CN214558126U - 一种中厚板多层多道视觉成像自动化焊接*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种中厚板多层多道视觉成像自动化焊接***，包括：行走台车、回转运动机构、横向运动机构、焊缝跟踪***、控制器；回转运动机构设置在行走台车上；横向运动机构固定在回转运动机构上，回转运动机构带动横向运动机构旋转；焊缝跟踪***固定在横向运动机构上，横向运动机构带动焊缝跟踪***左右移动；焊缝跟踪***包括视觉跟踪传感器、偏差调整机构以及焊枪；偏差调整机构固定在横向运动机构上，焊枪通过横移座固定在偏差调整机构外侧，视觉跟踪传感器固定在焊枪外侧；控制器分别与行走台车、回转运动机构、横向运动机构以及焊缝跟踪***电连接。该焊接***优化了操作过程，提高焊接精度、降低操作人员的工作难度、减轻劳动强度。

Description

一种中厚板多层多道视觉成像自动化焊接***

技术领域

本实用新型属于自动化焊接技术领域，具体涉及一种中厚板多层多道视觉成像自动化焊接***。

背景技术

目前，在工程机械、海工装备、轨道车辆等大型机械制造行业中，手工焊接已逐渐退出生产线，自动化焊接机器人、自动化焊接专机以及智能化焊接已经成为焊接技术的发展趋势，在焊接过程中自动化和智能化的发展研究具有深远意义；目前中厚板对接焊缝焊接时采用埋弧小车进行多层多道焊接，焊接时采用手动纠偏，焊接精度误差较大，劳动强度大且效率低。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种中厚板多层多道视觉成像自动化焊接***。

本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种中厚板多层多道视觉成像自动化焊接***，包括：行走台车、回转运动机构、横向运动机构、焊缝跟踪***以及控制器；其中，

所述回转运动机构设置在行走台车上；所述横向运动机构固定在所述回转运动机构上，所述回转运动机构带动所述横向运动机构旋转；所述焊缝跟踪***固定在所述横向运动机构上，所述横向运动机构带动所述焊缝跟踪***左右移动；

所述焊缝跟踪***包括：视觉跟踪传感器、十字交叉的偏差调整机构以及焊枪；所述偏差调整机构固定在所述横向运动机构上，所述焊枪通过横移座固定在所述偏差调整机构外侧，所述视觉跟踪传感器固定在所述焊枪外侧；

所述控制器分别与所述行走台车、回转运动机构、横向运动机构以及焊缝跟踪***连接。

进一步地，所述回转运动机构包括：立柱、第一齿轮以及第一电机；其中，

所述立柱与所述行走台车的平台通过带有外齿的回转支承转动连接；所述第一齿轮固定在所述平台上，所述第一齿轮在所述第一电机的驱动下，通过所述回转支承外侧的齿轮带动所述立柱旋转；所述第一电机与所述控制器连接。

进一步地，所述横向运动机构包括：悬臂、第二齿轮、齿条、第一导轨、第一滑块以及第二电机；其中，所述悬臂水平固定在所述立柱上端，所述立柱带动所述悬臂旋转；

所述齿条、所述第一导轨均固定在所述悬臂外侧，所述偏差调整机构通过固定板分别与所述第二齿轮、所述第一滑块固定连接，所述第一滑块与所述第一导轨滑动连接，所述第二齿轮与所述齿条啮合，所述第二电机驱动所述第二齿轮沿着所述齿条移动，同时在所述第二齿轮的带动下，所述第一滑块通过所述固定板带动所述偏差调整机构沿着所述第一导轨移动；所述第二电机与所述控制器连接。

进一步地，所述偏差调整机构包括纵向微调机构、横向微调机构；所述纵向微调机构固定在所述固定板外侧，所述横向微调机构连接在所述纵向微调机构外侧，所述焊枪通过横移座与所述横向微调机构连接；所述纵向微调机构、所述横向微调结构分别与所述控制器连接。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型增加了焊缝跟踪***，代替人工调节，实现自动调节跟踪焊缝；优化了操作过程，提高焊接精度、降低操作人员的工作难度、减轻劳动强度；

