CN110605461A - 一种用于焊缝自动跟踪的摆动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于焊缝自动跟踪的摆动装置，其通过在将电弧传感控制系统模块与焊枪连接并时刻监测焊枪内部焊接电流的变化，通过电流变化来计算出焊接焊接过程中的偏移量，再通过将信号导入至跟踪控制系统模块，通过内部O/I电路实现对水平驱动装置以及竖向提升驱动装置的驱动控制，所述的升降摆动总成在竖向提升驱动装置的作用下可实现竖向的提升以及下降，升降摆动总成通过水平驱动装置可实现其端部水平移动滚珠丝杆副上的焊枪固定装置的摆动，以此实现前后左右方向上的调节，本装置结构设计新颖，整个焊枪的自动调整全部自动花实现，可避免人工调整的参与，是一种理想的用于焊缝自动跟踪的摆动装置。
Description
技术领域
本发明涉及焊接自动化技术领域，尤其涉及一种用于焊缝自动跟踪的摆动装置。
背景技术
在进行板材或管道等焊接作业时,目前大多数以手工焊及半自动焊为主，二者均依靠焊工手持焊枪进行焊接操作，工作强度大，作业效率低，同时焊接质量很大程度上依赖焊工的操作经验。
少数工厂采用摆动装置夹持焊枪进行焊接时，摆动装置仅仅代替了焊工手持焊枪进行摆焊的功能，焊工仍需要实时观察焊丝摆动位置及熔池状态，以进行焊接参数调节，这使得焊接过程虽然在一定程度上达到机械化，但焊接质量及焊接成型情况仍然主要依赖焊工的作业经验，同时焊工观察焊接状态后再调节参数存在相对时间滞后，并且不能充分降低焊工劳动强度和提高作业效率。因此，为提高焊接效率与质量，降低工人劳动强度，需要一种用于焊缝自动跟踪的摆动装置。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请人利用电弧本身为传感器，在焊接过程中实时采集熔池与焊丝的位置，根据焊枪左右摆动时采集坡口左右两边信号的差异，判断焊枪所处的实时位置，再自动进行焊枪左右摆动偏移量的调节，使焊枪的摆动中心始终处于焊缝中心，以防止焊接缺陷的产生。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案具体如下：
一种用于焊缝自动跟踪的摆动装置，其包括一个壳体，所述的壳体内部设置有一个竖向提升驱动装置,所述的竖向提升驱动装置上连接有驱动丝杆,驱动丝杆上固定有升降摆动总成;壳体内部竖向设置有直线轴承副,其通过与升降摆动总成内部的线性轴承配合实现整个升降摆动总成的竖向移动;升降摆动总成的驱动端上设置有水平驱动装置; 升降摆动总成的工作端上通过水平移动滚珠丝杆副设置焊枪固定装置;焊枪固定装置上的焊枪通过信号电缆分别和跟踪控制系统模块以及电弧传感控制系统模块连接后再和壳体内部的水平驱动装置以及竖向提升驱动装置连接并实现对其控制。
焊枪固定装置与水平移动滚珠丝杆副螺栓连接并且角度可调。
所述的焊枪固定装置包括固定在水平驱动轴上的摆动座以及和摆动座连接固定实现焊枪固定的焊枪固定束。
所述的竖向提升驱动装置和驱动丝杆之间通过花键轴连接至一体。
控制原理：利用焊枪与工件之间距离变化引起的焊接参数变化来探测焊枪高度和左右偏差，在等速送丝调节系统中，送丝速度恒定，焊接电源具有平或缓降的特性，在这种情况下，焊接电流将随着电弧长度的变化而变化；
所述的电弧传感控制系统模块负责将以上所述的焊接电流的变化收集并通过运算后导入至跟踪控制系统模块，通过内部O/I电路实现对水平驱动装置以及竖向提升驱动装置的驱动控制，以此实现并确保焊枪始终在V型槽底部工作。
本发明具有以下有益效果：本发明通过以上设计，其通过在将电弧传感控制系统模块与焊枪连接并时刻监测焊枪内部焊接电流的变化，通过电流变化来计算出焊接焊接过程中的偏移量，再通过将信号导入至跟踪控制系统模块，通过内部O/I电路实现对水平驱动装置以及竖向提升驱动装置的驱动控制，所述的升降摆动总成在竖向提升驱动装置的作用下可实现竖向的提升以及下降，升降摆动总成通过水平驱动装置可实现其端部水平移动滚珠丝杆副上的焊枪固定装置的摆动，以此实现前后左右方向上的调节，本装置结构设计新颖，整个焊枪的自动调整全部自动花实现，可避免人工调整的参与，是一种理想的用于焊缝自动跟踪的摆动装置。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明外观立体结构示意图；
图2为本发明内部结构示意图；
图3为本发明侧向立体结构示意图；
图4为本发明驱动原理侧视结构示意图；
图中，1、壳体，2、水平移动滚珠丝杆副，3、焊枪固定装置，4、焊枪，5、焊枪固定束，6、电弧传感控制系统模块，7、跟踪控制系统模块，8、信号电缆，9、竖向提升驱动装置，10、花键轴，11、直线轴承副，12、水平驱动装置，13、升降摆动总成，14、丝杠，15、角度调整块。
具体实施方式
一种用于焊缝自动跟踪的摆动装置，如附图所示，其包括一个壳体1，所述的壳体1用于和外部整体焊接设备的固定；
参看图2，所述的壳体1内部设置有一个竖向提升驱动装置9，此处所述的竖向提升驱动装置9为竖向设置的伺服驱动电机，竖向提升驱动装置9上通过花键轴10连接有驱动丝杆14，驱动丝杆14上固定有升降摆动总成13；
