CN104384668B - 一种无电力驱动三维自适应对中装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无电力驱动三维自适应对中装置，特别适于安装在自动焊小车和焊枪之间，用于焊枪相对于焊缝轨迹的自适应跟踪。它包括浮动本座、倾角座、安装有随动对中构件的回转座，还包括滚动支座组件和直线导轨及滑块，以及滚动回转座组件；直线导轨安装在主动设备上；主动设备选自于运动机械，包括自动焊小车；随动对中构件是需要进行轨迹跟踪的运动部件，包括窄间隙/超窄间隙气体保护焊枪；直线导轨上的滑块与浮动本座之间为可拆卸的刚性连接；回转座通过滚动回转座组件与倾角座连接。本发明优点是：结构紧凑、无电力驱动、浮动阻力极小、附加弯矩小，能同时实现横向平移自适应对中、平面旋转自适应对中和焊枪倾角自适应对中。
Description
技术领域
本发明涉及一种无电力驱动三维自适应对中装置，进一步说，是一种无电力驱动三维浮动自适应对中装置，用于安装在一个运动部件，即主动部件的相对于另一个有轨迹变化的同步运动部件，即随动部件之间，作为随动部件空间位置自适应调节的执行机构，实现随动部件进行自适应轨迹跟踪，特别适于安装在自动焊小车和焊枪之间，作为焊枪空间位置自适应调节的执行机构，即用于焊枪相对于焊缝轨迹的自适应跟踪；属于机械运动轨迹自适应跟踪技术领域。
背景技术
现有的用于机械运动轨迹自适应对中装置，在现代工业领域中是一项关键工业技术，特别是，由于焊接技术是现代工业装备制造领域最主要、最广泛应用的关键工业技术，对于对中装置更是急需。随着科学技术的进步和装备制造领域高生产率、高质量、低成本的更高要求，自动化焊接技术、机器人焊接技术的应用愈来愈广泛，而自动化焊接技术的适用性和可靠性高低，关键在于焊枪相对于焊缝轨迹跟踪的有效性、可靠性和自适应性。这一领域的研究至少已有数十年，也出现了大量的论文，著作和专利等成果，但迄今为止真正在工业生产中广泛应用的可靠技术，却寥寥无几，究其原因，在于已开发技术的自适应性和可靠性不能满足实际焊缝轨迹千变万化的要求。现有技术，如：
1、中国发明专利号为ZL200410060990.4名称为“焊炬浮动弹力驱动焊缝横向自动跟踪装置”的专利；
2、载于《电焊机》1998(P15～18页)、由艾雍宜、王加友、孙孝纯合编的名称为“双向接触式焊缝跟踪传感器的研制与应用”文献；
3、载于《电焊机》，1991(P11～14)、由亢稚禄，于静伟合著的名称为“接触式二维跟踪技术的研究与应用”文献；
4、日本专利JP,2006-187794，A。
上述2～4项现有技术中，主要涉及偏差信号的提取原理及误差修正，以及选用合适的控制算法，依据接触式传感器实时检测出的偏差量而计算出纠正偏差的控制量，再通过基于电力驱动的执行机构来完成纠偏，未涉及无电力驱动的执行机构；上述第1项现有技术涉及的是无电力驱动的焊枪空间位置自适应调节执行机构，该机构存在着结构紧凑性较差，驱动力与横向浮动空间动臂太长而产生附加弯矩，浮动阻力较大，仅能实现横向浮动对中和平面旋转浮动对中，不能实现焊枪倾角浮动对中，即只能实现二维合成自适应对中，不能实现三维合成自适应对中等局限性。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术的局限性，提供一种结构紧凑、无电力驱动、浮动阻力极小、附加弯矩小、能同时实现横向平移自适应对中、平面旋转自适应对中、焊枪倾角（焊枪高度方向的中轴线/面与焊件表面的夹角）自适应对中的无电力驱动三维自适应对中装置。
本发明的无电力驱动三维自适应对中装置的技术方案是：
