焊后焊縫跟蹤機(jī)器人自動(dòng)糾偏及超聲沖擊系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】焊后焊縫跟蹤機(jī)器人自動(dòng)糾偏及超聲沖擊系統(tǒng)
[0001 ] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)?201410670000.2、申請(qǐng)日:2014.11.20、名稱(chēng)“全自動(dòng)焊后焊縫跟蹤及超聲沖擊系統(tǒng)”的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種焊后焊縫跟蹤及超聲沖擊系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]在大型結(jié)構(gòu)件焊接、薄板焊接、異種金屬焊接、高溫合金焊接，以及在高精度特種設(shè)備焊接等領(lǐng)域，焊接變形需得到有效控制，否則會(huì)對(duì)焊接件尺寸和外形有影響，而且會(huì)降低結(jié)構(gòu)的承載能力。焊接應(yīng)力是焊接變形的主要原因。消除焊接應(yīng)力，控制焊接變形的方法很多，目前在工程中較為常用的幾種焊后處理方法有超聲沖擊、焊趾打磨、噴丸、錘擊、TIG熔修、應(yīng)用低相變點(diǎn)焊條法等。隨焊或焊后沖擊、錘擊、碾壓是一種減小焊接應(yīng)力、防止焊接變形的有效途徑。其中超聲沖擊技術(shù)是一種新穎的有效的消除部件表面或焊縫區(qū)有害殘余拉應(yīng)力、引進(jìn)有益壓應(yīng)力的方法，相比其它方法其優(yōu)點(diǎn)突出。
[0004]國(guó)內(nèi)僅在專(zhuān)利“恒速掃描定位式焊后焊縫跟蹤及殘余應(yīng)力消除系統(tǒng)(CN201210401736)、“焊縫應(yīng)力消除移動(dòng)機(jī)器人跟蹤系統(tǒng)(CN201310341420)、“焊后焊縫高精度跟蹤及殘余應(yīng)力消除系統(tǒng)(CN201310341500)”中設(shè)計(jì)了相關(guān)全自動(dòng)焊后焊縫跟蹤及應(yīng)力消除系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)外雖已研制出以移動(dòng)小車(chē)為載體的隨焊(焊后)應(yīng)力消除設(shè)備，但都不能處理焊縫較長(zhǎng)或者焊縫彎曲的情況，即不具備長(zhǎng)焊縫、彎曲焊縫自動(dòng)跟蹤功能。所以要使隨焊/焊后應(yīng)力消除設(shè)備能夠自動(dòng)實(shí)施作業(yè)，沒(méi)有遺漏的處理所有焊后焊縫，需具備焊后焊縫跟蹤功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)合理，焊后焊縫跟蹤精度高，不受焊渣或焊接缺陷對(duì)焊后焊縫跟蹤影響的全自動(dòng)焊后焊縫跟蹤及超聲沖擊系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0007]—種全自動(dòng)焊后焊縫跟蹤及超聲沖擊系統(tǒng)，其特征是:包括移動(dòng)式焊接設(shè)備、超聲波沖擊系統(tǒng)，在移動(dòng)式焊接設(shè)備、超聲波沖擊系統(tǒng)上分別固定有反光片A、反光片B，反光片A、反光片B用于反射式測(cè)距傳感器實(shí)現(xiàn)距離測(cè)量;固定在移動(dòng)式焊接設(shè)備上的反光片A與移動(dòng)式焊接設(shè)備同步運(yùn)動(dòng)，固定在超聲波沖擊系統(tǒng)上的反光片B與超聲波沖擊系統(tǒng)同步運(yùn)動(dòng)；移動(dòng)式焊接設(shè)備、超聲波沖擊系統(tǒng)上的反光片通過(guò)安裝在不同高度來(lái)避免相互干擾，并采用不同調(diào)制頻率的激光或紅外光來(lái)避免干擾;歩進(jìn)電機(jī)固定安裝在焊縫以外區(qū)域，四個(gè)步進(jìn)電機(jī)對(duì)稱(chēng)分布組成平面長(zhǎng)方形或正方形，并保證焊縫在四個(gè)步進(jìn)電機(jī)所圍成的長(zhǎng)方形或正方形內(nèi)；以步進(jìn)電機(jī)Βι和步進(jìn)電機(jī)Β4軸心連線為Υ軸，以步進(jìn)電機(jī)Βι和步進(jìn)電機(jī)Β4距離中點(diǎn)為原點(diǎn)0(0，0)，建立平面Χ-Υ直角坐標(biāo)系；每個(gè)步進(jìn)電機(jī)均安裝有測(cè)距傳感器，測(cè