CN107966461B - 一种双全回转检测机头位姿自动补偿机构 - Google Patents
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Abstract
一种双全回转检测机头位姿自动补偿机构及探测方法,包括一级驱动电机(1)、二级驱动电机(2)、固接法兰(3)、一级驱动臂(4)、二级驱动臂(5)、驱动端盖(6)、承托机构(7)、防护距离传感器(8)、夹持机构(9)、检测机头(10),用于克服现有技术中测量焊缝缺乏精确的定位手段,检测稳定性及人工检测重复操作风险高等问题,在全自动检测机构的基础上能够对焊缝进行全面探照,安全隐患低,操作简便,稳定性高,精度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种双全回转检测机头位姿自动补偿机构,属于焊缝检测技术领域。
背景技术
焊接质量直接影响产品使用可靠性,是贮箱安全服役的重要保证,开发高质、高精箱体环缝自动化检测装备已成为相关宇航机械发展必然趋势。以高分辨、无损伤、检测结果直观可靠为主要工艺特征的X射线无损检测技术,正日益体现出其在贮箱结构制造领域的突出优势。面对飞速发展的产品型号研制生产需求,以及多型号并举,研制和批产并存,高强密度发射的形势,缩短制造周期,保证产品质量,提高检测过程自动化程度已成为军工制造技术关键突破点。
现行贮箱环缝X射线检测机头夹持机头由三支点伞状工装夹持,采用手持方式经人孔运送至贮箱内部待测焊缝位置附近区域,操作人员依靠视觉进行粗定位,两支架先行接触产品,判断检测机头X光发射源与待测环缝至同一平面后,通过螺纹调节模块撑紧第三支架,进行完全定位,操作人员由人孔退出。每条焊缝透照完成后,操作人员需由人孔重新进入产品,拆除工装,移至下一检测位置,重复上述工序,直至所有焊缝检测完成,再由贮箱内部拆除工装及检测机头,通过人孔送出,至此,全部检测工序完成。
检测过程依靠工装支腿与产品内璧进行接触式定位,定位过程缺乏定量的撑紧力数值控制方式及精确定位手段,操作人员对实际工况中机头径向位置精度多依据个人经验及夹持工装,检测稳定性及重复精度有待提高。
与此同时,为保证承载安全,防止工装倾覆可能引起的产品损伤,夹持工装一般采用较大安全系数及撑紧力度,整体质量、结构尺寸过大,且撑紧过程易导致产品变形,检测过程操作人员多次移动工装位置,完成拆除及定位、拼装,劳动强度大,操作风险高。且现行检测手段工装需至少三处钢结构位置需与产品直接接触,结构尺寸跨度大,碰撞后损伤不易察觉,存在一定安全隐患。
发明内容
本发明解决的技术问题是:解决现有技术中检测方式自动化程度低,机头径向定位过于依附人力操作的我能提,采用全自动机械进行精确的自适应及位置调整功能,提升了精度与稳定性。
本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的:
一种双全回转检测机头位姿自动补偿机构,包括一级驱动电机、二级驱动电机、固接法兰、一级驱动臂、二级驱动臂、驱动端盖、承托机构、防护距离传感器、夹持机械臂、检测机头,所述一级驱动电机通过固接法兰与一级驱动臂相连,一级驱动臂在一级驱动电机驱动下围绕固接法兰中心转动,所述二级驱动电机设置于一级驱动臂首端,二级驱动电机轴线与一级驱动电机不在一条直线上,二级驱动电机通过驱动端盖与二级驱动臂相连,所述二级驱动臂首端与一级驱动臂尾端相连,二级驱动臂在二级驱动电机驱动下带动驱动端盖围绕一级驱动臂轴线转动,所述驱动端盖与承托机构首端相连,所述用于固定检测机头的夹持机械臂与承托机构尾端固定连接,所述检测机头首端与承托机构尾端、夹持机械臂固定连接,所述防护距离传感器设置于承托机构侧壁。
