螺旋管埋弧焊焊縫自動跟蹤系統(tǒng)分析

摘要：進(jìn)入二十世紀(jì)以來，我國的石油工業(yè)以及管道建設(shè)得到了長足的發(fā)展，而螺旋管埋弧焊焊縫系統(tǒng)的發(fā)展也在不斷的深入。與此同時，高壓、長距離的管道輸送對管道技術(shù)亦提出了更高的要求。因此不管是使用鋼管的業(yè)主還是生產(chǎn)鋼管的廠家對螺旋管埋弧焊焊縫技術(shù)都十分的重視。焊縫技術(shù)的自動跟蹤系統(tǒng)是近年來關(guān)于解決內(nèi)焊焊偏問題的一個新命題，對于解決焊偏問題具有極其重要的意義。

關(guān)鍵詞：螺旋管埋弧焊焊縫技術(shù) 自動跟蹤 系統(tǒng)分析

在焊接技術(shù)自動化以及智能化的發(fā)展過程當(dāng)中，焊縫跟蹤系統(tǒng)的應(yīng)用在管道技術(shù)當(dāng)中開始顯得愈發(fā)的重要起來。而螺旋埋弧焊鋼管作為石油以及管道建設(shè)事業(yè)當(dāng)中的重要的零部件之一，其靈活方便，重量輕且成本較低的特點越來越引起了行業(yè)的重視。螺旋埋弧焊鋼管在整個焊接的過程當(dāng)中，由于鋼板的橫向串動、角度的調(diào)整以及所用設(shè)備的精確度等原因，常常會使的在焊距與焊縫之間出現(xiàn)一定的偏差，進(jìn)而導(dǎo)致所生產(chǎn)的鋼管出現(xiàn)質(zhì)量問題。所以為了提高焊接質(zhì)量，減少焊距和焊縫之間的偏差，就必須發(fā)展螺旋管埋弧焊焊縫自動跟蹤技術(shù)。

一、螺旋管焊焊縫自動跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、螺旋管焊縫自動跟蹤系統(tǒng)的工作原理

螺旋管焊縫自動跟蹤系統(tǒng)的工作原理主要是通過，利用CCD攝像頭垂直于焊縫的4至5cm處，進(jìn)行焊縫圖像的采集，然后在通過圖像采集卡將信息傳到計算機(jī)上，再利用由VB編寫的圖像處理軟件對圖像進(jìn)行監(jiān)控和處理。之后還要借助于PLC控制器進(jìn)行糾偏。具體而言，一個系統(tǒng)主要由四部分組成：

（1）控制部分：這一部分重點包括PLC的下位機(jī)，進(jìn)行控制電機(jī)的驅(qū)動。由于設(shè)計要方便相關(guān)人員的操作，因此還必須要根據(jù)操作臺的尺寸進(jìn)行設(shè)計，并需要配置吊耳。在整個控制的面板之上還需要設(shè)計出自動轉(zhuǎn)換的開關(guān)、指示燈、急停按鈕等等。

（2）機(jī)械部分：機(jī)械部分主要由十字滑動平臺以及兩個直流電機(jī)組成。十字滑動平臺主要有橫向與縱向兩種導(dǎo)軌，而直流電機(jī)則主要用于進(jìn)行控制驅(qū)動。

（3）焊機(jī)：關(guān)于焊機(jī)的設(shè)計并不需要額外準(zhǔn)備，只要按實際要求即可。

（4）圖像處理軟件：主要是用VB程序編寫而成的，其處理的方法主要包括柔化、二值化等等。

2、螺旋管焊縫自動跟蹤系統(tǒng)的硬件組成

螺旋管焊縫自動跟蹤系統(tǒng)的硬件組成主要包括CCD視覺傳感器、圖像采集卡、可編程控制器以及直流調(diào)速器四個部分組成。其中CCD視覺傳感器是整個螺旋管焊縫自動跟蹤系統(tǒng)最為關(guān)鍵的部分。在使用當(dāng)中，應(yīng)該用軟蛇管對傳感器的數(shù)據(jù)線進(jìn)行保護(hù)，在一定程度上可以避免設(shè)備的磨損問題。而在圖像采集卡方面，一定要注意將采集到的信息存在電腦的顯存當(dāng)中，從根本上提高圖像的處理速度。此外，直流調(diào)速器的技術(shù)參數(shù)應(yīng)主要包括：模擬輸出、數(shù)字輸出、數(shù)字輸入、電位器調(diào)整以及開關(guān)調(diào)整五個方面。

