一种围护系统主屏蔽波纹板焊接的焊缝检测装置及方法与流程

1.本发明涉及一种围护系统主屏蔽波纹板焊接的焊缝检测装置及方法，尤其是用于mark
ꢀⅲ
型围护系统主屏蔽波纹板焊接的焊缝检测，属于焊缝检测技术领域。


背景技术：

2.随着全球气候变暖、环境污染问题日益严峻，我国对清洁能源的需求越来越多，天然气作为一种清洁能源，其进口的需求越来越大。采用lng运输船舶以及lng加注船是运输天然气的主要方式之一，mark
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型围护系统即是这两种lng船制造的理想选择，亦可广泛应用于陆上lng储罐的建设。mark
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型货物围护系统的主屏壁为1.2mm厚的不锈钢波纹板焊接而成，而波纹板在自动焊接时，由于波纹板结构复杂，自动化焊接难度大。因此，需要焊接坡口检测装置跟踪焊接过程，实时修正焊接偏差，保证焊接质量。
3.韩国专利kr102112527b1，提出了一种自动化焊接设备，其主要通过接触传感技术对焊缝位置的检测，传感器接触端容易磨损，并且焊接过程中焊缝附近环境温度变高，影响传感精度，另外接触传感器与焊枪位置较远，也影响设备跟踪精度。激光传感技术具有不接触焊缝、检测精度和灵敏度高等特点而被广泛关注和研究，例如中国专利“自动检测跟踪焊缝的方法”，专利号“201410274271.6”，采用激光传感技术实现焊接焊缝坡口跟踪。
4.不锈钢波纹板每个波纹存在至少五个曲率，焊接过程包含了水平、旋转、上坡、下坡等多种运动形式，由于焊缝位置变化，采用激光传感技术进行检测时，不可避免地出现在特定位置上，镜面反射光进入摄像头而产生高光现象，使得ccd相机芯片饱和，或是摄像头不能采集到反射的光线，干扰成像质量，影响跟踪效果。另外焊缝为搭接接头，板厚较薄，焊缝位置特征不明显，并且不锈钢容易反光，因此常规的激光传感装置不能直接应用于mark
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型货物围护系统的波纹板焊接跟踪。


