CN101362266A - 配有光学定位设备的管板焊机及其定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种配有光学定位设备的管板焊机及其定位方法，属于焊接设备的制造技术领域。涉及被焊管，包括有焊枪、机架、电气控制系统，焊枪安装在机架上，机架由水平轴向支架、前后轴向支架、垂直轴向支架连接组成，电气控制系统安装在垂直轴向支架的一端，焊枪上设有焊炬及三脚支撑，其中：在焊枪上加装有摄像头，其光学中心线与焊枪中心线平行，且焊枪通过辅助定位装置连接到前后轴向支架上。以摄像头捕捉到的图象信息以及机架和换位机构的配合，实现焊接回转中心线同被焊管中心线共线定位，同时使焊枪焊炬能跟理想地接近焊缝，实现管伸出、管平头、管缩进的全状态焊接工，从真正意义上达成自动焊接的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种管板焊接的设备极其定位方法，尤其涉及配有光学定位设备的管板焊机及方法，属于焊接设备的制造技术领域。
背景技术
管板式换热器广泛应用于锅炉、化工、制药、发电等行业，而生产管板式换热器的重要工序就是将管板按要求焊接。除了传统手工施焊方式外，现有的管板焊机都需要定中心，即将管板焊炬的回转中心定位到与被焊件中心基本重合的状态，通过焊炬绕管口旋转来完成焊接。再进一步来说，现有的自动管板定位方式都通过中心杆或中心杆加涨芯体机构来实现的。通常的做法是后一种，即中心杆加涨芯体机构。
然而，这种涨芯体机构存在以下缺陷：1、该涨芯体机构的膨胀头的膨胀是通过扩张筒扩张来实现的，而扩张筒变径范围极为有限，一种扩张筒仅仅适用于一种管径且同一壁厚的被焊管，当被焊管管径或壁厚不同时无法通用。2、现有的涨芯体机构的最小定位管径都普遍偏大，导致自动管板焊机在对较小管径的管板焊接中难以施焊。3、如图1～3所示：当被焊管1跟板2的连接形式为管缩进时，即被焊管1跟板2的焊接焊缝在板孔内，由于涨芯体机构无法进入，所以现有的涨芯体机构自动管焊机也难以实施焊接。4、当被焊件较大时会因焊接错产生的高热发生一定的变形，即使焊前准备工作做得很到位，也会发生孔位出现中心偏移的现象，影响焊接精度，不利于大规模的生产加工。同样的缺陷还存在于管伸出、管齐平的焊接中。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供种管板焊机的光学定位设备及方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种光学定位管板焊接设备，涉及被焊管，包括有焊枪、机架、电气控制系统，焊枪安装在机架上，机架由水平轴向支架、前后轴向支架、垂直轴向支架连接组成，电气控制系统安装在垂直轴向支架的一端，焊枪上设有焊炬及三脚支撑，其中：在焊枪上加装有摄像头，其光学中心线与焊枪中心线平行，且焊枪通过辅助定位装置连接到前后轴向支架上。
上述的配有光学定位设备的管板焊机，其中：所述的辅助定位装置包括仰俯机构和轴承机构，令焊机进行仰俯及左右摆动，确保焊机的焊炬回转中心线与被焊管的被焊面垂直。
进一步地，上述的配有光学定位设备的管板焊机，其中：所述的水平轴向支架、前后轴向支架、垂直轴向支架上均安装有独立的步进电机或是伺服电机。
管板焊机的定位方法，其中：首先将被焊管的参数输入电气控制系统，再以焊枪的三脚支撑进行三点定平面，接着调整焊炬的回转中心线，使其跟被焊管中心线平行，同时让摄像头的光学中心线与焊炬回转中心线的连线同水平轴向支架平行；随后通过摄像头采集被焊管口信息，计算出摄像头光学中心线跟被焊管中心线的距离；然后调整水平轴向支架及垂直轴向支架，使摄像头光学中心线跟被焊管中心线共线；之后通过电气控制系统纪录被焊管管口的当前坐标，驱动水平轴向支架移过一个焊炬回转中心线跟摄像头光学中心线之间的已知距离，令焊炬回转中心线跟被焊管中心线共线；最后电气控制系统驱动前后轴向支架带动焊枪向前移动一个已知距离，进行焊接。
进一步地，上述的管板焊机的定位方法，其中：所述的参数包括管径、管间距
更进一步地，上述的管板焊机的定位方法，其中：所述的电气控制系统内设有图象处理系统。
本发明技术方案的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
以摄像头捕捉到的图象信息以及机架和换位机构的配合，实现焊接回转中心线同被焊管中心线共线定位，对被焊管管径公差要求较低，当被焊管管径或壁厚不同时也能使用，通用性好。并且，不采用涨芯体定焊接回转中心，以摄像头捕捉到的图象信息以及机架和换位机构的配合，实现焊接回转中心线同被焊管中心线共线定位，使可焊管径范围可以设计的很大，最小焊接管径小于10mm。同时使焊枪焊炬能跟理想的接近焊缝，实现管伸出、管平头、管缩进的全状态焊接工。更为重要的是使用电器控制自动实现了管口图象采集、分析并驱动机架位移，从真正意义上实现了自动焊接工艺。因此，本发明在本领域中有着极佳的应用前景，值得推广。
附图说明
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。这些附图当中，
图1是管缩进结构的剖面示意图；
