油气管道半自动焊接位姿检测系统、方法及设备

技术领域

本发明属于油气管道焊接领域，具体涉及一种油气管道半自动焊接位姿检测系统、方法及设备。

背景技术

油气管道作为石油天然气的重要运输方式，在国内外承担着重要作用；作为油气管道焊接的方式，半自动焊接在国内外管道施工中得到了广泛应用，其因与手工焊接相比具有高效的焊接效率，在油气管道施工中具有重要的地位。

油气管道焊接与普通焊接不同，管道焊接是将两个长12m的管道通过焊接方式连接一起，形成一道圆形的焊缝，并且焊接过程中由于作业空间位置实时在变化，在环焊缝形成的整个过程中焊接状态随着焊接位置的变化始终在变化；在管道半自动焊接过程中，焊枪是在圆形钢管上进行焊接形成焊缝，管道环焊缝的空间焊接速度测量难度大，因此现有技术中对于焊接速度的测算往往以焊枪送丝轮的旋转速度作为焊接速度，但其无法实时获取真实的管道半自动动焊接速度，环焊缝上实时的焊接位置与焊接速度会对环焊缝的质量存在影响，但目前尚没有相关测量方法及检测手段。

发明内容

为了解决上述问题，即为了解决现有技术中半自动焊接速度及位置检测不精准的问题，本发明提供了一种油气管道半自动焊接位姿检测系统、方法及设备。

本发明的第一方面提供了一种油气管道半自动焊接位姿检测系统，该系统包括半自动焊枪，用于进行管道焊接，其特征在于，该系统还包括空间采集模块、数据处理模块、供电模块和总控中心，所述空间采集模块、所述数据处理模块、所述供电模块均与所述总控中心通信连接；

所述空间采集模块装设于所述半自动焊枪，所述空间采集模块配置为获取预设时间所述半自动焊枪的三维运动位姿信息；

所述数据处理模块与所述空间采集模块通信连接，所述数据处理模块基于所述空间采集模块获取的三维运动位姿信息及采集的预设时间，获取实际焊接位姿；

所述供电装置与所述空间采集模块电连接，配置为对所述空间采集模块进行电量供应；所述总控中心实时检测所述供电模块的电量，当所述供电模块的电量低于预设电量阈值时，触发第一警示装置；

所述总控中心基于所述空间采集模块采集的三维运动位姿信息，判断所述半自动焊枪的姿态是否偏离预测焊缝轨迹，若是，所述总控中心标注异常位姿数据信息并触发第二警示装置；若否，继续按预测轨迹完成焊接。

在一些优选实施例中，该系统还包括数模转换模块、矫正模块和整合模块，所述数模转换模块与所述空间采集模块通信连接，所述数模转换模块配置为基于所述空间采集模块采集的三个方向的数字信息转换为加速度模拟数值；

所述矫正模块与所述数模转换模块通信连接，所述矫正模块配置为基于所述空间采集模块采集的数字信息，获取所述半自动焊枪在环焊缝上的切线移动方向；

所述整合模块与所述矫正模块、所述数模转换模块通信连接，所述整合模块配置为基于所述数模转换模块转换的加速度模拟数值和所述矫正模块获取的移动方向信息，获取实际焊接位置；

所述数模转换模块、所述矫正模块与所述整合模块均与所述总控中心通信连接，所述总控中心配置为实时存储所述加速度模拟数值、所述半自动焊枪在环焊缝上的切线移动方向以及获取的实际焊接位置。、在一些优选实施例中，所述实际焊接位置为在环焊缝上焊接点与所述半自动焊枪的顶点间的夹角α；

所述空间采集模块为三轴陀螺仪。

在一些优选实施例中，该系统还包括固定装置，所述空间采集模块通过所述固定装置固定设置于所述半自动焊枪；所述固定装置包括容纳部和连接部，所述容纳部具有容纳空间，用于设置所述空间采集模块；所述连接部位于所述容纳空间的外侧，用于与所述半自动焊枪固定连接。

在一些优选实施例中，所述连接部包括第一卡合部，所述半自动焊枪上设置有与所述第一卡合部匹配的第二卡合部。

在一些优选实施例中，所述空间采集模块包括第一采集模块和第二采集模块，所述第一采集模块与所述第二采集模块通信连接，所述第一采集模块配置为采集所述半自动焊枪的空间加速度，所述第二采集模块配置为进行所述第一采集模块采集的数据信息的传输；

所述数据处理模块包括第一数据处理模块和第二数据处理模块，所述第一数据处理模块与所述第二数据处理模块通信连接；所述第一数据处理模块与所述第二采集模块通讯连接，用于接收所述第二采集模块传输的所述第一采集模块采集的数据信息；所述第二数据处理模块配置为基于所述第一数据处理模块接收的数据信息进行处理，以获取所述半自动焊枪的移动角度、移动速度以及在环焊缝上的空间位姿。

