所述傳感器固定裝置用于安裝二維激光掃描傳感器；
[0019] Al.X軸即焊管（12)的水平徑向方向，由X軸步進(jìn)電機(jī)帶動二維激光掃描傳感器 (10)沿X軸導(dǎo)軌（5)平移，使焊縫（11)位于二維激光掃描傳感器（10)的正下方，便于采 集更加準(zhǔn)確的噘嘴信息；支撐桿（8)用于確保機(jī)架左右兩側(cè)同時(shí)沿X軸運(yùn)動，支撐桿（8)光 滑，機(jī)架被支撐桿（8)穿過的地方安裝軸承；
[0020] A2.Y軸即焊管（12)軸線方向，由Y軸步進(jìn)電機(jī)帶動二維激光掃描傳感器（10)在 Y軸導(dǎo)軌（6)上平移，使二維激光掃描傳感器（10)對焊管焊縫（11)進(jìn)行等間距掃描，從而 得到不同位置的、比較密集的焊縫及焊縫兩側(cè)的焊管徑向橫截面的二維輪廓數(shù)據(jù)；
[0021] A3.Z軸垂直于X軸與Y軸構(gòu)成的平面，由Z軸步進(jìn)電機(jī)帶動二維激光掃描傳感器 (10)沿Z軸導(dǎo)軌（7)上下移動，可以調(diào)整二維激光掃描傳感器（10)到焊管（12)的距離，用 于適應(yīng)不同規(guī)格的焊管；直徑大的焊管，可以使傳感器向上移動；直徑小的焊管，可以使傳 感器向下移動；
[0022] A4.所述運(yùn)動控制器用于控制上述3個(gè)步進(jìn)電機(jī)工作，從而帶動二維激光掃描傳 感器（10)運(yùn)動；運(yùn)動控制器與上位機(jī)相連接，接收上位機(jī)發(fā)來的運(yùn)動指令，并且向上位機(jī) 反饋步進(jìn)電機(jī)當(dāng)前工作狀態(tài)；
[0023] B.所述二維激光掃描傳感器（10)是本實(shí)用新型的核心部件，在傳動模塊X軸和 Z軸上對傳感器位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其處于一個(gè)最佳的測量位置，然后通過傳感器在Y軸上的 等間距掃描，來采集焊管不同位置的徑向截面二維輪廓數(shù)據(jù)，一共可獲得n組焊縫及焊縫 兩側(cè)焊管表面的輪廓數(shù)據(jù)；
[0024] C.所述上位機(jī)通過通信線與運(yùn)動控制器和二維激光掃描傳感器相連接，用于對運(yùn) 動控制器發(fā)送運(yùn)動指令，接收運(yùn)動控制器反饋的步進(jìn)電機(jī)工作狀態(tài)，對二維激光掃描傳感 器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，并且接收二維激光掃描傳感器的掃描數(shù)據(jù)；
[0025] 附圖4是基于激光掃描的直縫焊管焊縫檢測系統(tǒng)的工作流程，具體步驟包括：
[0026] A.利用二維激光掃描傳感器G〇cat〇r2350沿焊管軸線方向運(yùn)動，運(yùn)動方式為編碼 器模式，等間距采集焊管的二維輪廓數(shù)據(jù)。運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，可獲取n組焊縫及焊縫 兩側(cè)焊管表面的輪廓數(shù)據(jù)M1(i= 1，2,…，n)，M1包含t個(gè)離散點(diǎn)，點(diǎn)的坐標(biāo)為：
[0027] Pj={xj,Zj},j=I, 2, ???,t；
[0028] 因?yàn)閅坐標(biāo)表示的是掃描儀的行進(jìn)方向，Y值的個(gè)數(shù)即為n，對該位置的二維輪廓 沒有影響，所以不顯示在輪廓數(shù)據(jù)的坐標(biāo)中；下面對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以得到焊縫的噘嘴 值和噘嘴類型；
[0029] B.檢測中，由于待檢測焊管焊縫沒有焊接，所以激光掃描儀發(fā)出的激光在焊縫處 會投影到焊管內(nèi)部的底端，這些數(shù)據(jù)會對后面曲率的計(jì)算產(chǎn)生影響，所以要對A所述的輪 廓數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，去除噪點(diǎn)后得到精簡的數(shù)據(jù)M'Ji=Ij,…，n)，M'i包含V個(gè)離散 占.
