CN101590576B - 坡口焊割机器手轻触式初始高度浮动调节系统 - Google Patents
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Abstract
一种坡口焊割机器手轻触式初始高度浮动调节系统，由一个枪体夹具和一组位置检测传感器构成。枪体夹具由第一半圆夹具片和第二半圆夹具片构成，第二半圆夹具片通过推杆与电磁微动推力器连接。利用开合式焊割枪体夹具，使在枪体高度调节过程中夹具微微松开，使枪体处于上下运动的自由状态，在枪尖触及工件的瞬间检测焊割枪实际位置，然后调节夹具到期望高度后再夹紧，并抬起枪体到初始高度位置。避免了机器手的坡口曲线运动中心偏移而引起的一系列路径/姿态控制算法的修正和补偿。利用自由浮动枪尖轻触工件被顶起的瞬间触发枪体夹具上的传感器，作为初始高度位置检测传感器，并以此位置为基准计算夹具夹紧位置和抬起高度，以获得正确的初始高度。
Description
技术领域：
本发明涉及机械领域，尤其涉及坡口焊割机器手，特别是一种坡口焊割机器手轻触式初始高度浮动调节系统。
背景技术：
坡口焊割机器手在使用过程中均需要进行初始调高。现有技术中，初始调高系统的调节通过接触式传感器或者非接触式传感器来检测位置。接触式传感器的种类有差动电压传感器、电阻传感器、触觉传感器、堵转扭矩或压力传感器，非接触式传感器的种类有电容传感器和电感传感器。接触式传感器在高温、燃烧、飞溅、粉尘、水汽、钢渣的恶劣工业环境中非常容易受损或误动作，如果直接使用焊割枪尖作传感器接触单元，则更容易伤及昂贵的焊割枪本身。而电容传感器和电感传感器检测精度差，温漂、时漂严重。焊割中在工件上产生的电流对受检电容或电感量也有一定干扰。其他非接触式传感器则存在检测点与实际枪尖位置有偏差，从而引起高度位置不准确。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种坡口焊割机器手轻触式初始高度浮动调节系统，所述的这种坡口焊割机器手轻触式初始高度浮动调节系统要解决现有技术中枪头直接接触式传感器容易损坏枪头或传感器，和非接触式传感器检测精度差，温漂、时漂严重、焊割中工件上产生的电流产生干扰、以及和实际枪头位置差带来测量偏差的技术问题。
本发明的这种坡口焊割机器手轻触式初始高度浮动调节系统由一个枪体夹具、一组传感器和控制器构成，所述传感器均匀分布在焊割炬上方的用作硬限位的圆盘周边上，用作检测和确定调节基准位置。位置检测传感器的数目至少是一个。所述的枪体夹具由一个第一半圆夹具片和一个第二半圆夹具片构成，所述的第一半圆夹具片和第二半圆夹具片之间设置有一个开合驱动机构，所述的开合驱动机构由一个电磁微动推力器和连接第一半圆夹具片或者第二半圆夹具片的连杆构成，所述的电磁微动推力器通过控制线与所述的控制器连接。
进一步的，所述的第一半圆夹具片的两侧分别设置有夹具开合导杆，夹具开合导杆的一端分别连接到一个固定支架上，所述的第二半圆夹具片的两侧分别设置有通孔，第二半圆夹具片通过所述的通孔套设在夹具开合导杆上，第二半圆夹具片两侧与所述的固定支架之间的夹具开合导杆上分别设置有弹簧，第二半圆夹具片通过推杆与一个电磁微动推力器连接，所述的电磁微动推力器与固定支架固定。
进一步的，在坡口焊割机器手的初始高度调节过程中，首先通过控制器驱动坡口焊割机器手夹紧焊割枪体并上升到安全高度，然后通过控制器驱动电磁微动推力器松开枪体夹具，允许焊割枪体在夹具中下滑到硬限位位置、并处于上下自由浮动状态，然后下降机器手直至机器手枪尖轻触工件，此时通过所述的传感器检测坡口焊割机器手的调节基准位置，然后将坡口焊割机器手进一步下降到比坡口运动曲线中心位置低一个需要的初始高度值的位置，在此过程中、枪尖触及工件并被向上顶起时，控制坡口焊割机器手停止，并控制枪体夹具重新夹紧焊割枪体，最后控制坡口焊割机器手回到坡口运动曲线中心位置，枪尖同步上移并处于初始高度位置上，完成调节。
