CN102218627A - 自动焊接跟踪器 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种自动焊接跟踪器，旨在提供一种跟踪精度高，抗干扰能力强，并能焊接跟踪盲区，适合于各种不同焊接，光电一体跟踪的焊接跟踪器。本发明通过下述技术方案予以实现：在跟踪器的探筒筒体内设置有完全密封的光电跟踪传感器，且是一个由固联在上述导向杆上的激光发射头和同轴密封在所述探筒后端筒体内的光电接收器组成，该光电接收器包括至少四个独立电连接在电缆接口座内侧端面上的阵列光电接收管组成，激光光束照射在阵列光电接收管的中心，并跟随探头的偏移发生位置变化而偏向阵列光电接收管上的其中至少一个光电接收管，控制下位电机驱动电路，改变电动滑板上的电机转向，使焊头随时跟踪着焊道的位置，实现自动焊接的自动焊缝跟踪。

Description

自动焊接跟踪器

技术领域

本发明关于气体保护焊、埋弧焊、氩弧焊、等离子焊、带极电渣焊等焊接领域，适合各种焊接环境的焊接跟踪器。

背景技术

焊缝成形质量控制一直是焊接自动化研究的重点，自动跟踪在焊接工业中占有极其重要的地位，焊缝自动跟踪的精度和实时性对保证焊接质量有着不可估量的作用。而焊缝跟踪是焊缝质量控制的前提，焊缝跟踪的关键是焊缝偏差时如何检测的问题。人们提出了许多检测的方法，这些技术在实际应用中都存在着局限性。由于在自动焊接过程中，工件坡口形状是变化的，若自动焊接设备不能及时跟随工件坡口形状的变化而变化，则焊缝精度就会降低。为了有效克服工件坡口形状变化带来的问题，减少焊工的劳动强度和人为因素的影响，提高焊接效率和焊缝精度，多数现有技术中采用了如图3所示的机械弹簧式机械跟踪器。该跟踪器的探头在焊接接头运动时，由于易发生偏差，焊道位置不准，精度不高。焊接人员必须始终注视跟踪轮的位置，为了保证焊接全过程的焊缝跟踪，需要随时进行手工调整。在进行直焊缝尾部焊接时都必须临时增加一个焊道加长板，才能保证整条焊缝的跟踪。

而传统激光方式传感器，在焊接时易受的弧光干扰，特别是铝及铝合金的焊接，随时可能发生跟踪失控等情况，失控时，没有任何征兆，直到焊道完全偏离焊缝后，才能发现跟踪失控，造成整个工件的报废，酿成重大的质量事故。

发明内容

本发明的目的是提供一种跟踪精度高，抗干扰能力强，并能适合于各种不同材料焊接，并具有焊枪自锁功能，光电一体跟踪的自动焊接跟踪器。

本发明实现上述目的的技术解决方案是，一种自动焊接跟踪器，具有一个带有导向针的导向杆和连接有万向跟踪转换头的跟踪器，其特征在于，在所述跟踪器的探筒筒体内设置有完全密封的光电跟踪传感器，该光电跟踪传感器是一个由固联在上述导向杆上的激光发射头和同轴密封在所述探筒后端筒体内的光电接收器组成，该光电接收器包括至少四个独立电连接在电缆接口座内侧端面上的阵列光电接收管组成，激光发射头的光束照射在上述阵列光电接收管的中心，并跟随探头的偏移发生位置变化而偏向上述光电接收器上，其中至少一个光电接收管，使之产生的电压信号，导通下位电机驱动电路，改变电动滑板上的电机转向，使焊头随时跟踪着焊道的位置，实现自动焊接的自动焊缝跟踪。

本发明相比现有技术具有如下有益效果：

本发明将光电一体式的跟踪头置于在一个完全密封的筒体内，完全不受外界电弧光的干扰，具有极高的抗干扰能力强。采用的光电式跟踪头，体积小，跟踪精度高。探头内由一个激光发射管和四个光电接收管组成的光电跟踪传感器，比传统的机械式跟踪的精度要高得多，焊缝的跟踪精度能保证在±0.1mm。

利用光电子转换原理，与机械机构的有机组合而成的光电跟踪传感器，通过探头与焊接工件直接接触，将机械位置变化转换成光的变化，再从光的变化转换成电信号的变化，通过电机的转动来实现自动跟踪。相比于现有技术的激光式跟踪有更强的适用性，能满足焊接的坡口形式多样性，尤其是气体保护焊、氩弧焊、电渣焊等强弧光的焊接。所能跟踪的焊缝类型较广，如U型坡口、V型坡口、I型坡口、X型坡口、J型坡口、K型坡口等，还可扩展到大型超高压容器的窄间隙焊接中。

