CN108406051A - 一种焊缝跟踪装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于自动焊接技术领域，尤其涉及一种焊缝跟踪装置，包括支撑机构和激光跟踪机构，所述激光跟踪机构包括固定设置在支撑机构上的壳体和滑动设置在壳体上的推杆，所述壳体内依次固定设置有第一励磁线圈和第二励磁线圈，所述推杆的滑动方向与待焊接工件表面平行，且推杆的一端设置有激光位移传感器，所述激光位移传感器朝向焊缝，所述推杆包括轴向依次固定设置的第一衔铁、隔磁连杆和第二衔铁，所述第一励磁线圈和第二励磁线圈分别套设在第一衔铁和第二衔铁上，所述激光跟踪机构上还设置有用于监测激光位移传感器相对移动位置的位移监测元件。

Description

一种焊缝跟踪装置
技术领域
本发明属于自动焊接技术领域，尤其涉及一种焊缝跟踪装置。
背景技术
焊接在工业生产中具有非常重要的地位，随着国家科技水平的不断提高，人们对生产中焊接质量提出了更高的要求。现有自动焊接工艺过程中，往往是焊接机器人通过示教方式按照固定焊缝轨迹进行焊接。自动焊接时，因工件的加工与装配误差，以及因焊接热变形所引起的焊缝位置和尺寸的变化，需采用适当的焊缝跟踪装置，以便焊接机器人根据焊缝跟踪装置对焊缝各参数的实时反馈，控制焊枪在线实时调整位置，确保焊枪对中焊缝中心，保证焊缝成形质量。
发明内容
为解决现有技术存在的因工件的加工与装配误差，以及因焊接热变形所引起的焊缝位置和尺寸的变化，只通过示教方式按照固定焊缝轨迹进行焊接无法满足焊缝高质量要求的问题，本发明提供一种焊缝跟踪装置。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下，一种焊缝跟踪装置，包括支撑机构和激光跟踪机构，所述激光跟踪机构包括固定设置在支撑机构上的壳体和滑动设置在壳体上的推杆，所述壳体内依次固定设置有第一励磁线圈和第二励磁线圈，所述推杆的滑动方向与待焊接工件表面平行，且推杆的一端设置有激光位移传感器，所述激光位移传感器朝向焊缝，所述推杆包括轴向依次固定设置的第一衔铁、隔磁连杆和第二衔铁，所述第一励磁线圈和第二励磁线圈分别套设在第一衔铁和第二衔铁上，所述激光跟踪机构上还设置有用于监测激光位移传感器相对移动位置的位移监测元件。
作为优选，所述推杆还包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的一端与第一衔铁固定连接，其另一端外露于壳体且向外延伸有限位台阶，所述第二连杆的一端与第二衔铁固定连接，其另一端外露于壳体且与激光位移传感器固定连接。限位台阶防止推杆在壳体上左右滑动时滑落，提高该焊缝跟踪装置的稳定性。
作为优选，所述隔磁连杆的材质采用铜。隔磁连杆对第一衔铁和第二衔铁起到刚性连接的作用，其材质采用铜物理特性满足要求，稳定可靠且成本较低。
进一步地，所述位移监测元件包括霍尔传感器和与霍尔传感器配合的磁铁，所述霍尔传感器固定在壳体靠近激光位移传感器的侧面上，所述磁铁固定在激光位移传感器上。第一励磁线圈和第二励磁线圈通入不同的PWM脉冲，第一励磁线圈和第二励磁线圈产生两个强度不同的磁场吸力，第一衔铁和第二衔铁在两个强度不同磁场的吸力作用下做直线往复运动，激光位移传感器和推杆一起做直线往复运动，与霍尔传感器配合的磁铁的初始坐标为已知设定，因激光位移传感器带动磁铁一起做直线往复运动，磁铁与霍尔传感器作用转化为激光位移传感器运动的焊缝宽度定位信息，结合激光位移传感器扫描得到的待焊接焊缝内外各点的深度信息，由于焊缝内外的高度不同，进而得出焊缝的实际宽度和待焊接焊缝的中心坐标。此测量精度高，结构简单，设计巧妙，功能稳定可靠，方便测得待焊接焊缝的深度信息，宽度信息和中心坐标。
