CN107511564B - 一种焊缝跟踪装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种焊缝跟踪装置，包括焊缝跟踪装置，包括控制系统及均与该控制系统电连接的伺服运动系统焊接系统和焊缝跟踪系统，焊接系统和焊缝跟踪系统并排设置；焊缝跟踪系统包括漫反射光纤和设置在漫反射光纤上的光纤放大器，漫反射光纤由多个光纤头组成，所述每个光纤头独立发射光照经由光纤放大器传输给控制系统，控制系统采集待焊件上焊缝的位置及深度。本发明的焊缝跟踪装置，可准确的辨别焊缝宽度和深度信息，同时将测量数值反馈给伺服运动系统跟踪焊缝的走向，从而提高焊接质量。

Description

一种焊缝跟踪装置

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种焊缝跟踪装置。

背景技术

机器人等自动伺服焊接场合，为克服焊缝大小和截面不一致等不确定因素对焊接质量的影响，提高自动伺服焊接的可靠性，需要机器人等自动伺服机构能在线实时调整位置，确保焊枪对中焊缝中心，保证焊缝成形质量。目前，焊缝跟踪通常采用传感器进行检测，再使用闭环随动系统实时跟踪。焊接用传感器可分为直接电弧式、接触式和非接触式三大类。接触式传感器一般在焊枪前方采用导杆或导轮和焊缝或工件的一个侧壁接触，通过导杆或导轮把焊缝位置的变化通过光电、滑动变阻器、力觉等方式转换为电信号，以供控制系统跟踪焊缝。其特点为不受电弧干扰，工作可靠，成本低，曾在生产中得到过广泛应用，但跟踪精度不高。直接电弧传感器作为一种实时传感器件，与其它类型的传感器相比，具有结构较简单、成本低和响应快等特点，但电弧传感器的缺点是对薄板件的对接和搭接接头，很难跟踪，且无法知晓焊接截面积大小；而视觉传感器，由于图像处理速度慢以及焊接强光、电弧热、飞溅、以及烟雾等多种强烈的干扰，无法精确实时跟踪。激光测量由于精度高、抗干扰性能好，其与CCD相结合所制成的机器人焊接跟踪传感器已有应用，但一般价格较昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种焊缝跟踪装置，可准确的辨别焊缝宽度和深度信息，同时将测量数值反馈给伺服运动系统跟踪焊缝的走向，从而提高焊接质量。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种焊缝跟踪装置，包括控制系统及均与该控制系统电连接的伺服运动系统焊接系统和焊缝跟踪系统，焊接系统和焊缝跟踪系统并排设置；焊缝跟踪系统包括漫反射光纤和设置在漫反射光纤上的光纤放大器，漫反射光纤由多个光纤头组成，所述每个光纤头独立发射光照经由光纤放大器传输给控制系统，控制系统采集待焊件上焊缝的位置及深度。

优选的，所述焊缝跟踪系统还包括上连接板、下连接板、弹性件和滚轮，上连接板和下连接板平行设置，弹性件位于上连接板与下连接板之间，漫反射光纤设于下连接板上，且漫反射光纤的探测端从下连接板的底部伸出，滚轮设于下连接板的底部以便于焊缝跟踪系统在待焊件上滑行。

优选的，所述焊接系统包括焊接电源及与焊接电源电连接的送丝机和焊枪，送丝机与伺服运动系统连接，焊枪与送丝机连接，焊枪与漫反射光纤相邻设置。

优选的，所述上连接板通过一支撑件安装在焊枪上。

优选的，所述伺服运动系统由伺服运动机构和伺服运动控制器组成，所述伺服运动控制器与所述控制系统电连接。

优选的，多个光纤头呈栅状相错排列，焊缝位置采用插补计算确定。

采用上述技术方案后，本发明具有以下积极效果：

(1)本发明中的漫反射光纤位于焊缝上方，成栅状排列，每个光纤头可以单独通过发射光照到物体后再发射回到该光纤头，反射回的光强度经过光纤放大器处理后反应出该光强即为下方反射物离光纤头最下端入口的距离，从而栅状光纤头下方对应位置离光纤头距离均能一一采集，而焊缝与非焊缝高度不同显示的采集数值也不同，就可以通过数值差异辨别焊缝的位置，将焊缝实时位置发送给伺服运动系统，实现焊缝的在线实时跟踪的目标；

(2)多个光纤头错开部分重叠排列方式可以提高精度，利用光纤放大器数值变化进行插补计算可以在临界点(焊缝横向起点)附近精确显示焊缝位置；

(3)焊缝跟踪系统通过设置上连接板、下连接板、弹性件、滚轮等结构，可以防止焊缝跟踪系统初始查找焊缝位置时与待焊件硬接触，弹性件起到缓冲作用，滚轮可以便于焊缝跟踪系统在待焊件表面行走，同时也避免了光纤头与跟踪平面高度产生变化而影响采集数据的精确性；

(4)焊接加工开始后，根据焊缝坐标值大小控制系统发送信息给伺服运动控制器，实时调整伺服运动机构带动焊枪调整位置及速度，使其始终处于焊缝中心位置，直至整个焊缝焊接完成。