进一步的，在位置检测传感器检测坡口焊割机器手的调节基准位置时，焊割炬在夹具中处于自由浮动状态。一旦焊割炬枪头轻触到工件表面，枪头受力或微动位移立即触发传感器，控制器检测到基准调节位置。基准调节位置用于在随后机器手运动中确定枪尖与工件的初始高度。
本发明的工作原理是：本发明利用焊割枪尖轻触工件表面触发传感器作为初始高度位置基准确定方法，利用一个开合式焊割枪体夹具，使得在枪体高度调节过程中夹具微微松开，使枪体处于上下运动的自由状态，当机器手下行到一定高度时，枪尖触及工件获得调节基准位置，枪体以工件表面为基准在夹具中浮动，从而使机器手通过上下运动调整到需要抱紧枪体的正确位置，然后夹紧枪体。在将枪体调节到要求的焊割起始高度后，整个机器手回到坡口运动曲线中心，从而避免了由于机器手的坡口曲线运动中心偏移而引起的一系列路径/姿态控制算法的修正和补偿。其具体控制步骤如下：
坡口焊割机器手夹紧焊割枪，上升到安全高度
松开枪体夹具，使枪体在夹具中下滑到硬限位位置，并处于上下自由浮动状态
机器手向下移动直到机器手枪尖轻触及工件表面，通过传感器检测到此时调节基准高度(Z轴位置数据)
将机器手进一步下降到比坡口运动曲线中心位置低一个需要的初始高度值的位置。
在上一步调整过程中某一时刻，枪尖触及工件，并被向上顶起。当机器手到位停止后，夹具重又夹紧枪体。
机器手抬起回到坡口运动曲线中心位置，此时枪尖也同步上移了距离，机器手到位后枪尖就处在初始高度的位置上。
本发明和已有技术相对比，其效果是积极和明显的。本发明在开合式焊割枪体夹具上安装调节基准位置传感器检测焊割枪尖轻触工件表面时的位置，有效防止了接触式传感器容易损坏接触单元的弊病，也回避了非接触式传感器易受干扰和位置偏差的问题，在枪体高度调节过程中使枪体处于上下运动的自由状态，当机器手下行到一定高度时，枪尖触及工件，枪体以工件表面为基准在夹具中浮动，从而使机器手通过上下运动调整到需要抱紧枪体的正确位置，然后夹紧枪体。在将枪体调节到要求的焊割起始高度后，整个机器手回到坡口运动曲线中心，从而避免了由于机器手的坡口曲线运动中心偏移而引起的一系列路径/姿态控制算法的修正和补偿。
附图说明：
图1是本发明的坡口焊割机器手轻触式初始高度浮动调节系统的结构示意图。
图2是本发明的坡口焊割机器手轻触式初始高度浮动调节系统中的开合式焊割枪体夹具的结构示意图。
图3是本发明的坡口焊割机器手轻触式初始高度浮动调节系统的工作过程示意图。
具体实施方式：
如图1、图2和图3所示，本发明的坡口焊割机器手非接触式初始高度浮动调节系统由一个枪体夹具1、一组传感器2、枪体下滑硬限位3和一个控制器(图中未示)构成，所述的控制器采用现有技术，其中，所述的枪体夹具由一个第一半圆夹具片5和一个第二半圆夹具片6构成，所述的第一半圆夹具片5和第二半圆夹具片6之间设置有一个开合驱动机构，所述的开合驱动机构由一个电磁微动推力器11和连接第一半圆夹具片或者第二半圆夹具片的连杆构成，所述的电磁微动推力器11通过控制线与所述的控制器连接。
进一步的，在枪体下滑到硬限位然后枪尖顶到工件表面时，所述的位置传感器2被触发，触发信号传到控制器，当前位置被记录为调节基准位置。
进一步的，所述的第一半圆夹具片5的两侧分别设置有夹具开合导杆7，夹具开合导杆7的一端分别连接到一个固定支架8上，所述的第二半圆夹具片6的两侧分别设置有通孔，第二半圆夹具片6通过所述的通孔套设在夹具开合导杆7上，第二半圆夹具片6两侧与所述的固定支架8之间的夹具开合导杆7上分别设置有弹簧9，第二半圆夹具片6通过推杆10与一个电磁微动推力器11连接，所述的电磁微动推力器11与固定支架8固定。