在以上结构的基础上，壳体1内部竖向设置有至少两根直线轴承副11,其通过与升降摆动总成13内部的线性轴承配合实现整个升降摆动总成13的竖向移动;升降摆动总成13的驱动端上设置有水平驱动装置12，所述的水平驱动装置12为水平设置的伺服驱动电机; 升降摆动总成13的工作端上通过水平移动滚珠丝杆副2设置焊枪固定装置，此处所述的焊枪固定装置3通过角度调整块15和水平移动滚珠丝杆副2连接固定，同时，焊枪固定装置3与水平移动滚珠丝杆副2之间的角度可调。
焊枪固定装置3上的焊枪4通过信号电缆8分别和跟踪控制系统模块6以及电弧传感控制系统模块7连接后再和壳体1内部的水平驱动装置12以及竖向提升驱动装置9连接并实现对其控制。
以上所述的焊枪固定装置3包括固定在水平驱动轴上的摆动座以及和摆动座连接固定实现焊枪4固定的焊枪固定束5。
本发明的控制原理如下：本发明适用于V型坡口及V型复合坡口，坡口角度≥20°，焊缝跟踪偏移角度≤20°，焊缝跟踪偏差≤0.5mm；其利用焊枪4与工件之间距离变化引起的焊接参数变化来探测焊枪高度和左右偏差，在等速送丝调节系统中，送丝速度恒定，焊接电源一般具有平或缓降的特性，在这种情况下，焊接电流将随着电弧长度的变化而变化；
在稳定焊接状态时，电弧工作点稳定，弧长稳定 ，电流稳定 ，当焊枪4与工件表面距离发生阶跃变化增大时，弧长突然被拉长，此时焊枪伸长还来不及变化，电弧在新的工作点燃烧，电流瞬时突变，反之亦然。从上述原理分析可以得出，电弧位置的变化将引起电弧长度的变化，焊接电流也相应变化，从而可以判断焊枪与焊缝间的相对位置。
通过公式运算如下：我们在这要分析的是旋转电弧焊炬长度和焊接电流之间的数学模型H(s)—I(s)，其中输入量是弧长，输出量是实时的焊接电流。虽然不同系统中具体的结果各异，但结果均为二阶的对应关系。根据文献有如下结论：
设G(s)为焊炬高度H(s)到电流I(s)的传递函数，则它在理论上可表示为：
其中Ka,Kn,Kr,Kq为与电源外特性、焊接材料、电弧气氛有关的常数，P(s)为电源的动态外特性，当电源外特性为一阶惯性环节P(s)=P0/(TpS+1)时，式(1)可简化为：
对象的数学模型将有助于指导我们以下的工作：可以以模型为对象设计和评价控制器;可以通过对数学模型的分析，找出最灵敏的工作频率，进而确定最佳电弧旋转角速度;可以用模型来对所用的控制器进行仿真，比较不同结构和参数控制器的优缺点，从而设计出符合要求的数字控制器。
设某个焊接过程为对象H(s)=(1+3s)/(1+2s)(1+8s)，由于所给传递函数代表的对象是线性是不变的，所以用简单的比例控制是可行的，只要比例系数恰当，跟踪误差将会足够小;如果加上积分项将可以在较小的比例系数的情况下得到很好的跟踪精度;加上微分项可以减小超调量。
所述的电弧传感控制系统模块6负责将以上所述的焊接电流的变化收集并通过以上运算后导入至跟踪控制系统模块7，通过内部O/I电路实现对水平驱动装置以及竖向提升驱动装置的驱动控制，以此实现并确保焊枪始终在V型槽底部工作。
综上，本发明通过在将电弧传感控制系统模块6与焊枪4连接并时刻监测焊枪4内部焊接电流的变化，通过电流变化来计算出焊接焊接过程中的偏移量，再通过将信号导入至跟踪控制系统模块7，通过内部O/I电路实现对水平驱动装置12以及竖向提升驱动装置9的驱动控制，所述的升降摆动总成13在竖向提升驱动装置9的作用下可实现竖向的提升以及下降，升降摆动总成13通过水平驱动装置12可实现其端部水平移动滚珠丝杆副2上的焊枪固定装置的摆动，以此实现前后左右方向上的调节，本装置结构设计新颖，整个焊枪的自动调整全部自动花实现，可避免人工调整的参与，是一种理想的用于焊缝自动跟踪的摆动装置。
Claims (4)
1.一种用于焊缝自动跟踪的摆动装置，其包括一个壳体，其特征在于：所述的壳体内部设置有一个竖向提升驱动装置,所述的竖向提升驱动装置上连接有驱动丝杆,驱动丝杆上固定有升降摆动总成;壳体内部竖向设置有直线轴承副,其通过与升降摆动总成内部的线性轴承配合实现整个升降摆动总成的竖向移动;升降摆动总成的驱动端上设置有水平驱动装置; 升降摆动总成的工作端上通过水平移动滚珠丝杆副设置焊枪固定装置;焊枪固定装置上的焊枪通过信号电缆分别和跟踪控制系统模块以及电弧传感控制系统模块连接后再和壳体内部的水平驱动装置以及竖向提升驱动装置连接并实现对其控制。
2.如权利要求1所述的一种用于焊缝自动跟踪的摆动装置，其特征在于：焊枪固定装置与水平移动滚珠丝杆副螺栓连接并且角度可调。
3.如权利要求1所述的一种用于焊缝自动跟踪的摆动装置，其特征在于：所述的焊枪固定装置包括固定在水平驱动轴上的摆动座以及和摆动座连接固定实现焊枪固定的焊枪固定束。
4.如权利要求1所述的一种用于焊缝自动跟踪的摆动装置，其特征在于：所述的竖向提升驱动装置和驱动丝杆之间通过花键轴连接至一体。
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