CN109530866A - 一种带三维焊缝识别的集装箱门楣焊接方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种带三维焊缝识别的集装箱门楣焊接方法，属于焊接机床或方法技术领域。将待焊接工件压紧梁下方并固定；压紧梁上方设置导轨，导轨上安装有可实现四轴移动的焊接小车，所述焊接小车上设置扫描机构和焊枪，扫描机构的传感器检测下方焊接工件的焊缝信号，并将信号传递给中央控制器，中央控制器根据该信号，设定焊接小车的行走路径，焊接小车与扫描机构信号同步，并据此沿导轨做相对待焊接工件的实时前、后、左、右与升、降动作，待与待焊接部位位置匹配后，焊接小车上的焊枪启动，即对待焊接部位实施焊接工序。

Description

一种带三维焊缝识别的集装箱门楣焊接方法

技术领域

本申请涉及一种带三维焊缝识别的集装箱门楣焊接方法，属于焊接机床或方法技术领域。

背景技术

在焊接过程中，搭接焊缝常见的有两种：门楣焊接和前楣板焊接，门楣焊接是为搭接形成的2条角焊缝，焊接长度约为2.1m；前楣板焊缝为直线搭接型焊缝，生产过程中使用气体保护焊接工艺。目前该两种搭接焊缝的焊接方法，多采用纯人工或半自动焊接，存在劳动强度大、焊道成型效果不稳定等实际问题，在焊接过程中，需要人工进行焊接前的对枪，焊接过程中需要手动调，对工人技能要求较高。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种带三维焊缝识别的集装箱门楣焊接方法，该方式不仅提高了焊接质量，节省人工，还可以实现焊接过程的实时跟踪自动识别，无需人工对枪自动化操作，节约工作时间。

具体地，本申请是通过以下方案实现的：

一种带三维焊缝识别的集装箱门楣焊接方法，将待焊接工件压紧梁下方并固定；压紧梁上方设置导轨，导轨上安装有可实现四轴移动的焊接小车，所述焊接小车上设置扫描机构和焊枪，扫描机构的传感器检测下方焊接工件的焊缝信号，并将信号传递给中央控制器，中央控制器根据该信号，设定焊接小车的行走路径，焊接小车与扫描机构信号同步，并据此沿导轨做相对待焊接工件的实时前、后、左、右与升、降动作，待与待焊接部位位置匹配后，焊接小车上的焊枪启动，即对待焊接部位实施焊接工序。

本申请采用扫描机构与传感器进行焊缝识别，并将识别的信息转换为信号，经中央控制器控制焊接小车的驱动(如伺服和步进电机)完成焊接过程中的自动跟踪，达到提高焊接质量，节省人工的目的。该过程不仅实现了焊缝起点的自动识别后自动下枪，不需要人工对枪；在焊接过程中，进行识别焊缝离焊枪距离、焊缝左右位置。也即为实时识别跟踪，节约工作时间；焊接小车与扫描机构配合，实现四轴(时间轴以及上下、左右、前后)焊接，快速扫描和焊接，实现整条焊缝的连续焊接，中间不作停顿。

同时，申请人还对导轨做了优选设置，所述压紧梁上方设置横梁，导轨设置于横梁的侧边或顶部，以分别适应不同工况的安装需求。针对门楣搭接而言，适合将导轨设置于横梁侧边，此时，导轨沿竖直方向设置，并优选在横梁的两侧分别设置，焊接小车及为焊接小车的焊枪供丝的送丝机均位于横梁侧边；针对前楣搭接而言，所述导轨包设于横梁顶部及侧边，此时，焊接小车位于横梁侧边，为焊接小车的焊枪供丝的送丝机安装于横梁顶部。

同时，申请人还对焊接小车的设置方式做了研究，并确定当其采用成对设置时，可实现双机头焊接，确保工作时间满足要求；更优选的，针对门楣搭接，所述焊接小车设置有四组；针对前楣搭接，所述焊接小车设置两组。门楣与前楣对焊接过程有所区别，适宜不同的设置方式。

在上述工作基础上，申请人还对具体的焊接小车做了进一步的研究，并优选设置如下：所述焊接小车还包括有前后调整机构、高度调整机构与左右调整机构，前后调整机构、高度调整机构与左右调整机构与扫描机构配合，实现焊接小车的四轴移动。更优选的，所述焊枪设置于高度调整机构的输出端，前后调整机构与左右调整机构分别带动焊接小车及焊枪前后、左右移动，高度调整机构带动焊枪做升降移动。