技术实现要素：

5.本发明目的是提供一种围护系统主屏蔽波纹板焊接的焊缝检测装置及方法，避免波纹板焊接坡口检测时的高反光问题,实现焊接坡口有效、可靠的高精度检测，满足波纹板高质量自动化焊接要求，解决了背景技术中存在的问题。
6.本发明的技术方案是：一种围护系统主屏蔽波纹板焊接的焊缝检测装置，包含外壳、支架、激光源、摄像头一、摄像头二、反光镜一和反光镜二，外壳内设有支架、激光源、摄像头一、摄像头二、反光镜一和反光镜二，激光源垂直设置在支架上，摄像头一和摄像头二对称设置在激光源两侧的支架上，反光镜一和反光镜二分别设置在摄像头一和摄像头二下方，并分别与摄像头一和摄像头二的中心线形成夹角α1和α2；外壳的下端面依次设有孔一、孔二和孔三，孔一、孔二和孔三分别与摄像头一、激光源和摄像头二相对应，孔一和孔三内均设置滤光片；激光源发射激光束通过孔二发射到波纹板焊接位置，激光束经漫反射分别通过孔一和孔三进入摄像头一和摄像头二内。
7.所述外壳内部侧面设有水冷通道一、水冷通道二和连通水道，水冷通道一和水冷通道二通过连通水道连通，外壳顶部设有快速接头一和快速接头二，水冷通道一与快速接头一连接，水冷通道二与快速接头二连接。
8.所述外壳底部设置遮挡板，遮挡板为u型结构，设置在孔一和孔二周围，u型结构开口朝向孔三。激光束通过孔二发射到波纹板焊接位置，遮光板起遮挡作用，使激光束经漫反射分别通过孔一和孔三进入摄像头一和摄像头二内。
9.所述u型结构由两个弧形板和一个矩形板连接而成，两个弧形板对称设置在矩形板两端。
10.所述外壳上设有盖板。
11.所述反光镜一和反光镜二分别与摄像头一和摄像头二的中心线形成的夹角α1和α2均为5
°
～45
°
。
12.所述激光源为线激光，激光源发射的激光束宽度为80nm～300nm，激光功率为0～150mw，波长为660nm，聚焦位置线宽为50～200um。
13.所述摄像头一和摄像头二均与控制系统连接，控制系统与焊接机构连接，摄像头一和摄像头二的ccd尺寸为1/4～1/2 inch，像素为1～10mp；镜头为无畸变镜头。
14.一种围护系统主屏蔽波纹板焊接的焊缝检测方法，采用上述检测装置，包含如下步骤：在检测过程中，焊缝检测装置与焊枪在波纹板上沿焊接方向同步运动，激光源发射激光束经孔二至波纹板焊接位置，激光束经漫反射后通过孔一和孔三分别进入摄像头一和摄像头二内，摄像头一和摄像头二内将采集结果反馈至控制系统，经控制系统处理后，经数据传输至焊接机构，修正焊接偏差，保证焊接质量；焊接过程中对外壳进行水冷，冷却水经快速接头一进入水冷通道一内，并经连通水道进入水冷通道二内，然后从快速接头二中流出，进行快速冷却，保证使用稳定性。
15.具体有两种方式：方式一：所述波纹板包含a-g区域，在区域a-d区域，开启摄像头一，在e-g区域，开启摄像头二，分别将采集结果反馈至控制系统，修正焊接偏差。
16.方式二：摄像头一和摄像头二同时开启，自动选择摄像头一和摄像头二中最清晰的一个摄像头采集的信息，即当一只摄像头出现高反光现象时，或不能采集到光线时，另一摄像头仍正常采集信息，并将采集结果反馈至控制系统，修正焊接偏差。
17.本发明的有益效果是：避免波纹板焊接坡口检测时的高反光问题,实现焊接坡口有效、可靠的高精度检测，满足波纹板高质量自动化焊接要求。
附图说明
18.图1为本发明结构示意图；图2为本发明仰视图；图3为图2的a-a向示意图；图4为图2的b-b向示意图；图5为本发明波纹板各区间结构示意图；图中：外壳1、盖板2、遮挡板4、激光源6、支架7、滤光片9、水冷通道一12、水冷通道二13、连通水道14、快速接头一31、快速接头二32、摄像头一51、摄像头二52、反光镜一81、反
光镜二82、激光束路径l。
具体实施方式
19.以下结合附图，通过实施例对本发明做进一步的说明。