图2是管伸出结构的剖面示意图；
图3是管齐平结构的剖面示意图；
图4是平移式管板焊接设备的总体示意图；
图5是焊接工作部位的结构示意图。
图中各附图标记的含义如下：
| 序号 | 指代 | 序号 | 指代 |
| 1 | 被焊管 | 2 | 板 |
| 3 | 电气控制系统 | 4 | 水平轴向支架 |
| 5 | 前后轴向支架 | 6 | 垂直轴向支架 |
| 7 | 焊枪 | 8 | 支撑 |
| 9 | 摄像头 | 10 | 电机 |
| 11 | 焊炬 | 12 | 辅助定位装置 |
具体实施方式
如图4、图5所示的管板焊机的定位方法，涉及被焊管，包括有焊枪7、机架、电气控制系统3，焊枪7安装在机架上，机架由水平轴向支架4、前后轴向支架5、垂直轴向支架6连接组成，电气控制系统3安装在垂直轴向支架6的一端，焊枪7上设有焊炬11及三脚支撑8，其特别之处在于：在焊枪7上加装有摄像头9，其光学中心线与焊枪7中心线平行，且焊枪7通过辅助定位装置12连接到前后轴向支架5上。进一步来说，所述的辅助定位装置12包括仰俯机构和轴承机构，令焊机进行仰俯及左右摆动，确保焊的机焊炬11回转中心线与被焊管的被焊面垂直。为了实现焊枪7的多方位运动定位，所述的水平轴向支架4、前后轴向支架5、垂直轴向支架6上均安装有独立的步进电机10或是伺服电机10，能及时的调节焊枪7的位置，使其更好地进行定位。
通过前述的管板焊机的光学定位方法能够实现对被焊管平移式管板焊，该方法具体过程如下：首先将被焊管的参数输入电气控制系统3，再以焊枪7的三脚支撑8进行三点定平面，接着调整焊炬11的回转中心线，使其跟被焊管中心线平行，同时让摄像头9的光学中心线与焊炬11回转中心线的连线同水平轴向支架4平行；随后通过摄像头9采集被焊管口信息，计算出摄像头9光学中心线跟被焊管中心线的距离；然后调整水平轴向支架4及垂直轴向支架6，使摄像头9光学中心线跟被焊管中心线共线；之后通过电气控制系统3纪录被焊管管口的当前坐标，驱动水平轴向支架4移过一个焊炬11回转中心线跟摄像头9光学中心线之间的已知距离，令焊炬11回转中心线跟被焊管中心线共线；最后电气控制系统3驱动前后轴向支架5带动焊枪7向前移动一个已知距离，进行焊接。进一步来说，为了更好地让摄像头9来采集被焊管管口的信息，所述的参数包括管径、管间距。并且在所述的电气控制系统3内设有图象处理系统，可以较为细致地分析摄像头9所采集到的图像。
总而言之，采用本方法后以摄像头9摄取被焊管的图像数据，进而求取被焊管中心线的实际位置，最后通过机架总体的X、Y方向的运动来配合焊枪7进行管板焊接。
结合附图，从上述的描述中可以明显看出：以摄像头9捕捉到的图象信息以及机架和换位机构的配合，实现焊接回转中心线同被焊管中心线共线定位，对被焊管管径公差要求较低，当被焊管管径或壁厚不同时也能使用，通用性好。并且，不采用涨芯体定焊接回转中心，以摄像头9捕捉到的图象信息以及机架和换位机构的配合，实现焊接回转中心线同被焊管中心线共线定位，使可焊管径范围可以设计的很大，最小焊接管径小于10MM。同时使焊枪7焊炬11能跟理想的接近焊缝，实现管伸出、管平头、管缩进的全状态焊接工。更为重要的是使用电器控制自动实现了管口图象采集、分析并驱动机架位移，从真正意义上实现了自动焊接工艺。因此，本发明在本领域中有着极佳的应用前景，值得推广。
Claims (6)
1.配有光学定位设备的管板焊机，包括有焊枪、机架、电气控制系统，焊枪安装在机架上，机架由水平轴向支架、前后轴向支架、垂直轴向支架连接组成，电气控制系统安装在垂直轴向支架的一端，焊枪上设有焊炬及三脚支撑，其特征在于：在焊枪上加装有摄像头，其光学中心线与焊枪中心线平行，且焊枪通过辅助定位装置连接到前后轴向支架上。
2.根据权利要求1所述的配有光学定位设备的管板焊机，其特征在于：所述的辅助定位装置包括仰俯机构和轴承机构，令焊机进行仰俯及左右摆动，确保焊机的焊炬回转中心线与被焊管的被焊面垂直。
3.根据权利要求1所述的配有光学定位设备的管板焊机，其特征在于：所述的水平轴向支架、前后轴向支架、垂直轴向支架上均安装有独立的步进电机或是伺服电机。
4.权利要求1所述的管板焊机的定位方法，其特征在于：首先将被焊管的参数输入电气控制系统，再以焊枪的三脚支撑进行三点定平面，接着调整焊炬回转中心线，使其跟被焊管中心线平行，同时让摄像头的光学中心线与焊炬回转中心线的连线同水平轴向支架平行；随后通过摄像头采集被焊管口信息，计算出摄像头光学中心线跟被焊管中心线的距离；然后调整水平轴向支架及垂直轴向支架，使摄像头光学中心线跟被焊管中心线共线；之后通过电气控制系统纪录被焊管管口的当前坐标，驱动水平轴向支架移过一个焊炬回转中心线跟摄像头光学中心线之间的已知距离，令焊炬回转中心线跟被焊管中心线共线；最后电气控制系统驱动前后轴向支架带动焊枪向前移动一个已知距离，进行焊接。
5.根据权利要求4所述的管板焊机的定位方法，其特征在于：所述的参数包括管径、管间距。
6.根据权利要求4所述的管板焊机的定位方法，其特征在于：所述的电气控制系统内设有图象处理系统。
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