跟踪方式多样性。四个独立电连接在电缆接口座内侧端面上的阵列光电接收管，依据四个接收管接受到不同光强的原理产生不同的电信号，从而，驱动电机以不同的转向调整执行机构的不同位置，自动跟踪并跟随焊道的偏移发生位置，灵活变化十字跟踪、上下跟踪、左角焊缝跟踪和右角焊缝跟踪，并能在直缝焊尾部焊接时，带有自锁焊枪高低位置的功能，消除尾部的焊接跟踪盲区。能够满足焊接坡口形式的多样性，比如U型坡口、V型坡口、I型坡口、X型坡口、J型坡口、K型坡口等各种不同坡口形式的需要。当焊接不同的坡口时，仅需更换不同的探头，即可适应各种不同的坡口，且跟踪器本体不变。即便跟踪出现偏差，操作人员也可以将其跟踪头矫正。当焊道发生跟踪失控时，探头会首先偏离焊道位置，此时，操作人员只需将探头手动驳回到原焊道位置，即可回复到焊道跟踪状态。在进行直缝焊时，焊接根部也不需添加焊道加长板，就能完成整个直缝焊的跟踪焊接。

附图说明

图1是本发明自动跟踪器的剖视构造示意图。

图2是图1中光电接收器的轴向示意图。

图3是现有技术弹簧式机械跟踪器的示意图。

图中：1探头，2导向针，3万向轴，4激光二极管，5光电接收器，6电缆接口座，7压簧，8导向杆，9探筒筒体，10激光管套，11左光电接收管，12上光电接收管，13下光电接收管，14右光电接收管，15万向跟踪转换头。

具体实施方式

参阅图1。具有一个带有探头1的导向杆8和连接有万向跟踪转换头的自动跟踪头是以现有技术方式，用过夹板和焊头紧密地固定在一起的，焊机头是固定在一个带有电机驱动的十字电动滑板上，该电动十字滑板是可进行上/下、左/右移动跟踪的执行机构(图中未示出)。

在图1描述的自动焊接跟踪器的最佳实施例中，带有导向针2的导向杆8通过固联在跟踪头探筒筒体9上的万向跟踪转换头15密封在筒体内。导向针2可拆卸地连接于导向杆8。导向杆8由螺钉活动固定在万向轴3的平衡支点上，在上述平衡支点的左侧，即向导向针2方向延伸的一段延长线上设置有向下压迫导向杆8，让探头1和工件的被探测表面始终保持接触的径向压簧7。从而形成一个连接万向跟踪转换头15的跟踪头。

完全密封在跟踪头探筒筒体9壳体内的光电跟踪传感器，是一个由固联在导向杆8端头上的激光发射头和同轴密封在探筒筒体9后端内的光电接收器组成的光电转换装置。其中所述的光电接收器包括至少四个如图2所示的独立电连接在电缆接口座6内侧端面上的阵列光电接收器5。电缆接口座6是连接焊接控制箱的电器接口。光电接收器5可以是等分均布在电缆接口座6端面上的二极管组成的一个四维接收器。光电接收器也可以组成一个由5个或5个以上的二极管阵列组成的多维接收器。激光发射头可以是一个固联在导向杆8上的轴向激光二极管4。激光二极管4正对图2所示的四维接收器的中心点。激光发射头的光束通常照射在上述阵列光电接收管的中心位置，它可以跟随导向针2连接的探头1的偏移发生位置变化。探头1偏移发生位置变化随焊道的偏移发生位置的变化而变化。当偏向阵列光电接收管中的左光电接收管11、上光电接收管12、下光电接收管13、右光电接收管14，其中的一个或2个光电接收管时，该电接收管便产生一个电压压差信号，将下位电机驱动电路导通，进而改变电动执行机构电动滑板上的电机转向，使焊头跟随跟踪头自动移动到预定的位置，实现自动焊接。通过激光发射头的光束对上述不同位置光电接收管的偏向照射，带有电机驱动的十字电动滑板，就会将固定在十字电动滑板上的焊机头作上/下、左/右移动跟踪。

本发明的工作原理是：

探头内由一个激光发射二极管和四个光电接收管组成的光电跟踪传感器，在自动跟踪状态时，激光发射二极管的光束照射在四个光电接收管的中心位置。当焊道发生偏移时，跟踪头端部的探头1也随着焊道的偏移发生位置的变化，导致密封筒体内的激光二极管4的光束位置发生变化，使激光二极管照射在四个光电接收管的中心位置也随之发生变化。激光发射二极管照射光束不同的位置变化，会通过光电接收器上的四个光电接收管产生不同的电压信号，控制下级电机驱动电路，调整电动滑板上电连接的电机转向，使电动滑板随着光电接收管产生的电压信号而发生上/下、左/右的移动。同时带动焊头和跟踪头的移动左/右的移动，使之重新回到正确的焊道位置。在此位置上，同样激光发射二极管的激光束也重新回到如图2所示的四个光电接收管的中心位置。需要说明的是在上、下两个光电接收管12、13连接电缆接口座6的对应电缆接口线路上，连接有通过跟踪控制箱内主控制板上设置的跌落自锁电路。使其在根部焊接时，上、下两个光电接收管12、13通过主控制板上设置的跌落自锁电路，将焊头的高低位置锁定在跌落前的瞬间高度位置上。这样，就不会因探头提前离开工件后，发生焊接机头同时跌落的事故，即称根部自锁状态。

