螺旋管埋弧焊焊缝自动跟踪系统分析

摘要：进入二十世纪以来，我国的石油工业以及管道建设得到了长足的发展，而螺旋管埋弧焊焊缝系统的发展也在不断的深入。与此同时，高压、长距离的管道输送对管道技术亦提出了更高的要求。因此不管是使用钢管的业主还是生产钢管的厂家对螺旋管埋弧焊焊缝技术都十分的重视。焊缝技术的自动跟踪系统是近年来关于解决内焊焊偏问题的一个新命题，对于解决焊偏问题具有极其重要的意义。

关键词：螺旋管埋弧焊焊缝技术 自动跟踪 系统分析

在焊接技术自动化以及智能化的发展过程当中，焊缝跟踪系统的应用在管道技术当中开始显得愈发的重要起来。而螺旋埋弧焊钢管作为石油以及管道建设事业当中的重要的零部件之一，其灵活方便，重量轻且成本较低的特点越来越引起了行业的重视。螺旋埋弧焊钢管在整个焊接的过程当中，由于钢板的横向串动、角度的调整以及所用设备的精确度等原因，常常会使的在焊距与焊缝之间出现一定的偏差，进而导致所生产的钢管出现质量问题。所以为了提高焊接质量，减少焊距和焊缝之间的偏差，就必须发展螺旋管埋弧焊焊缝自动跟踪技术。

一、螺旋管焊焊缝自动跟踪系统结构设计

1、螺旋管焊缝自动跟踪系统的工作原理

螺旋管焊缝自动跟踪系统的工作原理主要是通过，利用CCD摄像头垂直于焊缝的4至5cm处，进行焊缝图像的采集，然后在通过图像采集卡将信息传到计算机上，再利用由VB编写的图像处理软件对图像进行监控和处理。之后还要借助于PLC控制器进行纠偏。具体而言，一个系统主要由四部分组成：

（1）控制部分：这一部分重点包括PLC的下位机，进行控制电机的驱动。由于设计要方便相关人员的操作，因此还必须要根据操作台的尺寸进行设计，并需要配置吊耳。在整个控制的面板之上还需要设计出自动转换的开关、指示灯、急停按钮等等。

（2）机械部分：机械部分主要由十字滑动平台以及两个直流电机组成。十字滑动平台主要有横向与纵向两种导轨，而直流电机则主要用于进行控制驱动。

（3）焊机：关于焊机的设计并不需要额外准备，只要按实际要求即可。

（4）图像处理软件：主要是用VB程序编写而成的，其处理的方法主要包括柔化、二值化等等。

2、螺旋管焊缝自动跟踪系统的硬件组成

螺旋管焊缝自动跟踪系统的硬件组成主要包括CCD视觉传感器、图像采集卡、可编程控制器以及直流调速器四个部分组成。其中CCD视觉传感器是整个螺旋管焊缝自动跟踪系统最为关键的部分。在使用当中，应该用软蛇管对传感器的数据线进行保护，在一定程度上可以避免设备的磨损问题。而在图像采集卡方面，一定要注意将采集到的信息存在电脑的显存当中，从根本上提高图像的处理速度。此外，直流调速器的技术参数应主要包括：模拟输出、数字输出、数字输入、电位器调整以及开关调整五个方面。

二、螺旋管焊缝自动跟踪系统二维控制系统的设计

1、螺旋管焊缝自动跟踪系统的硬件设计

硬件设计主要包括PLC电气控制设计、内存地址分配以及直流调速三个方面，具体分析如下：

（1）PLC电气控制主要用于对直流电机的调速进行有效的控制，实现螺旋管焊缝自动跟踪软件的可调性，主要包括输入电路和输出电路两个方面。

（2）PIC的内存地址分配主要指的是，由于该控制器需要完成机械控制、信息输入等多个功能，所以需要7个量输入和输出开关，为了适应复杂的生产环境，关于控制系统的操作也必须分为手动以及自动两种。

（3）在直流调速方面主要可以分为两种调速方式，一种为手动调节，主要指直接通过手动的方式接通电路当中的电阻，而另一种则为模块控制，它直接可以在螺旋管焊缝自动跟踪系统的界面进行对整个电机的调整。

