Khám phá tính linh hoạt của hệ thống thị giác laser

Hình 1 Các thành phần chính của hệ thống thị giác laser là nguồn laser và cảm biến, là thiết bị ghép điện tích (CCD) hoặc chất bán dẫn oxit kim loại bổ sung (CMOS). Thấu kính cung cấp khả năng tập trung ánh sáng laser và bộ lọc giúp loại bỏ các bước sóng không mong muốn.
Hệ thống quan sát bằng laser và điều khiển kỹ thuật số tiên tiến không còn chỉ dành cho việc theo dõi đường may trên các nhà máy ống. Ngày nay, chúng được sử dụng để cải thiện chất lượng đường ống và năng suất của nhà máy. Các nhà sản xuất ngày càng yêu cầu sử dụng các hệ thống như vậy để loại bỏ ảnh hưởng của con người đối với chất lượng cũng như thu thập và lưu giữ dữ liệu sản xuất có liên quan.
Cả nhà máy hàn ống hàn hồ quang chìm (SAW) theo chiều dọc và xoắn ốc đều có thể được trang bị hệ thống điều khiển và tầm nhìn bằng laser cho các chức năng như đo góc xiên, theo dõi đường hàn, kiểm tra hạt hàn và điều khiển nhà máy.
Nguyên tắc Tầm nhìn Laser
Tầm nhìn laser dựa trên nguyên tắc tam giác hóa, một phương pháp trích xuất thông tin hình học từ một loạt phép đo (xem Hình 1 ). Loại hệ thống này sử dụng nguồn sáng có cấu trúc, thường là điốt laser, kết hợp với thiết bị hình ảnh để tạo ra một loạt hình ảnh 3 chiều cho phép nhà sản xuất hiểu rõ các đặc tính của mối hàn.
Ưu điểm chính của tam giác hóa là nó chỉ cung cấp thông tin về chiều. Điều này có nghĩa là nó không bị ảnh hưởng bởi các biến thể bề mặt, chẳng hạn như thay đổi màu sắc hoặc đánh dấu bề mặt và ánh sáng xung quanh không ảnh hưởng đến quá trình chụp ảnh. Trong thực tế, những yếu tố này có thể làm xáo trộn quá trình, nhưng các biện pháp đặc biệt và bộ lọc thích hợp sẽ vô hiệu hóa tác dụng của chúng.
Một hệ thống sọc laser bao gồm một bộ phát laser chiếu một dải ánh sáng qua mối hàn; sọc bị biến dạng bởi hình dạng của mối hàn. Một máy dò tuyến tính chặn ánh sáng laser và diễn giải các biến dạng thành khoảng cách, tạo ra hình ảnh của biên dạng mối hàn.
Hoạt động của nhà máy ống
Laser đã chứng tỏ chúng hữu ích ở một số giai đoạn của quy trình sản xuất đường ống.
Các cạnh vát . Vát mép đúng cách là bước đầu tiên để tạo ra một mối hàn tốt, nhưng thiết lập máy vát mép đúng cách là chưa đủ. Theo dõi các cạnh giúp theo dõi các vấn đề vát.
Hệ thống thị giác laser có thể đo khá nhiều đặc điểm vát quan trọng trong thời gian thực khi dải đi qua các cảm biến: góc và chiều cao vát ID và OD, góc và chiều cao của mặt gốc, độ dày dải và liệu dải có được căn giữa hay không. cối xay.
Theo dõi đường may. Cả nhà máy ống dọc và xoắn ốc đều sử dụng rộng rãi hệ thống nhìn bằng laser để theo dõi mối hàn. Theo dõi bằng laser cho phép hàn tốc độ cao với định vị dây chính xác, giúp giảm khuyết tật. Trên thực tế, do cảm biến laser đo các đặc tính của khớp chẳng hạn như khe hở vai và chân, quá trình hàn có thể được kiểm soát một cách thích ứng. Ví dụ: khi khớp thay đổi về chiều rộng, hệ thống có thể điều chỉnh tốc độ nạp dây, tốc độ di chuyển, điện áp hoặc dòng điện để bù lại.

Hình 2 Ngoài việc theo dõi hạt, hệ thống laser có thể cung cấp dữ liệu bổ sung, đo chiều rộng và chiều cao của hạt, độ không khớp, góc ngón chân và các khuyết tật như vết cắt xén hoặc độ xốp thô.
Hướng dẫn UT. Sử dụng hệ thống quan sát laser để hướng dẫn đầu dò kiểm tra siêu âm (UT) dọc theo đường hàn giúp đảm bảo đầu dò nằm chính giữa đường hàn. Cảm biến laser đo chiều rộng và chiều cao của hạt và tính toán điểm theo dõi trên mặt cắt của hạt (xem Hình 2 ). Điểm theo dõi đó được sử dụng bởi hệ thống chuyển động hoặc thanh trượt mà đầu dò UT được gắn trên đó.
Kiểm soát lớp phủ. Quá trình phủ ống sử dụng một lượng lớn vật tư tiêu hao đắt tiền. Bằng cách sử dụng cảm biến laser để phát hiện đường hàn khi ống được xoay và phủ, hệ thống có thể kiểm soát chính xác độ dày của lớp bên ngoài trên đường hàn và trên phần còn lại của đường kính ngoài.