根据不同的坡口形式，可以选择不同形式的探头1。不同探头的更换，可通过拆卸导向针2来达到。导向针2和万向轴3用螺钉固定即可。开始跟踪时，用手动的方式将探头1放到待焊坡口内。未放入之前，由于导向杆8上设置的径向压簧7的作用，激光二极管的光束全都照射在上光电接收管12上，此时，主控制板上设置的跌落自锁电路将上光电接收管12的电压压差电信号判断为自锁状态，。当探头1与焊道接触后，继续以手动方式下压探头，此时，压簧7被压缩，通过万向轴3的换向作用，密封筒体内的激光二极管，会从上向下移动，激光束也会从上光电接收管12向下光电接收管13移动。当上下两个光电接收管12、13接受到均衡的光强时，电器系统自动解除自锁状态，进入自动跟踪状态。此时，激光束就以四个光电接收管的中心位置为平衡位置，不断地进行自动调整及自动跟踪。

在直缝焊的根部焊接时，由于探头1比焊头提前滑出焊道，探头1此时无法接触工件，在压簧7的作用下，探头突然掉下，万向轴3会将导向杆8上抬，此时，激光二极管的光束又全部照射到上光电接收管12上，由跌落自锁电路，将其电器跟踪系统又重新回到自锁状态，但焊接工作仍然继续进行，焊头的高低和左右的位置都保持不变，直至焊接根部全部焊完为止，由操作人员断弧停止焊接工作。

左右跟踪的原理同上述上下跟踪的原理一样，平衡时，激光二极管的光束照在左右两个光电接收管的中心位置，使左右两个光电接收管有微弱的光照，电平输出也是平衡的。当探头1检测到左右偏差的焊道时，同样探头1通过万向轴3将相对的光线差，变成电位差，通过控制箱内的驱动板，调节左右电动机的转向，使电动滑板产生左右位置的变化，从而达到左右跟踪的目的。光束的中心位置也重新回到左右光电接收管11、14之间。所不同的是，左右光电接收管11、14可以不设锁定状态，也就没有锁定功能。

通常状态时，激光头光束的是照在四个接收二极管的中心位置。当探头检测到向上的位置时，激光束的光线会偏向下侧的光电接收管，所以，下侧的放大信号增大，迫使电机驱动板上调电动滑板上行，直至激光束重新回到原中心的平衡位置，其它三个的调节也是如此。

Claims (7)

1.一种自动焊接跟踪器，具有一个带有导向针的导向杆和连接有万向跟踪转换头的跟踪器，其特征在于，在所述跟踪器的探筒筒体内设置有完全密封的光电跟踪传感器，该光电跟踪传感器是一个由固联在上述导向杆上的激光发射头和同轴密封在所述探筒后端筒体内的光电接收器组成，该光电接收器包括至少四个独立电连接在电缆接口座内侧端面上的阵列光电接收管组成，激光发射头的光束照射在上述阵列光电接收管的中心，并跟随探头的偏移发生位置变化而偏向光电接收器上，其中至少一个光电接收管，使之产生的电压信号，导通下位电机驱动电路，改变电动滑板上的电机转向，使焊头随时跟踪焊道的位置，实现自动焊接的自动焊缝跟踪。

2.如权利要求1所述的自动焊接跟踪器，其特征在于，所述的光电接收器(5)是等分均布在电缆接口座(6)端面上的二极管组成的一个四维接收器。

3.如权利要求1所述的自动焊接跟踪器，其特征在于，所述的激光发射头是一个固联在导向杆(8)上的激光二极管(4)，且正对所述四维接收器的中心点。

4.如权利要求1所述的自动焊接跟踪器，其特征在于，所述的导向杆(8)由螺钉活动固定在万向轴(3)的平衡支点上，在上述平衡支点的左侧，即向导向针(2)方向延伸的一段延长线上设置有向下压迫导向杆(8)，让探头(1)和工件的被探测表面始终保持接触的径向压簧(7)。

5.如权利要求1所述的自动焊接跟踪器，其特征在于，导向针(2)可拆卸地连接于导向杆(8)。

6.如权利要求1所述的自动焊接跟踪器，其特征在于，在上、下两个光电接收管(12、13)连接电缆接口座(6)的对应电缆接口线路上，连接有通过跟踪控制箱内主控制板上设置的跌落自锁电路。

7.如权利要求1所述的自动焊接跟踪器，其特征在于，激光发射二极管照射光束不同的位置变化，会通过上述光电接收器上的四个光电接收管产生不同的电压信号，控制下级电机驱动电路，调整电动滑板上电连接的电机转向，使电动滑板随着光电接收管产生的电压信号而发生上/下、左/右的移动。

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