CN105171198A - 一种摆幅自适应的机械接触式焊缝跟踪装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摆幅自适应的机械接触式焊缝跟踪装置，包括焊接小车、摆动机构、跟踪传感器和焊枪；所述焊接小车沿平行于工件焊缝方向运动，所述摆动机构安装在焊接小车上，垂直于工件焊缝方向摆动；所述跟踪传感器和焊枪安装在摆动机构上，和焊枪同时摆动，实现焊枪摆动幅度对坡口宽度的自适应。本发明的焊缝跟踪装置通过接触式传感器可以实现摆幅对坡口的自适应调节，能实现焊枪摆动速度、摆动幅度、左右停留时间独立可调，能实现焊枪对焊缝中心位置的实时跟踪，从而使焊接质量摆脱对电焊操作工技术水平和其他个人因素的依赖。

Description

一种摆幅自适应的机械接触式焊缝跟踪装置

技术领域

本发明涉及一种摆幅自适应的机械接触式焊缝跟踪装置，属于焊接自动化传感技术领域。

背景技术

在自动化焊接过程中，如果焊枪头部和焊缝的相对位置产生偏差，则会导致成型差和未焊透等缺陷。而在焊接制造过程中，由于焊接时的恶劣环境、焊件装配误差、焊接应力和焊接变形所引起的焊缝位置的变化，都需要对焊枪与焊缝的相对位置误差进行检测和纠正，所以采用焊缝跟踪技术尤为重要。

焊缝自动跟踪***中首先要解决的问题就是焊缝位置的实时检测，而位置信息的获取很大程度上取决于所用的传感器，一个合适的传感器是保证跟踪的重要基础，因此研究灵敏度高、动态品质好、传感范围广，抗干扰能力强且结构简单的传感器是焊缝跟踪***中的关键。

接触式焊缝跟踪传感器由于结构简单，操作直接，维修方便，成本低，不怕电弧的磁、光、飞溅等干扰，是目前使用最多的一种焊缝跟踪方法。但采用机械接触式传感器，对坡口的加工要求较高，跟踪坡口表面的任何损伤和粗糙不平都会影响跟踪的稳定性及跟踪精度；探针始终和坡口接触，磨损较大，易变形，要经常更换；另外对于大坡口焊缝采用多层多道焊时，只能在第一层打底焊时跟踪，其余焊缝则无能为力。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出了一种摆幅自适应的机械接触式焊缝跟踪装置，其结构简单、操作方便、不易磨损，对坡口加工要求低，通过摆动自适应坡口宽度，并且适合大坡口焊缝的多层焊。

本发明的技术解决方案是提出一种摆幅自适应的焊缝跟踪装置，其技术特征如下：

一种摆幅自适应的机械接触式焊缝跟踪装置，包括焊接小车、摆动机构、跟踪传感器和焊枪；所述焊接小车沿平行于工件焊缝方向运动，所述摆动机构安装在焊接小车上，垂直于工件焊缝方向摆动；所述跟踪传感器和焊枪安装在摆动机构上，和焊枪同时摆动，实现焊枪摆动幅度对坡口宽度的自适应。

上述跟踪传感器包括：Y型探针、电磁铁以及光电开关；

上述Y型探针包括转动支点、转动杆、遮光片、第一探针和第二探针，所述第一探针和第二探针通过转动支点安装在转动杆上，所述转动杆的另一端安装遮光片，所述的第一探针和第二探针之间的角度可调，从而适应不同的坡口宽度；

上述电磁铁包括第一电磁铁和第二电磁铁，所述第一电磁铁和第二电磁铁安装在转动杆两侧，所述的转动杆通过与电磁铁的吸合，从而避免跟踪传感器和坡口之间的摩擦；

上述光电开关包括第一光电开关和第二光电开关，所述遮光片通过和第一光电开关、第二光电开关的配合，控制摆动器的摆动方向。

本发明的焊接小车可为常规焊接小车或者自制小车，安装在直线导轨上，导轨与焊缝平行(记为X方向)。所述导轨可为刚性导轨或柔性导轨，即可适应于平直焊缝，也可适应于环缝焊接。焊接小车由直流电机或步进电机驱动，其速度在线可调，焊接小车的行进速度即为焊接速度。

