[发明专利]相贯管道支管旋转偏差量化方法及应用

说明书

本发明公开了一种相贯管道支管旋转偏差量化方法及应用，垂直于存在装夹旋转偏差的相贯管道的焊缝方向上进行测距扫描，对测距波形进行分析，得到实际焊缝点坐标；根据理论相贯线的方程求出理论相贯线在该处的理论坐标；基于实际焊缝点坐标和理论坐标，计算两点的支管旋转偏差角，实现偏差量化。能够对非理想模型的相贯钢管形成的相贯线进行偏差量化与补偿，从而实现非理想相贯钢管的自动化、精确化焊接，提高了焊接效率。

技术领域

本发明涉及相贯管道支管旋转偏差量化方法及应用。

背景技术

相贯线是两个圆柱面的公共交线，它是一条正规的(等径相贯时为逐段正规)、简单的空间闭合曲线。两管相贯管道可以分为相贯线的主管和相贯线的支管。给定一组相贯管道，根据所有相贯线是否依附与同一根公共管道，多管相贯又可分为共管相贯和非共管相贯，若公共管道是所有相贯线的主管，则称为两管相贯。

多管相贯都可以拆分为多组两管相贯的形式，每组相贯管道生成的相贯线的描述相对于固定的工件坐标系的坐标都是不同的，该坐标称为支管坐标。支管坐标包括支管偏距Y与支管旋转角。

相贯管道广泛应用于各种气液体的输送管道、集散设备中，尤其是两管相贯，是相贯中最常见的相贯形式。关于相贯线的理论研究已经比较成熟，但是在实际生产应用中，钢管的直线度与圆度差异比较大，此时如果直接按照理论相贯线焊接，很难保证焊接的精度和可靠性。

将实际焊缝与根据理想模型构建的焊缝之间的偏差称为焊缝偏差。焊缝偏差源是多方面的，主要包括钢管的直线度、装夹偏差带来的支管坐标偏差等。一般来说各项偏差对相贯线位姿的影响是相互耦合的，为了获得实际焊缝的准确信息，必须结合焊缝寻位的焊缝点信息对焊缝偏差进行量化与补偿。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种相贯管道支管旋转偏差量化方法及应用，本发明结合测距设备对实际相贯线焊缝进行扫描，通过对测距设备的波形进行识别，得到实际焊缝点，进而计算得到两管相贯管道支管旋转偏差，能够有效的减小偏差对焊接精度的影响，从而提高焊接效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种相贯管道支管旋转偏差量化方法，包括以下步骤：

(1)垂直于存在装夹旋转偏差的相贯管道的焊缝方向上进行测距扫描，对测距波形进行分析，得到实际焊缝点坐标；

(2)根据理论相贯线的方程求出理论相贯线在该处的理论坐标；

(3)基于实际焊缝点坐标和理论坐标，计算两点的支管旋转偏差角，实现偏差量化。

所述步骤(1)中，在支管圆周角处位置利用测距设备在垂直于焊缝方向上平移进行扫描。

所述步骤(1)中，利用自动移动的机械臂夹持测距装置沿同一方向平稳移动。

所述步骤(1)中，在测距设备波形的极大值处记录下焊缝点坐标。

所述步骤(2)中，根据两管相贯管道相贯线的特性，得相贯线关于支管圆周角θ的参数方程

将代入到上述方程中，得到了理论相贯线在该处的理论坐标P₁。其中r_o为支管外半径，R_o为主管外半径，e为支管偏距。

所述步骤(3)中，根据通过焊缝扫描获得的实际焊缝点的坐标P₂，与该处理论相贯线焊缝点坐标，根据公式