所述传感器为激光传感器IL-300，测量距离150-450mm，采样周期0.33/1/2/5ms。

所述压紧梁朝向待焊接工件一侧设置多个油缸，以实现待焊接工件的固定。更有选的，所述油缸中，居中油缸配套设置有导柱，实现居中油缸沿导柱升降。

所述焊枪上设置有手调十字架，通过手调十字架的旋入旋出，实现焊枪沿旋入旋出轴方向的移动。更优选的，所述手调十字架设置有两个，两个手调十字架的旋入旋出轴分别沿横向与竖直方向设置，以实现焊枪左右与上下方向的移动。

附图说明

图1为本申请的立体结构示意图；

图2为本申请的侧面结构示意图；

图3为本申请的正面结构示意图；

图4为本申请的俯视状态示意图；

图5为图1中A部位的局部放大图。

图中标号：1.安装架；2.横梁；21.导轨；3.焊接小车；3a.焊接小车一；3b.焊接小车二；3c.焊接小车三；3d.焊接小车四；31.焊枪；32.前后调整机构；33.高度调整机构；34.左右调整机构；35.焊枪架；36.扫描机构；361.激光器；37.手调十字架；4.压紧梁；41.油缸一；42.油缸二；43.油缸三；44.导柱；5.线槽；51.送丝机。

具体实施方式

本申请一种带三维焊缝识别的集装箱门楣焊接方法，加工涉及到的器件主要由安装架1、横梁2、焊接小车3、焊缝识别模块、触摸屏、控制程序、压紧梁4等组成。

具体到加工过程中，结合图1-4，将待焊接工件置于底架(图中未标注)上，底架上方架设压紧梁4，待焊接工件由压紧梁4固定；压紧梁4上方设置导轨21，导轨21上安装有可实现四轴移动的焊接小车3，焊接小车3上设置扫描机构36和焊枪31，扫描机构36的传感器361检测下方焊接工件的焊缝信号，并将信号传递给中央控制器(图中未显示)，中央控制器根据该信号，设定焊接小车3的行走路径，焊接小车3与扫描机构36信号同步，并据此沿导轨21做相对待焊接工件的实时前、后、左、右与升、降动作，待与待焊接部位位置匹配后，焊接小车上的焊枪启动，即对待焊接部位实施焊接工序。

横梁2以尺寸约为300*200mm的矩形钢为主体，其壁厚为10mm。在横梁2的侧面上，安装精密横向导轨21(型号：HGW25CA，台湾上银)。在导轨21上，安装有焊接小车3。

其中，针对门楣搭接，结合图1，在横梁2的两侧沿竖直方向各设置一条导轨21，每侧导轨21上分别安装两套焊接系统(包括焊接小车3及其配套的四轴驱动、送丝机51)，即焊接小车一3a、焊接小车二3b、焊接小车三3c、焊接小车四3d，焊接小车3及为焊接小车3的焊枪31供丝的送丝机51均位于横梁2侧边；针对前楣搭接而言，导轨21包设于横梁顶部及侧边，此时，焊接小车3位于横梁2侧边，为焊接小车3的焊枪31供丝的送丝机51安装于横梁2顶部。

在上述方案基础上，导轨21可采用方形结构时，导轨21采用比圆形直线导轨精度更高的方形导轨，并且在导轨21安装面铣槽，保证安装精度及经久耐用。横梁2的长度，需要满足当一台退开时，另外一台能够完成整条焊缝的焊接；当两台都退开时，不影响工件的输送。所以，长度需要足够。为了方便以后滑块的更换，导轨21需要由三段组成分体式结构。当需要更换时，可以方便的把中间这一段取下来。

在焊接小车3上，安装有焊枪31、前后调整机构32、高度调整机构33、左右调整机构34和扫描机构36。焊接小车3通过齿轮齿条实现驱动。在焊接小车，安装有扫描电机和传感器361，传感器361与扫描机构36配合，完成焊缝识别。

在上述工作基础上，申请人还对焊接小车3做了进一步的研究：结合图5，焊接小车3还包括有前后调整机构321、高度调整机构33和左右调整机构34，前后调整机构321、高度调整机构33与左右调整机构34通过接板32安装于导轨21上，中央控制器分别根据信号控制前后调整机构321、高度调整机构33和左右调整机构34的电机工作状态，据此带动焊接小车3上的焊枪31做前后、左右、上下/升降运动，即实现三轴移动。

根据中央控制器发出的信号，前后调整机构32的电机带动整个焊接小车3前后移动；焊枪31通过焊枪架35安装于高度调整机构34的输出端，高度调整机构34电机带动焊枪31做升降运动，左右调整机构33根据中央控制器发出的信号带动接板32沿导轨21左右移动。前后与左右调整机构的电机及其传动机构实现焊枪31在前后(也称为X轴)和左右(也称为Y轴)两个方向的自动调整的自动调整，由电机带动丝杠旋转，再由螺母带动移动，在外层十字滑架的移动块上固定焊枪等零部件，本调整装置的精度达到0.01mm。在焊接过程中，自动左右调整机构不但实现焊缝左右偏离的补偿，同时实现焊枪的摆动。

