螺旋管埋弧焊焊縫自動跟蹤系統分析

摘要：進入二十世紀以來，我國的石油工業以及管道建設得到了長足的發展，而螺旋管埋弧焊焊縫系統的發展也在不斷的深入。與此同時，高壓、長距離的管道輸送對管道技術亦提出了更高的要求。因此不管是使用鋼管的業主還是生產鋼管的廠家對螺旋管埋弧焊焊縫技術都十分的重視。焊縫技術的自動跟蹤系統是近年來關于解決內焊焊偏問題的一個新命題，對于解決焊偏問題具有極其重要的意義。

關鍵詞：螺旋管埋弧焊焊縫技術 自動跟蹤 系統分析

在焊接技術自動化以及智能化的發展過程當中，焊縫跟蹤系統的應用在管道技術當中開始顯得愈發的重要起來。而螺旋埋弧焊鋼管作為石油以及管道建設事業當中的重要的零部件之一，其靈活方便，重量輕且成本較低的特點越來越引起了行業的重視。螺旋埋弧焊鋼管在整個焊接的過程當中，由于鋼板的橫向串動、角度的調整以及所用設備的精確度等原因，常常會使的在焊距與焊縫之間出現一定的偏差，進而導致所生產的鋼管出現質量問題。所以為了提高焊接質量，減少焊距和焊縫之間的偏差，就必須發展螺旋管埋弧焊焊縫自動跟蹤技術。

一、螺旋管焊焊縫自動跟蹤系統結構設計

1、螺旋管焊縫自動跟蹤系統的工作原理

螺旋管焊縫自動跟蹤系統的工作原理主要是通過，利用CCD攝像頭垂直于焊縫的4至5cm處，進行焊縫圖像的采集，然后在通過圖像采集卡將信息傳到計算機上，再利用由VB編寫的圖像處理軟件對圖像進行監控和處理。之后還要借助于PLC控制器進行糾偏。具體而言，一個系統主要由四部分組成：

（1）控制部分：這一部分重點包括PLC的下位機，進行控制電機的驅動。由于設計要方便相關人員的操作，因此還必須要根據操作臺的尺寸進行設計，并需要配置吊耳。在整個控制的面板之上還需要設計出自動轉換的開關、指示燈、急停按鈕等等。

（2）機械部分：機械部分主要由十字滑動平臺以及兩個直流電機組成。十字滑動平臺主要有橫向與縱向兩種導軌，而直流電機則主要用于進行控制驅動。

（3）焊機：關于焊機的設計并不需要額外準備，只要按實際要求即可。

（4）圖像處理軟件：主要是用VB程序編寫而成的，其處理的方法主要包括柔化、二值化等等。

2、螺旋管焊縫自動跟蹤系統的硬件組成

螺旋管焊縫自動跟蹤系統的硬件組成主要包括CCD視覺傳感器、圖像采集卡、可編程控制器以及直流調速器四個部分組成。其中CCD視覺傳感器是整個螺旋管焊縫自動跟蹤系統最為關鍵的部分。在使用當中，應該用軟蛇管對傳感器的數據線進行保護，在一定程度上可以避免設備的磨損問題。而在圖像采集卡方面，一定要注意將采集到的信息存在電腦的顯存當中，從根本上提高圖像的處理速度。此外，直流調速器的技術參數應主要包括：模擬輸出、數字輸出、數字輸入、電位器調整以及開關調整五個方面。

二、螺旋管焊縫自動跟蹤系統二維控制系統的設計

1、螺旋管焊縫自動跟蹤系統的硬件設計

硬件設計主要包括PLC電氣控制設計、內存地址分配以及直流調速三個方面，具體分析如下：

（1）PLC電氣控制主要用于對直流電機的調速進行有效的控制，實現螺旋管焊縫自動跟蹤軟件的可調性，主要包括輸入電路和輸出電路兩個方面。

（2）PIC的內存地址分配主要指的是，由于該控制器需要完成機械控制、信息輸入等多個功能，所以需要7個量輸入和輸出開關，為了適應復雜的生產環境，關于控制系統的操作也必須分為手動以及自動兩種。

（3）在直流調速方面主要可以分為兩種調速方式，一種為手動調節，主要指直接通過手動的方式接通電路當中的電阻，而另一種則為模塊控制，它直接可以在螺旋管焊縫自動跟蹤系統的界面進行對整個電機的調整。

