CN113547185B - 长管内自适应同轴横缝电焊装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种长管内自适应同轴横缝电焊装置和方法。该装置包括自前向后依次连接的牵引总成、执行总成和随动总成，牵引总成和随动总成之间自前向后依次连接的前铰链、伸缩机构和后铰链，前铰链和后铰链为万向铰链或球头铰链，伸缩机构为包括固定端连接在后铰链上、移动端连接在前铰链上的气动缸或液压缸或电动推杆，活动端外周上安装有沿周向均布的至少三个扶正支腿，扶正支腿沿活动端径向伸缩；固定端上安装有转动套接在固定端上的转动环和用于驱动转动环转动的执行电机，所述执行总成安装在转动环上。避免了牵引总成和随动总成跑偏所引起的对中性差的问题，使得焊接质量提高。

Description

长管内自适应同轴横缝电焊装置和方法
技术领域
本发明涉及自动电弧焊接机领域，尤其涉及一种长管内自适应同轴横缝电焊装置和方法。
背景技术
目前，在对长管内对接接缝进行焊接时，通常采用人员钻入的方式完成，很容易导致管内工作人员缺氧的问题，使得施工安全隐患较大。
在先专利CN110508984B公开了一种自动焊接机器人及其自动焊接方法，包括自前向后依次设置的牵引总成、执行总成和随动总成，在牵引总成的牵动下，将执行总成带动到对接缝隙附近，然后以电动推杆微动调节的方式，基于执行总成中摄像头的视觉识别技术，使得执行总成与对接缝隙对齐，最后在执行结构的旋转下进行焊接。
但是，上述自动焊接机器人中执行总成的对中同轴性能较差，导致电弧焊接后，焊接强度不一，所以在管道内流体流经后，极易从脆弱出出现断裂问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种焊接强度均匀的长管内自适应同轴横缝电焊装置，其技术方案如下：
长管内自适应同轴横缝电焊装置，包括自前向后依次连接的牵引总成、执行总成和随动总成，牵引总成和随动总成之间自前向后依次连接的前铰链、伸缩机构和后铰链，前铰链和后铰链为万向铰链或球头铰链，伸缩机构为包括固定端连接在后铰链上、移动端连接在前铰链上的气动缸或液压缸或电动推杆，活动端外周上安装有沿周向均布的至少三个扶正支腿，扶正支腿沿活动端径向伸缩；固定端上安装有转动套接在固定端上的转动环和用于驱动转动环转动的执行电机，所述执行总成安装在转动环上。
优选地，执行总成包括在转动环圆周方向均布的摄像单元、焊枪单元、砂轮单元和测距单元。
优选地，扶正支腿包括固定在活动端上且沿活动端径向延伸的固定杆及其上沿杆长方向滑动连接的活动杆，活动杆的一侧凸设有圆柱形的滑块；扶正支腿的一侧设有转动套接在活动端上的驱动转盘及其远离扶正支腿一侧设置的用于驱动驱动转盘转动的扶正电机，驱动转盘上面向扶正支腿的一侧开设有与各滑块滑动各自插套配合且呈涡旋状延伸的驱动槽。
优选地，扶正电机安装在活动端上，执行电机安装在固定端上，执行电机和转动环之间及扶正电机和渠道转盘之间各自设有转向传动机构，转向传动机构包括平行于固定端或活动端的切线方向的蜗杆及其上啮合传动连接且安装在固定端或活动端上的蜗轮，蜗轮的一侧同轴固定有锥齿轮，锥齿轮啮合传动连接有同轴固定在转动环或驱动转盘上的锥齿圈。
优选地，前铰链和后铰链为球头铰链，包括套筒型的球座及其两端固定的堵盖、橡胶膜，球座内设有充满内腔的ER流体及其内浸没设置的与球座活动安装且与伸缩机构连接的球头，球头和伸缩机构夹设固定在橡胶膜两侧。
优选地，橡胶膜的边缘预埋固定的金属材质的外环，外环的一面一体凸设有夹设固定在球座及其开口端螺纹连接的止脱环之间的金属密封环。
优选地，橡胶膜的中心预埋固定有夹设固定在伸缩机构和球头之间的金属材质的固定盘。
优选地，牵引总成包括前后延伸的中心支架及其上转动安装的前后延伸的丝杠，丝杠上螺旋连接有与中心支架止转配合的丝母，丝母上铰接有短杆，短杆的另一端铰接有铰接在中心支架上的长杆，短杆铰接在长杆中部，短杆、长杆和丝母在中心支架上形成曲柄滑块机构，长杆的另一端连接有滚轮，滚轮传动连接有固定在长杆上的驱动电机。
优选地，长杆和短杆组成的支腿组有三组以上、并在中心支架圆周方向均布。
本发明的另一目的是提供一种专用于上述长管内自适应同轴横缝电焊装置的方法，其技术方案如下：
