CN110064812B - 一种基于湿法焊接的水下自动焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于湿法焊接的水下自动焊接设备，包括操作台，所述操作台的下方固定连接有滑板，所述滑板滑动连接有环形固定机构，所述操作台的上方对称设置有安装架，两个所述安装架的一侧均安装有调节机构，其中一个所述调节机构的上方转动安装有支架，另一个所述调节机构的上方转动安装有固定架，所述固定架上卡接有焊机，所述焊机的一端连接有蓄电池。本发明能够自动化瞄准焊接点，利用图像水下图像识别技术，自动识别焊接处并且自动焊接，自主滑动焊接，使得操作人员能够脱手远程控制操作，能够大大的避开工作人员在操作环境内触电的可能性，从而有效的保护操作人员的人生安全，提高工作效率也提高操作的安全性。

Description

一种基于湿法焊接的水下自动焊接设备

技术领域

本发明涉及焊接设备技术领域，尤其涉及一种基于湿法焊接的水下自动焊接设备。

背景技术

水下焊接由于水的存在，使焊接过程变得更加复杂，湿法焊接是水下焊接的一种方法，是焊工在水下直接施焊，而不是人为地将焊接区周围的水排开的水下焊接方法，电弧在水下燃烧与埋弧焊相似，是在气泡中燃烧的，焊丝燃烧时焊丝上的涂料形成套筒使气泡稳定存在，因而使电弧稳定，要使焊丝在水下稳定燃烧，焊丝需要涂抹药水防水，气泡由氢、氧、水蒸气和由焊丝药皮燃烧产生的气泡，为克服水的冷却和压力作用造成的引弧及稳弧困难，其引弧电压要高于大气中的引弧电压，其电流较大气中焊接电流大15％～20％。

水下湿法焊接相较于水下的干法或局部干法焊接法相比，应用更多，但是安全性会更差，因为操作人员直接在水中进行操作焊接，虽然是利用气泡的空间进行焊接，但是由于水具有导电性，则操作人员还是存在焊接的过程中触电的可能性，在不隔离水的环境中进行操作，操作人员的人身安全会大大降低，操作的危险系数会大大的增加。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，如：湿法焊接中由于操作人员直接在水中进行操作焊接，触电的可能性大大的增加，而提出的一种基于湿法焊接的水下自动焊接设备。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于湿法焊接的水下自动焊接设备，包括操作台，所述操作台的下方固定连接有滑板，所述滑板滑动连接有环形固定机构，所述操作台的上方对称设置有安装架，两个所述安装架的一侧均安装有调节机构，其中一个所述调节机构的上方转动安装有支架，另一个所述调节机构的上方转动安装有固定架，所述固定架上卡接有焊机，所述焊机的一端连接有蓄电池，所述蓄电池卡接在其中一个安装架内，另一个所述安装架内卡接有气罐，所述气罐的一端连接有软管，所述气罐上安装有密封塞，所述软管插设在密封塞上，所述密封塞与气罐之间通过法兰固定连接，所述软管远离气罐的一端与支架连接，所述支架内安装有输送管，所述输送管与软管连通，所述支架内还滑动插设有焊丝，所述支架一端内设有分散管道，所述输送管与分散管道连通，所述支架内安装有推动机构，所述推动机构与焊丝连接。

优选的，所述调节机构包括支撑体和一对内齿轮，两个所述内齿轮转动安装在操作台上，两个所述内齿轮之间安装有一级调节电机，所述一级调节电机的两个驱动端均固定连接有驱动轴，两个所述驱动轴均固定套机有外齿轮，所述外齿轮与内齿轮内啮合，两个所述内齿轮的一端均与支撑体的内侧固定连接，所述支撑体内安装有二级调节电机，两个所述二级调节电机的驱动端分别与固定架、支架固定连接。