2、螺旋管焊縫自動跟蹤系統的軟件設計

關于螺旋管焊縫自動跟蹤系統的軟件設計主要包括以下兩個方面：一是VB圖像處理軟件以及PLC與VB間的鏈接，二是下位機的二維控制系統。

（1）VB圖像處理軟件主要指的是VB6.0，因為該軟件可以較好的滿足螺旋管焊縫自動跟蹤系統的需求：其一，該軟件具有很好的實時性；其二，VB圖像處理軟件在對圖像進行處理之后，可以和原圖進行比對；其三在VB圖像處理軟件當中，可以直接進行焊縫偏差的校正。除此之外該軟件還具有報警、自動調節大小、處理圖像等諸多的功能。

（2）PLC通訊程序設計以及VB通訊設計。在PLC通訊設計當中，并不包括其與互聯網的連接問題，因為在整個程序當中的主要工作是，上位機進行圖像的分析，之后在將偏差的結果下傳與下位機。而PLC通訊傳輸信息的主要步驟包括：步進電機的轉向控制信息，結束位標志，開始位標志。VB通訊程序的設計則主要包括Settings屬性、PortOpen屬性、Input屬性以及Output屬性四個部分。

三、螺旋管焊縫自動跟蹤系統的圖像采集和分析處理

1、焊縫圖像的采集

焊縫圖像的采集可采用大恒CG300，該設備的功能非常強大，可以把圖像信息直接放到屏幕之上或是存入內存當中，而且還不占用機器的內存。其工作的原理為，首先通過多種通道進行圖像的采集，然后經由變換器，將得到的圖像轉化為數字圖像；之后數字圖像會被送到數據緩存器當中；最后再經過一系列的轉換存儲在電腦的顯存當中。

在系統的運行當中，需要將圖像信息設定為緩沖區的大小。在形成的數組當中，每一個值便可以代表一個像素。同時，為了方便對圖像進行調用，需要將圖像的寬度定義為360個像素，再通過For循環使得一維的數組轉變為二維的數組，然后再進行下一步的處理。

2、焊縫圖像的仿真設計

焊縫圖像的仿真設計首先需要在現實的工廠當中采集實驗的數據，因為現實的工作環境與實驗還是有很大的區別。比如在對程序進行編寫和調試的過程中，工廠車間嘈雜或是混亂的環境都會對工人的操作和工作的效率造成很大的影響，進而可能在跟蹤的過程當中，出現許多問題。而利用焊縫圖像的仿真程序，則會降低開發的難度，提高開發的效率。

（1）影像仿真設計

關于影像仿真的設計首先需要讀取焊接的錄像，藉此獲得真實過程的焊接圖像。影像仿真程序的編寫主要包括AVI錄像的錄制、圖像的捕捉以及播放三個部分。出于方便工作人員操作的角度考慮，應該將左側設置為錄像播放窗口，而右側則為處理窗口，以使其左右對應。

（2）AVI圖像的錄制與播放

在現實的工廠作業當中，由于存在著各種復雜的因素，所以需要對光暗程度的不同環境進行分別的錄制。在整個影像的播放過程當中，仿真程序應當設計隨機播放的功能，使其模擬出不同的生產的實際情況，以便更加真實的反應生產過程。

3、焊縫跟蹤圖像的處理

焊縫跟蹤圖像處理主要是為了解決焊縫邊緣從焊縫圖像背景當中如何分離的問題。換句話說，就是要能夠直接定位出焊縫邊緣線的位置。為了解決采集的圖像可能出現的噪音和雪花點的干擾問題，需要進行對圖像的預處理。在經過圖像的預處理之后，還需要經過中值濾波法、鄰域平均法以及拉普拉斯銳化法等方法，通過垂直投影方法以及焊縫的邊緣檢測，才能夠實現對圖像的跟蹤處理。

結語

螺旋管埋弧焊焊縫自動跟蹤系統是石油以及管道建設行業當中的一大創舉，不僅有利于解決焊接質量以及增加產能的目的，而且還能夠有效的提高焊接的自動化程度。螺旋管埋弧焊焊縫自動跟蹤系統在實際的應用當中，還存在有一定的問題，還需要進一步深入的研究。

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范劍秋，男，1985年8月，漢族，籍貫：遼寧省阜新市，本科學歷，助理工程師，研究方向：螺旋焊管制造。