该方法包括在牵引总成的带动下，执行总成在长管内行走并越过对接缝隙后停止；然后，在各扶正支腿同步伸出并顶紧在长管内壁上，并在前铰链和后铰链的带动下，使得伸缩机构和长管同轴；接着在伸缩机构的伸缩移动下，将执行总成和对接缝隙对齐；最后，启动执行电机和执行总成，对对接缝隙进行焊接。
本发明的有益效果：
本发明采用在牵引总成和随动总成之间采用前后两个自由铰链连接的方式，实现伸缩机构的自由浮动，然后以扶正支腿二次定位的方式，使得执行总成对中，以此来避免牵引总成和随动总成跑偏所引起的对中性差的问题，使得焊接质量提高。
附图说明
图1是本发明实施例1中电焊装置的示意图；
图2是图1中传动盘的示意图；
图3是图1中驱动转盘的示意图；
图4是图1中驱动转盘另一视角下的示意图；
图5是本发明实施例2中电焊装置的牵引总成的示意图。
具体实施方式
实施例1：
参见图1至图4，示出了本发明的长管内自适应同轴横缝电焊装置的一个实施例。该长管内自适应同轴横缝电焊装置主要由自前向后依次设置的牵引总成1、执行总成2和随动总成3。其中，牵引总成1和随动总成3可以采用与现有技术一样的结构，如在先专利CN110508984B中前行走段和尾部焊接舵机段。当然也可以采用其他牵引和随动方式。
牵引总成1和随动总成3之间自前向后依次连接的前铰链4、伸缩机构5和后铰链6。其中：
前铰链4和后铰链6均为球头铰链，该球头铰链包括套筒型的球座71及其两端固定的堵盖72、橡胶膜73，其中：球座71包括套筒形的座体，座体的一端内壁上设有卡槽，另一端的端口设有环形止口，环形止口的周面上设有内螺纹，并螺纹连接有衬套74和止脱环75，衬套74和止脱环75之间采用L型的接口对接，并在衬套74和止脱环75的周面对接位置设有与座体密封连接的密封圈；衬套74和止脱环75的L型接口竖杆部分夹设有金属密封环。球座71内设有充满内腔的ER流体及其内浸没设置的与球座71活动安装且与伸缩机构5连接的球头8，球头8和伸缩机构5夹设固定在橡胶膜73两侧。橡胶膜73的边缘预埋固定的金属材质的外环，外环的一面一体凸设有夹设固定在球座71及其开口端螺纹连接的止脱环75之间的金属密封环。橡胶膜73的中心预埋固定有夹设固定在伸缩机构5和球头8之间的金属材质的固定盘。橡胶膜73在固定盘和外环之间的部分有预留部分，以便于球头8在球座71内活动。
伸缩机构5为包括固定端连接在后铰链6上、移动端连接在前铰链4上的电动推杆，具体而言电动推杆的固定端也就是驱动端，如机座及其上设置的推杆电机、丝母等；活动端为丝杠推杆，在推杆电机的驱动下，丝母转动而带动与机座止转连接的丝杠推杆伸缩，以实现精确伸缩的效果。
活动端的伸出部分上固定套接有固定套9，固定套9上固定有在周向均布的三个扶正支腿。扶正支腿包括固定在固定套9上且沿固定套9径向延伸的固定杆10，固定杆10上开设有沿杆长方向延伸的T形槽，T形槽的开口端位于固定杆10的后侧面，T型材内沿杆长方向滑动连接有T形的活动杆11，活动杆11的后侧凸设有圆柱形的滑块。活动杆11的伸出端铰接有瓦片形的锁板12，锁板12的前段比后段长（以铰点为分界点），并在锁板12的前侧和活动杆11之间连接有倾斜设置的弹簧13。锁板12的外侧面设有锁齿，锁齿为直角三角形截面，且直面朝前。扶正支腿的后侧设有转动套接在固定套9上的驱动转盘14，驱动转盘14的前侧开设有与各滑块滑动各自插套配合且呈涡旋状延伸的驱动槽22；驱动转盘14的后侧同轴固定有锥齿圈15，锥齿圈15啮合传动连接有转动安装在活动端一侧的锥齿轮16，锥齿轮16后侧一体同轴固定连接有蜗轮17，蜗轮17啮合传动连接有沿平行于固定套9切线的方向延伸的蜗杆18，蜗杆18传动连接有固定在活动端上的扶正电机19。扶正电机19和驱动转盘14之间的蜗杆18、蜗轮17、锥齿轮16和锥齿圈15组成了转向传动机构。
固定端上安装有转动套接在固定端上的转动环20和用于驱动转动环20转动的执行电机21，所述执行总成2安装在转动环20上。执行总成2包括在转动环20圆周方向均布的摄像单元、焊枪单元、砂轮单元和测距单元，摄像单元、焊枪单元、砂轮单元和测距单元属于现有技术，在此不再赘述。执行电机21和转动环20之间也设有如上所述的转向传动机构。
