Диссертация (Разработка методики адаптации технологии автоматической сварки корневого слоя шва кольцевых соединений магистральных трубопроводов), страница 12

Сбор параметров геометрии кромок с датчикаДля анализа работы системы слежения было выполнено её закрепление нагорелке существующего адаптивного сварочного комплекса ФГАУ «НУЦСКпри МГТУ им. Н.Э. Баумана». Сканирование выполнялось в режиме офлайн (безсварки). В режиме сбора данных, система слежения передаёт на устройствообработки данных (персональный компьютер) координаты точек переломаразделки и центра разделки 1 – 7 (Рис. 4.3). Передача данных реализована88посредством Ethernet интерфейса в формате «запрос-ответ», что позволяетпроводить измерения с задаваемой пользователем частотой.Размещение системы слеженияпри проведении экспериментовИзмеряемые параметрыгеометрии кромок(0,0)(x,y)2134567Рис.

4.3.Система слежения SLS050 в процессе проведения экспериментов и форматсбора данныхДля получения необходимых параметров геометрии кромок из имеющихсякоординат точек перелома разделки выполнялись следующие операции:|| – зазор в корне разделки, мм– перекос кромок, ммл п- притупление кромок, ммОтметим, что притупление кромок вычисляется исходя из допущения онеизменности толщины трубы .Для анализа геометрии разделки разработанное программное обеспечениеформирует выходной файл параметров стыка с построчной записью результатовизмерений (столбцы – параметры геометрии и координаты точек перегибаразделки).

В качестве столбца привязки использовалось расстояние, пройденное89системой слежения. Варьируемая частота опроса датчика позволяла проводитьизмерения геометрии кромок с заданной дискретизацией по стыку.В ходе исследований проводилось сканирование участка стыка трубыдиаметром 21 мм общей длиной 1600 мм (Рис. 4.4). Целью экспериментов былоопределение влияния параметров устройства сбора данных на стабильностьпроведения измерений.Начало измеренийОтметка - SLS startУгловое положение: -80º21Окончание измеренийОтметка - SLS stopУгловое положение: 80ºРис.

4.4.Схема проведения измеренийИсследование проводилось при различных скоростях сканирования,имитирующих перемещение датчика при сварке со средней скоростью 3 мм/с(Рис. 4.6) и при выполнении предварительного сканирования до сварки (с цельюанализа геометрии сборки стыка) на максимальной для сварочного автоматаскорости 12 мм/с (Рис. 4.5). Скорость опроса датчика в обоих случаях была0,25с. (4 Гц.)90550005001000-515000Расстояние, мм3322110500100010001500Расстояние, мм05001000Расстояние, ммРис.

4.5.Перекоскромок, ммПритуплениеправой кромоки, ммЗазор, ммСканирование геометрии на скорости 12 мм/сПритуплениелевой кромоки, мм1500Расстояние, мм40500Рис. 4.6.Сканирование геометрии на скорости 3 мм/с150091По результатам экспериментов можно сделать вывод о необходимостипривязки частоты опроса датчика (Гц) к скорости его перемещения (мм/с) сцелью улучшения соотношения «сигнал-шум» в выходном файле. Полученноеоптимальное эмпирическое соотношение, обеспечивающее выбор частотыопроса с дискретизацией измерений на каждые 3 мм стыка имеет вид:134.1.3.

Оптимизация параметров датчикаОсновными параметрами следящей системы являются скорость камеры(кадр/с) и интенсивность подсвечивающего лазера (ед.) Неверный выборуказанных параметров может привести к резкому увеличению сбоев в работеалгоритма распознавания изображения и возникновению случайных помех (Рис.4.7).

Наиболее подверженному данному эффекту являются точки 6 и 7 в нижнейчасти разделки (Рис. 4.3).Значение, мм4Координата точки 6Помехи в обработке изображения20-2-4020040060080010001200Пройденное расстояние, ммРис. 4.7.Ошибки в обработке изображения при неверном выборе параметров датчикаС целью увеличения точности измерений посредством лазерного сканер вработе была выполнено определение оптимальных значений скорости камеры92( ) и интенсивности подсвечивающего лазера ( ), минимизирующих количествослучайных возмущений ( ) в нижних точках разделки.min,,,Для решения данной задачи был проведён полнофакторный эксперимент(Таблица 10).Таблица 10.План эксперимента по определению параметров датчикаУровень варьированияПараметр1234567153045607590100153045607590100Определениеколичестваслучайныхвозмущенийпроводилосьврезультате постобработки выходного файла параметров геометрии кромок в ПКMatlab с помощью встроенной функции Findpeaks, создающей массивместоположений и значений пиков в наборе данных.

