CN108372345B

CN108372345B - 一种激光扫描焊缝跟踪装置

Info

Publication number: CN108372345B
Application number: CN201810140984.1A
Authority: CN
Inventors: 杨龙兴; 梁栋; 胥旭湦; 杨浩轩; 蒋新华
Original assignee: Jiangsu University of Technology
Current assignee: Jiangsu University of Technology
Priority date: 2018-02-11
Filing date: 2018-02-11
Publication date: 2021-02-09
Anticipated expiration: 2038-02-11
Also published as: CN108372345A

Abstract

本发明属于自动焊接机技术领域，尤其涉及一种激光扫描焊缝跟踪装置，包括支撑组件和设置在支撑组件上的焊缝跟踪组件，所述焊缝跟踪组件包括弹性元件和固定在支撑组件上的安装板，所述安装板的底面设置有导轨，所述导轨上设置有滑块，所述滑块上固定有激光位移传感器，所述激光位移传感器朝向焊缝，所述导轨的一端设置有连接柱，所述弹性元件的两端分别与连接柱和滑块固定连接，所述安装板上设置有扫描电机，所述扫描电机的伸出端上固定有偏心轮，所述偏心轮位于连接柱和滑块之间，其周面与滑块的侧面接触；该焊缝跟踪装置还包括用于监测激光位移传感器的相对移动位置的定位元件。

Description

一种激光扫描焊缝跟踪装置

技术领域

本发明属于自动焊接机技术领域，尤其涉及一种激光扫描焊缝跟踪装置。

背景技术

近20年来，随着数字化，自动化，计算机，机械设计技术的发展，以及对焊接质量的高度重视，自动焊接已发展成为一种先进的制造技术，自动焊接设备在各工业的应用中所发挥的作用越来越大，应用范围正在迅速扩大。在自动焊接中，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，提高自动焊接的可靠性，需自动焊接设备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。当前主要的做法是在焊接机器人的焊接头处设焊缝跟踪装置，焊缝跟踪装置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。

发明内容

为解决现有技术存在的采用视觉传感器的焊缝追踪装置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，无法精确实时跟踪的问题，本发明提供一种激光扫描焊缝跟踪装置。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下，一种激光扫描焊缝跟踪装置，包括支撑组件和设置在支撑组件上的焊缝跟踪组件，所述焊缝跟踪组件包括弹性元件和固定在支撑组件上的安装板，所述安装板的底面设置有导轨，所述导轨上设置有滑块，所述滑块上固定有激光位移传感器，所述激光位移传感器朝向焊缝，所述导轨的一端设置有连接柱，所述弹性元件的两端分别与连接柱和滑块固定连接，所述安装板上设置有扫描电机，所述扫描电机的伸出端上固定有偏心轮，所述偏心轮位于连接柱和滑块之间，其周面与滑块的侧面接触；

该焊缝跟踪装置还包括用于监测激光位移传感器的相对移动位置的定位元件。

作为优选，所述定位元件包括霍尔传感器和与霍尔传感器配合的磁铁，所述霍尔传感器固定在安装板上，所述磁铁固定在偏心轮的端面上。偏心轮转动将滑块外推，弹性元件拉动滑块使滑块复位，滑块在偏心轮和弹性元件的推拉作用下做直线往复运动，激光位移传感器和滑块一起做直线往复运动，即偏心轮的转动转化为激光位移传感器的直线往复运动，偏心轮端面上的磁铁的初始坐标已知，偏心轮转动带动其端面上的磁铁运动，磁铁与霍尔传感器作用转化为激光位移传感器运动的焊缝宽度定位信息，结合激光位移传感器扫描得到的待焊接焊缝内外各点的深度信息，得到待焊接焊缝的宽度信息和待焊接焊缝的中心坐标。此结构简单，设计巧妙，功能稳定可靠，方便测得待焊接焊缝的深度信息，宽度信息和中心坐标。

作为优选，所述定位元件还包括固定板，所述固定板的顶端向外延伸有上侧板，所述上侧板固定在安装板的底端，所述固定板的底端向外延伸有下侧板，所述霍尔传感器固定在下侧板上。霍尔传感器和磁铁之间的距离要适中，固定板的设置有利于优化霍尔传感器和磁铁之间的距离，提高霍尔传感器的监测精度。