进一步地，所述支撑机构包括上支撑结构和下支撑结构，所述上支撑结构和下支撑结构之间设置有缓冲弹簧，所述下支撑结构的底面固定设置有滚轮，所述壳体固定设置在下支撑结构上。该焊缝跟踪装置的滚轮始终与焊接工件接触保证高度稳定，减少与焊接工件表面的摩擦，提高该焊缝跟踪装置的测量精度；缓冲弹簧能有效保护滚轮不被压坏，延长该焊缝跟踪装置的使用寿命。
有益效果：本发明的焊缝跟踪装置的第一衔铁和第二衔铁在第一励磁线圈和第二励磁线圈的不同磁场力的作用下做直线往复运动，带动激光位移传感器和磁铁一起做直线往复运动，激光位移传感器的扫描行程大于待焊接焊缝的宽度，与霍尔传感器配合的磁铁的初始坐标为已知设定(零点)，磁铁与霍尔传感器作用转化为激光位移传感器运动的焊缝宽度定位信息，结合激光位移传感器扫描得到的待焊接焊缝内外各点的深度信息，由于焊缝内外的高度不同，进而得出焊缝的实际宽度和待焊接焊缝的中心坐标，并传递给自动焊接机，自动焊接机实时调整焊枪的位置、角度和速度确保焊枪对中焊缝中心，以提高焊缝的质量。结构简单，操作简便，成本较低，设计巧妙，功能稳定可靠；本发明的焊缝跟踪装置受焊接强光、电弧热、飞溅、以及烟雾等多种强烈的干扰的影响小，适应能力强，具有广阔的市场空间。
附图说明
图1是本发明焊缝跟踪装置的立体结构示意图；
图2是图1中A的局部放大示意图；
图3是本发明焊缝跟踪装置的衔铁与励磁线圈的控制原理运动状态示意图；
图4是本发明焊缝跟踪装置的衔铁与励磁线圈的控制原理平衡状态示意图；
图中1、支撑机构，2、激光跟踪机构，3、壳体，4、第一衔铁，5、隔磁连杆，6、第二衔铁，7、第一连杆，8、第二连杆，9、限位台阶，10、第一励磁线圈，11、第二励磁线圈，12、激光位移传感器，13、霍尔传感器，14、磁铁，15、上支撑结构，16、下支撑结构，17、缓冲弹簧，18、滚轮，19、自动焊接机，20、导磁环，21、导磁圆筒。
具体实施方式
实施例
如图1～4所示，一种焊缝跟踪装置，该焊缝跟踪装置与焊枪并列设置在自动焊接机19上，包括支撑机构1和激光跟踪机构2，所述激光跟踪机构2包括固定设置在支撑机构1上的壳体3和滑动设置在壳体3上的推杆，所述壳体3内依次固定设置有第一励磁线圈10和第二励磁线圈11，第一励磁线圈10上具有PWM脉冲输入接线点U1，第二励磁线圈11上具有PWM脉冲输入接线点U2，所述推杆的滑动方向与待焊接工件表面平行，所述推杆包括轴向依次粘贴固定的第一连杆7、第一衔铁4、隔磁连杆5、第二衔铁6和第二连杆8，所述第一连杆7的外端外露于壳体3且向外延伸有限位台阶9，所述第二连杆8的外端外露于壳体3，且固定设置有激光位移传感器12，激光位移传感器12可通过粘接或螺钉连接固定，所述激光位移传感器12朝向焊缝，激光位移传感器12与自动焊接机19的控制处理器电连接，所述隔磁连杆5的材质采用铜，所述第一励磁线圈10和第二励磁线圈11分别套设在第一衔铁4和第二衔铁6上，为了方便控制，第一励磁线圈10和第二励磁线圈11相同，第一衔铁4和第二衔铁6相同，为了容易导磁，所述第一励磁线圈10和第二励磁线圈11的外部均固定套设有导磁环20，所述壳体3由导磁材料制成，所述第一励磁线圈10和第二励磁线圈11的中心均固定设置有导磁圆筒21，所述第一衔铁4和第二衔铁6分别穿过对应的导磁圆筒21。
如图3所示，所述激光跟踪机构2上还设置有用于监测激光位移传感器12相对移动位置的位移监测元件。所述位移监测元件包括霍尔传感器13和与霍尔传感器13配合的磁铁14，所述霍尔传感器13固定在壳体3靠近激光位移传感器12的侧面上，霍尔传感器13与自动焊接机19的控制处理器电连接，所述磁铁14固定在激光位移传感器12上。
如图3所示，所述支撑机构1包括上支撑结构15和下支撑结构16，所述上支撑结构15和下支撑结构16之间设置有缓冲弹簧17，所述下支撑结构16的底面固定设置有滚轮18，所述壳体3固定设置在下支撑结构16上。
工作原理如下：
先手动调整自动焊接机19使霍尔传感器13位于设定的机械零点位置，自动焊接机19再带动激光位移传感器12移动到待焊接焊缝上方，并使激光位移传感器12与待焊接焊缝垂直；