20.一种围护系统主屏蔽波纹板焊接的焊缝检测装置，包含外壳1、支架7、激光源6、摄像头一51、摄像头二52、反光镜一81和反光镜二82，外壳1内设有支架7、激光源6、摄像头一51、摄像头二52、反光镜一81和反光镜二82，激光源6垂直设置在支架7上，摄像头一51和摄像头二52对称设置在激光源6两侧的支架上，反光镜一81和反光镜二82分别设置在摄像头一51和摄像头二52下方，并分别与摄像头一51和摄像头二52的中心线形成夹角α1和α2；外壳1的下端面依次设有孔一、孔二和孔三，孔一、孔二和孔三分别与摄像头一51、激光源6和摄像头二52相对应，孔一和孔三内均设置滤光片9；激光源6发射激光束通过孔二发射到波纹板焊接位置，激光束经漫反射分别通过孔一和孔三进入摄像头一51和摄像头二52内。
21.所述外壳1内部侧面设有水冷通道一12、水冷通道二13和连通水道14，水冷通道一12和水冷通道二13通过连通水道14连通，外壳1顶部设有快速接头一31和快速接头二32，水冷通道一12与快速接头一31连接，水冷通道二13与快速接头二32连接。
22.所述外壳底部设置遮挡板4，遮挡板为u型结构，设置在孔一和孔二周围，u型结构开口朝向孔三。激光束通过孔二发射到波纹板焊接位置，遮光板起遮挡作用，使激光束经漫反射分别通过孔一和孔三进入摄像头一51和摄像头二52内。
23.所述u型结构由两个弧形板和一个矩形板连接而成，两个弧形板对称设置在矩形板两端。
24.所述外壳1上设有盖板2。
25.所述反光镜一81和反光镜二82分别与摄像头一51和摄像头二52的中心线形成的夹角α1和α2均为5
°
～45
°
。
26.所述激光源为线激光，激光源发射的激光束宽度为80nm～300nm，激光功率为0～150mw，波长为660nm，聚焦位置线宽为50～200um。
27.所述摄像头一51和摄像头二52均与控制系统连接，控制系统与焊接机构连接，摄像头一51和摄像头二52的ccd尺寸为1/4～1/2 inch，像素为1～10mp；镜头为无畸变镜头。
28.一种围护系统主屏蔽波纹板焊接的焊缝检测方法，采用上述检测装置，包含如下步骤：在检测过程中，焊缝检测装置与焊枪在波纹板上沿焊接方向同步运动，激光源发射激光束经孔二至波纹板焊接位置，激光束经漫反射后通过孔一和孔三分别进入摄像头一51和摄像头二52内，摄像头一51和摄像头二52内将采集结果反馈至控制系统，经控制系统处理后，经数据传输至焊接机构，修正焊接偏差，保证焊接质量；焊接过程中对外壳1进行水冷，冷却水经快速接头一31进入水冷通道一12内，并经连通水道14进入水冷通道二13内，然后从快速接头二32中流出，进行快速冷却，保证使用稳定性。
29.具体有两种方式：方式一：所述波纹板包含a-g区域，在区域a-d区域，开启摄像头一，在e-g区域，开启摄像头二，分别将采集结果反馈至控制系统，修正焊接偏差。
30.方式二：摄像头一51和摄像头二52同时开启，自动选择摄像头一51和摄像头二52中最清晰的一个摄像头采集的信息，即当一只摄像头出现高反光现象时，或不能采集到光
线时，另一摄像头仍正常采集信息，并将采集结果反馈至控制系统，修正焊接偏差。
31.本实施例中，参照附图1-4，外壳1内安装支架7，外壳内左右两侧壁上分别设置反光镜二82和反光镜一81，外壳右下端安装遮挡板4，外壳下端面从左至右依次设有孔三、孔二和孔一，孔一和孔三内均安装滤光片9，外壳上安装盖板2；激光源6垂直安装于支架7上，摄像头一51和摄像头二52安装在支架7上，并对称分布在激光源6两侧，反光镜一81与摄像头一51的夹角α1为5
°‑
45
°
，反光镜二82与摄像头二52的夹角α2为5
°‑
45
°
；外壳内部侧面设有水冷通道一12、水冷通道二13和连通水道14，水冷通道一12和水冷通道二13通过连通水道14连通，外壳顶部设有快速接头一31和快速接头二32，水冷通道一12与快速接头一31连接，水冷通道二13与快速接头二32连接。
32.本发明避免波纹板焊接坡口检测时的高反光问题,实现焊接坡口有效、可靠的高精度检测，满足波纹板高质量自动化焊接要求。

