CN106392273B - 一种不规则金属球体的自动焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不规则金属球体的自动焊接装置，所述的装置通过自动焊接控制器智能控制焊接过程，在金属球体的不同焊接面进行二维数据控制，对需要焊接的焊缝位置进行多参数的调节，智能化自动控制也能够防止影响所焊枪的摆动，本发明的有益效果是，可以适应各种不规则金属球体设备不同焊缝的焊接操作要求，避免人工操作造成的金属焊缝焊接质量不均衡，能够进行大范围、高精度的焊接运动控制，保证焊接质量。

Description

一种不规则金属球体的自动焊接装置

技术领域

本发明属于机械设计及制造技术领域，具体来讲是涉及一种不规则金属球体的自动焊接装置。

背景技术

随着现代工业化的不断发展，在航空、航天、航海等领域不断出现不规则金属球体的设备，对应的形状能够更好的在实际中应用，但是随之而来的在生产加工过程中的难度也显而易见，尤其是批量生产加工的焊接过程，因此需要使焊接过程充分的机械化和自动化，这是近代焊接技术的一项重要发展。它不仅标志着更高的焊接生产效率和更好的焊接质量，而且还大大改善了生产劳动条件。手工电弧焊过程，主要的焊接动作是引燃电弧、送进焊条以维持一定的电弧长度、向前移动电弧和熄弧，如果这几个动作都由机器来自动完成，则称为自动焊。

各种明弧自动焊，大约能提高生产效率两倍左右，而埋弧自动焊可以提高生产效率5-10倍，埋弧自动焊简称为埋弧焊、自动焊。埋弧焊是利用焊剂层下的电弧，来加热并熔化焊丝、周围的焊剂和母材，而进行焊接的一种工艺方法，又叫做焊剂层下电弧焊。即电弧在焊剂层下面燃烧，自动焊机头将焊丝自动送入电弧区，以保证选定的电弧长度，电弧靠焊机的控制，均匀地向前移动，进行焊接，具有生产效率高、焊接质量高而且稳定、节省材料和电能消耗等优点。埋弧焊可以使用较大的电流，电弧的穿透能力较强，焊缝熔深大，埋弧焊热量集中，焊接速度快，生产效率比手工电弧焊提高5-10倍；焊接规范可自动控制调整，保持稳定，焊剂保护效果好，防止空气对熔池金属的侵害；电弧在焊剂层下燃烧，热量的散失减少，消耗的电能也就减少；因为电弧在焊剂层下燃烧，焊接时看不见弧光，焊接烟雾也很小，所以，劳动条件得到很大的改善；由于埋弧焊焊接时，电弧区不可见，因此对接头的加工和工件装配要求严格。埋弧自动焊一般要求在平焊位置进行焊接，对于位置狭窄的焊缝及薄板焊缝，采用埋弧焊有一定的困难。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种针对不规则金属球体设备的自动焊接装置，操作简单，自动化程度高，焊接效率高，焊接质量好。

本发明的技术方案如下：

一种不规则金属球体的自动焊接装置，所述的装置主要包括焊接箱体、埋弧焊机、自动焊接控制器，所述的焊接箱体与埋弧焊机通过管道连接，所述的埋弧焊机与自动焊接控制器通过导线连接；所述的焊接箱体是一个正方体的框架结构，在正方体四个侧面的竖向框架的外侧通过螺丝固定有竖向移动导轨，所述的竖向移动导轨上通过竖向移动控制器连接横向移动导轨，所述的横向移动导轨可以在竖向规定尺寸范围内移动，所述的横向移动导轨上通过嵌入式轨道连接焊枪底座，所述的焊枪可以在横向规定尺寸范围内移动，也可以通过焊枪与焊枪底座的伸缩器前后移动，所述的二维尺寸控制器设置在焊接箱体框架的角落处；所述的自动焊接控制器包括自动焊接PC控制终端和机械调解旋钮。

进一步的，所述的埋弧焊机包括焊接电源、导丝管、送丝机构，所述的送丝机构是通过轴向旋转驱动的焊丝盘，所述的焊丝盘芯部装有焊剂斗，导丝管位于焊枪及送丝机构的焊丝盘之间，所述的导丝管线性固定在竖向移动导轨和横向移动导轨上，焊丝盘上各引出一焊丝并将它们分别引入导丝管连接在焊枪上，送丝速度与设定的焊接速度对应，自动控制；所述的焊接电源固定埋弧焊机内侧，内置有电控柜，所述的电控柜通过导线与自动焊接控制器连接。