В качестве информативногопризнака использовалось свойство MinPeakProminence, определяющее пик приразличии с соседними данными более заданного пользователем значения (внастоящем анализе принято равным 0,5 мм). Количество элементов массива иявлялось числом возмущений в данных ( ).Таблица 11.Результаты определения количества случайных возмущений153045607590100151199111313143093131415251545351415111627356041212012172941755523231415305590584444111341581006356561411406393Результаты проведённых экспериментов представлены в таблице 11 и наРис. 4.8.806040200100100808060604040Скорость камеры202000Интенсивность лазераРис.

4.8.Результаты экспериментов при варьировании интенсивности лазера и скоростикамерыТаким образом, для случая заводской ломаной разделки кромок,оптимальными параметрами датчика являются=30 кадр/с и= 30 ед.,обеспечивающих снижение количества случайных возмущений параметров до 3на участке стыка 1500 мм. Данное количество возмущений является допустимымпри условии достаточно высокой дискретизации опроса датчика придополнительном использовании сглаживающих фильтров при обработке данныхв режиме онлайн (Рис. 4.9).Координата точки Х 694Рис. 4.9.Обработка результатов измерений посредством сглаживающего фильтра4.1.4.

Реализация контура слежения за стыкомРассмотренные прикладные аспекты интеграции системы слежения SLS050были реализованы лабораторией программных продуктов ФГАУ «НУЦСК приМГТУ им. Н.Э. Баумана» в виде прикладного программного обеспечения (Рис.4.10).Рис.

4.10.Программное обеспечение системы слежения за стыкомПосредствомсуществующегоEthernetинтерфейсаобеспечение выполняет следующие основные функции:программное95- устанавливаетсоединение между персональным компьютером иконтроллером системы слежения по фиксированном IP адресу,- обеспечивает пользователю возможность:- выбрать тип разделки кромок и тем самым задать соответствующийалгоритм обработки изображения с камеры,- задать входные параметры сканирования: параметры датчика,скорость перемещения датчика вдоль стыка, частота опроса,толщину сканируемых кромок,- выполняет сканирование стыка с заданными параметрами и сохранениерезультатов работы в выходном файле,- отображение результатов сканирования в виде графиков в режимеонлайн,- фильтрациюрезультатовсканированиясглаживающимфильтром(задаваемым пользователем),- обработкувыходныхфайловпараметровгеометриикромокипредставление в виде графиков для анализа.Программное обеспечение было использовано в процессе интеграциисистемы слежения SLS050 и традиционной сварочной головки (Рис.

4.11).Рис. 4.11.Система слежения SLS050 с размещением на сварочной головке964.2.Прикладныеаспектыреализацииадаптивногоуправленияавтоматическим сварочным оборудованием4.2.1. ОсновныеструктурныеэлементыавтоматическогосварочногооборудованияНаиболее распространённым типом сварочного оборудования при сваркемагистральных трубопроводов являются головки для орбитальной сваркикольцевых стыков. Головка представляет из себя комплекс исполнительныхмеханизмов, обеспечивающих выполнение основных функций оборудования, аименно:- Подвод инструмента (сварочной горелки) к стыку- Перемещение инструмента вдоль стыка со скоростью сварки- Обеспечение проведение процесса сварки (подача проволоки и тока)- Обеспечениевзаимодействияоператорасисполнительнымимеханизмами оборудованияК основным структурным элементам традиционного автоматическогосварочного оборудования для сварки трубопроводов могут быть отнесены:1.

Механизм вертикального позиционирования горелки2. Механизм горизонтального позиционирования горелки3. Механизм перемещения оборудования вдоль свариваемого стыка4. Механизм подачи проволоки5. Источник питания для сварки6. Система управления оборудованием7. Пульт управления оператора оборудованияДля решения задач геометрической и технологической адаптациитехнологии автоматической сварки необходимо расширение функциональныхвозможностей систем управления оборудованием, и наоборот, уменьшение97возможностей вмешательства оператора-человека непосредственно в процесссварки.В качестве оптимального интерфейса человек-оборудование предлагаетсяиспользование современных промышленных компьютеров, которые также могутнести на себе функцию управляющего устройства за счёт использования гибкого(настраиваемого) программного обеспечения.