摆动机构安装在焊接小车上，实现垂直于焊缝方向上的摆动(记为Y方向)，焊枪安装在摆动机构上，控制摆动机构可实现焊枪沿Y方向有规律摆动，从而实现大坡口焊缝的焊接。所述摆动机构的机械部分采用为滚珠丝杠副机构，驱动部分采用步进电机，通过调节步进电机的转速实现焊枪摆动速度的控制。

跟踪传感器安装在摆动机构上，和焊枪同时摆动，可以实现焊枪摆动幅度对坡口宽度的自适应。当焊枪向左运动时，跟踪传感器也同时向左运动，当探针碰到左侧坡口时，焊枪摆动停止，按预定时间停留之后反向转动；当焊枪向右运动时，探针碰到右侧坡口时，焊枪也摆动停止，停留预定时间之后反向运行，从而实现焊枪摆动对坡口的自适应。

本发明的焊缝跟踪装置通过接触式传感器可以实现摆幅对坡口的自适应调节，能实现焊枪摆动速度、摆动幅度、左右停留时间独立可调，能实现焊枪对焊缝中心位置的实时跟踪，从而使焊接质量摆脱对电焊操作工技术水平和其他个人因素的依赖。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的总体结构示意图。

图2为本发明的焊枪运动轨迹。

图3为本发明的跟踪传感器的内部结构示意图。

图4为本发明的跟踪传感器的控制线路示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，一种摆幅自适应的机械接触式焊缝跟踪装置，包括焊接小车(图中省略)、摆动机构1、跟踪传感器3和焊枪2；焊接小车沿平行于工件4焊缝方向运动，摆动机构1安装在焊接小车上，垂直于工件4焊缝方向摆动；跟踪传感器3和焊枪2安装在摆动机构上，和焊枪2同时摆动，实现焊枪2摆动幅度对坡口宽度的自适应。

对于大坡口工件的焊接，为了保证焊缝两侧的熔透性，焊枪2摆动并在两侧停留适当时间，焊枪2的运动轨迹如图2所示。假定焊接小车运动方向(平行于工件4焊缝方向)为X方向，焊枪2摆动方向(垂直于工件4焊缝方向)记为Y方向。图2中(a)为矩形运动轨迹，焊枪2沿Y方向摆动时焊接小车停止运动，在坡口两侧时焊枪2停止摆动，停留一段时间，焊接小车沿X方向运动。图2中(b)为三角形运动轨迹，焊接小车沿X方向一直运动，焊枪2沿Y方向摆动，在坡口两侧不做停留，继续反向摆动。图2中(c)为梯形运动轨迹，焊接小车沿X方向一直运动，焊枪2沿Y方向摆动，在坡口两侧停留一段时间后，继续反向摆动。

根据对焊枪运动轨迹的分析，当采用矩形或梯形运弧轨迹时，焊枪2和跟踪传感器3需要在坡口两侧停留一段时间，此时跟踪传感器3的探针与工件坡口接触，容易造成探针的磨损或者由于工件表面的凹凸不平造成探针卡死，导致传感器损坏。这对传感器的设计提出新的要求，下面对传感器的内部结构重点描述。

实施例1

图3为本发明的跟踪传感器3的内部结构示意图。上述跟踪传感器3包括：Y型探针、电磁铁、以及光电开关；

上述Y型探针包括转动支点33、转动杆34、遮光片37、第一探针31和第二探针32，第一探针31和第二探针32通过转动支点33安装在转动杆34上，转动杆34的另一端安装遮光片37，第一探针31和第二探针32之间的角度可调，从而适应不同的坡口宽度；

上述电磁铁包括第一电磁铁35和第二电磁铁36，第一电磁铁35和第二电磁铁36安装在转动杆34两侧，转动杆34通过与电磁铁的吸合，从而避免跟踪传感器3和坡口之间的摩擦；

上述光电开关包括第一光电开关38和第二光电开关49，遮光片37通过和第一光电开关38、第二光电开关39的配合，控制摆动器的摆动方向。

Y型探针通过转动支点安装在控制盒内，可围绕转动支点33转动；第一探针31和第二探针32之间的角度可调，对于相同的坡口尺寸，角度越大则摆动幅度就越小；探针上部的遮光片37，通过与第一光电开关38和第二光电开关39配合，用于判断第一探针31和第二探针32是否碰到坡口表面。第一电磁铁35和第二电磁铁36的作用是当探针碰到坡口表面时迅速吸合转动杆，是探针脱离坡口，避免磨损。

