企 业 技 术 开 发 ２０１２ 年 ９ 月
焊缝跟踪系统在不锈钢焊管生产中的应用
慎建民，杜兴吉，陆明红
（浙江久立特材科技股份有限公司，浙江 湖州 313012）
摘 要：焊接是一个影响不锈钢连续焊管产品质量的关键工序，对焊接过程进行自动化控制不仅能满足质量要求，还能 有效地减轻焊工的劳动强度。文章介绍 Meta 新一代激光焊缝跟踪系统在不锈钢连续生产线中的实际应用，并重点介绍了 使用和调试方法。
关键词：焊缝跟踪；应用；调试
中图分类号：ＴＧ４０９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６－８９３７（２０１２）２５－００３４－０２
Application of smart laser probe to continuous welded stainless pipe line
ＳＨＥＮ Ｊｉａｎ－ｍｉｎｇ，ＤＵ Ｘｉｎｇ－ｊｉ，ＬＵ Ｍｉｎｇ－ｈｏｎｇ
（Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｊｉｕｌｉ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈｕｚｈｏｕ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ ３１３０１２，Ｃｈｉｎａ）
Abstract:Ｗｅｌｄｉｎｇ ｉｓ ａ ｋｅｙ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｉｍｐａｃｔ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗｅｌｄｅｄ ｐｉｐｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｕ－
ｔｏｍａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｌａｂｏｒ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｗｅｌｄｅｒｓ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎ－
ｔｒｏｄｕｃｅｓ ａ ｎｅｗ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｍｅｔａ ｌａｓｅｒ ｓｅａｍ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｏｆ ＳＬＰｒ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｌｉｎｅ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，
ａｎｄ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｕｓｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ．
Keywords：ｓｅａｍ ｔｒａｃｋｉｎｇ；ａｐｐｌｙ；ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ
企 业 技 术 开 发
TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISE 第 ３１ 卷第 ２５ 期
Ｖｏｌ．３１ Ｎｏ．２５
２０１２ 年 ９ 月 Ｓｅｐ．２０１２
收稿日期：2012-07-21
作者简介：慎建民（1967—），男，浙江湖州人，大学本科，工程师，主要 从事装备及自动化工作。
目前，国内工业用不锈钢焊管行业竞争激烈，客户对 产品的质量要求也越来越高，对产品生产中的过程控制 越来越严。为保证产品质量，浙江久立特材科技股份有 限公司早在2004年就采用了英国Meta公司的激光焊缝跟 踪系统。2011年Meta公司推出了新一代的激光焊缝跟踪 Smart Laser Probe，久立特材将这种系统成功用于氩弧焊 或等离子焊接的不锈钢焊管连续生产线，保证了产品质 量的一致性，有效降低了焊接操作工的劳动强度。
1 系统简介
1.1 Smart Laser Probe（SLPr）系统
SLPr系统由一个控制箱、一个手控盒、一个传感器和 一套连接电缆组成。控制箱内含微机电路板和所有的输 入输出接口，根据用户需要，还可内置跟踪焊缝的二维 滑架的伺服驱动器，箱体门上装有彩色触摸屏，操作者 可以通过显示器一览系统的工作过程，对系统进行分析 和维护。传感器针对焊接自动化专机应用了最新研发的 传感器技术，CMOS摄像机像素高达百万级、嵌入式电子 元器件和高分辨率显示设备，组成了可靠性和操作性俱 佳的传感器；手控盒经重新设计，更加坚固耐用，上面的 彩色LED显示按钮，使操作者可以从手控盒及时得到系统 状态信息。多功能I/O接口可以同更多设备相连。
1.2 执行机构
执行机构一般用十字滑架，滑架驱动常用直流或交 流伺服电机。十字滑架作水平和垂直二个方向的调整，
水平调整用作焊缝跟踪，垂直方向使焊枪与工件的高度 保持一致。对于大直径或厚壁焊管，采用图1中所示的结 构，弧形轨道与钢管为同心圆结构，焊枪始终指向圆心，
能保证焊枪始终垂直于焊缝，消除了普通十字滑架跟踪 引起的误差。
图1 弧形滑架 2 1
3
4 5
1.高度跟踪伺服电机 2.滚珠丝杠 3.焊缝跟踪伺服电机 4.弧形导轨 5.限位开关