2、螺旋管焊缝自动跟踪系统的软件设计

关于螺旋管焊缝自动跟踪系统的软件设计主要包括以下两个方面：一是VB图像处理软件以及PLC与VB间的链接，二是下位机的二维控制系统。

（1）VB图像处理软件主要指的是VB6.0，因为该软件可以较好的满足螺旋管焊缝自动跟踪系统的需求：其一，该软件具有很好的实时性；其二，VB图像处理软件在对图像进行处理之后，可以和原图进行比对；其三在VB图像处理软件当中，可以直接进行焊缝偏差的校正。除此之外该软件还具有报警、自动调节大小、处理图像等诸多的功能。

（2）PLC通讯程序设计以及VB通讯设计。在PLC通讯设计当中，并不包括其与互联网的连接问题，因为在整个程序当中的主要工作是，上位机进行图像的分析，之后在将偏差的结果下传与下位机。而PLC通讯传输信息的主要步骤包括：步进电机的转向控制信息，结束位标志，开始位标志。VB通讯程序的设计则主要包括Settings属性、PortOpen属性、Input属性以及Output属性四个部分。

三、螺旋管焊缝自动跟踪系统的图像采集和分析处理

1、焊缝图像的采集

焊缝图像的采集可采用大恒CG300，该设备的功能非常强大，可以把图像信息直接放到屏幕之上或是存入内存当中，而且还不占用机器的内存。其工作的原理为，首先通过多种通道进行图像的采集，然后经由变换器，将得到的图像转化为数字图像；之后数字图像会被送到数据缓存器当中；最后再经过一系列的转换存储在电脑的显存当中。

在系统的运行当中，需要将图像信息设定为缓冲区的大小。在形成的数组当中，每一个值便可以代表一个像素。同时，为了方便对图像进行调用，需要将图像的宽度定义为360个像素，再通过For循环使得一维的数组转变为二维的数组，然后再进行下一步的处理。

2、焊缝图像的仿真设计

焊缝图像的仿真设计首先需要在现实的工厂当中采集实验的数据，因为现实的工作环境与实验还是有很大的区别。比如在对程序进行编写和调试的过程中，工厂车间嘈杂或是混乱的环境都会对工人的操作和工作的效率造成很大的影响，进而可能在跟踪的过程当中，出现许多问题。而利用焊缝图像的仿真程序，则会降低开发的难度，提高开发的效率。

（1）影像仿真设计

关于影像仿真的设计首先需要读取焊接的录像，藉此获得真实过程的焊接图像。影像仿真程序的编写主要包括AVI录像的录制、图像的捕捉以及播放三个部分。出于方便工作人员操作的角度考虑，应该将左侧设置为录像播放窗口，而右侧则为处理窗口，以使其左右对应。

（2）AVI图像的录制与播放

在现实的工厂作业当中，由于存在着各种复杂的因素，所以需要对光暗程度的不同环境进行分别的录制。在整个影像的播放过程当中，仿真程序应当设计随机播放的功能，使其模拟出不同的生产的实际情况，以便更加真实的反应生产过程。

3、焊缝跟踪图像的处理

焊缝跟踪图像处理主要是为了解决焊缝边缘从焊缝图像背景当中如何分离的问题。换句话说，就是要能够直接定位出焊缝边缘线的位置。为了解决采集的图像可能出现的噪音和雪花点的干扰问题，需要进行对图像的预处理。在经过图像的预处理之后，还需要经过中值滤波法、邻域平均法以及拉普拉斯锐化法等方法，通过垂直投影方法以及焊缝的边缘检测，才能够实现对图像的跟踪处理。

结语

螺旋管埋弧焊焊缝自动跟踪系统是石油以及管道建设行业当中的一大创举，不仅有利于解决焊接质量以及增加产能的目的，而且还能够有效的提高焊接的自动化程度。螺旋管埋弧焊焊缝自动跟踪系统在实际的应用当中，还存在有一定的问题，还需要进一步深入的研究。

参考文献：

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[2] 庞红印.我国油气管道焊接技术发展综述[J].现代焊接，2009（2）.

[3] 王力，王胜华.机器人焊接轨迹自动跟踪视觉技术研究[J].电焊机.2009.

范剑秋，男，1985年8月，汉族，籍贯：辽宁省阜新市，本科学历，助理工程师，研究方向：螺旋焊管制造。