2、本实用新型采用焊缝跟踪***，能够检测焊缝坡口形式、坡口宽度，自动调整焊道排列，实现焊缝多层多道焊接，焊缝外观成形美观，内在质量优良；

3、本实用新型的自动化焊接工艺简单，操作可行，可用于工型杆件角焊缝、箱型杆件棱角焊缝及长直对接焊缝的焊接，促进自动化焊接在桥梁行业中的应用。

以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中A部分的放大结构示意图；

图3为图1中B部分的放大结构示意图；

图4为焊缝跟踪***的结构示意图；

图5为本实用新型的控制原理示意图。

附图标记说明：

1-行走台车；2-回转运动机构；3-横向运动机构；4-焊缝跟踪***；1-1-平台；1-2-底座；1-3-滚轮；1-4-轨道；1-5-行走电机；2-1-立柱；2-2-第一齿轮；2-3-回转支承；3-1-悬臂；3-2-齿条；3-3-第一导轨；3-4-第一滑块；3-5-第二电机；3-6-固定板；4-1-视觉跟踪传感器；4-2-偏差调整机构；4-3-焊枪；4-4-横移座；4-5-支撑架；4-6-丝盘；4-7-送丝电机；4-2-1-纵向微调机构；4-2-2-横向微调机构。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

请参见图1～图5，本实用新型实施例提供了一种中厚板多层多道视觉成像自动化焊接***，包括：行走台车1、回转运动机构2、横向运动机构3、焊缝跟踪***4以及控制器；其中，

回转运动机构2设置在行走台车1上；横向运动机构3固定在回转运动机构2上，回转运动机构2带动横向运动机构3旋转；焊缝跟踪***4固定在横向运动机构3上，横向运动机构3带动焊缝跟踪***4左右移动；控制器分别与行走台车1、回转运动机构2、横向运动机构3以及焊缝跟踪***4电连接。

该行走台车1由平台1-1、底座1-2、滚轮1-3、轨道1-4以及行走电机1-5组成，回转运动机构2固定在平台1-1上，底座1-2固定在平台1-1下端两侧，滚轮1-3固定在底座1-2下端，并在行走电机1-5的驱动下带动回转运动机构2沿轨道1-4移动；行走电机1-5与控制器电连接。

焊缝跟踪***4包括：视觉跟踪传感器4-1、偏差调整机构4-2以及焊枪4-3；偏差调整机构4-2固定在横向运动机构3上，焊枪4-3通过横移座4-4固定在偏差调整机构4-2外侧，视觉跟踪传感器4-1固定在焊枪4-3外侧；

进一步地，回转运动机构2包括：立柱2-1、第一齿轮2-2以及第一电机；其中，

立柱2-1与行走台车1的平台1-1通过带有外齿的回转支承2-3转动连接；第一齿轮2-2固定在行走台车1上的平台1-1上，第一齿轮2-2在第一电机的驱动下，通过回转支承2-3外侧的齿轮带动立柱2-1旋转；第一电机与控制器电连接。

进一步地，横向运动机构3包括：悬臂3-1、第二齿轮、齿条3-2、第一导轨3-3、第一滑块3-4以及第二电机3-5；其中，

悬臂3-1水平固定在立柱2-1上端，立柱2-1旋转时带动悬臂3-1旋转；

齿条3-2、第一导轨3-3均固定在悬臂3-1外侧，偏差调整机构4-2通过固定板3-6分别与第二齿轮、第一滑块3-4固定连接，第一滑块3-4与第一导轨3-3滑动连接，第二齿轮与齿条3-2啮合，第二电机3-5驱动第二齿轮沿着齿条3-2移动，同时在第二齿轮的带动下，第一滑块3-4通过固定板3-6带动偏差调整机构4-2沿着第一导轨3-3移动；第二电机3-5与控制器电连接。

