本發(fā)明涉及管道打磨的，具體為一種用于清潔發(fā)電廠過熱蒸汽管道外壁氧化層的環(huán)面外管道焊縫表面打磨裝置及其控制方法。

背景技術：

1、發(fā)電廠是利用煤炭產生高溫高壓過熱蒸汽發(fā)電，而用來輸送這高溫高壓過熱蒸汽的管道，往往因為高溫高壓過熱蒸汽會讓管道外壁產生氧化層。火電廠中的管道通過焊接連接，為避免安全隱患，火電廠需定期對管道焊縫進行檢測，清理焊縫周圍400mm區(qū)域的氧化層。而管道焊縫周圍氧化層是因為高溫高壓的蒸汽形成的，很難去除，一般采用工人手持打磨機進行去除，工作量大、打磨效率低，成本較高、打磨時間長。工人手持打磨機進行打磨工作，不但勞動強度大，而且存在安全隱患。本發(fā)明對此做出改進，設計一種管道自動打磨裝置，用于解決管道的氧化層問題，提高打磨工作效率，降低人工成本。

技術實現思路

1、本發(fā)明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種用于清潔發(fā)電廠過熱蒸汽管道外壁氧化層的環(huán)面外管道焊縫表面打磨裝置及其控制方法，該裝置以電磁控制爪夾，可沿管路軸向方向、待打磨管道圓周方向二個維度運動，以雙目相機進行視覺定位檢測焊縫點,實現不同直徑管道打磨工作場景應用。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案實現：

3、一種環(huán)面外管道焊縫表面打磨裝置，包括運動控制系統，用于控制打磨單元和抱臂單元運動；

4、打磨單元，用于對管道表面焊縫的識別以及管道全周的氧化層打磨，所述打磨單元設置在運動控制系統上；

5、所述打磨單元包括雙目立體視覺系統，用于對管道進行圖像采集，得到待打磨目標區(qū)域；還包括柔性打磨頭裝置，用于對管道表面多角度打磨；

6、抱臂單元，用于對管道固定，所述抱臂單元設置在運動控制系統上。

7、作為本發(fā)明進一步的方案：所述雙目立體視覺系統包括紅外測距傳感器、雙目相機；所述柔性打磨頭裝置包括柔性打磨頭、曲柄搖桿機構、柔性打磨頭及曲柄搖桿機構之間通過套筒連接，套筒內貫穿有彈簧。

8、作為本發(fā)明進一步的方案：所述雙目相機安裝在驅動箱內側，用于監(jiān)測所述柔性打磨頭與目標打磨區(qū)域的位移，所述紅外測距傳感器與雙目相機安裝在同一直線，用于檢測管道待打磨區(qū)域情況及打磨質量，并將信號反饋至控制器，通過曲柄搖桿機構的擺動調整柔性打磨頭裝置的工作進程。

9、作為本發(fā)明進一步的方案：所述抱臂單元由壓力傳感器組、電磁吸附裝置和機械臂組成；

10、所述電磁吸附裝置包括銜鐵、軛鐵、與銅線圈，銜鐵貫穿銅線圈中心，加入軛鐵后，銜鐵與軛鐵構成封閉磁路，固定蓋板和密封膠將整個裝置封閉；

11、電磁吸附裝置旁側安裝有第一感應式壓力傳感器、第二感應式壓力傳感器、第三感應式壓力傳感器與第四感應式壓力傳感器，用于檢測所述電磁吸附裝置與外管道之間的壓力變化，由于壓力變化導致的磁芯運動會改變傳感器感應電流，電流信號被轉換成可用信號饋至控制器，通過控制電磁吸附力的大小調節(jié)機械臂夾角，使所述抱臂單元與外管道張合。

12、作為本發(fā)明進一步的方案：所述機械臂組由第一內臂、第二內臂、第一外臂、第二外臂、第一套索、第二套索、第一滑輪與第二滑輪組成；所述第一內臂和第二內臂與驅動箱通過鉸鏈連接，所述第一內臂與第一外臂通過鉸鏈連接，所述第二內臂與第二外臂通過鉸鏈連接，所述第一滑輪安裝在第一內臂上的u型槽內，所述第二滑輪安裝在第二內臂上的u型槽內，所述第一套索和第二套索分布安裝在第一滑輪與第二滑輪上，且所述第一套索兩端分別固定在第一內臂與第一外臂上，所述第二套索兩端分別固定在第二內臂與第二外臂上。

13、作為本發(fā)明進一步的方案：所述運動控制系統由驅動箱、車輪組與車架組組成，所述驅動箱內依次設置有第一驅動電機、第二驅動電機、第三驅動電機與控制器。

14、作為本發(fā)明進一步的方案：所述車輪組由第一中心輪、第二中心輪、第一滾輪組、第二滾輪組、第三滾輪組、第四滾輪組與第五滾輪組組成，所述第一中心輪由第一驅動電機控制其進行周向或軸向擺動，所述第二中心輪由第二驅動電機控制其進行周向或軸向擺動，且與驅動箱連接的限位塊可限制第一中心輪與第二中心輪的擺動范圍；