Khả năng phân biệt giữa mép hàn và phần còn lại của chu vi là rất quan trọng để tối đa hóa hiệu quả của quy trình này. Điều này là do các tiêu chuẩn sản xuất quy định độ dày lớp phủ tối thiểu và do máy phun thường được lắp ở một khoảng cách cố định so với đường ống nên lớp phủ bám vào mép hàn ít hơn một chút so với phần còn lại của đường ống. Để bù lại, người vận hành thiết lập các trạm sơn phủ nhiều hơn một chút so với mức cần thiết ở mọi nơi sao cho lớp sơn phủ tương đối mỏng trên mép hàn đủ dày để tuân thủ tiêu chuẩn sản xuất.
Bộ điều khiển cảm biến laser cho phép hai giải pháp: Áp dụng ít lớp phủ hơn hoặc thay đổi góc đầu phun một chút.
Kiểm soát quá trình. Số lượng các nhà máy ống xoắn ốc được sử dụng trên khắp thế giới đã tăng lên đáng kể trong thập kỷ đầu tiên của những năm 2000 và tiếp tục tăng lên. Một phần của sự mở rộng này được thúc đẩy bởi việc chấp nhận đường ống hàn xoắn ốc để truyền dầu và khí đốt. Ứng dụng này đặc biệt áp đặt các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về chất lượng đường ống và quy trình sản xuất. May mắn thay, hiện có công nghệ mới để cải tiến các quy trình và giúp đạt được các tiêu chuẩn.
Công nghệ mới này phần lớn là kỹ thuật số trong tự nhiên. Nó bao gồm mạng công nghiệp, nguồn điện SAW kỹ thuật số, cảm biến kỹ thuật số tinh vi và hệ thống điều khiển kỹ thuật số tiên tiến. Chúng có thể được kết hợp thành một hệ thống điều khiển nhà máy tích hợp duy nhất.
Các nguồn điện hàn kỹ thuật số mới cho phép thực hiện nhiều quy trình hàn hơn, đồng thời dễ sử dụng hơn. Điều này giúp tăng hiệu quả theo nhiều cách khác nhau, đồng thời tạo điều kiện kiểm soát thông số chính xác và báo cáo dữ liệu.
Cảm biến tầm nhìn bằng laser được sử dụng để đạt được hiệu suất tăng trong một số lĩnh vực xác nhận các góc xiên của mối hàn, đo lường và kiểm soát các khoảng trống và sự không khớp cũng như kiểm tra biên dạng hạt hàn.
Tầm nhìn laser cũng giúp cải thiện khả năng kiểm soát kích thước. Ví dụ, có thể sử dụng phép đo khe hở mối nối thời gian thực để kiểm soát khe hở tự động trên máy nghiền. Cảm biến laser nằm phía trước ngọn đuốc, đo và tính toán năm đặc điểm hình học chính của khớp: chiều rộng vai; điểm cao và điểm thấp của vai; gốc điểm cao và thấp; khe hở gốc; và vùng khớp.
Trước đây, các hệ thống cảm biến, hàn và điều khiển khác biệt với nhau. Ví dụ, việc kiểm soát các đầu mối hàn ID và OD thường được thực hiện tại các hệ thống phụ độc lập. Hệ thống điều khiển máy nghiền xoắn ốc kỹ thuật số kết hợp điều khiển máy nghiền và điều khiển mối hàn vào một hệ thống điều khiển nối mạng duy nhất. Vận hành nhà máy dễ dàng hơn thông qua giao diện người vận hành tốt hơn, cải thiện việc khắc phục sự cố và bảo trì bằng cách đặt tất cả các cảm biến và điều khiển trên một mạng duy nhất.
Phần trung tâm của hệ thống điều khiển là một cặp PLC nối mạng. Một PLC điều khiển phần cấp liệu của máy nghiền, bao gồm tải cuộn dây, phay cạnh và truyền động chính. PLC thứ hai điều khiển phần tạo hình và thanh toán, bao gồm các điều khiển mối hàn và hệ thống theo dõi đường may bằng laser.
Giao diện con người bao gồm một bảng điều khiển chính, một cặp bảng điều khiển dành cho người vận hành ID và OD, và bộ sưu tập thông thường các trạm vận hành cục bộ tại các điểm làm việc dọc theo nhà máy. Một mạng tích hợp cũng cho phép kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA).
Cải tiến quy trình tổng thể
Trong hầu hết các trường hợp, hệ thống thị giác laser giúp cải thiện quy trình bằng cách thực hiện các phép đo chính xác và cung cấp thông tin này trở lại hệ thống điều khiển. Ở những nơi khác, loại hệ thống này giúp giải quyết một vấn đề khó khăn và tốn kém. Một ví dụ cụ thể liên quan đến một nhà sản xuất ống đã tìm thấy khuyết tật mối hàn ID sau khi đường ống đã trải qua một số trạm hàn bổ sung để điền đầy và vượt qua nắp. Để giải quyết vấn đề này, nhà sản xuất đã lắp đặt cảm biến laser 3-D trên trạm hàn ID và tích hợp kết quả kiểm tra với hình ảnh được chụp bởi máy ảnh 2-D thông thường. Thiết bị này được gắn vào một cỗ xe cung cấp khả năng di chuyển 360 độ, cung cấp khả năng kiểm tra gốc hoàn chỉnh.