作为优选，所述弹性元件为复位弹簧。方便装配，成本较低。

进一步地，所述导轨的数量为两个，两个所述导轨平行设置。提高导轨对滑块的导向精度，提高该跟踪装置的整理测量精度。

进一步地，所述支撑组件包括上支撑结构和下支撑结构，所述上支撑结构包括上缓冲板和下缓冲板，所述上缓冲板和下缓冲板之间设置有缓冲弹簧，所述下支撑结构包括支撑架和设置在支撑架底部以便于焊缝跟踪组件在待焊件上滑行的滚轮，所述安装板的一端固定在支撑架上。该焊接跟踪装置的滚轮始终与焊接件接触保证高度稳定，减少与焊接件表面的摩擦，提高该焊接跟踪装置的测量精度；缓冲弹簧能有效保护滚轮不被压坏，延长该焊接跟踪装置的使用寿命。

有益效果：本发明的激光扫描焊缝跟踪装置的偏心轮转动将滑块外推，弹性元件拉动滑块使滑块复位，滑块在偏心轮和弹性元件的推拉作用下做直线往复运动，激光位移传感器和滑块一起做直线往复运动，即偏心轮的转动转化为激光位移传感器的直线往复运动，偏心轮端面上的磁铁的初始坐标已知，偏心轮转动带动其端面上的磁铁运动，磁铁与霍尔传感器作用转化为激光位移传感器运动的焊缝宽度定位信息，结合激光位移传感器扫描得到的待焊接焊缝内外各点的深度信息(由于焊缝内外的高度不同，进而得出焊缝的实际宽度)，得到待焊接焊缝的宽度信息和待焊接焊缝的中心坐标。此结构简单，操作简便，成本较低，设计巧妙，功能稳定可靠，方便测得待焊接焊缝的深度信息，宽度信息和中心坐标，并传递给自动焊接机，自动焊接机实时调整焊枪的位置、角度和速度以焊接出高质量的焊缝；本发明的激光扫描焊缝跟踪装置受焊接强光、电弧热、飞溅、以及烟雾等多种强烈的干扰的影响小，适应能力强，具有广阔的市场空间。

附图说明

图1是本发明激光扫描焊缝跟踪装置的立体结构示意图；

图2是图1中A的局部放大示意图；

图3是图2中B的局部放大示意图；

图中1、支撑组件，10、上缓冲板，11、下缓冲板，12、缓冲弹簧，13、支撑架，14、滚轮，2、焊缝跟踪组件，20、弹性元件，21、安装板，22、导轨，23、滑块，24、激光位移传感器，25、连接柱，26、扫描电机，27、偏心轮，28、定位元件，281、霍尔传感器，282、磁铁，283、固定板，3、自动焊接机。

具体实施方式

实施例

如图1～3所示，一种激光扫描焊缝跟踪装置，与自动焊接机3的焊枪并排设置在自动焊接机3上，包括支撑组件1和设置在支撑组件1上的焊缝跟踪组件2，所述焊缝跟踪组件2包括弹性元件20和固定在支撑组件1上的安装板21，所述安装板21的底面设置有导轨22，所述导轨22上设置有滑块23，为了提高导向精度，所述导轨22的数量为两个，两个所述导轨22平行设置，所述滑块23上固定有激光位移传感器24，所述激光位移传感器24朝向焊缝，激光位移传感器24与自动焊接机3的控制处理器电连接，所述导轨22的一端设置有连接柱25，所述弹性元件20的两端分别与连接柱25和滑块23固定连接，所述弹性元件20与导轨22平行设置，所述弹性元件20可以选用复位弹簧，所述安装板21上设置有扫描电机26，所述扫描电机26的伸出端上固定有偏心轮27，所述偏心轮27位于连接柱25和滑块23之间，其周面与滑块23的侧面接触；

如图3所示，该焊缝跟踪装置还包括用于监测激光位移传感器24的相对移动位置的定位元件28。所述定位元件28包括霍尔传感器281和与霍尔传感器281配合的磁铁282，所述霍尔传感器281固定在安装板21上，霍尔传感器281与自动焊接机3的控制处理器电连接，所述磁铁282固定在偏心轮27的端面上。为了保证霍尔传感器281与磁铁282的距离适中，所述定位元件28还包括固定板283，所述固定板283的顶端向外延伸有上侧板，所述上侧板固定在安装板21的底端，所述固定板283的底端向外延伸有下侧板，所述霍尔传感器281固定在下侧板上。