附图说明

图1为本发明的焊缝跟踪装置结构图；

图2为本发明中焊接系统和焊缝跟踪系统配合的结构图；

图3为本发明中焊缝跟踪系统结构图；

图4为漫反射光纤排布方式示意图。

其中：1、伺服运动系统，2、焊接系统，2-1、送丝机，2-2、焊枪，3、焊缝跟踪系统，3-1、漫反射光纤，3-2、上连接板，3-3、下连接板，3-4、弹性件，3-5、滚轮，3-6、支撑件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-4所示，为本发明的焊缝跟踪装置，包括控制系统和均与控制系统电连接的伺服运动系统1、焊接系统2和焊缝跟踪系统3，焊接系统2与伺服运动系统1连接，焊缝跟踪系统3与焊接系统2连接，焊接系统2和焊缝跟踪系统3并排设置。焊缝跟踪系统3实时探测焊缝位置及深度，伺服运动系统1根据探测结果调整焊接系统2的位置，焊接系统2用来对焊缝焊接，控制系统进行信号控制。

焊缝跟踪系统3包括漫反射光纤3-1、设置在漫反射光纤3-1上的光纤放大器、上连接板3-2、下连接板3-3、弹性件3-4、滚轮3-5和支撑件3-6，上连接板3-2和下连接板3-3平行设置，上连接板3-2通过一支撑件3-6安装在焊接系统2上。弹性件3-4位于上连接板3-2与下连接板3-3之间，漫反射光纤3-1设于下连接板3-3上，且漫反射光纤3-1的探测端从下连接板3-3的底部伸出，滚轮3-5设于下连接板3-3的底部以便于焊缝跟踪系统3在待焊件上滑行。漫反射光纤3-1由多个光纤头组成，多个光纤头呈栅状相错排列，焊缝位置采用插补计算确定。所述每个光纤头独立发射光照经由光纤放大器传输给控制系统，控制系统采集待焊件上焊缝的位置及深度。

伺服运动系统1由伺服运动机构和伺服运动控制器组成，所述伺服运动控制器与所述控制系统电连接。所述伺服运动机构可以由进行三维伺服运动的机械手或三维运动伺服组件组成。

焊接系统2包括焊接电源及与焊接电源电连接的送丝机2-1和焊枪2-2，送丝机2-1与伺服运动系统1连接，焊枪2-2与送丝机2-1连接，焊枪2-2与漫反射光纤3-1相邻设置。焊接电源通过电流大小可以调整焊枪2-2的焊接速度，进而提高焊接质量。

本发明的焊缝跟踪装置工作情况如下：首先通过伺服运动机构将焊缝跟踪系统3放置到待焊件表面，在放置的瞬间，弹性件3-4可以起到缓冲的作用。然后伺服运动机构带动焊接系统2及焊缝跟踪系统3移动寻找焊缝位置，漫反射光纤3-1实时获取反射得到的光强度信息并经光纤放大器输出，通过输出大小标定出焊缝与普通平面之间的深度差，作为跟踪焊缝的坐标数值依据。焊接加工开始后，根据焊缝坐标值大小控制系统发送信息给伺服运动控制器，实时调整伺服运动机构带动焊枪2-2调整位置，使其始终处于焊缝中心位置，直至整个焊缝焊接完成。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种焊缝跟踪装置，其特征在于：包括控制系统及均与该控制系统电连接的伺服运动系统(1)、焊接系统(2)和焊缝跟踪系统(3)，焊接系统(2)和焊缝跟踪系统(3)并排设置；焊缝跟踪系统(3)包括漫反射光纤(3-1)和设置在漫反射光纤(3-1)上的光纤放大器，漫反射光纤(3-1)由多个光纤头组成，所述每个光纤头独立发射光照经由光纤放大器传输给控制系统，控制系统采集待焊件上焊缝的位置及深度，多个光纤头呈栅状相错排列，焊缝位置采用插补计算确定；焊缝跟踪系统(3)还包括上连接板(3-2)、下连接板(3-3)、弹性件(3-4)和滚轮(3-5)，上连接板(3-2)和下连接板(3-3)平行设置，弹性件(3-4)位于上连接板(3-2)与下连接板(3-3)之间，漫反射光纤(3-1)设于下连接板(3-3)上，且漫反射光纤(3-1)的探测端从下连接板(3-3)的底部伸出，滚轮(3-5)设于下连接板(3-3)的底部以便于焊缝跟踪系统(3)在待焊件上滑行。

2.根据权利要求1所述的焊缝跟踪装置，其特征在于：焊接系统(2)包括焊接电源及与焊接电源电连接的送丝机(2-1)和焊枪(2-2)，送丝机(2-1)与伺服运动系统(1)连接，焊枪(2-2)与送丝机(2-1)连接，焊枪(2-2)与漫反射光纤(3-1)相邻设置。

3.根据权利要求2所述的焊缝跟踪装置，其特征在于：上连接板(3-2)通过一支撑件(3-6)安装在焊枪(2-2)上。

4.根据权利要求1所述的焊缝跟踪装置，其特征在于：伺服运动系统(1)由伺服运动机构和伺服运动控制器组成，所述伺服运动控制器与所述控制系统电连接。

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