如图3和图4所示，当U1和U2同时使用宽度相同的PWM脉冲驱动第一励磁线圈10和第二励磁线圈11时，U1和U2的平均电压相等，所产生的磁场吸力也相等，但由于第二衔铁6在图3所示的情况下是平衡的，没有轴向力产生，而第一衔铁4没有到达平衡位置，受到向右轴向力的作用，会带动第二衔铁6向右运动。但随着第二衔铁6的向右移动，第一衔铁4也处于不平衡位置，受到向左轴向力的作用，当两个轴向力大小相等后第一衔铁4和第二衔铁6停止运动，达到图4所示的平衡位置。
如果U1的PWM脉冲平均电压小于U2的，那么第一衔铁4和第二衔铁6的平衡位置将向大平均电压的第二励磁线圈11方向移动。显然，U1和U2的PWM脉冲平均电压影响着第一衔铁4和第二衔铁6的平衡位置，每一个平均电压对应一个平衡位置，因此，只要U1和U2输入的PWM脉冲产生一点点变化，平衡位置就能一点点的受控制的移动，达到非常精确地位置控制，即推杆受控制的做直线往复运动。
同时推杆的直线往复运动带动激光位移传感器12和磁铁14一起做直线往复运动，设定PWM脉冲的输入值使激光位移传感器12的扫描行程大于待焊接焊缝的宽度，与霍尔传感器13配合的磁铁14的初始坐标为已知设定(零点)，磁铁14与霍尔传感器13作用转化为激光位移传感器12运动的焊缝宽度定位信息，结合激光位移传感器12扫描得到的待焊接焊缝内外各点的深度信息，由于焊缝内外的高度不同，进而得出焊缝的实际宽度和待焊接焊缝的中心坐标；
焊接加工开始后，自动焊接机19带动激光位移传感器12沿待焊接焊缝纵向运行的同时，激光位移传感器12横向不断扫描焊缝，采集的待焊接焊缝内各点的深度信息和磁铁14的位置信息直接发送给自动焊接机19的控制处理器，实时调整自动焊接机19的焊枪的位置、角度和速度，使其始终处于待焊接焊缝的中心位置，其中滚轮18始终与焊接件接触保证高度稳定，直至整个焊缝焊接完成。

Claims (6)

1.一种焊缝跟踪装置，其特征在于：包括支撑机构(1)和激光跟踪机构(2)，所述激光跟踪机构(2)包括固定设置在支撑机构(1)上的壳体(3)和滑动设置在壳体(3)上的推杆，所述壳体(3)内依次固定设置有第一励磁线圈(10)和第二励磁线圈(11)，所述推杆的滑动方向与待焊接工件表面平行，且推杆的一端设置有激光位移传感器(12)，所述激光位移传感器(12)朝向焊缝，所述推杆包括轴向依次固定设置的第一衔铁(4)、隔磁连杆(5)和第二衔铁(6)，所述第一励磁线圈(10)和第二励磁线圈(11)分别套设在第一衔铁(4)和第二衔铁(6)上，所述激光跟踪机构(2)上还设置有用于监测激光位移传感器(12)相对移动位置的位移监测元件。
2.根据权利要求1所述的焊缝跟踪装置，其特征在于：所述推杆还包括第一连杆(7)和第二连杆(8)，所述第一连杆(7)的一端与第一衔铁(4)固定连接，其另一端外露于壳体(3)且向外延伸有限位台阶(9)，所述第二连杆(8)的一端与第二衔铁(6)固定连接，其另一端外露于壳体(3)且与激光位移传感器(12)固定连接。
3.根据权利要求1或2所述的焊缝跟踪装置，其特征在于：所述隔磁连杆(5)的材质采用铜。
4.根据权利要求1所述的焊缝跟踪装置，其特征在于：所述壳体(3)由导磁材料制成。
5.根据权利要求1所述的焊缝跟踪装置，其特征在于：所述位移监测元件包括霍尔传感器(13)和与霍尔传感器(13)配合的磁铁(14)，所述霍尔传感器(13)固定在壳体(3)靠近激光位移传感器(12)的侧面上，所述磁铁(14)固定在激光位移传感器(12)上。
6.根据权利要求1所述的焊缝跟踪装置，其特征在于：所述支撑机构(1)包括上支撑结构(15)和下支撑结构(16)，所述上支撑结构(15)和下支撑结构(16)之间设置有缓冲弹簧(17)，所述下支撑结构(16)的底面固定设置有滚轮(18)，所述壳体(3)固定设置在下支撑结构(16)上。
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