15、所述第五滾輪組安裝在驅動箱上，所述第一滾輪組、第二滾輪組、第三滾輪組與第四滾輪組安裝在機械臂上，當所述第一中心輪與第二中心輪轉動時，其它滾輪組通過摩擦力的作用跟隨轉動，并產生相應的反作用力，從而使整個系統產生平移或旋轉的運動。

16、作為本發(fā)明進一步的方案：一種環(huán)面外管道焊縫表面的打磨質量檢測方法,包括以下步驟：

17、步驟一、將環(huán)面外管道焊縫表面打磨裝置安裝在管道上，并通過抱臂單元固定；

18、步驟二、啟動雙目立體視覺系統，對管道進行圖像采集，得到待打磨目標區(qū)域；開啟驅動電機撥轉至軸向，經由運動單元帶動打磨裝置移動至目標區(qū)域；打開驅動電機撥轉至軸向，經由中心輪組和滾輪組轉動實現周向環(huán)面運動；

19、步驟三、啟動打磨單元的第三驅動電機，打磨單元通過柔性打磨頭沖擊焊縫氧化層，實現管道全周的氧化層打磨工作；

20、步驟四、打磨完成后通過啟動雙目立體視覺系統對打磨后管道進行打磨質量檢測，未達到標準即重復步驟二、三直至完成指定區(qū)域內的環(huán)面焊縫表面打磨工作。

21、作為本發(fā)明進一步的方案：步驟二中，所述雙目立體視覺系統通過雙目相機對管道進行圖像采集標定，并對采集到的兩張初始圖像進行預處理得到第一預處理圖像和第二預處理圖像;對第一預處理圖像和第二預處理圖像分布進行圖像分割和特征對比,得到第一待打磨焊縫圖像和第二待打磨焊縫圖像;對第一待打磨焊縫圖像和第二待打磨焊縫圖像進行圖像融合,得到目標待打磨焊縫圖像和位姿;根據位姿關系和目標待打磨焊縫圖像,得到不符合區(qū)域坐標和管道直徑，調控打磨裝置需移動距離及偏移角度。

22、作為本發(fā)明進一步的方案：步驟四中，所述雙目立體視覺系統通過紅外測距傳感器對外管道氧化層進行距離檢測，輔助雙目相機計算出不合格區(qū)域坐標；機器視覺檢測質量通過深度學習的訓練數據集對打磨質量合格和不合格的進行采樣標定，然后拍照后機器學習就自動判定質量是否過關，對不符合標準的環(huán)面外管道焊縫氧化層再次進行打磨。

23、本發(fā)明的有益效果：

24、1）本發(fā)明主體采用鉸鏈連接的半開放式結構，待打磨管道無需進行調整，機器主體通過改變機械臂夾角張開或抱緊即可進行安裝。

25、2）采用壓力傳感器，電磁吸附裝置控制套索及滑輪機構確保滿足機械臂與管道接觸要求，采用雙目立體視覺系統觀察打磨頭工作范圍，紅外測距傳感器檢測目標區(qū)域焊縫氧化層厚度，保證打磨質量，避免打磨過程中可能發(fā)生的誤差。

26、3）外管道多功能打磨系統代替了傳統的手持打磨，相較傳統方法，可進行全方面地管道氧化層打磨，具有效率好、安全、易操作的優(yōu)點。

技術特征：

1.一種環(huán)面外管道焊縫表面打磨裝置，其特征在于，

2.根據權利要求1所述的一種環(huán)面外管道焊縫表面打磨裝置,其特征在于，所述雙目立體視覺系統包括紅外測距傳感器（37）、雙目相機（36）；所述柔性打磨頭裝置包括柔性打磨頭（2-1）、曲柄搖桿機構（2-2）、柔性打磨頭（2-1）及曲柄搖桿機構（2-2）之間通過套筒（2-4）連接，套筒（2-4）內貫穿有彈簧（2-3）。

3.根據權利要求2所述的一種環(huán)面外管道焊縫表面打磨裝置,其特征在于，所述雙目相機（36）安裝在驅動箱內側，用于監(jiān)測所述柔性打磨頭（2-1）與目標打磨區(qū)域的位移，所述雙目相機（36）與紅外測距傳感器（37）安裝在同一直線，用于檢測管道待打磨區(qū)域情況及打磨質量，并將信號反饋至控制器（32），通過曲柄搖桿機構（2-2）的擺動調整柔性打磨頭裝置（3）的工作進程。