所述检测机头前端安装X射线发射源。
所述一级驱动电机与一级驱动臂、二级驱动电机与二级驱动臂均通过固接法兰内部滚动轴承连接。
所述一级驱动臂为Z字型结构。
所述防护距离传感器数量为4个。
所述承托机构通过深沟球轴承与二级驱动臂连接。
利用双全回转检测机头位姿自动补偿机构进行焊缝探测的方法,步骤如下:
(1)为一级驱动电机、二级驱动电机通电;
(2)利用防护距离传感器测量检测机头与待测贮箱人孔法兰距离数值,根据所得距离数值将检测机头初步置于人孔法兰处,不断调整检测机头位置直至检测机头轴线与待测产品轴线重合,然后将检测机头送至待测焊缝位置;
(3)检测检测机头实时位置轴线与人孔法兰轴线相对位置关系,不断调整一级驱动臂及二级驱动臂的位置使检测机头轴线始终与人孔法兰轴线重合,直至检测机头到达待测焊缝位置;
(4)进行X光透照,并采集透照图像;
(5)完成透照后,二级驱动臂沿原偏转角度回转,与一级驱动臂位置重合,一级驱动臂启动,带动二级驱动臂回到初始位置,夹持机械臂回缩至检测机头退出人孔法兰。
本发明与现有技术相比的优点在于:
(1)本发明提供的一种双全回转检测机头位姿自动补偿机构,在工作过程中通过距离传感器的精确距离预估,确定检测机头与待测焊缝的位置偏差,保证了定位准确,并量化分析了机头在产品内各方向上的空间位置,确定精确检测点,同时能够自动进行位姿补偿,保证了测量的精度和检测范围最大化;
(2)在完成检测任务的同时,完美解决了测量待测焊缝的现有技术中人工较多,测量精度差,工序繁杂的问题,在自动校准及检测方面计算程度更精确,安全性高,降低了劳动强度,可靠性高。
附图说明
图1为发明提供的机构结构原理图;
图2为发明提供的机构检测状态工作示意图;
具体实施方式
一种双全回转检测机头10位姿自动补偿机构,结构如图1所示,包括一级驱动电机1、二级驱动电机2、固接法兰3、一级驱动臂4、二级驱动臂5、驱动端盖6、承托机构7、防护距离传感器8、夹持机械臂9、检测机头10,所述一级驱动电机1通过固接法兰3与一级驱动臂4相连,一级驱动臂4在一级驱动电机1驱动下围绕固接法兰3中心转动,所述二级驱动电机2设置于一级驱动臂4首端,二级驱动电机2轴线与一级驱动电机1不在一条直线上,二级驱动电机2通过驱动端盖6与二级驱动臂5相连,所述二级驱动臂5首端与一级驱动臂4尾端相连,二级驱动臂5在二级驱动电机2驱动下带动驱动端盖6围绕一级驱动臂4轴线转动,所述驱动端盖6与承托机构7首端相连,所述用于固定检测机头10的夹持机械臂9与承托机构7尾端固定连接,所述检测机头10首端与承托机构7尾端、夹持机械臂9固定连接,所述防护距离传感器8设置于承托机构7侧壁。
利用双全回转检测机头10位姿自动补偿机构进行的探测方法,其具体步骤如下:
(1)为一级驱动电机1、二级驱动电机2通电;
(2)利用防护距离传感器8测量检测机头10与待测贮箱人孔法兰距离数值,根据所得距离数值将检测机头10初步置于人孔法兰处,不断调整检测机头10位置直至检测机头10轴线与待测产品轴线重合,然后将检测机头10送至待测焊缝位置;
(3)检测检测机头10实时位置轴线与人孔法兰轴线相对位置关系,不断调整一级驱动臂4及二级驱动臂5的位置使检测机头10轴线始终与人孔法兰轴线重合,直至检测机头10到达待测焊缝位置;
(4)进行X光透照,并采集透照图像;
(5)完成透照后,二级驱动臂5沿原偏转角度回转,与一级驱动臂4位置重合,一级驱动臂4启动,带动二级驱动臂5回到初始位置,夹持机械臂9回缩至检测机头10退出人孔法兰。