假定跟踪传感器3刚碰到右侧坡口，开始向左摆动，此时状态为第二电磁铁36吸住转动杆34，遮光片37遮住第二光电开关39(传感器输出状态为“1”)。当摆动机构向左摆动时，若第一探针31碰到左侧坡口，在左侧坡口力的作用下，转动杆34、第二电磁铁36、遮光片37离开第二光电开关39，第二光电开关39输出状态由“1”变“0”；迅速使第二电磁铁36失电、第一电磁铁35得电，转动杆34与第一电磁铁35吸合，第一探针31脱离左侧坡口，避免了焊接小车行走时第一探针31的磨损，遮光片37遮住第一光电开关38，第一光电开关38的输出状态为“1”。此时摆动机构1是停留一段时间还是迅速反向摆动，取决于程序设定的焊枪运动轨迹。同样的，当摆动机构1向右摆动第二探针32碰到右侧坡口时，在右侧坡口力的作用下，转动杆34脱离第一电磁铁35、遮光片37离开第一光电开关38，第一光电开关38输出状态由“1”变“0”；此时迅速使第一电磁铁35失电、第二电磁铁36得电，转动34杆与第二电磁铁36吸合，第二探针32脱离右侧坡口，避免了焊接小车行走时第二探针32的磨损，遮光片37遮住第二光电开关39，第二光电开关39的输出状态为“1”。

第二光电开关39输出信号由“1”变“0”时表明摆动机构1摆动到坡口左侧，此时第一电磁铁35吸合转动杆34，使第一探针31离开坡口左侧，避免接触磨损；第一光电开关38输出信号由“1”变“0”时表明摆动机构1摆动到坡口右侧，此时第二电磁铁36吸合转动杆，使第二探针32离开坡口右侧，避免接触磨损。

图4为本发明的跟踪传感器3的控制线路示意图。D1为第一光电开关，D2为第二光电开关，K1为第一电磁铁，K2为第二电磁铁。当遮光片37进入光电开关时，输出信号“1”；当遮光片离开时，输出信号“0”。

根据这两个光电开关受到遮光片的影响，通过信号处理电路的处理可以输出两个探针接触到不同坡口侧壁时的信号，同时去控制两个电磁铁，从而实现上述的功能。

当跟踪传感器3开始向左摆动，此时第二电磁铁K2吸住转动杆，遮光片37遮住第二光电开关D2。当探针向左摆动与坡口的左侧壁接触，遮光片37离开第二光电开关D2，则D2输出状态由“1”变“0”，于是D触发器U1的输入端RD＝0，导致Q引脚输出低电平“0”，引脚输出高电平“1”,于是Q1导通、Q2关断，第一电磁铁K1得电、第二电磁铁K2失电，Y型探针的上部与第一电磁铁K1吸合，第一探针脱离左侧坡口，避免了焊接小车行走时第一探针的磨损，遮光片37遮住第一光电开关D1，第一光电开关D1的输出状态为“1”。向右摆动的分析过程与此类似。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (2)

1.一种摆幅自适应的机械接触式焊缝跟踪装置，其特征在于，包括焊接小车、摆动机构、跟踪传感器和焊枪；所述焊接小车沿平行于工件焊缝方向运动，所述摆动机构安装在焊接小车上，垂直于工件焊缝方向摆动；所述跟踪传感器和焊枪安装在摆动机构上，和焊枪同时摆动，实现焊枪摆动幅度对坡口宽度的自适应。

2.根据权利要求1所述的一种摆幅自适应的机械接触式焊缝跟踪装置，其特征在于，所述跟踪传感器包括：Y型探针、电磁铁以及光电开关；

所述Y型探针包括转动支点、转动杆、遮光片、第一探针和第二探针，所述第一探针和第二探针通过转动支点安装在转动杆上，所述转动杆的另一端安装遮光片，所述的第一探针和第二探针之间的角度可调，从而适应不同的坡口宽度；

所述电磁铁包括第一电磁铁和第二电磁铁，所述第一电磁铁和第二电磁铁安装在转动杆两侧，所述的转动杆通过与电磁铁的吸合，从而避免跟踪传感器和坡口之间的摩擦；

所述光电开关包括第一光电开关和第二光电开关，所述遮光片通过和第一光电开关、第二光电开关的配合，控制摆动器的摆动方向。