进一步的，所述的自动焊接PC控制终端是通过三维数学模型控制金属球体的焊接过程，通过PLC控制焊枪随着焊枪底座的移动与待焊金属球体呈现一定的位置关系，通过焊枪底座上伸缩器控制焊缝的大小，从而获得表征焊枪与焊缝相对位置的特征参数，获得焊接电流信号后，送入微机系统进行数字滤波处理和相应的程序运算，控制系统控制驱动器驱动焊枪底座，适时调整焊枪高低左右位置，使焊枪与焊缝中心对准以实现焊缝跟踪，完成自动化焊接。

进一步的，所述的微机系统是指微机控制电路，包括单片机、电源、键盘、显示器、信号采样电路和输出驱动电路，所述的单片机内预置有焊接自动控制、故障检测、故障自停及部位故障提示等程序和经验参数，键盘与单片机键盘接口连接，显示器与单片机SP1接口连接，信号采样电路和输出驱动电路一端与单片机的I/O接口连接，另一端与焊接工作电路连接。

进一步的，所述的二维尺寸控制器中设置有两个互相出质的测距激光传感器，Y轴工作坐标系测距激光传感器、X轴工作坐标系测距激光传感器的构成每个不同平面的二维激光检测点，来确定金属球体的相对坐标系及金属球体焊接区域坐标，根据自动焊接PC控制终端显示的不同金属球体表面的焊接区域坐标参数设定焊接厚度、焊接时间、焊接区域横竖向的限位、伸缩器的工作频率。

进一步的，所述的焊枪底座、伸缩器、二维尺寸控制器、埋弧焊机与自动焊接控制器之间均通过运算放大电路连接。

进一步的，所述的伸缩器是一种自动控制的可调节伸缩器，包括活塞杆、挡圈和活塞缸，活塞杆呈中空贯穿结构，首部设有活塞头，尾部连有第一法兰，外壁中部设有止挡轴肩，所述活塞头上设有密封件，活塞缸也呈中空贯穿结构，一端内腔与伸入进来的活塞头和密封件滑动密封配合，另一端连有第二法兰，外壁上开设有活塞缸外螺纹，所述的活塞缸连接动压头，所述的动压头是位于焊枪底座的的垂直下行压紧装置，所述的动压头通过导线连接到自动焊接控制器自动控制，所述的伸缩器结构简单、安装方便、能够可靠实现长度调节、压力传递和焊接质量控制。

进一步的，所述的竖向移动导轨和横向移动导轨两端设置有限位器，可根据需要焊接的球体尺寸来选择横向移动导轨和焊枪的工作移动范围。

进一步的，所述的机械调解旋钮是通过PLC控制系统控制焊枪底座、伸缩器、二维尺寸控制器、埋弧焊机的开关。

与现有技术相比，本发明的不规则金属球体的自动焊接装置通过自动焊接控制器智能控制焊接过程，在金属球体的不同焊接面进行二维数据控制，对需要焊接的焊缝位置进行多参数的调节，智能化自动控制也能够防止影响所焊枪的摆动，本发明的有益效果是，可以适应各种不规则金属球体设备不同焊缝的焊接操作要求，避免人工操作造成的金属焊缝焊接质量不均衡，能够进行大范围、高精度的焊接运动控制，保证焊接质量。

附图说明

图1是本发明所述的一种不规则金属球体的自动焊接装置的结构示意图；

图2是本发明所述的一种不规则金属球体的自动焊接装置的焊枪控制结构示意图；

图3是本发明所述的一种不规则金属球体的自动焊接装置的埋弧焊机结构示意图；

图4是本发明所述的一种不规则金属球体的自动焊接装置的伸缩器的结构示意图；

其中，1-焊接箱体，2-竖向移动导轨，3-埋弧焊机，4-横向移动导轨，5-焊枪，6-竖向移动控制器，7-二维尺寸控制器，8-导线，9-自动焊接控制器，10-自动焊接PC控制终端，11-机械调解旋钮，12-伸缩器，13-焊枪底座，14-送丝机构，15-导丝管，16-焊接电源，17-活塞头，18-第一法兰，19-活塞杆，20-挡圈，21-活塞缸，22-第二法兰，23-动压头。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图及具体实施例为例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本发明实施例的限定。