上述三轴移动系统采用直接坐标系焊接专机，其各部分解释如下：

a)X方向驱动机构：由伺服电机和精密减速器驱动焊接小车3在X方向上的行走。其传动通过齿轮齿条实现；

b)扫描机构36及传感器361：本系统采用传感器361进行焊缝位置及工件与焊枪31的距离的识别。传感器361由伺服电机驱动不断在焊缝两边扫描，然后系统根据采集到原始数据提取出焊缝的左右偏差和距离变化。

c)上下/前后跟踪电机：该电机及其传动机构实现焊枪31在上下和前后两个方向的自动调整的自动调整，由电机带动丝杠旋转，再由螺母带动滑板移动，在外层十字滑架的移动块上固定焊枪等零部件。本调整装置的精度达到0.01mm。

d)为了节约工作时间(尤其是在相向焊接方式时)，小车宽度在满足要求的前提下，在宽度上尽量小。此外，传感器361和焊枪31的距离也尽量小。

e)考虑到以后门框的行走方式会改变，所以前后调整模组的行程要适当加大，不小于200mm。

f)为了保护焊接小车3，需要添加一个抽烟机构，该机构具有抽风功能，风管高度不低于2m。

本系统采用传感器361和扫描机构36进行焊缝位置及工件与焊枪31的距离的识别。传感器361由伺服电机驱动不断在焊缝两边扫描，然后系统根据采集到原始数据提取出焊缝的左右偏差和距离变化。

在上述方案基础上，我们还对传感器361做了进一步的优选设置，传感器361采用日本进口基恩士激光传感器IL-300进行焊缝原始信息的采集，然后通过软件程序提取出焊缝的左右偏差和距离变化。传感器361基准距离为300mm，测量距离160-450mm，光源为红色半导体，激光(波长655nm，可见光)，输出功率560μW；亮点范围(基准距离时)约Φ0.5mm，采样周期0.33/1/2/5ms(4级可变)。

在上述方案基础上，我们针对压紧梁4进行如下优选设置：根据现场试用的压紧梁4，当只采用了一根油缸时，有可能在焊接过程中，导致工件变形。为了避免变形，压紧梁4做如下补充设置：a)采用3根油缸，即图3所示的油缸一41、油缸二42和油缸三43，使得待焊接工件所受压力更大；b)中间油缸即油缸二42还配套设置有导柱44，油缸二42采用导柱44升降，保证压紧接触面不会移动。

在上述方案基础上，我们还对焊枪31做了进一步的优选设置，结合图3，焊枪31上沿竖直和横向两个方向分别设置有手调十字架37，调节焊枪31在前后(离焊缝的垂直距离)和左右两个方向的调整。此功能主要用在新装焊枪后的对枪。

以下采用上述方案的加工方法，分别就实施例1的门楣搭接与实施例2的前楣搭接进行具体说明。

实施例1：门楣搭接

本实施例以门楣的搭接焊缝加工为例，进行技术方案的诠释。

焊接过程中，焊缝误差主要来自于工件左右定位误差和工件纵向位置误差，为避免以上误差的累计，焊缝识别中主要针对以下两方面：(1)焊缝左右识别；(2)焊缝离焊枪距离变化的识别。

焊接工作流程如下：

a)系统处于工作就绪状态，焊接小车一3a复位在横梁的一端，焊接小车二3b复位在横梁2的中间；

b)门框到位后，工人按下“开始”按键，启动工作；

c)两台焊接小车同时向横梁2另一端同向运动，在运动过程中，实时检测焊缝起始位置；

d)焊接小车3继续向前运动，当焊枪31到达焊缝起点位置时，根据检测到的信息(焊缝高低位置及焊枪31与焊缝的垂直距离)，进枪，然后起弧；

e)焊接继续进行，并且根据检测到的焊缝信息进行焊枪的调整；同时扫描机构36与传感器361也进行工作，不断把新的信息保存下来；

f)当焊接小车一3a焊接大约一半长度，和焊接小车二3b的焊道接上时，焊接小车一3a停止焊接并快速往回复位；

g)当焊接小车二3b焊接完一半长度时，会停留在横梁的另一端，等待焊接小车一3a开始复位。当检测到焊接小车一3a开始复位或者在复位已完成，焊接小车二3b开始向中间复位；

h)两台焊接小车都完成复位，焊接小车一3a复位在横梁的一端，焊接小车二3b复位在横梁的中间；

i)等待下一个循环。

在焊接时，焊枪与焊缝呈45度进行焊接；整个焊接过程不断弧。

完成焊缝的焊接总时间为77s，具体参加表1所示。

表1工作时间分析

其中，表1中，焊接55s是指：假设焊接速度为1.2m/min，焊缝总长约为2.2m。因为由两台自动焊设备完成，每一台的焊接长度约为1.1m；复位过程中，可移走焊接好的工件；总计77s是不计组装工件时间。