在一些优选实施例中，所述第二采集模块为蓝牙模块发射端；

所述第一数据处理模块为蓝牙模块接收端。

本发明的第二方面提供了一种油气管道半自动焊接位姿检测方法，该方法基于上面任一项所述的油气管道半自动焊接位姿检测系统，包括以下步骤：步骤S100，固定空间采集模块至半自动焊枪上；

步骤S200，移动半自动焊枪，空间采集模块进行半自动焊枪的三个方向的空间加速度a

本发明的第三方面提供了一种设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现权利要求8所述的油气管道半自动焊接位姿检测方法。

本发明的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现权利要求8所述的油气管道半自动焊接位姿检测方法。

本发明提供的油气管道半自动焊接位姿检测系统、方法及设备，可实现油气管道半自动焊接速度和位置的检测及数字化显示，同时为焊接质量分析提供数据支持。

本发明提供了一种油气管道半自动焊接位姿检测系统、方法及设备，其中方法以加速度传感器作为采集模块，获取一段时间内的空间x、y、z的加速度，通过对三个方向的加速度进行积分，即可得出三个方向上的移动速度，再进行合成，即形成实际焊接速度，以空间速度的角度值作为基础，获取焊枪移动的角度，从而获取焊枪在环焊缝上的焊接位置；将应用该方法的采集模块固定于焊枪上，数据处理模块外置，两者通过蓝牙模块进行传输，即形成油气管道半自动焊接速度及位置检测装置，通过此装置解决了油气管道半自动焊接过程中无法真实获取焊接速度及无法检测焊接位置的情况，同时也为焊接速度数据的采集提供了新的方式。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明中的油气管道半自动焊接位姿检测系统的一种具体实施例的组成结构示意图；

图2是本发明中的油气管道半自动焊接位姿检测系统中的半自动焊枪的位置示意图；

图3式用于实现本申请方法、系统、设备实施例的服务器的计算机系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

以下参照附图结合具体实施例进一步说明本发明。

参照附图1和附图2，图1是本发明中的油气管道半自动焊接位姿检测系统的一种具体实施例的组成结构示意图，图2是本发明中的油气管道半自动焊接位姿检测系统中的半自动焊枪的位置示意图；本发明的第一方面提供了一种油气管道半自动焊接位姿检测系统，该系统包括半自动焊枪，用于进行管道焊接，该系统还包括空间采集模块、数据处理模块、供电模块和总控中心，所述空间采集模块、数据处理模块、供电模块均与总控中心通信连接；空间采集模块装设于半自动焊枪，空间采集模块配置为获取预设时间半自动焊枪的三维运动位姿信息；数据处理模块与空间采集模块通信连接，数据处理模块基于空间采集模块获取的三维运动位姿信息及采集的预设时间，获取实际焊接位姿；供电装置与空间采集模块电连接，配置为对空间采集模块进行电量供应；总控中心实时检测供电模块的电量，当供电模块的电量低于预设电量阈值时，触发第一警示装置；总控中心基于空间采集模块采集的三维运动位姿信息，判断半自动焊枪的姿态是否偏离预测焊缝轨迹，若是，总控中心标注异常位姿数据信息并触发第二警示装置；若否，继续按预测轨迹完成焊接。

进一步地，该系统还包括数模转换模块、矫正模块和整合模块，数模转换模块与空间采集模块通信连接，数模转换模块配置为基于空间采集模块采集的三个方向的数字信息转换为加速度模拟数值。

优选地，矫正模块与数模转换模块通信连接，矫正模块配置为基于空间采集模块采集的数字信息，获取半自动焊枪在环焊缝上的切线移动方向。

优选地，整合模块与矫正模块、数模转换模块通信连接，整合模块配置为基于数模转换模块转换的加速度模拟数值和矫正模块获取的移动方向信息，获取实际焊接位置；数模转换模块、矫正模块与整合模块均与总控中心通信连接，总控中心配置为实时存储加速度模拟数值、自动焊枪在环焊缝上的切线移动方向以及获取的实际焊接位置。

进一步地，实际焊接位置为在环焊缝上焊接点与半自动焊枪的顶点间的夹角α，

优选地，空间采集模块为三轴陀螺仪，通过安装在焊枪上的三轴陀螺仪，通过陀螺仪三轴输出的数字量，通过数模转换模块，将其转换为加速度模拟量，并通过合成形成各电的加速度数据，从而得到焊接速度；对于焊接位置，通过陀螺仪输出的数字量，通过模数转换模块，再通过矫正模块，可以得出焊枪在环焊缝上的切线移动方向，再通过整合模块，获取焊枪在环焊缝上与焊接定点的角度，从而得出焊接位置。上述数模转换模块是将陀螺仪输出的三个方向的数字量转换为加速度模拟数值；矫正模块是由于部分环焊缝与水平面不平行，通过水平仪自动获取当前环焊缝与水平面的夹角，从而矫正陀螺仪输出的加速度方向数据；整合模块是将矫正后的加速度进行合成，形成焊接位置信息，即在环焊缝上焊接点与顶点间的夹角。