如图1～2所示，所述支撑组件1包括上支撑结构和下支撑结构，所述上支撑结构包括上缓冲板10和下缓冲板11，所述上缓冲板10和下缓冲板11之间设置有缓冲弹簧12，所述下支撑结构包括支撑架13和设置在支撑架13底部以便于焊缝跟踪组件2在待焊件上滑行的滚轮14，所述安装板21的一端固定在支撑架13上。

工作原理如下：

如图1～3所示，先调整自动焊接机3使霍尔传感器281位于设定的机械零点位置，自动焊接机3再带动激光位移传感器24移动到待焊接焊缝上方，并使激光位移传感器24与待焊接焊缝垂直；

接着，偏心轮27在扫描电机26的带动下转动将滑块23外推，弹性元件20拉动滑块23使滑块23复位，滑块23在偏心轮27和弹性元件20的推拉作用下做直线往复运动，激光位移传感器24和滑块23一起做直线往复运动，即偏心轮27的转动转化为激光位移传感器24的直线往复运动，激光位移传感器24的扫描行程大于待焊接焊缝的宽度，偏心轮27端面上磁铁282的初始坐标为零点，偏心轮27转动带动其端面上的磁铁282运动，磁铁282与霍尔传感器281作用，将磁铁282位置信息转化为激光位移传感器24运动的宽度信息，结合激光位移传感器24连续不断在待焊接焊缝横向扫描各点深度信息，得到待焊接焊缝的宽度信息和待焊接焊缝的中心坐标；

焊接加工开始后，自动焊接机3带动激光位移传感器24沿待焊接焊缝纵向运行的同时，激光位移传感器24横向不断扫描焊缝，采集的待焊接焊缝内各点的深度信息和磁铁282的位置信息直接发送给自动焊接机3的控制处理器，实时调整自动焊接机3的焊枪的位置、角度和速度，使其始终处于待焊接焊缝的中心位置，直至整个焊缝焊接完成，其中滚轮14始终与焊接件接触保证高度稳定。

Claims

1.一种激光扫描焊缝跟踪装置，其特征在于：包括支撑组件（1）和设置在支撑组件（1）上的焊缝跟踪组件（2），所述焊缝跟踪组件（2）包括弹性元件（20）和固定在支撑组件（1）上的安装板（21），所述安装板（21）的底面设置有导轨（22），所述导轨（22）上设置有滑块（23），所述滑块（23）上固定有激光位移传感器（24），所述激光位移传感器（24）朝向焊缝，所述导轨（22）的一端设置有连接柱（25），所述弹性元件（20）的两端分别与连接柱（25）和滑块（23）固定连接，所述安装板（21）上设置有扫描电机（26），所述扫描电机（26）的伸出端上固定有偏心轮（27），所述偏心轮（27）位于连接柱（25）和滑块（23）之间，其周面与滑块（23）的侧面接触；

该焊缝跟踪装置还包括用于监测激光位移传感器（24）的相对移动位置的定位元件（28）；

所述定位元件（28）包括霍尔传感器（281）和与霍尔传感器（281）配合的磁铁（282），所述霍尔传感器（281）固定在安装板（21）上，所述磁铁（282）固定在偏心轮（27）的端面上；

所述定位元件（28）还包括固定板（283），所述固定板（283）的顶端向外延伸有上侧板，所述上侧板固定在安装板（21）的底端，所述固定板（283）的底端向外延伸有下侧板，所述霍尔传感器（281）固定在下侧板上。

2.根据权利要求1所述的激光扫描焊缝跟踪装置，其特征在于：所述弹性元件（20）为复位弹簧。

3.根据权利要求1所述的激光扫描焊缝跟踪装置，其特征在于：所述导轨（22）的数量为两个，两个所述导轨（22）平行设置。

4.根据权利要求1所述的激光扫描焊缝跟踪装置，其特征在于：所述支撑组件（1）包括上支撑结构和下支撑结构，所述上支撑结构包括上缓冲板（10）和下缓冲板（11），所述上缓冲板（10）和下缓冲板（11）之间设置有缓冲弹簧（12），所述下支撑结构包括支撑架（13）和设置在支撑架（13）底部以便于焊缝跟踪组件（2）在待焊件上滑行的滚轮（14），所述安装板（21）的一端固定在支撑架（13）上。