实施例2：前楣搭接

本实施例以前楣的搭接焊缝加工为例，进行技术方案的诠释。

焊接过程中，焊缝误差主要来自于：(1)门框定位误差：由于门框是由链条传输，碰到接近开关自动停止或工人手工控制停止，其停止位置存在误差。门框的定位误差，导致焊缝起点位置也发生偏差；(2)横向焊缝的定位误差：在高度和前后方向上存在误差。

为避免以上误差的累计，焊缝识别中主要针对以下两方面：(1)门框定位检测识别；(2)焊缝边缘位置及边缘高度的识别。

焊接工作流程如下：

a)系统处于工作就绪状态，焊接小车一3a复位在横梁的一端，焊接小车二3b复位在横梁的另一端；

b)门框到位后，工人按下“开始”按键，启动工作；

c)两台焊接小车同时向横梁中间相向运动，在运动过程中，实时检测焊缝起始位置；

d)焊接小车继续向前运动，当焊枪到达焊缝起点位置时，根据检测到的信息(焊缝高低位置及焊枪与焊缝的垂直距离)，进枪，然后起弧；

e)焊接继续进行，并且根据检测到的焊缝信息进行焊枪的调整；同时扫描也进行，不断把新的信息保存下来；

f)当焊接小车一3a与焊接小车二3b快要相遇时，焊接小车一3a停止焊接并快速往回复位，而焊接小车二3b继续向前运动；

g)当焊接小车二3b的焊道与焊接小车一3a的焊道对接上后，焊接小车二3b停止焊接并快速往回复位；

h)两台焊接小车都完成复位，并各自停留在横梁的两端；

i)等待下一个循环。

在焊接时，焊枪与焊缝呈45度进行焊接；整个焊接过程不断弧。

完成焊缝的焊接总时间为74s，具体参加表2所示。

表2工作时间分析

其中，表2中，焊接55s是指：假设焊接速度为1.3m/min，焊缝总长约为2.2m，每台焊接小车需要焊接的长度为1.1m；复位过程中，可与“移动门框”同步。

Claims (10)

1.一种带三维焊缝识别的集装箱门楣焊接方法，其特征在于：将待焊接工件压紧梁下方并固定；压紧梁上方设置导轨，导轨上安装有可实现四轴移动的焊接小车，所述焊接小车上设置扫描机构和焊枪，扫描机构的传感器检测下方焊接工件的焊缝信号，并将信号传递给中央控制器，中央控制器根据该信号，设定焊接小车的行走路径，焊接小车与扫描机构信号同步，并据此沿导轨做相对待焊接工件的实时前、后、左、右与升、降动作，待与待焊接部位位置匹配后，焊接小车上的焊枪启动，即对待焊接部位实施焊接工序。

2.如权利要求1所述的一种带三维焊缝识别的集装箱门楣焊接方法，其特征在于：所述压紧梁上方设置横梁，导轨设置于横梁的侧边或顶部。

3.如权利要求1或2所述的一种带三维焊缝识别的集装箱门楣焊接方法，其特征在于：所述待焊接工件为门楣搭接焊缝，导轨设置于横梁侧边，此时，导轨沿竖直方向设置，焊接小车及为焊接小车的焊枪供丝的送丝机均位于横梁侧边。

4.如权利要求3所述的一种带三维焊缝识别的集装箱门楣焊接方法，其特征在于：所述横梁两侧各设置一组导轨，焊接小车设置有四组。

5.如权利要求1或2所述的一种带三维焊缝识别的集装箱门楣焊接方法，其特征在于：所述待焊接工件为前楣搭接焊缝，导轨包设于横梁顶部及侧边，此时，焊接小车位于横梁侧边，为焊接小车的焊枪供丝的送丝机安装于横梁顶部。

6.如权利要求5所述的一种带三维焊缝识别的集装箱门楣焊接方法，其特征在于：所述焊接小车设置两组。

7.如权利要求1所述的一种带三维焊缝识别的集装箱门楣焊接方法，其特征在于：所述焊接小车还包括有前后调整机构、高度调整机构与左右调整机构，前后调整机构、高度调整机构与左右调整机构与扫描机构配合，实现焊接小车的四轴移动。

8.如权利要求1所述的一种带三维焊缝识别的集装箱门楣焊接方法，其特征在于：所述压紧梁朝向待焊接工件一侧设置多个油缸。

9.如权利要求8所述的一种带三维焊缝识别的集装箱门楣焊接方法，其特征在于：所述多个油缸中，居中油缸配套设置有导柱。

10.如权利要求1所述的一种带三维焊缝识别的集装箱门楣焊接方法，其特征在于：所述焊枪上设置有手调十字架。