CN214721334U - 一种箱梁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箱梁多层多道视觉成像自动化焊接***，包括龙门式行走机构，横向运动机构、升降机构、焊缝跟踪***、控制器；横向运动机构设置在龙门式行走机构上；升降机构设置在横向运动机构上，横向运动机构带动升降机构左右移动；焊缝跟踪***固定在升降机构上，升降机构带动焊缝跟踪***上下移动；焊缝跟踪***包括视觉跟踪传感器、偏差调整机构及焊枪；偏差调整机构固定在升降机构上，焊枪固定在偏差调整机构上，视觉跟踪传感器固定在焊枪外侧；控制器与龙门式行走机构、横向运动机构、升降机构、焊缝跟踪***连接；该***提高了焊接精度、降低了操作人员的工作难度，减轻劳动强度。

Description

一种箱梁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，具体涉及一种箱梁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；目前箱梁焊接时采用埋弧小车进行多层多道对接，焊接时采用手动纠偏。导致焊接精度误差较大，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箱梁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：

一种箱梁多层多道视觉成像自动化焊接***，包括：龙门式行走机构，横向运动机构、升降机构、焊缝跟踪***以及控制器；其中，

所述横向运动机构设置在所述龙门式行走机构上，所述升降机构设置在所述横向运动机构上，所述横向运动机构带动所述升降机构左右移动；所述焊缝跟踪***固定在所述升降机构上，所述升降机构带动所述焊缝跟踪***上下移动；

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升降机构上，所述焊枪固定在所述偏差调整机构上，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龙门式行走机构、横向运动机构、升降机构以及焊缝跟踪***连接。

进一步地，所述龙门式行走机构包括相对设置的左支腿、右支腿、位于所述左支腿与右支腿之间的横梁以及位于所述左支腿、右支腿、所述横梁之间的平台以及行走台车；所述左支腿和右支腿固定在行走台车上，所述行走台车驱动所述左支腿、右支腿、横梁以及平台前后移动；所述行走台车与所述控制器连接。

进一步地，所述横向运动机构固定在任一所述横梁上，包括：齿轮、齿条、第一导轨、第一滑块以及第一电机；所述齿条固定在所述横梁上端，所述第一导轨固定在所述横梁外侧，所述升降机构固定在所述齿轮上，并通过固定板固定在所述第一滑块上，所述第一电机驱动所述齿轮沿着所述齿条移动，同时在齿条的带动下，所述第一滑块沿着所述第一导轨移动；所述第一电机与所述控制器连接。

进一步地，所述升降机构包括丝杠座、丝杠、第二电机、滑板以及焊臂；所述丝杠座通过所述固定板竖直固定在所述第一滑块上，所述丝杠竖直安装在所述丝杠座上，并通过所述第二电机驱动所述丝杠旋转；所述滑板通过丝杠螺母座与丝杠固定连接；所述焊臂固定在所述滑板上，所述丝杠座与所述滑板的相对端面上竖直设有第二导轨，所述滑板通过第二滑块与所述第二导轨滑动连接，所述滑板带动所示焊臂沿所述第二导轨上下运动；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、横向微调机构以及手动角度旋转机构；所述手动角度旋转机构固定在所述焊臂外侧，所述横向微调机构固定在所述手动角度旋转机构外侧，所述纵向微调机构连接在所述横向微调机构外侧；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，可用于钢梁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为图1中C部分的放大结构示意图；

图5为本实用新型的控制原理示意图；

附图标记说明：

1-龙门式行走机构；2-横向运动机构；3-升降机构；4-焊缝跟踪***；1-1-左支腿；1-2-右支腿；1-3-横梁；1-4-平台；1-5-行走台车；2-1-齿条；2-2-第一导轨；2-3-第一电机；2-4-固定板；3-1-丝杠座；3-2-第二电机；3-3-滑板；3-4-焊臂；4-1-视觉跟踪传感器；4-2-偏差调整机构；4-3-焊枪；4-4-焊剂输送管；4-5-焊剂回收管；4-6-焊剂桶；1-5-1-底座；1-5-2-轨道；1-5-3-行走电机；4-2-1-纵向微调机构；4-2-2-横向微调机构；4-2-3-手动角度旋转机构。