一种无电力驱动三维自适应对中装置，它包括浮动本座、倾角座、安装有随动对中构件的回转座，还包括滚动支座组件和直线导轨及滑块，以及滚动回转座组件；所述直线导轨通过对中装置绝缘组件安装在主动设备上；所述主动设备选自于运动机械，包括自动焊小车、或机器人的机械手；所述的随动对中构件是需要进行轨迹跟踪的运动部件，包括窄间隙/超窄间隙焊枪、或传统焊枪；直线导轨上的滑块与浮动本座之间为可拆卸的刚性连接；倾角座通过滚动支座组件与浮动本座连接；回转座通过滚动回转座组件与倾角座连接。
所述的无电力驱动三维自适应对中装置，其滚动支座组件包括支承轴、支承轴承、弹性孔挡、紧定螺钉；其中：支承轴承、弹性孔挡安装在倾角座上；支承轴、紧定螺钉安装在浮动本座上。
所述的无电力驱动三维自适应对中装置，其滚动回转座组件包括回转轴、弹性孔挡、轴承、轴套、平垫圈和弹性垫圈；回转座通过滚动回转座组件与倾角座连接起来；其中：回转轴、轴承、弹性孔挡安装在倾角座上；平垫圈、弹性垫圈安装在回转座上。
所述的无电力驱动三维自适应对中装置，其直线导轨的轨道为1条或2条；当轨道为2条时，轨道的平行度能调整并使滑块在直线导轨上的给定行程内极小阻力条件下滚动平移，即作横向浮动，该横向浮动的锁定构件是安装在导轨座上的横向浮动锁定螺钉。
所述的无电力驱动三维自适应对中装置，其回转座通过滚动回转座组件安装在倾角座内，回转座最大回转角为α。
所述的无电力驱动三维自适应对中装置，其倾角座通过悬支状态的滚动支座组件与浮动本座连接，用于倾角座在工作时绕浮动本座的倾角座旋转中心给定调节随动对中构件的倾角β，或使随动对中构件的倾角β自适应对中。
所述的无电力驱动三维自适应对中装置，其倾角β的锁定构件是安装在浮动本座上的倾角β锁定螺钉；平面旋转角α的锁定构件是安装在倾角座上的平面旋转角α锁定螺钉。
所述的无电力驱动三维自适应对中装置，其随动对中构件是窄间隙/超窄间隙焊枪，倾角座通过悬支状态的滚动支座组件与浮动本座连接，用于倾角座在工作时绕浮动本座的倾角座旋转中心给定调节窄间隙/超窄间隙焊枪的倾角β，或使窄间隙/超窄间隙焊枪的倾角β自适应对中当前的焊接坡口中心；所述主动设备是自动焊小车，直线导轨通过导轨座和对中装置绝缘组件安装在自动焊小车的送丝机构本体上。
所述的无电力驱动三维自适应对中装置，其回转座的回转角α及焊枪的倾角β的选值范围是：回转角α的选择：是依据焊缝轨迹与自动焊小车轨道间的平行度，或者依据焊枪的运行轨迹与自动焊小车的运行轨迹间的平行度确定回转角α；所述回转角α小于等于10°，平行度高时，回转角α则小，完全平行时，回转角α为零，或接近零；倾角β的选择：主要依据焊接坡口的实际中心线与焊件表面间的垂直度，或是夹角，当完全垂直时，倾角β为零；实际中心线与焊件表面的垂线之间的夹角大时，倾角β则大。
本发明无电力驱动三维自适应对中装置的优点是：
1.本发明的三维自适应对中装置为纯机械结构，无任何电力电子结构，不会由于空间电场、磁场的耦合而产生干扰，工作可靠性极高，抗干扰能力极强；
2.三维自适应对中装置在三维方向上均具有极小的运动阻力，焊枪或机械执行装置只需要有很小的力作用到本发明的装置上即可产生运动，无需电力驱动或其它外力驱动；
3.本发明装置可同时进行横向平移、平面回转、焊枪倾角三维方向的自适应对中（即跟踪），即焊接小车运行轨迹（通常为固定轨道）给定情况下焊枪可三维方向上自适应对中焊缝轨迹；
4.本发明装置工作时，三维方向的运动（即浮动）完全对应于焊枪（或机械执行装置）在三维方向上对本发明装置的外加作用力，即三维方向无外加作用力时，本发明装置三维方向均不运动；三维方向上同时有外加作用力时，本发明装置在三维方向上同时运动（即合成浮动）；在三维方向上有任意1～2维的外加作用力时，本发明装置将产生任意1～2维的运动；