)距傳感器與電機(jī)軸固定連接，同軸旋轉(zhuǎn)；四個(gè)測(cè)距傳感器與步進(jìn)電機(jī)軸心線交點(diǎn)坐標(biāo)分別為01(乂1、￥1)、02(乂2、￥2)、03(乂3、￥3)、04(乂4、￥4);四臺(tái)步進(jìn)電機(jī)中，兩臺(tái)用于確定焊接噴嘴的移動(dòng)軌跡，另外兩臺(tái)用于獲取超聲波沖擊頭的移動(dòng)軌跡，將兩軌跡進(jìn)行比較，即可得到超聲波沖擊頭偏離已焊焊縫的距離和方向，從而通過(guò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)糾偏，保證應(yīng)力消除裝置作業(yè)末端始終對(duì)準(zhǔn)焊縫作業(yè);控制器仏、1(2、1(3、1(4分別為步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制器，步進(jìn)電機(jī)的線速度大于移動(dòng)式焊接設(shè)備、超聲波沖擊系統(tǒng)的速度;無(wú)線通訊模塊冗!、Ζ2、Ζ3、Ζ4分別由控制器K1、Κ2、Κ3、Κ4控制，無(wú)線通訊模塊采用Zigbee無(wú)線通訊模塊。
[0008]超聲波沖擊系統(tǒng)采用輪式移動(dòng)機(jī)器人作為本體，通過(guò)兩輪差動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人位置粗定位，采用十字滑塊作為超聲波沖擊頭定位驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)超聲波沖擊頭的精密定位。
[0009]測(cè)距傳感器采用激光傳感器或紅外傳感器。
[0010]移動(dòng)式焊接設(shè)備由焊接初始點(diǎn)開(kāi)始焊接，當(dāng)移動(dòng)式焊接設(shè)備在焊接初始點(diǎn)時(shí)，在移動(dòng)焊接設(shè)備上安裝反光片A，反光片A與測(cè)距傳感器(^、(:2在同一水平面上，且為避免焊接過(guò)程中的弧光等干擾，測(cè)距傳感器&、&和反光片Α安裝高度高于焊接噴嘴;移動(dòng)式焊接設(shè)備在焊接初始點(diǎn)時(shí)，保證測(cè)距傳感器&工2發(fā)出的光信號(hào)能夠射在反光片A上，測(cè)距傳感器Q、C2的信號(hào)分別由控制器仏、1(2進(jìn)行處理和計(jì)算，得到的距離分別為L(zhǎng)^Ls;控制器仏將檢測(cè)的距離U通過(guò)無(wú)線通訊模塊Zi傳輸?shù)綗o(wú)線通訊模塊Z2，并由無(wú)線通訊模塊Z2送入控制器K2，得到三角形“A (Μ)2”的頂點(diǎn)Α的坐標(biāo);控制器1^、1(2每隔一定時(shí)間采樣測(cè)距傳感器的信號(hào)，計(jì)算一次A點(diǎn)坐標(biāo)；
[0011]當(dāng)移動(dòng)式焊接設(shè)備開(kāi)始焊接時(shí)，移動(dòng)焊接設(shè)備產(chǎn)生移動(dòng)，當(dāng)控制器仏、1(2采集不到測(cè)距傳感器的信號(hào)時(shí)，則說(shuō)明測(cè)距傳感器發(fā)射的光信號(hào)已經(jīng)不能射到反光片;此時(shí)，步進(jìn)電Wm、B2逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)測(cè)距傳感器產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使測(cè)距傳感器發(fā)射的光信號(hào)重新射到反光片，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)行，并計(jì)算出新的距離，由新的距離值，可以重復(fù)上述平面幾何計(jì)算方法，得到新的A點(diǎn)坐標(biāo)，以此類(lèi)推，可以得至IjA點(diǎn)的軌跡坐標(biāo)“(m，mi)、(n2，m2)、(Μ，
m3).........”，六點(diǎn)軌跡上的任意一點(diǎn)坐標(biāo)，以(nx，mx)表示，此軌跡就是焊接噴嘴運(yùn)動(dòng)的軌跡，
假定移動(dòng)焊接設(shè)備具有精密的焊縫跟蹤性能，此軌跡也就是焊縫的軌跡；