在具体的对待测贮箱的测量过程中,对一条焊缝测量完毕后,要重复上述操作直至所有焊缝测量完毕。
在本发明中,实现精确检测点的解决方案的技术手段如下:
(1)防碰撞距离安全防护方式
进入待测产品前,各级驱动臂叠放,如图2所示,径向尺寸达到最小,由布置于承托机构7及夹持机构9上探测各个方向防护距离传感器组8反馈距离信号,以监测检测机头10轴线与人孔轴线偏移程度,调整该位姿调整机构位置至安全范围后进入产品,保证设备安全进入有效检测区域。
(2)位置识别及偏置补偿方式
检测机头10的X射线发射源由前端移至与焊缝所在平面重合处后,以四个位置信息距离传感器组采样信号为输入值,获得检测机头10所在轴线与精确检测点相对位置关系后,由模拟位置控制信号驱动电机组调整机头位姿,完成自动位置补偿。
(3)机械系统驱动方式
机械系统主要由串联式排布运动支链、驱动系统、距离反馈系统、承托、夹持机构组成,运动支链由一级驱动臂4、二级驱动臂5、转动铰链组成,驱动机械手分别固接与两驱动臂端部,提供动力输入。该结构处于初始状态时,两级驱动臂重叠放置,径向长度最短;进入工作状态后,以位置逆解模型获得理论输入转角为依据,可实现全回转的一级驱动电机1、二级驱动电机2分别驱动一级驱动臂4、二级驱动臂5旋转至相应位置。一级驱动臂4呈Z型双中空结构,一端与一级驱动电机1输出轴连接,另一端主体为回转轴,安装于二级驱动臂5铰链位,其内腔同时作为二级驱动电机2固定架。驱动端盖6一端与二级驱动电机2直接相连,另一端固接于二级驱动臂5主体,并共同形成铰链位,与自适应承托机构相连。
(4)自适应承托、夹持机构
承托机构7端部通过一组深沟球轴承与二级驱动臂5端部成自由状态连接,位姿调整过程中,可随电缆作自适应扭转。
本发明的结构特点为:
(1)一级驱动臂4固定端盖亦充当接口法兰,与外部机构末端固连,该方式在保证连接刚度基础上,最大限度降低驱动臂外置部分尺寸,降低结构挠度变形,且便于设备前端各结构电缆排布,且起到保护和美化外观作用。
(2)一级驱动臂4采用“Z”字型结构布局,两端同时作为铰链回转轴,以轻量化思想为基础的双中空设计形式,在减轻总体质量同时,为二级驱动电机2提供安装空间,结构紧凑,布局合理,可在保证强度、刚度前提下,有效减小空间尺寸,降低基础结构件挠度变形。
(3)二级驱动臂5驱动方式采用电机直驱驱动法兰提供动力输入,驱动法兰同时作为二级驱动臂5端盖,将输出力矩传导至12个均布螺栓组,可在有效保证连接刚性、分散作用力同时,省略驱动部分与端盖连接件,缩短轴向尺寸。
(4)各级驱动臂控制及操作系统相对独立,工作过程,一级驱动臂4运动完成后,由制动器抱死,二级驱动臂5再行启动,回零过程为其逐级逆运动。该方式可保证一级驱动臂4运转过程中,重力臂最短,即电机输出轴所需扭矩最小,达到保护电机及缩小其空间尺寸目的。
(5)各级驱动臂内部均采用滚动轴承,工作状态摩擦阻力小,启动灵活,传动效率高,具有结构刚度大、承载能力强、末端惯量小、运动性能良好等优点。
在本发明中,所述位置识别和检测机头10的位姿补偿均依靠距离传感器实现,其中:
定位距离传感器布置于基座各个方向,可在整套机械手进入产品后,量化分析机头在产品内各方向上空间位置,确定检测机头10的X信号源与精确检测点位置偏差,依托位置逆解模型,通过串联支链精确调整机头位姿,实现精确定位,提高检测重复精度。此外,全自动化位置识别、偏差分析、补偿驱动系统,依托自动化检测理念,引入定量的位置数值分析思路及自动化检测手段,完成贮箱环缝X射线检测由传统人工检测向现代化、数字化、集成化检测的转化,其应用可替代现行多次人工架设、拆除职称工装检测手段,有效保护产品,缩短检测周期,在提高检测精度的前提下,大幅提高检测过程自动化程度,降低人工劳动强度,从而为检测手段的自动化转型奠定理论和实际基础,具有广泛的应用和开发前景。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (6)
1.一种双全回转检测机头位姿自动补偿机构,其特征在于:包括一级驱动电机(1)、二级驱动电机(2)、固接法兰(3)、一级驱动臂(4)、二级驱动臂(5)、驱动端盖(6)、承托机构(7)、防护距离传感器(8)、夹持机械臂(9)、检测机头(10),所述一级驱动电机(1)通过固接法兰(3)与一级驱动臂(4)相连,一级驱动臂(4)在一级驱动电机(1)驱动下围绕固接法兰(3)中心转动,所述二级驱动电机(2)设置于一级驱动臂(4)首端,二级驱动电机(2)轴线与一级驱动电机(1)不在一条直线上,二级驱动电机(2)通过驱动端盖(6)与二级驱动臂(5)相连,所述二级驱动臂(5)首端与一级驱动臂(4)尾端相连,二级驱动臂(5)在二级驱动电机(2)驱动下带动驱动端盖(6)围绕一级驱动臂(4)轴线转动,所述驱动端盖(6)与承托机构(7)首端相连,用于固定检测机头(10)的夹持机械臂(9)与承托机构(7)尾端固定连接,所述检测机头(10)首端与承托机构(7)尾端、夹持机械臂(9)固定连接,所述防护距离传感器(8)设置于承托机构(7)侧壁,其中,所述承托机构(7)端部通过一组深沟球轴承与所述二级驱动臂(5)端部成自由状态连接。
2.根据权利要求1所述的一种双全回转检测机头位姿自动补偿机构,其特征在于:所述检测机头(10)前端安装X射线发射源。
3.根据权利要求2所述的一种双全回转检测机头位姿自动补偿机构,其特征在于:所述一级驱动电机(1)与一级驱动臂(4)、二级驱动电机(2)与二级驱动臂(5)均通过固接法兰(3)内部滚动轴承连接。
4.根据权利要求2所述的一种双全回转检测机头位姿自动补偿机构,其特征在于:所述一级驱动臂(4)为Z字型结构。
5.根据权利要求2所述的一种双全回转检测机头位姿自动补偿机构,其特征在于:所述防护距离传感器(8)数量为4个。
6.利用权利要求2~5任一所述的双全回转检测机头位姿自动补偿机构进行焊缝探测的方法,其特征在于步骤如下:
(1)为一级驱动电机(1)、二级驱动电机(2)通电;
(2)利用防护距离传感器(8)测量检测机头(10)与待测贮箱人孔法兰距离数值,根据所得距离数值将检测机头(10)初步置于人孔法兰处,不断调整检测机头(10)位置直至检测机头(10)轴线与待测产品轴线重合,然后将检测机头(10)送至待测焊缝位置;
(3)检测检测机头(10)实时位置轴线与人孔法兰轴线相对位置关系,不断调整一级驱动臂(4)及二级驱动臂(5)的位置使检测机头(10)轴线始终与人孔法兰轴线重合,直至检测机头(10)到达待测焊缝位置,在位姿调整过程中,所述承托机构(7)能够随电缆作自适应扭转;
(4)进行X光透照,并采集透照图像;
(5)完成透照后,二级驱动臂(5)沿原偏转角度回转,与一级驱动臂(4)位置重合,一级驱动臂(4)启动,带动二级驱动臂(5)回到初始位置,夹持机械臂(9)回缩至检测机头(10)退出人孔法兰。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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