5.本发明装置的运动对外加作用力的响应速度快，运动精度（即运动距离）不受外界电场、磁场、弧光、热辐射等外界因素的干扰，只取决于装置的刚度和连接部位的间隙；
6.本发明装置结构紧凑，外形尺寸可根据应用工况任意放大或缩小；
7.本发明装置的高度方向尺寸可做得很小，焊枪作用力力臂短，附加弯矩小，传力直接性更好。
附图说明
图1是本发明装置的主视示意图；是一个实施例，图中上部的双点画线表示主动设备是自动焊小车；下部的双点画线表示随动对中部件12是焊枪；直线导轨5通过导轨座15和对中装置绝缘组件13安装在自动焊小车上；
图2是倾角座2与浮动本座1之间的连接结构示意图；
图3是回转座3与倾角座2之间的相互安装关系，以及回转锁定的示意图。
图4是回转座3与倾角座2之间的连接结构示意图；
图5是焊枪倾角β与实际两侧坡口面角之间的对应关系示意图。
图6是本发明浮动对中装置三维空间运动方向示意图；
图7是焊枪倾角β浮动对中（或调节）和倾角锁定结构示意图。
图中各标记对应名称为：
1－浮动本座，2－倾角座，3－回转座，4－滚动支座组件，4.1-支承轴、4.2-支承轴承、4.3-弹性孔挡、4.4-紧定螺钉，5－直线导轨，6－滑块，7－倾角β锁定螺钉，8－滚动回转座组件，8.1－回转轴、8.2－弹性孔挡、8.3―轴承、8.4－轴套、8.5－平垫圈、8.6－弹性垫圈，9－平面旋转角α锁定螺钉，10－横向浮动锁定螺钉，11-枪/座间绝缘组件，12-随动对中构件，13-对中装置绝缘组件，14-主动设备，15-导轨座；o－倾角座旋转中心，α－回转角，β－倾角。
具体实施方式
结合附图和实施例对本发明作进一步的说明如下：
实施例1：如图1～7所示，是一个基本的实施例。一种无电力驱动三维自适应对中装置，它包括浮动本座1、倾角座2、安装有随动对中构件12的回转座3，还包括滚动支座组件4和直线导轨5及滑块6，以及滚动回转座组件8；所述直线导轨5通过对中装置绝缘组件13安装在主动设备14上；所述主动设备14选自于运动机械，包括自动焊小车、或为机器人的机械手；所述的随动对中构件12是需要进行轨迹跟踪的运动部件，包括窄间隙/超窄间隙焊枪、或传统焊枪；直线导轨5上的滑块6与浮动本座1之间为可拆卸的刚性连接；倾角座2通过滚动支座组件4与浮动本座1连接；回转座3通过滚动回转座组件8与倾角座2连接。
所述随动对中构件12在本三维自适应对中装置组装完成后，能绕滚动回转座组件8的回转中心作平面自适应回转、绕滚动支座组件4的倾角座旋转中心O作Z向自适应倾斜、还能沿直线导轨5作横向自适应往复浮动，即横向往复浮动、Z向倾斜、平面回转三维方向的自适应对中。
实施例2：如图2所示，是一个进一步的实施例。滚动支座组件4包括支承轴4.1、支承轴承4.2、弹性孔挡4.3、紧定螺钉4.4；其中：支承轴承4.2、弹性孔挡4.3安装在倾角座2上；支承轴4.1、紧定螺钉4.4安装在浮动本座1上。滚动支座组件4的功能是将倾角座2和浮动本座1连接起来，连接后倾角座2不应有轴向窜动，且倾角座2能绕滚动支座组件4的轴心位置作±β角的无阻力最大焊枪倾角浮动。
如图4所示，滚动回转座组件8包括回转轴8.1、弹性孔挡8.2、轴承8.3、轴套8.4、平垫圈8.5和弹性垫圈8.6；回转座3通过滚动回转座组件8与倾角座2连接起来；其中：回转轴8.1、轴承8.3、弹性孔挡8.2安装在倾角座2上，轴套8.4套在回转轴8.1的中部；平垫圈8.5、弹性垫圈8.6安装在回转座3上。