进一步地，偏差调整机构4-2包括纵向微调机构4-2-1、横向微调机构4-2-2；纵向微调机构4-2-1和横向微调机构4-2-2十字交叉并通过支撑架4-5固定在固定板3-6上；纵向微调机构4-2-1通过支撑架4-5固定在固定板3-6外侧，横向微调机构4-2-2连接在纵向微调结构4-2-1外侧。

焊枪4-3通过横移座4-4固定在横向微调机构4-2-2外侧，固定板3-6上端固定有丝盘4-6，焊枪4-3的横移座4-4上固定有送丝电机4-7，通过送丝电机4-7将转盘中的焊丝送入焊枪4-3中，视觉跟踪传感器4-1固定在焊枪4-3外侧。

纵向微调机构4-2-1用于调整焊枪4-3的纵向轨道，是针对工件的描述，通过纵向微调机构4-2-1调整工件水平面与焊枪4-3末端的间隔距离；横向微调机构4-2-2用于调整焊枪4-3的横向轨道，是针对焊缝的描述，指焊缝中线与焊枪4-3中线保持重合状态，如有不重合，横向微调机构4-2-2通过视觉跟踪传感器4-1识别的信号自动纠正焊枪4-3至焊缝中线与焊枪4-3中线呈重合状态；纵向微调机构4-2-1和横向微调机构4-2-2组成十字滑台，控制纵向微调机构4-2-1和横向微调机构4-2-2的电机以及视觉跟踪传感器4-1分别与控制器电连接，该电机均为伺服电机。

基于十字滑台实现焊枪4-3与焊缝几何关系的自动跟踪，采用独立的十字滑台跟踪焊缝，可实现稳定跟踪；采用伺服电机调整跟踪，从而可以保证跟踪精度与快速性。

当焊前准备工作完成后，启动视觉跟踪传感器4-1，利用视觉跟踪传感器4-1扫描焊缝偏差信息，并将焊缝偏差信息发送给控制器，控制器进行处理后将得到的结果信号传入横向微调机构4-2-2和纵向微调机构4-2-1，使其带动焊枪4-3走到正确的焊接位置，全称自动识别、纠偏、焊接；该视觉跟踪传感器4-1为激光传感器。

具体地，控制器为PLC控制器；该PLC控制器包括焊机交互控制部分、悬臂控制部分以及视觉控制部分；其中，焊机交互控制控制电焊机的运动；悬臂控制分别控制回转运动机构2以及横向运动机构3的运动；视觉控制部分分别控制横向微调机构4-2-2、纵向微调机构4-2-1以及视觉跟踪传感器4-1。

视觉跟踪传感器4-1识别焊缝，得到工件偏差量，反馈给视觉控制部分后，视觉控制部分控制横向微调机构4-2-2和纵向微调机构4-2-1实现焊枪4-3位置调整，从而实现自动焊接，为获取更好的控制性能，横向微调机构4-2-2和纵向微调机构4-2-1均使用伺服控制；采用伺服控制中的速度模式进行PID控制，将伺服电机编码器的当前位置结合传感器标定时的位置信号，从而得到偏差值，偏差值作为PID输入，输出模拟量进行转动速度的控制，这样做的有点在于可以减少中间传动过程中的误差，提高整个***的定位精度；在盖面焊接时，由于尺寸特征不明显，需要记忆轨迹实现，在第一道轨迹跟踪时，视觉控制部分记录横向微调机构4-2-2和纵向微调机构4-2-1位置以及前进位置关系，在盖面焊或尺寸特征不明显时可以根据记录轨迹进行“再现”。

该自动化焊接***还包括人机交互界面，人机交互界面的主要功能是方便工人操作，主要包括若干按钮和显示屏，按钮包括控制立柱旋转、横向粗调、横纵方向微调、启动停止、焊缝跟踪***中视觉相关的开始或停止跟踪、打开或关闭视觉跟踪传感器、跟踪、再现、基准设定以及调整等功能按钮；显示屏具备调整焊接电流电压、前进速度、焊缝类型选择、运动控制参数设置等功能。