二、螺旋管焊縫自動跟蹤系統(tǒng)二維控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、螺旋管焊縫自動跟蹤系統(tǒng)的硬件設(shè)計

硬件設(shè)計主要包括PLC電氣控制設(shè)計、內(nèi)存地址分配以及直流調(diào)速三個方面，具體分析如下：

（1）PLC電氣控制主要用于對直流電機(jī)的調(diào)速進(jìn)行有效的控制，實現(xiàn)螺旋管焊縫自動跟蹤軟件的可調(diào)性，主要包括輸入電路和輸出電路兩個方面。

（2）PIC的內(nèi)存地址分配主要指的是，由于該控制器需要完成機(jī)械控制、信息輸入等多個功能，所以需要7個量輸入和輸出開關(guān)，為了適應(yīng)復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境，關(guān)于控制系統(tǒng)的操作也必須分為手動以及自動兩種。

（3）在直流調(diào)速方面主要可以分為兩種調(diào)速方式，一種為手動調(diào)節(jié)，主要指直接通過手動的方式接通電路當(dāng)中的電阻，而另一種則為模塊控制，它直接可以在螺旋管焊縫自動跟蹤系統(tǒng)的界面進(jìn)行對整個電機(jī)的調(diào)整。

2、螺旋管焊縫自動跟蹤系統(tǒng)的軟件設(shè)計

關(guān)于螺旋管焊縫自動跟蹤系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要包括以下兩個方面：一是VB圖像處理軟件以及PLC與VB間的鏈接，二是下位機(jī)的二維控制系統(tǒng)。

（1）VB圖像處理軟件主要指的是VB6.0，因為該軟件可以較好的滿足螺旋管焊縫自動跟蹤系統(tǒng)的需求：其一，該軟件具有很好的實時性；其二，VB圖像處理軟件在對圖像進(jìn)行處理之后，可以和原圖進(jìn)行比對；其三在VB圖像處理軟件當(dāng)中，可以直接進(jìn)行焊縫偏差的校正。除此之外該軟件還具有報警、自動調(diào)節(jié)大小、處理圖像等諸多的功能。

（2）PLC通訊程序設(shè)計以及VB通訊設(shè)計。在PLC通訊設(shè)計當(dāng)中，并不包括其與互聯(lián)網(wǎng)的連接問題，因為在整個程序當(dāng)中的主要工作是，上位機(jī)進(jìn)行圖像的分析，之后在將偏差的結(jié)果下傳與下位機(jī)。而PLC通訊傳輸信息的主要步驟包括：步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制信息，結(jié)束位標(biāo)志，開始位標(biāo)志。VB通訊程序的設(shè)計則主要包括Settings屬性、PortOpen屬性、Input屬性以及Output屬性四個部分。

三、螺旋管焊縫自動跟蹤系統(tǒng)的圖像采集和分析處理

1、焊縫圖像的采集

焊縫圖像的采集可采用大恒CG300，該設(shè)備的功能非常強(qiáng)大，可以把圖像信息直接放到屏幕之上或是存入內(nèi)存當(dāng)中，而且還不占用機(jī)器的內(nèi)存。其工作的原理為，首先通過多種通道進(jìn)行圖像的采集，然后經(jīng)由變換器，將得到的圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像；之后數(shù)字圖像會被送到數(shù)據(jù)緩存器當(dāng)中；最后再經(jīng)過一系列的轉(zhuǎn)換存儲在電腦的顯存當(dāng)中。