如图1、2所示，直线导轨5的轨道依据焊枪的数量和尺寸，为1条或2条；当轨道为2条时，轨道的平行度为能调整并使滑块6在直线导轨上的给定行程内无阻力条件下滚动平移，即作横向浮动，该横向浮动的锁定构件是安装在导轨座15上的横向浮动锁定螺钉10。
如图1、3、4、5、6所示，回转座3通过滚动回转座组件8安装在倾角座2内，回转座3最大回转角为α。倾角座2通过悬支状态的滚动支座组件4与浮动本座1连接，用于倾角座2在工作时绕浮动本座1的倾角座旋转中心O给定调节随动对中构件12的倾角β，或使随动对中构件12的倾角β自适应对中。如图1、6、7所示，倾角β的锁定构件是安装在浮动本座1上的倾角β锁定螺钉7；如图1、3、6所示，平面旋转角α的锁定构件是安装在倾角座2上的平面旋转角α锁定螺钉9。
与回转座3连接的随动对中构件12相对中心线同一平面上的两侧的可调节的倾角为β，总的可调角度为2β。倾角座2与回转座3连接后，回转座3只允许绕滚动回转座组件8的轴心旋转，不应有其它任何方向的游动；回转座3的回转角度α由倾角座2的结构限位来实现。
实施例3：如图5、6、7所示，是一个优选的实施例，是在实施例2基础上实现的。所述的无电力驱动三维自适应对中装置，其随动对中构件12是窄间隙/超窄间隙焊枪，倾角座2通过悬支状态的滚动支座组件4与浮动本座1连接，用于倾角座2在工作时绕浮动本座1的倾角座旋转中心O给定调节窄间隙/超窄间隙焊枪的倾角β，或使窄间隙/超窄间隙焊枪的倾角β自适应对中当前的焊接坡口中心；
所述主动设备14是自动焊小车，直线导轨5通过导轨座15和对中装置绝缘组件13安装在自动焊小车的送丝机构本体上；
回转座3的回转角α及焊枪的倾角β的选值范围是：
回转角α的选择：是依据焊缝轨迹与自动焊小车轨道间的平行度，或者依据焊枪的运行轨迹与自动焊小车的运行轨迹间的平行度确定回转角α；所述回转角α小于等于10°，平行度高时，回转角α则小，完全平行时，回转角α为零，或接近零；
倾角β的选择：主要依据焊接坡口的实际中心线与焊件表面间的垂直度，或是夹角，当完全垂直时，倾角β为零；实际中心线与焊件表面的垂线之间的夹角大时，倾角β则大。
对本发明的技术方案、原理和技术效果作进一步说明如下：
本发明装置作为焊枪相对焊缝轨迹自适应对中的执行机构，没有外力作用时，本装置不会产生任何方向的位移调节；而该外力需要由焊枪来提供，如单侧焊接坡口对焊枪的作用力，或双侧焊接坡口对焊枪的作用力；该外力发生装置可以是焊接坡口中心三维自适应对中弹力传感器。本发明装置可在横向平移行程、倾角±β、回旋角α范围内做任意距离和任意角度的位置自适应调节，而不需要做任何给定或设置；本发明也可在横向平移行程、倾角±β、回转角α范围内的任意位置撤销任意维的浮动调节，即“自适应”对中功能撤销，而改为“给定”轨迹跟踪；或者说，本发明装置可在1～3维和“自适应”及“给定”调节之间做任意的应用组合选择：如3维自适应，3维给定，其中某2维自适应另1维给定，或其中某1维自适应另2维给定等等；撤销或者恢复自适应功能，只需要通过倾角β锁定螺钉7、平面旋转角α锁定螺钉9、或横向浮动锁定螺钉10的接触或松开即可实现；滚动回转座组件8中的轴承用双向推力轴承更佳。
本发明可根据焊枪或执行装置对焊缝轨迹跟踪的需要，可三维全部浮动，也可三维浮动全部撤销，也可其中任意1～2维浮动其它任意2～1维浮动撤销。
本发明权利要求保护范围不限于上述实施例。
Claims (9)