优选的，所述支撑体与支架之间安装有轴承，所述固定架与支撑体之间也安装有轴承。

优选的，所述环形固定机构包括一对半弧套筒，所述半弧套筒的内壁上设置有齿块，两个所述半弧套筒之间为卡接，两个所述半弧套筒之间设置有卡接机构，所述滑板内安装有驱动机构与且驱动机构与环形固定机构连接，所述驱动机构包括驱动电机和一对二级驱动蜗杆，每个所述二级驱动蜗杆的一侧啮合连接有一对一级驱动蜗轮，多个所述一级驱动蜗轮转动安装在滑板上，所述半弧套筒的两端对称开设有齿槽，所述滑板的两侧对称转动安装有一对第三滚动齿轮，所述第三滚动齿轮的一侧固定连接有第二滚动齿轮，每个所述第二滚动齿轮与齿槽一侧的内壁啮合，多个所述一级驱动蜗轮分别与第三滚动齿轮啮合，所述驱动电机的两个驱动端均固定连接有一级驱动蜗杆，所述二级驱动蜗杆的一端固定套接有二级驱动蜗轮，所述二级驱动蜗轮与一级驱动蜗杆啮合，所述滑板上还转动安装有多个第一滚动齿轮，所述第一滚动齿轮与齿槽的内壁另一侧啮合。

优选的，所述卡接机构包括U型轴，所述半弧套筒的中间设置有凹陷槽，所述凹陷槽上开设有与U型轴对应的卡槽，所述卡槽内滑动安装有L型轴，所述L型轴的一侧固定连接有弹簧，所述弹簧远离L型轴的一端与卡槽的内壁固定连接，所述L型轴的一端穿过U型轴。

优选的，所述推动机构包括推动蜗杆和一对推动蜗轮，两个所述推动蜗轮与推动蜗杆啮合，两个所述推动蜗轮的一侧啮合固定连接有推动齿轮，两个所述推动齿轮分别安装在焊丝的两侧，所述支架内安装有推动电机，所述推动电机的驱动端与推动蜗杆固定连接。

优选的，所述支架上安装有摄像头，所述摄像头采用CCD传感器，所述摄像头的输出端连接有图像处理模块，所述图像处理模块采用行边缘算法和列边缘算法，所述图像处理模块的输出端还连接有无线通信模块，所述无线通信模块采用单片射频收发器件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、将半弧套筒直接套接在需要焊接的管道上，半弧套筒作为操作台的移动轨道，能够有效良好的契合焊接点，十分适合水下两个管道之间的焊接，以管道本身弧度作为焊接的轨道，相较于人工焊接更加稳定，灵活性更高，能够高效的进行焊接。

2、自动化瞄准焊接点，自动滑动进行焊接，使得操作人员能够脱手远程控制操作，能够大大的避开工作人员在操作环境内触电的可能性，从而有效的保护操作人员的人生安全，提高工作效率也提高操作的安全性。

3、利用水下图像识别技术，通过行边缘算法和列边缘算法进行边缘降噪处理，自主处理图像并且识别焊接处，从而实现自动化识别，继而实现自动焊接操作，通过智能化提高效率和安全性。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于湿法焊接的水下自动焊接设备侧面的结构示意图；