本实施例中，正常情况时枪体夹具中的两个半圆夹具片在弹簧力作用下合在一起，在数控/PLC控制下，强力的电磁微动推力器11可以将两片半圆夹具片微微分开，从而实现焊割枪体4在夹具1中上下自由浮动。使得在枪体4高度调节过程中夹具微微松开，使枪体4处于上下运动的自由状态，当机器手下行到一定高度时，枪尖触及工件12，轻触瞬间的枪尖位置通过传感器获得，枪体4以工件12表面为基准在夹具中“浮动”，从而使机器手通过上下运动调整到需要抱紧枪体4的正确位置，然后夹紧枪体4。在将枪体4调节到要求的焊割起始高度后，整个机器手回到坡口运动曲线中心，从而避免了由于机器手的坡口曲线运动中心偏移而引起的一系列路径/姿态控制算法的修正和补偿。具体控制步骤如下：
坡口焊割机器手夹紧焊割枪，上升到安全高度
松开枪体夹具1，使枪体4在夹具中下滑到硬限位位置3，并处于上下自由浮动状态
机器手继续下移，枪尖触及工件，通过传感器2检测到机器手枪尖轻触工件瞬间的位置
将机器手下降到比坡口运动曲线中心位置低一个需要的初始高度值的位置。在此过程中，枪体4被向上顶起。当机器手到位停止后，夹具重又夹紧枪体4。
机器手抬起回到坡口运动曲线中心位置，此时枪尖也同步上移了距离，机器手到位后枪尖就处在初始高度的位置上。
Claims (4)
1.一种坡口焊割机器手轻触式初始高度浮动调节系统，由一个枪体夹具、一组位置检测传感器和控制器构成，所述的位置检测传感器通过信号线与所述的控制器连接，位置检测传感器的数目至少是一个，其特征在于：所述的枪体夹具由一个第一半圆夹具片和一个第二半圆夹具片构成，所述的第一半圆夹具片和第二半圆夹具片之间设置有一个开合驱动机构，所述的开合驱动机构由一个电磁微动推力器和连接第一半圆夹具片或者第二半圆夹具片的连杆构成，所述的电磁微动推力器通过控制线与所述的控制器连接，所述的位置检测传感器通过检测焊割枪头本身受力顶起而判断位置。
2.如权利要求1所述的坡口焊割机器手轻触式初始高度浮动调节系统，其特征在于：所述的第一半圆夹具片的两侧分别设置有夹具开合导杆，夹具开合导杆的一端连接到一个固定支架上，所述的第二半圆夹具片的两侧分别设置有通孔，第二半圆夹具片通过所述的通孔套设在夹具开合导杆上，第二半圆夹具片两侧与所述的固定支架之间的夹具开合导杆上分别设置有弹簧，第二半圆夹具片通过推杆与一个电磁微动推力器连接，所述的电磁微动推力器与固定支架固定。
3.如权利要求1所述的坡口焊割机器手轻触式初始高度浮动调节系统，其特征在于：焊割枪头在自由浮动状态下轻触到工件表面、焊割枪头被顶起时，枪体夹具上的位置检测传感器感应枪头被顶起瞬间的受力或位移，将该位置作为调节基准位置并进行后续初始高度调节。
4.如权利要求1所述的坡口焊割机器手轻触式初始高度浮动调节系统，其特征在于：在坡口焊割机器手的初始高度调节过程中，首先通过控制器驱动坡口焊割机器手夹紧焊割枪体并上升到安全高度，然后通过控制器驱动电磁微动推力器松开枪体夹具，允许焊割枪体在夹具中下滑到硬限位位置、并处于上下自由浮动状态，同时通过位置检测传感器实时检测坡口焊割机器手的调节基准位置，然后以此为参照将坡口焊割机器手下降到比坡口运动曲线中心位置低一个需要的初始高度值的位置，在此过程中、枪尖触及工件并被向上顶起时，控制坡口焊割机器手停止，并控制枪体夹具重新夹紧焊割枪体，最后控制坡口焊割机器手回到坡口运动曲线中心位置，枪尖同步上移并处于初始高度位置上，完成调节。
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