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

请同时参见图1～图5，本实用新型实施例提供了一种箱梁多层多道视觉成像自动化焊接***，包括：龙门式行走机构1、横向运动机构2、升降机构3、焊缝跟踪***4以及控制器；其中，

横向运动机构2固定设置在龙门式行走机构1上，升降机构3设置在横向运动机构2上，横向运动机构2带动升降机构3左右移动；焊缝跟踪***4固定在升降机构3上，升降机构3带动焊缝跟踪***4上下移动；

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固定在升降机构3上，焊枪4-3固定在偏差调整机构4-2上，视觉跟踪传感器4-1固定在焊枪4-3外侧；

控制器分别与龙门式行走机构1、横向运动机构2、升降机构3以及焊缝跟踪***4电连接。

进一步地，龙门式行走机构1包括相对设置的左支腿1-1、右支腿1-2、位于左支腿1-1与右支腿1-2之间的横梁1-3以及位于左支腿1-1、右支腿1-2、横梁1-3之间的平台1-4以及行走台车1-5；左支腿1-1和右支腿1-2固定在行走台车1-5上，行走台车1-5驱动左支腿1-1、右支腿1-2、横梁1-3以及平台1-4前后移动；行走台车1-5与控制器电连接。

该行走台车1-5由底座1-5-1、滚轮、轨道1-5-2以及行走电机1-5-3组成，左支腿1-1、右支腿1-2分别固定在底座1-5-1上，底座1-5-1下端设置有滚轮，滚轮在行走电机1-5-3的驱动下沿轨道1-5-2前后移动。

进一步地，横向运动机构2固定在任一横梁1-3上，包括：齿轮、齿条2-1、第一导轨2-2、第一滑块以及第一电机2-3；其中，

齿条2-1固定在横梁1-3上端，第一导轨2-2固定在横梁1-3外侧，齿轮固定在第一电机座下方并与齿条2-1连接，升降机构3通过第一电机座与齿轮固定，并通过固定板2-4固定在第一滑块上，第一电机2-3驱动齿轮沿着齿条2-1移动，同时在齿条2-1的带动下，第一滑块沿着第一导轨2-2移动；第一电机2-3与控制器电连接。

进一步地，升降机构3包括丝杠座3-1、丝杠、第二电机3-2、滑板3-3以及焊臂3-4；其中，

丝杠座3-1通过固定板2-4竖直固定在第一滑块上，丝杠竖直安装在丝杠座3-1上，并通过第二电机3-2驱动丝杠旋转；滑板3-3通过丝杠螺母座与丝杠螺母固定连接；焊臂3-4固定在滑板3-3上，丝杠座3-1与滑板3-3的相对端面上竖直设有第二导轨，滑板3-3通过其两侧设有的第二滑块与第二导轨滑动连接，滑板3-3带动焊臂3-4沿着第二导轨上下运动；第二电机3-2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以及手动角度旋转机构4-2-3；该手动角度旋转机构4-2-3为带刻度的旋转圆盘，其固定在焊臂3-4的外侧，纵向微调机构4-2-1和横向微调机构4-2-2十字交叉固定在手动角度旋转机构4-2-3上；横向微调机构4-2-2固定在手动角度旋转机构4-2-3外侧，纵向微调机构4-2-1连接在横向微调机构4-2-2外侧；纵向微调机构4-2-1用于调整焊枪4-3的纵向轨道1-5-2，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1-5-2，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。

焊枪4-3固定在十字滑台外侧，焊剂输送管4-4和焊剂回收管4-5分别位于焊枪4-3两侧，焊剂桶4-6固定在焊臂3-4外侧；视觉跟踪传感器4-1固定在焊剂输送管4-4外侧。

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，可实现焊缝稳定跟踪；采用伺服电机进行控制，从而可以保证跟踪精度与快速性。