进一步地，该系统还包括固定装置，空间采集模块通过该固定装置固定设置于半自动焊枪；固定装置包括容纳部和连接部，容纳部具有容纳空间，用于设置空间采集模块；连接部位于容纳空间的外侧，用于与半自动焊枪固定连接。

进一步地，连接部包括第一卡合部，半自动焊枪上设置有与第一卡合部匹配的第二卡合部。

进一步地，空间采集模块包括第一采集模块和第二采集模块，第一采集模块与第二采集模块通信连接，第一采集模块配置为采集半自动焊枪的空间加速度，第二采集模块配置为进行第一采集模块采集的数据信息的传输；数据处理模块包括第一数据处理模块和第二数据处理模块，第一数据处理模块与第二数据处理模块通信连接；第一数据处理模块与第二采集模块通讯连接，用于接收第二采集模块传输的第一采集模块采集的数据信息；第二数据处理模块配置为基于第一数据处理模块接收的数据信息进行处理，以获取半自动焊枪的移动角度、移动速度以及在环焊缝上的空间位姿。

优选地，第二采集模块为蓝牙模块发射端；第一数据处理模块为蓝牙模块接收端，用于不同模块之间的数据交互；供电装置通过电源线与数据采集模块与蓝牙模块发射端相连，并为其供电。

需要说明的是，油气管道焊接与普通焊接不同，管道焊接是将两个长12m的管道通过焊接方式连接一起，形成一道圆形的焊缝，并且焊接过程中由于作业空间位置实时在变化，在环焊缝形成的整个过程中焊接状态随着焊接位置的变化始终在变化，现有的焊接速度计算是：在管道半自动焊接过程中依靠焊枪送丝轮的旋转速度推算出焊接速度，造成了无法实时获取真实的焊接速度以及焊接位置和姿态，通过本发明公开的油气管道半自动焊接位姿检测系统、方法及设备，通过跟随式设计进行实时检测，实现油气管道半自动焊接速度和位置的检测及数字化显示，同时为焊接质量分析提供数据支持。

本发明的第二方面提供了一种油气管道半自动焊接位姿检测方法，该方法基于上面任一项所述的油气管道半自动焊接位姿检测系统，包括以下步骤：步骤S100，固定空间采集模块至半自动焊枪上；步骤S200，移动半自动焊枪，空间采集模块进行半自动焊枪的三个方向的空间加速度a

本发明中的方法以加速度传感器作为采集模块，获取一段时间内的空间x、y、z的加速度，通过对三个方向的加速度进行积分，即可得出三个方向上的移动速度，再进行合成，即形成实际焊接速度，以空间速度的角度值作为基础，获取焊枪移动的角度，从而获取焊枪在环焊缝上的焊接位置；将应用该方法的采集模块固定于焊枪上，数据处理模块外置，两者通过蓝牙模块进行传输，即形成油气管道半自动焊接速度及位置检测装置，通过此装置解决了油气管道半自动焊接过程中无法真实获取焊接速度及无法检测焊接位置的情况，同时也为焊接速度数据的采集提供了新的方式。

本发明的第三方面提供了一种设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被处理器执行的指令，指令用于被处理器执行以实现所述的油气管道半自动焊接位姿检测方法。

本发明的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现所述的油气管道半自动焊接位姿检测方法。

所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

下面参考图3，其示出了用于实现本申请方法、系统、设备实施例的服务器的计算机系统的结构示意图；图3示出的服务器仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图3示，计算机系统包括中央处理单元(CPU， Central Processing Unit)601，其可以根据存储在只读存储器(ROM， Read Only Memory)602中的程序或者从存储部分608加载到随机访问存储器(RAM，Random Access Memory)603中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 603中，还存储有系统操作所需的各种程序和数据。CPU 601、ROM 602以及RAM 603通过总线604彼此相连。输入/ 输出(I/O，Input/Output)接口605也连接至总线604。

以下部件连接至I/O接口605：包括键盘、鼠标等的输入部分606；包括诸如阴极射线管(CRT，Cathode Ray Tube)、液晶显示器(LCD，Liquid Crystal Display)等以及扬声器等的输出部分607；包括硬盘等的存储部分608；以及包括诸如LAN(局域网， Local AreaNetwork)卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分609。通信部分609经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器610也根据需要连接至I/O接口605。可拆卸介质611，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器610上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分608。

特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分609从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质611被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)601执行时，执行本申请的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本申请上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM 或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本申请的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。