[0012]當(dāng)移動(dòng)式焊接設(shè)備焊接了一定時(shí)間后，啟動(dòng)超聲波沖擊系統(tǒng)，跟隨移動(dòng)式焊接設(shè)備的軌跡，進(jìn)行焊后沖擊作業(yè);超聲波沖擊系統(tǒng)的運(yùn)行，也從焊接初始點(diǎn)開(kāi)始;在超聲波沖擊系統(tǒng)上安裝反光片B，反光片B與測(cè)距傳感器C3、C4在同一水平面上，且為了消除干擾，反光片B與反光片A不在同一水平面上;初始時(shí)，保證測(cè)距傳感器C3、C4發(fā)出的光信號(hào)能夠射在反光片B上，測(cè)距傳感器C3、C4的信號(hào)分別由控制器K3、K4進(jìn)行處理和計(jì)算，得到的距離分別為L(zhǎng)2’’ ；控制器K4將檢測(cè)的距離U’通過(guò)無(wú)線通訊模塊Z4傳輸?shù)綗o(wú)線通訊模塊Z3，并由無(wú)線通訊模塊Z3送入控制器K3，在控制器K3中，計(jì)算得到三角形“Β0304”的頂點(diǎn)B的坐標(biāo);控制器K3、K4每隔一定時(shí)間采樣測(cè)距傳感器的信號(hào)，計(jì)算一次B點(diǎn)坐標(biāo)；
[0013]當(dāng)超聲波沖擊系統(tǒng)產(chǎn)生移動(dòng)，當(dāng)控制器Κ3、Κ4采集不到測(cè)距傳感器的信號(hào)時(shí)，則說(shuō)明測(cè)距傳感器發(fā)射的光信號(hào)已經(jīng)不能射到反光片。此時(shí)，步進(jìn)電機(jī)Β3、Β4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)測(cè)距傳感器產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使測(cè)距傳感器發(fā)射的光信號(hào)重新射到反光片，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)行，并計(jì)算出新的距離，由新的距離值，重復(fù)上述平面幾何計(jì)算方法，得到新的Β點(diǎn)坐標(biāo)，
以此類(lèi)推，可以得到Β點(diǎn)的軌跡坐標(biāo)“(m’，mi，)、(n2，，m2’)、(m’，m3，).........”，13點(diǎn)軌跡上的任意一點(diǎn)坐標(biāo)，以(nx’，mx’)表示，此軌跡就是超聲波沖擊頭運(yùn)動(dòng)的軌跡；
[0014]控制器K2得到的A點(diǎn)的軌跡的離散點(diǎn)“(m，mi)、(n2，m2)、(n3，m3).........”均通過(guò)Zigbee無(wú)線通訊模塊Z2傳輸?shù)娇刂破鱇3，并存儲(chǔ)在控制器K3中；控制器K3每得到一個(gè)新的超聲波沖擊頭運(yùn)動(dòng)的軌跡點(diǎn)丨^’^/丨后’與仏存儲(chǔ)器中的所有的點(diǎn)“丨如^^八仍^^八如，
m3).........”逐個(gè)進(jìn)行比較，選擇與(nx’，mx’)歐氏距離最短的點(diǎn)(nx，mx)作為目標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算
“nx’-nx”、“mx’-mx”的大小，并且以這個(gè)大小作為偏差量，調(diào)整移動(dòng)機(jī)器人本體的直流伺服電機(jī)和十字滑塊的步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)超聲波沖擊系統(tǒng)向著減小偏差的方向運(yùn)動(dòng)。
[0015]本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)感測(cè)超聲波沖擊系統(tǒng)作業(yè)末端(超聲波沖擊頭)與焊后焊縫的偏差，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)糾偏，實(shí)現(xiàn)超聲波沖擊頭對(duì)已焊焊縫的準(zhǔn)確沖擊，以消除焊接應(yīng)力。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、焊后焊縫跟蹤精度高，不受焊渣或焊接缺陷對(duì)焊后焊縫跟蹤的影響。
【附圖說(shuō)明】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0017]圖1是本發(fā)明的全自動(dòng)焊后焊縫跟蹤及超聲沖擊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖2是本發(fā)明的全自動(dòng)焊后焊縫跟蹤及超聲沖擊系統(tǒng)中，焊接應(yīng)力消除移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖1