CN110052755A - 基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统及方法 - Google Patents

基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统及方法 Download PDF

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Abstract

基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统及方法，涉及自动化焊接领域，为了解决现有工件空间内部长直角焊缝的焊接技术中存在的焊接效率低、劳动强度大和焊缝找正与定位不准确的问题。碰撞短路传感器产生短路信号；信号处理模块根据短路信号计算焊缝立、横面定位信息；运算模块根据焊缝立面定位信息计算焊缝立面的平行度偏差，根据焊缝立、横面定位信息结合补偿的探头与焊枪焊丝首端之间的距离，得到长直角焊缝坐标值，当工件翻转至焊接姿态后，计算翻转后长直角焊缝的坐标，完成定位；定位控制模块根据焊缝立面定位信息或平行度偏差产生电机控制信号，并发送给找正装置的伺服电机。本发明适用于长直角焊缝的找正与定位。

Description

基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与 定位的系统及方法
技术领域
本发明涉及自动化焊接领域，具体涉及工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的技术。
背景技术
对于外部无可靠定位基准的工件空间内部长直角焊缝的焊接生产线，我国还处在半自动焊阶段。在实际焊接过程中，对于工件空间内部长直角焊缝，如果外部无可靠定位基准，只能通过人工肉眼进行工件空间内部长直角焊缝位置的找正与定位，普遍存在焊接效率低、劳动强度大和人工装夹误差而导致的焊缝找正与定位不准确等问题。为了提高焊接质量，提升焊接效率，减少工人劳动强度，提出一种基于碰撞短路传感器工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统及方法，对进一步推动焊接生产的自动化有着积极的作用。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有工件空间内部长直角焊缝的焊接技术中存在的焊接效率低、劳动强度大和焊缝找正与定位不准确的问题，从而提供基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统及方法。
本发明所述的基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统，包括碰撞短路传感器、三维滑架3、找正装置、1轴变位机5、信号处理模块、运算模块和定位控制模块；
焊枪4和碰撞短路传感器的探头1均固定在三维滑架3的Z轴滑架3-3的一端，找正装置与1轴变位机5的转盘固定连接，三维滑架3的底座与1轴变位机5的底座固定连接，1轴变位机5的回转轴线与三维滑架3的Z轴平行，工件2固定在找正装置上；
碰撞短路传感器，用于当探头1与工件2空间内部长直角焊缝立面11或长直角焊缝横面12碰撞时产生短路信号；
信号处理模块，用于根据短路信号计算焊缝立面定位信息或焊缝横面定位信息；
运算模块，进行自动找正时用于根据焊缝立面定位信息计算焊缝立面与三维滑架3Z轴的平行度偏差；
进行定位时用于根据焊缝立面定位信息结合补偿的探头1与焊枪4焊丝首端之间X轴方向的距离，得到长直角焊缝X轴坐标值，根据焊缝横面定位信息结合补偿的探头1与焊枪4焊丝首端之间Y轴方向的距离，得到长直角焊缝Y轴坐标值，然后当工件2翻转至焊接姿态后，根据翻转角度计算翻转后长直角焊缝的坐标，完成长直角焊缝的定位；
定位控制模块，用于根据焊缝立面定位信息或平行度偏差产生电机控制信号，并发送给找正装置的伺服电机。
优选的是，碰撞短路传感器包括探头1、电源和短路信号发生器；
探头1和工件2分别连接电源的正负极，探头1碰撞工件2时电路短路，短路信号发生器产生短路信号。
优选的是，电源采用焊接电源实现。
优选的是，找正装置为四点找正装置或旋转找正装置；
当找正装置为四点找正装置时，定位控制模块根据焊缝立面定位信息产生电机控制信号，并发送给找正装置的伺服电机；
当找正装置为旋转找正装置时，定位控制模块根据平行度偏差产生电机控制信号，并发送给找正装置的伺服电机。
优选的是，四点找正装置包括料台6、2个伺服电机驱动的定位头7和2个弹性夹紧头8；
2个伺服电机驱动的定位头7位于料台6顶面的一端，驱动工件2移动，2个弹性夹紧头8与2个定位头7相对设置，用于找正后对工件2进行夹紧固定。
优选的是，2个弹性夹紧头8的夹紧方式为气动、液压或弹簧。
优选的是，旋转找正装置包括伺服电机驱动的转台9和4个夹紧机构10；
转台9的顶面设有4个夹紧机构10，4个夹紧机构10对工件2进行夹紧固定。
本发明所述的基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正的方法，该方法包括：
步骤A1、三维滑架3驱动探头1进入工件2空间内部碰撞长直角焊缝立面11，在焊缝方向进行多点采样，碰撞时短路传感器产生短路信号；
步骤A2、信号处理模块根据短路信号计算焊缝立面定位信息；
步骤A3、当找正装置为四点找正装置时，定位控制模块根据焊缝立面定位信息产生电机控制信号，并发送给找正装置的伺服电机；
当找正装置为旋转找正装置时，运算模块根据焊缝立面定位信息计算焊缝立面与三维滑架3Z轴的平行度偏差；然后定位控制模块根据平行度偏差产生电机控制信号，并发送给找正装置的伺服电机；
步骤A4、找正装置的伺服电机驱动工件2移动，使焊缝立面与三维滑架3Z轴平行，完成长直角焊缝的找正；
该方法基于上述基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统实现。
本发明所述的基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动定位的方法，该方法在长直角焊缝找正后执行，该方法包括：
步骤B1、三维滑架3驱动探头1进入工件2空间内部碰撞长直角焊缝立面11，进行多点采样，碰撞时短路传感器产生短路信号；
步骤B2、信号处理模块根据短路信号计算焊缝立面定位信息；
步骤B3、运算模块根据焊缝立面定位信息结合补偿的探头1与焊枪4焊丝首端之间X轴方向的距离，得到长直角焊缝X轴坐标值；
步骤B4、三维滑架3驱动探头1进入工件2空间内部碰撞长直角焊缝横面12，进行多点采样，碰撞时短路传感器产生短路信号；
步骤B5、信号处理模块根据短路信号计算焊缝横面定位信息；
步骤B6、运算模块根据焊缝横面定位信息结合补偿的探头1与焊枪4焊丝首端之间Y轴方向的距离，得到长直角焊缝Y轴坐标值；
步骤B7、1轴变位机5带动工件2翻转至焊接姿态，运算模块根据长直角焊缝X、Y轴坐标值结合翻转角度计算翻转后长直角焊缝的坐标，完成长直角焊缝的定位；
该方法基于上述基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统实现。
本发明的有益效果是：本发明的一种基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统及方法，采用碰撞短路传感器和伺服电机配合，自动采集工件位置信息，精度高；伺服电机驱动工件进行自动找正；运算模块自动计算焊缝坐标位置。避免了外部无可靠定位基准的工件空间内部长直角焊缝因人工装夹进行焊缝找正与定位，普遍存在的焊接效率低或因人工装夹误差而导致的焊缝找正、定位不准确等问题，降低了工人的劳动强度，同时保证了焊缝找正和定位的精度，提高了工件空间内部长直角焊缝焊接生产线的焊接质量和焊接效率，为自动化焊接的发展奠定了基础。
附图说明
图1是具体实施方式一所述的基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统的结构框图；
图2是具体实施方式二中的采用四点找正装置的基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统的结构示意图；
图3是具体实施方式三中的采用旋转找正装置的基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统，包括碰撞短路传感器、三维滑架3包含X轴滑架3-1、Y轴滑架3-2和Z轴滑架3-3、找正装置、1轴变位机5、信号处理模块、运算模块和定位控制模块；
焊枪4和碰撞短路传感器的探头1均刚性固定在三维滑架3的Z轴滑架的一端，找正装置与1轴变位机5的转盘固定连接，三维滑架3的底座与1轴变位机5的底座固定连接，1轴变位机5的回转轴线与三维滑架3的Z轴平行，工件2固定在找正装置上；
碰撞短路传感器，用于当探头1与工件2空间内部长直角焊缝立面11或长直角焊缝横面12碰撞时产生短路信号；
信号处理模块，用于根据短路信号计算焊缝立面定位信息或焊缝横面定位信息；
运算模块，进行自动找正时用于根据焊缝立面定位信息计算焊缝立面与三维滑架3Z轴的平行度偏差；
进行定位时用于根据焊缝立面定位信息结合补偿的探头1与焊枪4焊丝首端之间X轴方向的距离，得到长直角焊缝X轴坐标值，根据焊缝横面定位信息结合补偿的探头1与焊枪4焊丝首端之间Y轴方向的距离，得到长直角焊缝Y轴坐标值，然后当工件2翻转至焊接姿态后，根据翻转角度计算翻转后长直角焊缝的坐标，完成长直角焊缝的定位；
定位控制模块，用于根据焊缝立面定位信息或平行度偏差产生电机控制信号，并发送给找正装置的伺服电机。
本实施方式中，碰撞短路传感器包括探头1、电源和短路信号发生器；
探头1和工件2分别连接电源的正负极，探头1碰撞工件2时电路短路，短路信号发生器产生短路信号。
具体实施方式二：结合图2具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统作进一步说明，本实施方式中，找正装置为四点找正装置；
定位控制模块根据焊缝立面定位信息产生电机控制信号，并发送给找正装置的伺服电机；
四点找正装置包括料台6、2个伺服电机驱动的定位头7和2个弹性夹紧头8；
2个伺服电机驱动的定位头7位于料台6顶面的一端，驱动工件2移动，2个弹性夹紧头8与2个定位头7相对设置，用于找正后对工件2进行夹紧固定。
具体实施方式三：结合图3具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统作进一步说明，本实施方式中，找正装置为旋转找正装置，运算模块用于根据焊缝立面定位信息计算焊缝立面与三维滑架3Z轴的平行度偏差；定位控制模块根据平行度偏差产生电机控制信号，并发送给找正装置的伺服电机。
旋转找正装置包括伺服电机驱动的转台9和4个夹紧机构10；
转台9的顶面设有4个夹紧机构10，4个夹紧机构10对工件2进行夹紧固定。
具体实施方式四：本实施方式所述的基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正的方法，首先，设定焊缝的找正为焊缝与安装于三维滑架Z轴平行，该方法包括：
步骤A1、三维滑架3驱动探头1进入工件2空间内部碰撞长直角焊缝立面11，在焊缝方向进行多点采样，碰撞时短路传感器产生短路信号；
步骤A2、信号处理模块根据短路信号计算焊缝立面定位信息；
步骤A3、当找正装置为四点找正装置时，定位控制模块根据焊缝立面定位信息产生电机控制信号，并发送给找正装置的伺服电机；料台6的顶面与三维滑架3X轴、Z轴平面平行；
当找正装置为旋转找正装置时，运算模块根据焊缝立面定位信息计算焊缝立面与三维滑架3Z轴的平行度偏差；然后定位控制模块根据平行度偏差产生电机控制信号，并发送给找正装置的伺服电机；转台9的顶面与三维滑架3X轴、Z轴平面平行；
步骤A4、找正装置的伺服电机驱动工件2移动，使焊缝立面与三维滑架3Z轴平行；
该方法基于上述任意一项实施方式所述的基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统实现。
如图2所示，四点找正装置是通过2个伺服电机驱动定位头7移动工件；2个弹性夹紧头8对工件10进行夹紧，固定工件2，完成长直角焊缝的找正。
如图3所示，旋转找正装置的夹紧机构10将工件2固定在伺服电机驱动的转台9上；伺服电机驱动转台9带动工件2旋转，使长直角焊缝立面与三维滑架3Z轴平行，完成长直角焊缝的找正。
具体实施方式五：本实施方式所述的基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动定位的方法，该方法在长直角焊缝找正后执行，该方法包括：
步骤B1、三维滑架3驱动探头1进入工件2空间内部碰撞长直角焊缝立面11，进行多点采样，碰撞时短路传感器产生短路信号；
步骤B2、信号处理模块根据短路信号计算焊缝立面定位信息；
步骤B3、运算模块根据焊缝立面定位信息结合补偿的探头1与焊枪4焊丝首端之间X轴方向的距离，得到长直角焊缝X轴坐标值；
步骤B4、三维滑架3驱动探头1进入工件2空间内部碰撞长直角焊缝横面12，进行多点采样，碰撞时短路传感器产生短路信号；
步骤B5、信号处理模块根据短路信号计算焊缝横面定位信息；
步骤B6、运算模块根据焊缝横面定位信息结合补偿的探头1与焊枪4焊丝首端之间Y轴方向的距离，得到长直角焊缝Y轴坐标值；
步骤B7、1轴变位机5带动工件2翻转至焊接姿态，运算模块根据长直角焊缝X、Y轴坐标值结合翻转角度计算翻转后长直角焊缝的坐标，完成长直角焊缝的定位；
该方法基于具体实施方式一至三中任意一项实施方式所述的基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统实现。
本实施方式中，三维滑架3的X轴、Y轴组成平面坐标系，以1轴变位机5回转中心为原点。
本发明适用于任意角度工件的长直内角焊缝和外角焊缝的找正和定位。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (9)

1.基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统，其特征在于，包括碰撞短路传感器、三维滑架(3)、找正装置、1轴变位机(5)、信号处理模块、运算模块和定位控制模块；
焊枪(4)和碰撞短路传感器的探头(1)均固定在三维滑架(3)的Z轴滑架(3-3)的一端，找正装置与1轴变位机(5)的转盘固定连接，三维滑架(3)的底座与1轴变位机(5)的底座固定连接，1轴变位机(5)的回转轴线与三维滑架(3)的Z轴平行，工件(2)固定在找正装置上；
碰撞短路传感器，用于当探头(1)与工件(2)空间内部长直角焊缝立面(11)或长直角焊缝横面(12)碰撞时产生短路信号；
信号处理模块，用于根据短路信号计算焊缝立面定位信息或焊缝横面定位信息；
运算模块，进行自动找正时用于根据焊缝立面定位信息计算焊缝立面与三维滑架(3)Z轴的平行度偏差；