技术特征：
1.一种围护系统主屏蔽波纹板焊接的焊缝检测装置，其特征在于：包含外壳（1）、支架（7）、激光源（6）、摄像头一（51）、摄像头二（52）、反光镜一（81）和反光镜二（82），外壳（1）内设有支架（7）、激光源（6）、摄像头一（51）、摄像头二（52）、反光镜一（81）和反光镜二（82），激光源（6）垂直设置在支架（7）上，摄像头一（51）和摄像头二（52）对称设置在激光源（6）两侧的支架上，反光镜一（81）和反光镜二（82）分别设置在摄像头一（51）和摄像头二（52）下方，并分别与摄像头一（51）和摄像头二（52）的中心线形成夹角α1和α2；外壳（1）的下端面依次设有孔一、孔二和孔三，孔一、孔二和孔三分别与摄像头一（51）、激光源（6）和摄像头二（52）相对应，孔一和孔三内均设置滤光片（9）；激光源（6）发射激光束通过孔二发射到波纹板焊接位置，激光束经漫反射分别通过孔一和孔三进入摄像头一（51）和摄像头二（52）内。2.根据权利要求1所述的一种围护系统主屏蔽波纹板焊接的焊缝检测装置，其特征在于：所述外壳（1内部侧面设有水冷通道一（12）、水冷通道二（13）和连通水道（14），水冷通道一（12）和水冷通道二（13）通过连通水道（14）连通，外壳（1）顶部设有快速接头一（31）和快速接头二（32），水冷通道一（12）与快速接头一（31）连接，水冷通道二（13）与快速接头二（32）连接。3.根据权利要求1或2所述的一种围护系统主屏蔽波纹板焊接的焊缝检测装置，其特征在于：所述外壳底部设置遮挡板（4），遮挡板为u型结构，设置在孔一和孔二周围，u型结构开口朝向孔三。4.根据权利要求3所述的一种围护系统主屏蔽波纹板焊接的焊缝检测装置，其特征在于：所述u型结构由两个弧形板和一个矩形板连接而成，两个弧形板对称设置在矩形板两端。5.根据权利要求1或2所述的一种围护系统主屏蔽波纹板焊接的焊缝检测装置，其特征在于：所述外壳（1）上设有盖板（2）。6.根据权利要求1或2所述的一种围护系统主屏蔽波纹板焊接的焊缝检测装置，其特征在于：所述反光镜一（81）和反光镜二（82）分别与摄像头一（51）和摄像头二（52）的中心线形成的夹角α1和α2均为5
°
～45
°
。7.一种围护系统主屏蔽波纹板焊接的焊缝检测方法，采用权利要求1-6任意一项所限定的检测装置，包含如下步骤：在检测过程中，焊缝检测装置与焊枪在波纹板上沿焊接方向同步运动，激光源发射激光束经孔二至波纹板焊接位置，激光束经漫反射后通过孔一和孔三分别进入摄像头一（51）和摄像头二（52）内，摄像头一（51）和摄像头二（52）内将采集结果反馈至控制系统，经控制系统处理后，经数据传输至焊接机构，修正焊接偏差，保证焊接质量；焊接过程中对外壳1进行水冷，冷却水经快速接头一（31）进入水冷通道一（12）内，并经连通水道（14）进入水冷通道二（13）内，然后从快速接头二（32）中流出，进行快速冷却，保证使用稳定性。8.根据权利要求7所述的一种围护系统主屏蔽波纹板焊接的焊缝检测方法，其特征在于：所述波纹板包含a-g区域，在区域a-d区域，开启摄像头一，在e-g区域，开启摄像头二，分别将采集结果反馈至控制系统，修正焊接偏差。9.根据权利要求7所述的一种围护系统主屏蔽波纹板焊接的焊缝检测方法，其特征在于：摄像头一（51）和摄像头二（52）同时开启，自动选择摄像头一（51）和摄像头二（52）中最清晰的一个摄像头采集的信息，即当一只摄像头出现高反光现象时，或不能采集到光线时，
另一摄像头仍正常采集信息，并将采集结果反馈至控制系统，修正焊接偏差。

技术总结
本发明涉及一种围护系统主屏蔽波纹板焊接的焊缝检测装置及方法，属于焊缝检测技术领域。技术方案是：激光源（6）垂直设置在支架（7）上，摄像头一（51）和摄像头二（52）对称设置在激光源两侧的支架上，反光镜一（81）和反光镜二（82）分别设置在摄像头一和摄像头二下方，并分别与摄像头一和摄像头二的中心线形成夹角；外壳（1）的下端面依次设有孔一、孔二和孔三，孔一和孔三内均设置滤光片（9）；激光源发射激光束通过孔二发射到波纹板焊接位置，激光束经漫反射分别通过孔一和孔三进入摄像头一和摄像头二内。本发明避免波纹板焊接坡口检测时的高反光问题,实现焊接坡口有效、可靠的高精度检测，满足波纹板高质量自动化焊接要求。满足波纹板高质量自动化焊接要求。满足波纹板高质量自动化焊接要求。


技术研发人员：毕学松 张林 邓贺 董传阳
受保护的技术使用者：唐山开元自动焊接装备有限公司
技术研发日：2021.11.29
技术公布日：2022/3/8