与筒段的边沿重合；具体的，在该步骤中，主动托架的电机有4个，所述上位机系统1向4个伺服驱动器发送控制指令。伺服驱动器接收控制指令后传输控制指令至主动托架的电机(图2所示为伺服电机)，四个电机配合使得筒段a旋转。当焊缝的起始点b位于筒段圆形面的最下方中心点c时，上位机系统1产生控制指令使得主动托架的电机停止转动，进而，停止筒段a的旋转。在此种情况下，上位机系统1控制摄像头9对焊缝的起始点b进行拍照以获得焊缝起始点的图像，并将该图像存储。筒段a停止旋转后，上位机系统1向导向杆动力装置发出控制信号使得导向杆动力装置驱动导向杆前进。导向杆前进进而使得位于导向杆端部的打磨头进给至焊缝打磨的起始点b，使得打磨头的砂带中心线与筒段的边缘重合。

第四步：启动打磨头电机，柔顺压紧装置5换向，打磨头11与焊缝b表面接触，启动进给设备(即导向杆动力装置)和主动托架的电机，以匹配的速度运动；在该步骤中，上位机系统1向伺服驱动器发出控制指令，伺服控制器驱动打磨头电机使得打磨头电机转动，另外，上位机系统1还向模拟量模块6发出换向指令，所述柔顺压紧装置在该换向指令的作用下换向，之后，打磨头11与焊缝b的表面接触。在本实施方式中，焊缝l的形状是圆柱螺旋线，对应的方程为：

其中，其中a为圆柱的半径，p为螺旋线的螺距，ω为筒段的角速度。相应的，打磨头的运动轨迹也是圆柱螺旋线。上位机系统1分别向伺服驱动器发出旋转的控制指令和进给的控制指令。导向杆动力装置接收进给指令控制导向杆以一定的速度进给。主动托架的电机接收旋转的控制指令而控制筒段旋转。在前述指令的控制下，筒段的旋转速度和导向杆12的进给速度相匹配，在本发明中，所述匹配是指筒段的旋转速度和所述进给速度成比例，更为具体的是，所述进给速度与筒段旋转角速度的比例为p/2π，当筒段以ω角速度旋转了一圈即360°，则其对应的进给距离为一个螺距p。技术人员可以理解，在导向杆进给及筒段旋转的过程中，位于导向杆的端部的打磨头被打磨头电机驱动对焊缝进行打磨。打磨头电机被伺服驱动器驱动，可以理解，驱动该伺服驱动器的控制信号来自于所述上位机系统1。

第五步：检测旋转编码器8的速度反馈，是否与电机输出的速度相匹配，如果旋转速度为0，则停止打磨，排除异常；若旋转速度小于设定的速度，则调整进给的速度，使进给的速度匹配旋转的速度，以继续加工；在该步骤中，该编码器采集筒段的旋转速度，传输该旋转速度至所述上位机系统，所述上位机系统比较该速度和导向杆的进给速度是否匹配，在不匹配的情况下，产生控制指令给所述控制器以调整进给速度。更为具体的是，控制器对旋转编码器8反馈的脉冲进行计数并反馈显示于上位机系统1，脉冲数可以看作是位置值，而单位时间内的脉冲数，对应即为旋转的速度。所述异常包括所述偏移量超过阈值的情况下或者在筒段的旋转速度等于零的情况下等，在出现异常的情况下，产生报警信号，所述数字量模传输该报警信号至报警阀，该报警阀基于该报警信号报警。

第六步：检测打磨过程中反馈的焊缝图片，若是检测到偏移量超过打磨头砂带宽度的一半时，则进给的位置需要根据此时的偏移量进行在线补偿；在该步骤中，摄像头获得焊缝的图片，传输该焊缝的图片至所述上位机系统1。上位机系统1从该焊缝的图像和预存的焊缝起始点的图像获得焊缝的偏移量，在该偏移量超过阈值的情况下，在线补偿该偏移量。在一种具体的实施方案中，所述阈值为打磨头砂带宽度的一半。在线补偿偏移量包括在线调整导向杆位置，使得打磨头砂带位置中心与焊缝中心重叠。

第七步：在异常排除之后继续加工，直至进给距离达到设定位置，加工完成。

第八步：准备下一个筒段的打磨加工，重复开始第二步至第六步对该筒段进行加工打磨。

基于上述方法，本领域技术人员还可以理解，本发明还公开一种内壁螺旋线焊缝打磨控制系统，其特征是：该控制系统包括上位机系统、控制器和摄像头。所述控制器和上位机系统连接，接收来自上位机系统的控制指令以控制筒段的旋转速度和导向杆上的打磨头的进给速度以使得旋转速度和进给速度匹配。所述摄像头与上位机系统连接，获得焊缝起始点的图像及实时获得打磨过程中焊缝的图像，传输起始点的图像和实时获得的图像至所述上位机系统。所述上位机系统从该焊缝的图像和预存的焊缝起始点的图像获得焊缝的偏移量，在该偏移量超过阈值的情况下，向所述控制器发出控制指令以在线补偿该偏移量。在进一步方案中，所述系统还包括旋转编码器，该编码器采集筒段的旋转速度，传输该旋转速度至所述上位机系统，所述上位机系统比较该速度和导向杆的进给速度是否匹配，在不匹配的情况下，产生控制指令给所述控制器以调整进给速度。在进一步方案中，所述在线补偿该偏移量包括在线调整导向杆位置，使得打磨头砂带位置中心与焊缝中心重叠。在进一步方案中，该系统还包括模拟量模块和柔顺压紧装置，其中，模拟量模块连接于所述上位机系统和柔顺压紧装置，传输来自上位机系统的压紧指令至所述柔顺压紧装置，该柔顺压紧装置基于该压紧指令压紧所述筒段。在进一步方案中，该系统还包括数字量模块和报警阀，该数字量模块连接于上位机系统和报警阀，所述上位机系统在所述偏移量超过阈值的情况下或者在筒段的旋转速度等于零的情况下产生报警信号，所述数字量模传输该报警信号至报警阀，该报警阀基于该报警信号报警。

综上所述，本发明内壁螺旋线焊缝打磨控制方法及系统至少具有如下优点：

1、在打磨过程中，通过摄像头检测焊缝的图像，比较焊缝的图像与预存的焊缝初始位置的图像得到偏移量，在偏移量超过阈值的情况下，在线补偿偏移量，通过这种方式，实现焊缝的精准定位，进而，实现螺旋线焊缝的高精度、高效率的自动打磨。

2、通过使得筒段的旋转速度与导向杆的进给速度成比例，达到速度匹配，进一步实现螺旋线焊缝的高精度、高效率的自动打磨。

3、如果打磨过程中出现打滑，则，上位机系统向模拟量模块传输压紧指令，该柔顺压紧装置基于该压紧指令压紧所述筒段，解决筒段打滑的问题。

4、由于旋转编码器实时监测筒段的旋转速度，传输筒段的速度至上位机系统。上位机系统比较该速度和导向杆的进给速度是否匹配，在不匹配的情况下，产生控制指令给所述控制器以调整进给速度。通过这种方式，解决筒段不按照指定的速度旋转的问题，进一步实现焊缝的高精度和高效率的自动打磨。