进行定位时用于根据焊缝立面定位信息结合补偿的探头(1)与焊枪(4)焊丝首端之间X轴方向的距离，得到长直角焊缝X轴坐标值，根据焊缝横面定位信息结合补偿的探头(1)与焊枪(4)焊丝首端之间Y轴方向的距离，得到长直角焊缝Y轴坐标值，然后当工件(2)翻转至焊接姿态后，根据翻转角度计算翻转后长直角焊缝的坐标，完成长直角焊缝的定位；
定位控制模块，用于根据焊缝立面定位信息或平行度偏差产生电机控制信号，并发送给找正装置的伺服电机。
2.根据权利要求1所述的基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统，其特征在于，所述碰撞短路传感器包括探头(1)、电源和短路信号发生器；
探头(1)和工件(2)分别连接电源的正负极，探头(1)碰撞工件(2)时电路短路，短路信号发生器产生短路信号。
3.根据权利要求2所述的基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统，其特征在于，所述电源采用焊接电源实现。
4.根据权利要求1所述的基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统，其特征在于，所述找正装置为四点找正装置或旋转找正装置；
当找正装置为四点找正装置时，定位控制模块根据焊缝立面定位信息产生电机控制信号，并发送给找正装置的伺服电机；
当找正装置为旋转找正装置时，定位控制模块根据平行度偏差产生电机控制信号，并发送给找正装置的伺服电机。
5.根据权利要求4所述的基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统，其特征在于，所述四点找正装置包括料台(6)、2个伺服电机驱动的定位头(7)和2个弹性夹紧头(8)；
2个伺服电机驱动的定位头(7)位于料台(6)顶面的一端，驱动工件(2)移动，2个弹性夹紧头(8)与2个定位头(7)相对设置，用于找正后对工件(2)进行夹紧固定。
6.根据权利要求5所述的基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统，其特征在于，所述2个弹性夹紧头(8)的夹紧方式为气动、液压或弹簧。
7.根据权利要求4所述的基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统，其特征在于，所述旋转找正装置包括伺服电机驱动的转台(9)和4个夹紧机构(10)；
转台(9)的顶面设有4个夹紧机构(10)，4个夹紧机构(10)对工件(2)进行夹紧固定。
8.基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正的方法，其特征在于，该方法包括：
步骤A1、三维滑架(3)驱动探头(1)进入工件(2)空间内部碰撞长直角焊缝立面(11)，在焊缝方向进行多点采样，碰撞时短路传感器产生短路信号；
步骤A2、信号处理模块根据短路信号计算焊缝立面定位信息；
步骤A3、当找正装置为四点找正装置时，定位控制模块根据焊缝立面定位信息产生电机控制信号，并发送给找正装置的伺服电机；
当找正装置为旋转找正装置时，运算模块根据焊缝立面定位信息计算焊缝立面与三维滑架(3)Z轴的平行度偏差；然后定位控制模块根据平行度偏差产生电机控制信号，并发送给找正装置的伺服电机；
步骤A4、找正装置的伺服电机驱动工件(2)移动，使焊缝立面与三维滑架(3)Z轴平行，完成长直角焊缝的找正；
该方法基于上述任意一项权利要求所述的基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统实现。
9.基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动定位的方法，其特征在于，该方法在长直角焊缝找正后执行，该方法包括：
步骤B1、三维滑架(3)驱动探头(1)进入工件(2)空间内部碰撞长直角焊缝立面(11)，进行多点采样，碰撞时短路传感器产生短路信号；
步骤B2、信号处理模块根据短路信号计算焊缝立面定位信息；
步骤B3、运算模块根据焊缝立面定位信息结合补偿的探头(1)与焊枪(4)焊丝首端之间X轴方向的距离，得到长直角焊缝X轴坐标值；
步骤B4、三维滑架(3)驱动探头(1)进入工件(2)空间内部碰撞长直角焊缝横面(12)，进行多点采样，碰撞时短路传感器产生短路信号；
步骤B5、信号处理模块根据短路信号计算焊缝横面定位信息；
步骤B6、运算模块根据焊缝横面定位信息结合补偿的探头(1)与焊枪(4)焊丝首端之间Y轴方向的距离，得到长直角焊缝Y轴坐标值；
步骤B7、1轴变位机(5)带动工件(2)翻转至焊接姿态，运算模块根据长直角焊缝X、Y轴坐标值结合翻转角度计算翻转后长直角焊缝的坐标，完成长直角焊缝的定位；
该方法基于权利要求1至7中任意一项权利要求所述的基于碰撞短路传感器的工件空间内部长直角焊缝自动找正与定位的系统实现。
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