图2为图1中A处的结构示意图；

图3为本发明提出的一种基于湿法焊接的水下自动焊接设备正面部分的结构示意图；

图4为本发明提出的一种基于湿法焊接的水下自动焊接设备驱动机构的结构示意图；

图5为本发明提出的一种基于湿法焊接的水下自动焊接设备卡接机构的结构示意图；

图6为图5中B处的结构示意图。

图中：1操作台、2安装架、3气罐、4半弧套筒、5滑板、6外齿轮、7内齿轮、8密封塞、9软管、10输送管、11焊丝、12支架、13支撑体、14驱动轴、15推动电机、16分散管道、17推动齿轮、18推动蜗轮、19推动蜗杆、20轴承、21二级调节电机、22一级调节电机、23固定架、24焊机、25齿槽、26齿块、27第一滚动齿轮、28第二滚动齿轮、29第三滚动齿轮、30二级驱动蜗杆、31一级驱动蜗轮、32二级驱动蜗轮、33一级驱动蜗杆、34驱动电机、35凹陷槽、36L型轴、37U型轴、38弹簧、39卡槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图1-6，一种基于湿法焊接的水下自动焊接设备，包括操作台1，操作台1的下方固定连接有滑板5，滑板5滑动连接有环形固定机构，操作台1的上方对称设置有安装架2，两个安装架2的一侧均安装有调节机构，其中一个调节机构的上方转动安装有支架12，另一个调节机构的上方转动安装有固定架23，固定架23上卡接有焊机24，焊机24的一端连接有蓄电池，蓄电池卡接在其中一个安装架2内，另一个安装架2内卡接有气罐3，气罐3的一端连接有软管9，气罐3上安装有密封塞8，软管9插设在密封塞8上，密封塞8与气罐3之间通过法兰固定连接，密封塞8起到密封的作用，用于连接软管9与气罐3的结构，软管9远离气罐3的一端与支架12连接，支架12内安装有输送管10，输送管10与软管9连通，支架12内还滑动插设有焊丝11，支架12一端内设有分散管道16，输送管10与分散管道16连通，支架12内安装有推动机构，推动机构与焊丝11连接；

其中，调节机构包括支撑体13和一对内齿轮7，两个内齿轮7转动安装在操作台1上，两个内齿轮7之间安装有一级调节电机22，一级调节电机22的两个驱动端均固定连接有驱动轴14，两个驱动轴14均固定套机有外齿轮6，外齿轮6与内齿轮7内啮合，两个内齿轮7的一端均与支撑体13的内侧固定连接，支撑体13内安装有二级调节电机21，两个二级调节电机21的驱动端分别与固定架23、支架12固定连接，支撑体13与支架12之间安装有轴承20，固定架23与支撑体13之间也安装有轴承20，轴承20可作为两者的连接结构，同时提供了足够的灵活度，使得两者相互至今可以自由的转动，且相对转动的摩擦力也较小；

在水下进行焊接，操作需要三个方向的自由度，才能在水下灵活的进行焊接，该调节机构提供了两个方向的自由度，当一级调节电机22的驱动端带动驱动轴14转动的时候，外齿轮6同步转动，外齿轮6与内齿轮7内啮合，则外齿轮6的转动将会带动内齿轮7转动，由于内齿轮7与支撑体13是固定连接，则内齿轮7的转动将会带动支撑体13移动，则相应的实现支架12或者固定架23在内齿轮7旋转轴心移动方向，焊机24或者焊丝11向需要焊接的点靠近，此时虽然需要最大限度靠近焊接点，但是由于角度的问题，焊丝11和焊机24端点的位置任然需要继续靠近，才能将焊丝11熔融焊接在管道上，管道本身为弧形，且焊丝11需要与焊接方向的夹角成直角角度，才能保证焊接密封严实，该调节机构提供了朝向焊接点的灵活度，且可自由转向调整角度；

其中，环形固定机构包括一对半弧套筒4，半弧套筒4的内壁上设置有齿块26，两个半弧套筒4之间为卡接，两个半弧套筒4之间设置有卡接机构，滑板5内安装有驱动机构与且驱动机构与环形固定机构连接，驱动机构包括驱动电机34和一对二级驱动蜗杆30，每个二级驱动蜗杆30的一侧啮合连接有一对一级驱动蜗轮31，多个一级驱动蜗轮31转动安装在滑板5上，半弧套筒4的两端对称开设有齿槽25，滑板5的两侧对称转动安装有一对第三滚动齿轮29，第三滚动齿轮29的一侧固定连接有第二滚动齿轮28，每个第二滚动齿轮28与齿槽25一侧的内壁啮合，多个一级驱动蜗轮31分别与第三滚动齿轮29啮合，驱动电机34的两个驱动端均固定连接有一级驱动蜗杆33，二级驱动蜗杆30的一端固定套接有二级驱动蜗轮32，二级驱动蜗轮32与一级驱动蜗杆33啮合，滑板5上还转动安装有多个第一滚动齿轮27，第一滚动齿轮27与齿槽25的内壁另一侧啮合；

当半弧套筒4安装在需要焊接的水下管道上之后，焊接是围绕管道进行的，整个焊接设备需要能够覆盖焊接的弧形角度面，即第三个自由度，驱动电机34的驱动端带动两个一级驱动蜗杆33转动，一级驱动蜗杆33将会带动啮合的两个二级驱动蜗轮32同步转动，二级驱动蜗轮32的转动会带动二级驱动蜗杆30转动，二级驱动蜗杆30与一级驱动蜗轮31啮合，二级驱动蜗轮32与第三滚动齿轮29啮合，则一级驱动蜗杆33的转动会带动第三滚动齿轮29转动，第三滚动齿轮29带动第二滚动齿轮28转动，第二滚动齿轮28相对齿槽25的内壁滚动，第二滚动齿轮28滚动会带动整个操作台1在管道的外围滑动，第二滚动齿轮28和第一滚动齿轮27在齿槽25内滚动，则将整个操作台1卡在齿槽25外侧的同时能够相对其滑动；

其中，卡接机构包括U型轴37，半弧套筒4的中间设置有凹陷槽35，凹陷槽35上开设有与U型轴37对应的卡槽39，卡槽39内滑动安装有L型轴36，L型轴36的一侧固定连接有弹簧38，弹簧38远离L型轴36的一端与卡槽39的内壁固定连接，L型轴36的一端穿过U型轴37，通过移动两个L型轴36压缩弹簧38，将U型轴37的两端分别插设在两个半弧套筒4的凹陷槽35内，在弹簧38的弹力作用下，两个L型轴36穿过U型轴37的两端，从而将U型轴37卡接固定在凹陷槽35，继而实现两个半弧套筒4之间的固定连接，实现半弧套筒4在水下管道的固定；

其中，推动机构包括推动蜗杆19和一对推动蜗轮18，两个推动蜗轮18与推动蜗杆19啮合，两个推动蜗轮18的一侧啮合固定连接有推动齿轮17，两个推动齿轮17分别安装在焊丝11的两侧，支架12内安装有推动电机15，推动电机15的驱动端与推动蜗杆19固定连接，推动电机15的驱动端带动推动蜗杆19转动，推动蜗杆19与两个推动蜗轮18啮合，推动蜗轮18的转动会带动推动齿轮17转动，推动齿轮17上有齿，两个推动齿轮17的齿对焊丝11有夹持的作用，同时在推动齿轮17转动的时候将会实现焊丝11的移动，继而不断的推进熔融；

其中，支架12上安装有摄像头，摄像头采用CCD传感器，摄像头的输出端连接有图像处理模块，图像处理模块采用行边缘算法和列边缘算法，图像处理模块的输出端还连接有无线通信模块，无线通信模块采用单片射频收发器件，在进行焊接的时候，首先需要摄像头拍摄寻找需要焊接的位置，然后对拍摄到的画面进行图像处理，拍摄到的图像经过CCD传感器输送到图像处理模块，CCD传感器会将每一行每一个像素的电荷数据都依次传递出去，成像质量较高，收集到的像素信息经过行边缘算法和列边缘算法对边缘进行降噪处理，水下环境较为复杂，需要清理掉水中浮游物对焊接处图像的影响，将焊接处边缘位置具体明确化，经过处理的图像能够有效的识别处需要焊接处的边缘位置，则本装置就可以精准的识别焊接处，并且对焊接处进行焊接，自动识别的自动焊接操作，为工作人员提供了方便。