由上述SLPr系统和执行机构组成最简单的焊缝跟踪 系统，在使用时，用户可根据实际需要结合PLC或上位机 组成功能更加完善的系统。
2 系统的安装和初步调试
2.1 系统的安装
Smart Laser Probe系统的安装比较简单，可根据用户 手册完成。系统应安装在焊接工位附近，减少干扰，便于 操作和观察焊缝实时数据。
在连接执行机构与伺服驱动器时，要注意驱动器与
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所在轴电机的对应关系，避免连接错误。激光传感器安 装应牢固，没有振动，并接近熔池，必要时可以一定的角 度倾斜（不超过15°为宜），以最大程度地接近熔池，提高 跟踪精度。
需要指出的是，在连续焊接生产线上，由于传感器 工作时间较长，其冷却应采用冷水，可就近用焊枪循环 冷却水作为水源，不必为传感器配置专用的冷却水装置。
2.2 初步调试
系统安装完成后，应进行一次全面检查，包括电源 是否符合要求，机械装置是否牢固，冷却水是否正常等。
系统检查完成后，可通电作进一步的调试，主要是 检查Smart Laser Probe系统工作是否正常和执行机构动 作是否正确。
将传感器置于焊缝上方，观察控制箱上触摸屏上的 图像，能初步识别出工件焊缝附近的轮廓，说明传感器 工作正常。
用手操盒操作，按上、下、左、右按钮，执行机构动作 顺畅且方向正确，各行程限位有效。如方向不对或限位 安装位置错误，可按实际情况调整。
3 系统使用和调试 3.1 使用前调整
开启系统，待激光条纹出现后，先把焊枪和焊点调 整到正确的位置上，再对传感器进行上下左右的微调，使 得显示屏界面上出现清晰的分析图像（以分析图像位于 方框的正中央为最佳），同时，观察图像，确保系统成功 分析出焊缝（图像中心出现黄色的小十字代表分析成功）。
如果无论怎样进行手动调整都不能成功分析出焊缝，则 需要用电脑进行重新设置。
3.2 Smart Laser Tools软件的应用
对于初次使用或不能用手动调整方法成功分析出 焊缝的情形，则必须用应用Smart Laser Tools软件进行设 置与调试，其操作方法可参考《Smart Laser Pilot Tools User Manual》手册进行。联机通讯时可采用自制的普通网线，
设置相关的IP地址便可。
对于连续生产的焊管机组，我们在选择焊缝类型时，
应选择“BUTT”类型，操作使用鼠标依次点击软件窗口相 关按钮，选择过 程如下 ：Seam Setup（焊缝 设置）、Select Standard Seam（选择标准焊缝）、BUTT（对接焊缝）、Set（设 置完成）。
3.3 应用软件的焊缝专家功能
由于某种原因，焊缝类型或参数不能很好地被系统 分析出来，我们可以应用软件的专家功能，这点在实际 应用中非常重要。焊缝专家分析系统使用步骤依次如下：
Seam Setup（焊缝设置）→Seam Expert （焊缝专家）→
Start Seam Expert（开始专家分析）→BUTT（对接焊缝）→
Next（下一步）→Feature Points（指出特征点）→Run Opti－
mization（运行优化）→Save（保存）。
在Feature Points（设置特征点）步骤中，4个点依次从 左至右设置，第二点在焊缝左侧边缘，第三点在右侧边 缘。设置好后，启用Run Optimization，在Result（结果）窗口 中出现Passed（通过）一词，说明焊缝分析成功，可将数据 保存，否则需要重新进行对焊缝特征的优化计算，直至 分析成功并保存，以后对此种焊缝焊接时可直接调用。
3.4 操作使用
①启动；在开启系统后，如果主控箱显示屏没有错误 提示，则表示系统工作正常，手控盒上的状态灯（STATUS）
点亮，否则需要观察显示屏上显示是什么错误，排除错误 后再进行相关的操作。
②设置参考点；确保焊缝分析成功后，就可进行参考 点设置，在打开激光条纹的前提下，同时按下LASER和SEAM 两个按钮，延时5 s再松开，然后再一次打开激光条纹，同 时观察图像，确认绿色的小方框与黄色的小十字是否重 合在一起，如果重合则代表参考点设置成功，如果没重 合则需要重新设置。
③自动跟踪；参考点设置成功后按开始按钮（START），
然 后 手 控 盒 最 下 面 一 排 的 三 个 灯 ：LASER （激 光），
STATUS（状态），SEAM（焊缝），同时亮就表示图像分析成 功，并进入自动跟踪状态，可以起弧，开始焊接。如果3个 灯没有同时亮，则表示图像分析不成功，系统没进行自 动跟踪状态。这时则需要人为观察和判断，找出原因。
④跟踪过程中的微调；如果在自动跟踪过程中发现 跟踪有少许偏离，可按下OFFSET按钮，然后通过手控盒 上的方向键来调整，每按一下，移动0.1 mm。此时不建议 关闭自动跟踪，并通过点动操作来调整，因为这样不易 控制，还需要重新设置参考点。
4 结 语
Meta公司的激光焊缝跟踪Smart Laser Probe系统，经 过在我公司的不锈钢自动连续焊生产线上的运用，证明 其操作调试简单、工作可靠，水平和垂直方向的跟踪精 度都在0.1 mm 内，跟踪精度完全满足产品质量的要求。
参考文献：
[1] 赵菁，林三宝.用于焊接自动化过程的激光视觉传感器[J].
电焊机，2010，40（11）.
[2] 史耀武.焊接生产过程自动化[M].北京：化学工业出版社，
2009.
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