4.根據權利要求1所述的一種環(huán)面外管道焊縫表面打磨裝置,其特征在于，所述抱臂單元由壓力傳感器組（4）、電磁吸附裝置（5）和機械臂組(6)成；

5.根據權利要求4所述的一種環(huán)面外管道焊縫表面打磨裝置,其特征在于，所述機械臂組（6）由第一內臂（9）、第二內臂（12）、第一外臂（23）、第二外臂（21）、第一套索（28）、第二套索（15）、第一滑輪（26）與第二滑輪（17）組成；所述第一內臂（9）和第二內臂（12）與驅動箱（3）通過鉸鏈連接，所述第一內臂（9）與第一外臂（23）通過鉸鏈連接，所述第二內臂（12）與第二外臂（21）通過鉸鏈連接，所述第一滑輪(26)安裝在第一內臂(9)上的u型槽內，所述第二滑輪（17）安裝在第二內臂（12）上的u型槽內，所述第一套索（28）和第二套索（15）分布安裝在第一滑輪（26）與第二滑輪（17）上，且所述第一套索（28）兩端分別固定在第一內臂（9）與第一外臂（23）上，所述第二套索（15）兩端分別固定在第二內臂（12）與第二外臂（21）上。

6.根據權利要求1所述的一種環(huán)面外管道焊縫表面打磨裝置,其特征在于，所述運動控制系統由驅動箱（3）、車輪組（7）與車架組（8）組成，所述驅動箱（3）內依次設置有第一驅動電機（29）、第二驅動電機（30）、第三驅動電機（31）與控制器（32）。

7.根據權利要求6所述的一種環(huán)面外管道焊縫表面打磨裝置,其特征在于，所述車輪組（7）由第一中心輪（33）、第二中心輪（34）、第一滾輪組（27）、第二滾輪組（16）、第三滾輪組（20）、第四滾輪組（22）與第五滾輪組（35）組成，所述第一中心輪（33）由第一驅動電機（29）控制其進行周向或軸向擺動，所述第二中心輪（34）由第二驅動電機（30）控制其進行周向或軸向擺動，且與驅動箱連接的限位塊可限制第一中心輪（33）與第二中心輪（34）的擺動范圍；

8.一種環(huán)面外管道焊縫表面的打磨質量檢測方法,其特征在于，采用權利要求1-7任一項所述的一種環(huán)面外管道焊縫表面打磨裝置，包括以下步驟：

9.根據權利要求8所述的一種環(huán)面外管道焊縫表面的打磨質量檢測方法,其特征在于，步驟二中，所述雙目立體視覺系統（1）通過雙目相機（36）對管道進行圖像采集標定，并對采集到的兩張初始圖像進行預處理得到第一預處理圖像和第二預處理圖像;對第一預處理圖像和第二預處理圖像分布進行圖像分割和特征對比,得到第一待打磨焊縫圖像和第二待打磨焊縫圖像;對第一待打磨焊縫圖像和第二待打磨焊縫圖像進行圖像融合,得到目標待打磨焊縫圖像和位姿;根據位姿關系和目標待打磨焊縫圖像,得到不符合區(qū)域坐標和管道直徑，調控打磨裝置需移動距離及偏移角度。

10.根據權利要求8所述的一種環(huán)面外管道焊縫表面的打磨質量檢測方法,其特征在于，步驟四中，所述雙目立體視覺系統（1）通過紅外測距傳感器（37）對外管道氧化層進行距離檢測，輔助雙目相機計算出不合格區(qū)域坐標；機器視覺檢測質量通過深度學習的訓練數據集對打磨質量合格和不合格的進行采樣標定，然后拍照后機器學習就自動判定質量是否過關，對不符合標準的環(huán)面外管道焊縫氧化層再次進行打磨。

技術總結
本發(fā)明公開了一種環(huán)面外管道焊縫表面打磨裝置及其打磨質量檢測方法，涉及管道打磨技術領域，包括：打磨單元、抱臂單元與運動控制系統，其中，打磨單元由雙目立體視覺系統與柔性打磨頭裝置組成，抱臂單元由壓力傳感器組、電磁吸附裝置和機械臂組組成，運動控制系統由驅動箱、車輪組與車架組組成。本發(fā)明采用電磁吸附裝置,工作時,雙目立體視覺檢測系統確定待打磨區(qū)域范圍，控制器驅動打磨裝置移動，感應式壓力傳感器將采集到的電磁鐵與管道外壁的壓力信號反饋至控制模塊，通過改變線圈的電流控制電磁力大小,進而調節(jié)機械臂與管道間距，且由于打磨裝置通過鉸鏈裝置形成半開放式結構，借助電磁力可調吸附裝置實現了多維度的安全、高效的打磨作業(yè)。

技術研發(fā)人員：羅仲龍,朱莉,饒思賢,楊越,汪浩
受保護的技術使用者：安徽工業(yè)大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/17