本发明中，使用者使用该装置时，操作人员首先需要将半弧套筒4固定在需要焊接的管道上，将两个半弧套筒4分别从两侧卡在管道上，移动L型轴36将U型轴37插入卡槽39内，在弹簧38的弹力作用下，L型轴36穿过U型轴37，通过L型轴36固定U型轴37的位置，从而实现两个半弧套筒4之间的卡接固定，操作者人员远离焊接管道，移至安全范围内远程监控焊接；

本装置对焊接处自动进行定位，确定焊接点，驱动电机34为双头电机，驱动电机34的驱动端带动一级驱动蜗杆33转动，一级驱动蜗杆33与二级驱动蜗轮32啮合，二级驱动蜗杆30与二级驱动蜗轮32啮合，一级驱动蜗轮31与第三滚动齿轮29啮合，则一级驱动蜗杆33的转动会实现第三滚动齿轮29转动，第三滚动齿轮29带动第二滚动齿轮28同步转动，第二滚动齿轮28转动会使得操作台1相对齿槽25的内壁滑动，即操作台1绕着半弧套筒4中心转动，将操作台1上的焊丝11和焊机24朝向焊接点，由于焊机24和焊丝11需要与焊接点成直角角度进行焊接，一级调节电机22为双头电机，一级调节电机22的驱动端带动驱动轴14转动，驱动轴14带动外齿轮6转动，外齿轮6的转动会带动内齿轮7在操作台1内转动，内齿轮7会带动相应的支撑体13转动，从而将焊丝11和焊机24朝向焊接点，焊接是使得焊丝11熔融在焊接点上，则焊丝11和焊机24两者的端点是相对的，则需要对支架12和固定架23进行转向，即二级调节电机21的驱动端带动其相应的进行转动；

气罐3开始向外输出气体，气体在水中形成气泡，软管9柔软能够随着支架12进行变形，气罐3通过软管9向输送管10内输送气体，输送管10内的气体将会从分散管道16输出，分散管道16的气体输出口不止一个，气体输出口均朝向焊丝11的端点位置，气体输出时候形成气泡，多个气泡聚合在一起，使得焊丝11处在气体当中，焊机24对焊丝11进行通电熔融，从而在产生的气泡内，焊丝11熔融凝固在焊接处，继而实现焊接的效果，在焊接的过程中，驱动机构带动滑板5在半弧套筒4上滑动，则能够绕着管道进行焊接，整个焊丝11由于是绕着管道的轨迹进行滑动，则能够良好的适应焊接的轨迹方向，弧形移动的方式更加契合焊接的角度位置，从而实现自动的水下焊接，操作人员在安全范围内远程操作，继而有效的保护操作人员的安全。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于湿法焊接的水下自动焊接设备，包括操作台(1)，其特征在于，所述操作台(1)的下方固定连接有滑板(5)，所述滑板(5)滑动连接有环形固定机构，所述操作台(1)的上方对称设置有安装架(2)，两个所述安装架(2)的一侧均安装有调节机构，其中一个所述调节机构的上方转动安装有支架(12)，另一个所述调节机构的上方转动安装有固定架(23)，所述固定架(23)上卡接有焊机(24)，所述焊机(24)的一端连接有蓄电池，所述蓄电池卡接在其中一个安装架(2)内，另一个所述安装架(2)内卡接有气罐(3)，所述气罐(3)的一端连接有软管(9)，所述气罐(3)上安装有密封塞(8)，所述软管(9)插设在密封塞(8)上，所述密封塞(8)与气罐(3)之间通过法兰固定连接，所述软管(9)远离气罐(3)的一端与支架(12)连接，所述支架(12)内安装有输送管(10)，所述输送管(10)与软管(9)连通，所述支架(12)内还滑动插设有焊丝(11)，所述支架(12)一端内设有分散管道(16)，所述输送管(10)与分散管道(16)连通，所述支架(12)内安装有推动机构，所述推动机构与焊丝(11)连接；