在焊接过程中，通过横向微调机构、纵向微调机构，自动调整焊枪与焊缝的关系，通过双向调整机构与视觉跟踪传感器配合，自动跟踪，克服偏差，操作者就可以有时间兼顾清渣等其他工作，或者同时操作多台设备。

实施例2

本实用新型实施例提供了一种实施例1中中厚板多层多道视觉成像自动化焊接***的使用过程：

S1：粗调机头位置；当工件安装到指定位置后，操作者通过按钮手动控制回转运动机构、横向运动机构以及偏差调整机构中的纵向微调机构，使焊枪初步达到焊缝位置。

S2：设置焊枪姿态；手动调节焊枪角度，使焊枪与焊缝处于正确焊接角度的姿态。

S3：设置跟踪状态；通过按钮手动调节纵向微调机构、横向微调机构，使焊枪焊丝对准焊缝起弧位置，且使焊缝位于激光线上大约中点的位置。

S4：确认焊接状态；确定调整后的焊枪与工件的位置关系无误后，按下基准设定按钮绑定焊枪、传感器、以及工件焊缝的相对位置关系。

S5：启动焊接；按下起弧按钮，开始自动焊接，此时，焊枪与工件位置，传感器与工件位置均不需要调节。

S6：自动跟踪焊接；操作者在此过程中可以不再参与，整个自动化焊接***自动完成焊接。

S7：自动结束跟踪、熄弧、完成焊接；自动化焊接***在跟踪到焊缝尾部后自动结束，可以自动判断焊缝终点，从而结束焊接。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种中厚板多层多道视觉成像自动化焊接***，其特征在于，包括：行走台车、回转运动机构、横向运动机构、焊缝跟踪***以及控制器；其中，

所述回转运动机构设置在行走台车上；所述横向运动机构固定在所述回转运动机构上，所述回转运动机构带动所述横向运动机构旋转；所述焊缝跟踪***固定在所述横向运动机构上，所述横向运动机构带动所述焊缝跟踪***左右移动；

所述焊缝跟踪***包括：视觉跟踪传感器、偏差调整机构以及焊枪；所述偏差调整机构固定在所述横向运动机构上，所述焊枪通过横移座固定在所述偏差调整机构外侧，所述视觉跟踪传感器固定在所述焊枪外侧；

所述控制器分别与所述行走台车、所述回转运动机构、横向运动机构以及焊缝跟踪***连接。

2.根据权利要求1所述的中厚板多层多道视觉成像自动化焊接***，其特征在于，所述回转运动机构包括：立柱、第一齿轮以及第一电机；其中，

所述立柱与所述行走台车的平台通过带有外齿的回转支承转动连接；所述第一齿轮固定在所述平台上，所述第一齿轮在所述第一电机的驱动下，通过所述回转支承外侧的齿轮带动所述立柱旋转；所述第一电机与所述控制器连接。

3.根据权利要求2所述的中厚板多层多道视觉成像自动化焊接***，其特征在于，所述横向运动机构包括：悬臂、第二齿轮、齿条、第一导轨、第一滑块以及第二电机；其中，所述悬臂水平固定在所述立柱上端，所述立柱带动所述悬臂旋转；

所述齿条、所述第一导轨均固定在所述悬臂外侧，所述偏差调整机构通过固定板分别与所述第二齿轮、所述第一滑块固定连接，所述第一滑块与所述第一导轨滑动连接，所述第二齿轮与所述齿条啮合，所述第二电机驱动所述第二齿轮沿着所述齿条移动，同时在所述第二齿轮的带动下，所述第一滑块通过所述固定板带动所述偏差调整机构沿着所述第一导轨移动；所述第二电机与所述控制器连接。

4.根据权利要求3所述的中厚板多层多道视觉成像自动化焊接***，其特征在于，所述偏差调整机构包括纵向微调机构、横向微调机构；所述纵向微调机构固定在所述固定板外侧，所述横向微调机构连接在所述纵向微调机构外侧，所述焊枪通过横移座与所述横向微调机构连接；所述纵向微调机构、所述横向微调结构分别与所述控制器连接。

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