[0030] C.提取二維輪廓數(shù)據(jù)M'i(i= 1，2,…，n)對應(yīng)的焊縫噘嘴值，包含以下步驟：
[0031] Cl.根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)，選擇差分曲率法計(jì)算第i條輪廓M' = 1，2,…，n)上的點(diǎn) Pj的曲率Icj，根據(jù)差分曲率計(jì)算公式，可以算出當(dāng)j= 3, 4,…，v-2時(shí)點(diǎn)Pj的曲率，差分曲 率法計(jì)算離散曲率的公式如下：
[0034] C2.對Cl所述的v-4個(gè)曲率值進(jìn)行K均值聚類，選取K= 2,將輪廓上的離散點(diǎn)聚 為兩類：SjPS2，其中S1為曲率較大的點(diǎn)的集合，S2為曲率較小的點(diǎn)的集合，分別對應(yīng)焊縫 中心處輪廓和焊縫兩側(cè)輪廓，參照附圖5,步驟如下：
[0035] (1)選取合適的聚類中心，因?yàn)槲覀円獙-4個(gè)曲率值聚類為曲率值較大和曲率 值較小兩類，故可選取曲率1^(」_ = 3, 4,…，v-2)中的最大值和最小值為初始聚類中心&和 Z2;
[0036] ⑵遍歷kj(j= 3, 4,…，v-2)中每一個(gè)值，如果Ikj-Z1I<Ikj-Z2I，kjGS1，反之， kjGS2;
[0037] (3)分別計(jì)算SJPS2中曲率的平均值作為新的聚類中心；
[0038](4)重復(fù)步驟（2)、（3)，直到新的聚類中心與前一次計(jì)算結(jié)果相同，完成聚類；
[0039] C3.用S2中所有曲率值對應(yīng)的離散點(diǎn)擬合出標(biāo)準(zhǔn)圓，得到圓心0的坐標(biāo)和圓的半 徑r;
右間斷點(diǎn)，參照附圖3;
[0041]D.計(jì)算所有n組輪廓數(shù)據(jù)的噘嘴值A(chǔ)1,A2，…，An，計(jì)算焊管焊縫的平均噘嘴值
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于激光掃描的直縫焊管焊縫噘嘴檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)由二維激 光掃描傳感器、傳動裝置和上位機(jī)組成；所述二維激光掃描傳感器用于在焊縫上方沿焊管 軸線方向等間距掃描焊縫，獲取不同位置處焊管徑向橫截面的二維輪廓數(shù)據(jù)；所述傳動裝 置用于調(diào)節(jié)二維激光掃描傳感器的位置；所述上位機(jī)通過通信線與傳動裝置運(yùn)動控制器和 二維激光掃描傳感器連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光掃描的直縫焊管焊縫噘嘴檢測系統(tǒng)，其特征在于， 所述傳動裝置包括機(jī)架、傳感器固定裝置、X軸步進(jìn)電機(jī)、Y軸步進(jìn)電機(jī)、Z軸步進(jìn)電機(jī)、X軸 導(dǎo)軌、Y軸導(dǎo)軌、Z軸導(dǎo)軌和運(yùn)動控制器；其中X軸為焊管水平徑向方向，Y軸為焊管軸線方 向，Z軸垂直于X軸與Y軸構(gòu)成的平面；所述傳感器固定裝置用于安裝二維激光掃描傳感 器；所述X軸步進(jìn)電機(jī)帶動二維激光掃描傳感器沿X軸導(dǎo)軌平移，使焊縫位于二維激光掃描 傳感器的正下方；所述Y軸步進(jìn)電機(jī)帶動二維激光掃描傳感器沿Y軸導(dǎo)軌等間距掃描焊縫； 所述Z軸步進(jìn)電機(jī)帶動二維激光掃描傳感器沿Z軸導(dǎo)軌上下移動，用于調(diào)節(jié)二維激光掃描 傳感器與焊縫的距離，使焊縫位于二維激光掃描傳感器的有效掃描范圍內(nèi)；所述運(yùn)動控制 器用于控制X軸步進(jìn)電機(jī)、Y軸步進(jìn)電機(jī)和Z軸步進(jìn)電機(jī)，并與上位機(jī)通信。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于激光掃描的直縫焊管焊縫噘嘴檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)包括傳動裝置、二維激光掃描傳感器和上位機(jī)；二維激光掃描傳感器用來在焊縫上方沿焊管軸線方向等間距的掃描焊縫，獲取不同位置的焊縫及焊縫兩側(cè)的焊管徑向橫截面的二維輪廓數(shù)據(jù)；所述傳動裝置用于調(diào)節(jié)二維激光掃描傳感器的位置；上位機(jī)通過通信線與傳動裝置控制器和二維激光掃描傳感器連接。本實(shí)用新型采用非接觸方法檢測焊管焊縫噘嘴類型，具有易于實(shí)施、適應(yīng)性強(qiáng)、精度高等特點(diǎn)。
【IPC分類】G01B11/24
【公開號】CN204788276
【申請?zhí)枴緾N201520435987
【發(fā)明人】王莉, 張?jiān)獤|, 王新, 蘇波
【申請人】河南理工大學(xué)
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年6月23日