在系統(tǒng)的運(yùn)行當(dāng)中，需要將圖像信息設(shè)定為緩沖區(qū)的大小。在形成的數(shù)組當(dāng)中，每一個值便可以代表一個像素。同時，為了方便對圖像進(jìn)行調(diào)用，需要將圖像的寬度定義為360個像素，再通過For循環(huán)使得一維的數(shù)組轉(zhuǎn)變?yōu)槎S的數(shù)組，然后再進(jìn)行下一步的處理。

2、焊縫圖像的仿真設(shè)計

焊縫圖像的仿真設(shè)計首先需要在現(xiàn)實的工廠當(dāng)中采集實驗的數(shù)據(jù)，因為現(xiàn)實的工作環(huán)境與實驗還是有很大的區(qū)別。比如在對程序進(jìn)行編寫和調(diào)試的過程中，工廠車間嘈雜或是混亂的環(huán)境都會對工人的操作和工作的效率造成很大的影響，進(jìn)而可能在跟蹤的過程當(dāng)中，出現(xiàn)許多問題。而利用焊縫圖像的仿真程序，則會降低開發(fā)的難度，提高開發(fā)的效率。

（1）影像仿真設(shè)計

關(guān)于影像仿真的設(shè)計首先需要讀取焊接的錄像，藉此獲得真實過程的焊接圖像。影像仿真程序的編寫主要包括AVI錄像的錄制、圖像的捕捉以及播放三個部分。出于方便工作人員操作的角度考慮，應(yīng)該將左側(cè)設(shè)置為錄像播放窗口，而右側(cè)則為處理窗口，以使其左右對應(yīng)。

（2）AVI圖像的錄制與播放

在現(xiàn)實的工廠作業(yè)當(dāng)中，由于存在著各種復(fù)雜的因素，所以需要對光暗程度的不同環(huán)境進(jìn)行分別的錄制。在整個影像的播放過程當(dāng)中，仿真程序應(yīng)當(dāng)設(shè)計隨機(jī)播放的功能，使其模擬出不同的生產(chǎn)的實際情況，以便更加真實的反應(yīng)生產(chǎn)過程。

3、焊縫跟蹤圖像的處理

焊縫跟蹤圖像處理主要是為了解決焊縫邊緣從焊縫圖像背景當(dāng)中如何分離的問題。換句話說，就是要能夠直接定位出焊縫邊緣線的位置。為了解決采集的圖像可能出現(xiàn)的噪音和雪花點的干擾問題，需要進(jìn)行對圖像的預(yù)處理。在經(jīng)過圖像的預(yù)處理之后，還需要經(jīng)過中值濾波法、鄰域平均法以及拉普拉斯銳化法等方法，通過垂直投影方法以及焊縫的邊緣檢測，才能夠?qū)崿F(xiàn)對圖像的跟蹤處理。

結(jié)語

螺旋管埋弧焊焊縫自動跟蹤系統(tǒng)是石油以及管道建設(shè)行業(yè)當(dāng)中的一大創(chuàng)舉，不僅有利于解決焊接質(zhì)量以及增加產(chǎn)能的目的，而且還能夠有效的提高焊接的自動化程度。螺旋管埋弧焊焊縫自動跟蹤系統(tǒng)在實際的應(yīng)用當(dāng)中，還存在有一定的問題，還需要進(jìn)一步深入的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周利平，韓永剛.我國焊接自動化技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].科技信息，2011（19）.

[2] 龐紅印.我國油氣管道焊接技術(shù)發(fā)展綜述[J].現(xiàn)代焊接，2009（2）.

[3] 王力，王勝華.機(jī)器人焊接軌跡自動跟蹤視覺技術(shù)研究[J].電焊機(jī).2009.

范劍秋，男，1985年8月，漢族，籍貫：遼寧省阜新市，本科學(xué)歷，助理工程師，研究方向：螺旋焊管制造。