在使用时，在牵引总成1的带动下，执行总成2在长管内行走并越过对接缝隙后停止；然后，在各扶正支腿同步伸出并顶紧在长管内壁上，并在前铰链4和后铰链6的带动下，使得伸缩机构5和长管同轴；接着在伸缩机构5的伸缩移动下，将执行总成2和对接缝隙对齐；最后，启动执行电机21和执行总成2，对对接缝隙进行焊接。
实施例2：
如图5所示，本实施例中示出了与实施例1不同的牵引总成。该牵引总成包括前后延伸的中心支架31及其上转动安装的前后延伸的丝杠，丝杠的一端传动连接有固定在中心支架31上的调节电机33。丝杠上螺旋连接有与中心支架31止转配合的丝母，丝母上铰接有短杆34，短杆34的另一端铰接有铰接在中心支架31上的长杆35，短杆34铰接在长杆35中部，短杆34、长杆35和丝母在中心支架31上形成曲柄滑块机构，长杆35的另一端连接有滚轮36，滚轮36传动连接有固定在长杆35上的驱动电机32。长杆35和短杆34组成的支腿组有三组以上、并在中心支架31圆周方向均布。优选地，同一组短杆可通过一十字形支架连接丝母。
实施例3：
本实施例中随动总成采用如实施例2中牵引总成类似的机构，不同之处在于，在随动总成中无需驱动电机。
以上仅就本发明应用较佳的实例做出了说明，但不能理解为是对权利要求的限制，本发明的结构可以有其他变化，不局限于上述结构。总之，凡在本发明的独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在发明的保护范围内。

Claims (7)

1.长管内自适应同轴横缝电焊装置，包括自前向后依次连接的牵引总成、执行总成和随动总成，其特征在于，牵引总成和随动总成之间自前向后依次连接的前铰链、伸缩机构和后铰链，前铰链和后铰链为万向铰链或球头铰链，伸缩机构为包括固定端连接在后铰链上、移动端连接在前铰链上的气动缸或液压缸或电动推杆，活动端外周上安装有沿周向均布的至少三个扶正支腿，扶正支腿沿活动端径向伸缩；固定端上安装有转动套接在固定端上的转动环和用于驱动转动环转动的执行电机，所述执行总成安装在转动环上；
扶正支腿包括固定在活动端上且沿活动端径向延伸的固定杆及其上沿杆长方向滑动连接的活动杆，活动杆的一侧凸设有圆柱形的滑块；扶正支腿的一侧设有转动套接在活动端上的驱动转盘及其远离扶正支腿一侧设置的用于驱动驱动转盘转动的扶正电机，驱动转盘上面向扶正支腿的一侧开设有与各滑块滑动各自插套配合且呈涡旋状延伸的驱动槽；
扶正电机安装在活动端上，执行电机安装在固定端上，执行电机和转动环之间及扶正电机和渠道转盘之间各自设有转向传动机构，转向传动机构包括平行于固定端或活动端的切线方向的蜗杆及其上啮合传动连接且安装在固定端或活动端上的蜗轮，蜗轮的一侧同轴固定有锥齿轮，锥齿轮啮合传动连接有同轴固定在转动环或驱动转盘上的锥齿圈。
2.根据权利要求1所述的长管内自适应同轴横缝电焊装置，其特征在于，执行总成包括在转动环圆周方向均布的摄像单元、焊枪单元、砂轮单元和测距单元。
3.根据权利要求1或2所述的长管内自适应同轴横缝电焊装置，其特征在于，前铰链和后铰链为球头铰链，包括套筒型的球座及其两端固定的堵盖、橡胶膜，球座内设有充满内腔的ER流体及其内浸没设置的与球座活动安装且与伸缩机构连接的球头，球头和伸缩机构夹设固定在橡胶膜两侧。
4.根据权利要求3所述的长管内自适应同轴横缝电焊装置，其特征在于，橡胶膜的边缘预埋固定的金属材质的外环，外环的一面一体凸设有夹设固定在球座及其开口端螺纹连接的止脱环之间的金属密封环。
5.根据权利要求3所述的长管内自适应同轴横缝电焊装置，其特征在于，橡胶膜的中心预埋固定有夹设固定在伸缩机构和球头之间的金属材质的固定盘。
6.根据权利要求1或2所述的长管内自适应同轴横缝电焊装置，其特征在于，牵引总成包括前后延伸的中心支架及其上转动安装的前后延伸的丝杠，丝杠上螺旋连接有与中心支架止转配合的丝母，丝母上铰接有短杆，短杆的另一端铰接有铰接在中心支架上的长杆，短杆铰接在长杆中部，短杆、长杆和丝母在中心支架上形成曲柄滑块机构，长杆的另一端连接有滚轮，滚轮传动连接有固定在长杆上的驱动电机。
7.根据权利要求6所述的长管内自适应同轴横缝电焊装置，其特征在于，长杆和短杆组成的支腿组有三组以上、并在中心支架圆周方向均布。
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