如图1所示，一种不规则金属球体的自动焊接装置，所述的装置主要包括焊接箱体1、埋弧焊机3、自动焊接控制器9，所述的焊接箱体1与埋弧焊机3通过管道连接，所述的埋弧焊机3与自动焊接控制器9通过导线8连接；所述的焊接箱体1是一个正方体的框架结构，在正方体四个侧面的竖向框架的外侧通过螺丝固定有竖向移动导轨2，所述的竖向移动导轨2上通过竖向移动控制器6连接横向移动导轨4，所述的横向移动导轨4可以在竖向规定尺寸范围内移动；如图2所示，所述的横向移动导轨4上通过嵌入式轨道连接焊枪底座13，所述的焊枪5可以在横向规定尺寸范围内移动，也可以通过焊枪5与焊枪底座13的伸缩器12前后移动，所述的二维尺寸控制器7设置在焊接箱体1框架的角落处；所述的自动焊接控制器9包括自动焊接PC控制终端10和机械调解旋钮11。

如图3所示，所述的埋弧焊机3包括焊接电源16、导丝管15、送丝机构14，所述的送丝机构14是通过轴向旋转驱动的焊丝盘，所述的焊丝盘芯部装有焊剂斗，导丝管15位于焊枪5及送丝机构14的焊丝盘之间，所述的导丝管15线性固定在竖向移动导轨2和横向移动导轨4上，焊丝盘上各引出一焊丝并将它们分别引入导丝管15连接在焊枪5上，送丝速度与设定的焊接速度对应，自动控制；所述的焊接电源16固定埋弧焊机3内侧，内置有电控柜，所述的电控柜通过导线与自动焊接控制器9连接。

其中，所述的自动焊接PC控制终端10是通过三维数学模型控制金属球体的焊接过程，通过PLC控制焊枪5随着焊枪底座13的移动与待焊金属球体呈现一定的位置关系，通过焊枪底座13上伸缩器12控制焊缝的大小，从而获得表征焊枪5与焊缝相对位置的特征参数，获得焊接电流信号后，送入微机系统进行数字滤波处理和相应的程序运算，控制系统控制驱动器驱动焊枪底座13，适时调整焊枪5高低左右位置，使焊枪5与焊缝中心对准以实现焊缝跟踪，完成自动化焊接。所述的微机系统是指微机控制电路，包括单片机、电源、键盘、显示器、信号采样电路和输出驱动电路，所述的单片机内预置有焊接自动控制、故障检测、故障自停及部位故障提示等程序和经验参数，键盘与单片机键盘接口连接，显示器与单片机SP1接口连接，信号采样电路和输出驱动电路一端与单片机的I/O接口连接，另一端与焊接工作电路连接。所述的二维尺寸控制器7中设置有两个互相出质的测距激光传感器，Y轴工作坐标系测距激光传感器、X轴工作坐标系测距激光传感器的构成每个不同平面的二维激光检测点，来确定金属球体的相对坐标系及金属球体焊接区域坐标，根据自动焊接PC控制终端10显示的不同金属球体表面的焊接区域坐标参数设定焊接厚度、焊接时间、焊接区域横竖向的限位、伸缩器12的工作频率。所述的焊枪底座13、伸缩器12、二维尺寸控制器7、埋弧焊机3与自动焊接控制器9之间均通过运算放大电路连接。

如图4所示，所述的伸缩器12是一种自动控制的可调节伸缩器，包括活塞杆19、挡圈20和活塞缸21，活塞杆19呈中空贯穿结构，首部设有活塞头17，尾部连有第一法兰18，外壁中部设有止挡轴肩，所述活塞头17上设有密封件，活塞缸21也呈中空贯穿结构，一端内腔与伸入进来的活塞头17和密封件滑动密封配合，另一端连有第二法兰22，外壁上开设有活塞缸21外螺纹，所述的活塞缸21连接动压头23，所述的动压头23是位于焊枪底座的的垂直下行压紧装置，所述的动压头23通过导线连接到自动焊接控制器9自动控制，所述的伸缩器12结构简单、安装方便、能够可靠实现长度调节、压力传递和焊接质量控制。