焊缝跟踪***4中的视觉跟踪传感器4-1与焊枪4-3之间的几何关系原则上为固定，特殊角度可通过调整焊臂3-4上的手动角度旋转机构4-2-3来实现；横向微调机构4-2-2与纵向微调机构4-2-1在运动关系上相互垂直；当工件的焊缝形式有变化时，调节手动角度旋转机构4-2-3，可调整焊枪4-3的姿势，使其达到焊接要求的姿势。因视觉跟踪传感器4-1与焊枪4-3的几何关系保持不变，故视觉跟踪传感器4-1仍然符合跟踪条件。

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控制器包括焊机控制部分、龙门控制部分以及视觉控制部分；其中，焊机控制部分控制电焊机的运动；龙门控制分别控制龙门式行走机构1、横向运动机构2以及升降机构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。

龙门式行走机构1的前进方向使用伺服控制，能够保证运行平稳，从而保证焊接质量，在多层多道焊接中，行走机构前进方向的位置信息需要记录，可直接使用变频器控制；横向运动机构2和升降机构3对焊枪4-3的位置粗调，使用伺服电机的编码器信息即可。

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，这样做的优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，按钮包括控制龙门行走机构前进后退、横纵方向粗调、横纵方向微调、送丝退丝、启动停止、引弧灭弧、回收焊剂等常规功能以及焊缝跟踪***中相关的开始或停止跟踪、打开或关闭视觉跟踪传感器、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，焊缝类型等选择，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中箱梁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龙门式行走机构、横向运动机构以及升降机构，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 (5)

1.一种箱梁多层多道视觉成像自动化焊接***，其特征在于，包括：龙门式行走机构，横向运动机构、升降机构、焊缝跟踪***以及控制器；其中，

所述横向运动机构设置在所述龙门式行走机构上，所述升降机构设置在所述横向运动机构上，所述横向运动机构带动所述升降机构左右移动；所述焊缝跟踪***固定在所述升降机构上，所述升降机构带动所述焊缝跟踪***上下移动；

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升降机构上，所述焊枪固定在所述偏差调整机构上，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龙门式行走机构、横向运动机构、升降机构以及焊缝跟踪***连接。

2.根据权利要求1所述的箱梁多层多道视觉成像自动化焊接***，其特征在于，所述龙门式行走机构包括相对设置的左支腿、右支腿、位于所述左支腿与右支腿之间的横梁以及位于所述左支腿、右支腿、所述横梁之间的平台以及行走台车；所述左支腿和右支腿固定在行走台车上，所述行走台车驱动所述左支腿、右支腿、横梁以及平台前后移动；所述行走台车与所述控制器连接。

3.根据权利要求2所述的箱梁多层多道视觉成像自动化焊接***，其特征在于，所述横向运动机构固定在任一所述横梁上，包括：齿轮、齿条、第一导轨、第一滑块以及第一电机；所述齿条固定在所述横梁上端，所述第一导轨固定在所述横梁外侧，所述升降机构固定在所述齿轮上，并通过固定板固定在所述第一滑块上，所述第一电机驱动所述齿轮沿着所述齿条移动，同时在齿条的带动下，所述第一滑块沿着所述第一导轨移动；所述第一电机与所述控制器连接。

4.根据权利要求3所述的箱梁多层多道视觉成像自动化焊接***，其特征在于，所述升降机构包括丝杠座、丝杠、第二电机、滑板以及焊臂；所述丝杠座通过所述固定板竖直固定在所述第一滑块上，所述丝杠竖直安装在所述丝杠座上，并通过所述第二电机驱动所述丝杠旋转；所述滑板通过丝杠螺母座与丝杠固定连接；所述焊臂固定在所述滑板上，所述丝杠座与所述滑板的相对端面上竖直设有第二导轨，所述滑板通过第二滑块与所述第二导轨滑动连接；所述滑板带动所述焊臂沿所述第二导轨上下运动；所述第二电机与所述控制器连接。

5.根据权利要求4所述的箱梁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、横向微调机构以及手动角度旋转机构；所述手动角度旋转机构固定在所述焊臂外侧，所述横向微调机构固定在所述手动角度旋转机构外侧，所述纵向微调机构连接在所述横向微调机构外侧；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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