1.一种无电力驱动三维自适应对中装置，其特征在于，它包括浮动本座（1）、倾角座（2）、安装有随动对中构件（12）的回转座（3），还包括滚动支座组件（4）和直线导轨（5）及滑块（6），以及滚动回转座组件（8）；所述直线导轨（5）通过对中装置绝缘组件（13）安装在主动设备（14）上；所述主动设备（14）为自动焊小车、或机器人的机械手；所述的随动对中构件（12）是需要进行轨迹跟踪的窄间隙/超窄间隙焊枪、或传统焊枪；直线导轨（5）上的滑块（6）与浮动本座（1）之间为可拆卸的刚性连接；倾角座（2）通过滚动支座组件（4）与浮动本座（1）连接；回转座（3）通过滚动回转座组件（8）与倾角座（2）连接。
2.根据权利要求1所述的无电力驱动三维自适应对中装置，其特征在于，滚动支座组件（4）包括支承轴（4.1）、支承轴承（4.2）、弹性孔挡（4.3）、紧定螺钉（4.4）；其中：支承轴承（4.2）、弹性孔挡（4.3）安装在倾角座（2）上；支承轴（4.1）、紧定螺钉（4.4）安装在浮动本座（1）上。
3.根据权利要求1所述的无电力驱动三维自适应对中装置，其特征在于，滚动回转座组件（8）包括回转轴（8.1）、弹性孔挡（8.2）、轴承（8.3）、轴套（8.4）、平垫圈（8.5）和弹性垫圈（8.6）；回转座（3）通过滚动回转座组件（8）与倾角座（2）连接起来；其中：回转轴（8.1）、轴承（8.3）、弹性孔挡（8.2）安装在倾角座（2）上；平垫圈（8.5）、弹性垫圈（8.6）安装在回转座（3）上。
4.根据权利要求1所述的无电力驱动三维自适应对中装置，其特征在于，直线导轨（5）的轨道为1条或2条；当轨道为2条时，轨道的平行度为能调整并使滑块（6）在直线导轨上的给定行程内极小阻力条件下滚动平移，即作横向浮动，该横向浮动的锁定构件是安装在导轨座（15）上的横向浮动锁定螺钉（10）。
5.根据权利要求1所述的无电力驱动三维自适应对中装置，其特征在于，回转座（3）通过滚动回转座组件（8）安装在倾角座（2）内，回转座（3）最大回转角为α。
6.根据权利要求1或5所述的无电力驱动三维自适应对中装置，其特征在于，倾角座（2）通过悬支状态的滚动支座组件（4）与浮动本座（1）连接，用于倾角座（2）在工作时绕浮动本座（1）的倾角座旋转中心（O）给定调节随动对中构件（12）的倾角β，或使随动对中构件（12）的倾角β自适应对中。
7.根据权利要求6所述的无电力驱动三维自适应对中装置，其特征在于，倾角β的锁定构件是安装在浮动本座（1）上的倾角β锁定螺钉（7）；平面旋转角α的锁定构件是安装在倾角座（2）上的平面旋转角α锁定螺钉（9）。
8.根据权利要求7所述的无电力驱动三维自适应对中装置，其特征在于，所述的随动对中构件（12）是窄间隙/超窄间隙焊枪，倾角座（2）通过悬支状态的滚动支座组件（4）与浮动本座（1）连接，用于倾角座（2）在工作时绕浮动本座（1）的倾角座旋转中心（O）给定调节窄间隙/超窄间隙焊枪的倾角β，或使窄间隙/超窄间隙焊枪的倾角β自适应对中当前的焊接坡口中心；
所述主动设备（14）是自动焊小车，直线导轨（5）通过导轨座（15）和对中装置绝缘组件（13）安装在自动焊小车的送丝机构本体上。
9.根据权利要求8所述的无电力驱动三维自适应对中装置，其特征在于，回转座（3）的回转角α及焊枪的倾角β的选值范围是：
回转角α的选择：是依据焊缝轨迹与自动焊小车轨道间的平行度，或者依据焊枪的运行轨迹与自动焊小车的运行轨迹间的平行度确定回转角α；所述回转角α小于等于10°，平行度高时，回转角α则小，完全平行时，回转角α为零，或接近零；
倾角β的选择：主要依据焊接坡口的实际中心线与焊件表面间的垂直度，或是夹角，当完全垂直时，倾角β为零；实际中心线与焊件表面的垂线之间的夹角大时，倾角β则大。
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