其中，所述的竖向移动导轨2和横向移动导轨4两端设置有限位器，可根据需要焊接的球体尺寸来选择横向移动导轨4和焊枪5的工作移动范围。所述的机械调解旋钮11是通过PLC控制系统控制焊枪底座13、伸缩器12、二维尺寸控制器7、埋弧焊机3的开关。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种不规则金属球体的自动焊接装置，其特征在于，所述的装置包括焊接箱体(1)、埋弧焊机(3)、自动焊接控制器(9)，所述的焊接箱体(1)与埋弧焊机(3)通过管道连接，所述的埋弧焊机(3)与自动焊接控制器(9)通过导线(8)连接；所述的焊接箱体(1)是一个正方体的框架结构，在正方体四个侧面的竖向框架的外侧通过螺丝固定有竖向移动导轨(2)，所述的竖向移动导轨(2)上通过竖向移动控制器(6)连接横向移动导轨(4)，所述的横向移动导轨(4)可以在竖向规定尺寸范围内移动，所述的横向移动导轨(4)上通过嵌入式轨道连接焊枪底座(13)，焊枪(5)可以在横向规定尺寸范围内移动，也可以通过焊枪(5)与焊枪底座(13)的伸缩器(12)前后移动，二维尺寸控制器(7)设置在焊接箱体(1)框架的角落处；所述的自动焊接控制器(9)包括自动焊接PC控制终端(10)和机械调节 旋钮(11)；所述的埋弧焊机(3)包括焊接电源(16)、导丝管(15)、送丝机构(14)，所述的送丝机构(14)是通过轴向旋转驱动的焊丝盘，所述的焊丝盘芯部装有焊剂斗，导丝管(15)位于焊枪(5)及送丝机构(14)的焊丝盘之间，所述的导丝管(15)线性固定在竖向移动导轨(2)和横向移动导轨(4)上，焊丝盘上各引出一焊丝并将它们分别引入导丝管(15)连接在焊枪(5)上，送丝速度与设定的焊接速度对应，自动控制；所述的焊接电源(16)固定在埋弧焊机(3)内侧，内置有电控柜，所述的电控柜通过导线与自动焊接控制器(9)连接。

2.如权利要求1所述的一种不规则金属球体的自动焊接装置，其特征在于，所述的自动焊接PC控制终端(10)是通过三维数学模型控制金属球体的焊接过程，通过PLC控制焊枪(5)随着焊枪底座(13)的移动与待焊金属球体呈现一定的位置关系，通过焊枪底座(13)上伸缩器(12)控制焊缝的大小，从而获得表征焊枪(5)与焊缝相对位置的特征参数，获得焊接电流信号后，送入微机系统进行数字滤波处理和相应的程序运算，控制系统控制驱动器驱动焊枪底座(13)，适时调整焊枪(5)高低左右位置，使焊枪(5)与焊缝中心对准以实现焊缝跟踪，完成自动化焊接。

3.如权利要求2所述的一种不规则金属球体的自动焊接装置，其特征在于，所述的微机系统是指微机控制电路，包括单片机、电源、键盘、显示器、信号采样电路和输出驱动电路，所述的单片机内预置有焊接自动控制、故障检测、故障自停及部位故障提示程序和经验参数，键盘与单片机键盘接口连接，显示器与单片机SP1接口连接，信号采样电路和输出驱动电路一端与单片机的I/O接口连接，另一端与焊接工作电路连接。

4.如权利要求1所述的一种不规则金属球体的自动焊接装置，其特征在于，所述的焊枪底座(13)、伸缩器(12)、二维尺寸控制器(7)、埋弧焊机(3)与自动焊接控制器(9)之间均通过运算放大电路连接。

5.如权利要求1所述的一种不规则金属球体的自动焊接装置，其特征在于，所述的竖向移动导轨(2)和横向移动导轨(4)两端设置有限位器，可根据需要焊接的球体尺寸来选择横向移动导轨(4)和焊枪(5)的工作移动范围。

6.如权利要求1所述的一种不规则金属球体的自动焊接装置，其特征在于，所述的机械调节 旋钮(11)是通过PLC控制系统控制焊枪底座(13)、伸缩器(12)、二维尺寸控制器(7)、埋弧焊机(3)的开关。