所述调节机构包括支撑体(13)和一对内齿轮(7)，两个所述内齿轮(7)转动安装在操作台(1)上，两个所述内齿轮(7)之间安装有一级调节电机(22)，所述一级调节电机(22)的两个驱动端均固定连接有驱动轴(14)，两个所述驱动轴(14)均固定套接有外齿轮(6)，所述外齿轮(6)与内齿轮(7)内啮合，两个所述内齿轮(7)的一端均与支撑体(13)的内侧固定连接，所述支撑体(13)内安装有二级调节电机(21)，两个所述二级调节电机(21)的驱动端分别与固定架(23)、支架(12)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于湿法焊接的水下自动焊接设备，其特征在于，所述支撑体(13)与支架(12)之间安装有轴承(20)，所述固定架(23)与支撑体(13)之间也安装有轴承(20)。

3.根据权利要求1所述的一种基于湿法焊接的水下自动焊接设备，其特征在于，所述环形固定机构包括一对半弧套筒(4)，所述半弧套筒(4)的内壁上设置有齿块(26)，两个所述半弧套筒(4)之间为卡接，两个所述半弧套筒(4)之间设置有卡接机构，所述滑板(5)内安装有驱动机构且驱动机构与环形固定机构连接，所述驱动机构包括驱动电机(34)和一对二级驱动蜗杆(30)，每个所述二级驱动蜗杆(30)的一侧啮合连接有一对一级驱动蜗轮(31)，多个所述一级驱动蜗轮(31)转动安装在滑板(5)上，所述半弧套筒(4)的两端对称开设有齿槽(25)，所述滑板(5)的两侧对称转动安装有一对第三滚动齿轮(29)，所述第三滚动齿轮(29)的一侧固定连接有第二滚动齿轮(28)，每个所述第二滚动齿轮(28)与齿槽(25)一侧的内壁啮合，多个所述一级驱动蜗轮(31)分别与第三滚动齿轮(29)啮合，所述驱动电机(34)的两个驱动端均固定连接有一级驱动蜗杆(33)，所述二级驱动蜗杆(30)的一端固定套接有二级驱动蜗轮(32)，所述二级驱动蜗轮(32)与一级驱动蜗杆(33)啮合，所述滑板(5)上还转动安装有多个第一滚动齿轮(27)，所述第一滚动齿轮(27)与齿槽(25)的内壁另一侧啮合。

4.根据权利要求3所述的一种基于湿法焊接的水下自动焊接设备，其特征在于，所述卡接机构包括U型轴(37)，所述半弧套筒(4)的中间设置有凹陷槽(35)，所述凹陷槽(35)上开设有与U型轴(37)对应的卡槽(39)，所述卡槽(39)内滑动安装有L型轴(36)，所述L型轴(36)的一侧固定连接有弹簧(38)，所述弹簧(38)远离L型轴(36)的一端与卡槽(39)的内壁固定连接，所述L型轴(36)的一端穿过U型轴(37)。

5.根据权利要求1所述的一种基于湿法焊接的水下自动焊接设备，其特征在于，所述推动机构包括推动蜗杆(19)和一对推动蜗轮(18)，两个所述推动蜗轮(18)与推动蜗杆(19)啮合，两个所述推动蜗轮(18)的一侧固定连接有推动齿轮(17)，两个所述推动齿轮(17)分别安装在焊丝(11)的两侧，所述支架(12)内安装有推动电机(15)，所述推动电机(15)的驱动端与推动蜗杆(19)固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于湿法焊接的水下自动焊接设备，其特征在于，所述支架(12)上安装有摄像头，所述摄像头采用CCD传感器，所述摄像头的输出端连接有图像处理模块，所述图像处理模块采用行边缘算法和列边缘算法，所述图像处理模块的输出端还连接有无线通信模块，所述无线通信模块采用单片射频收发器件。

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