CN116372316A - 一种焊机焊接焊缝的自动控制系统与方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种焊机焊接焊缝的自动控制系统与方法，自动控制系统包括：焊接专机控制模块，包括控制单元、大车、小车和加长滑枕，小车设置在所述大车上，所述加长滑枕设置在所述小车上；激光跟踪控制模块，包括控制箱、激光传感器、十字滑板，通过所述控制箱控制所述激光传感器和十字滑板，所述激光传感器和所述十字滑板设置在所述加长滑枕的末端支臂上；焊机，包括焊枪和四回路导电滑环，所述焊枪设置在所述加长滑枕的末端支臂上。本申请提供了一种焊机焊接焊缝的自动控制系统与方法，通过两个控制模块利用焊接专机与激光跟踪相结合，实现自动控制，减少了劳动成本，还通过反馈模块和多个限位开关，保护了整个自动控制系统的安全性与稳定性。

Description

一种焊机焊接焊缝的自动控制系统与方法

技术领域

本申请涉及钢板结构件焊接领域，具体是涉及一种焊机焊接焊缝的自动控制系统与方法。

背景技术

大直径圆形结构件(直径4米以上)多用于风电定子和转子机壳、大型管道法兰、大型电机外壳、船用曲轴端盖等设备，其中圆形钢板对接焊缝较长，焊接难度较大，人工焊接过程中焊接接头多，焊缝一致性差，容易出现焊瘤、夹渣、气孔、裂纹等缺陷，另外人工焊接的工人劳动强度也较大。故工厂一般采用激光跟踪+平台式或悬臂式或龙门式专用焊接支架代替人工，来进行自动焊接作业。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种能结合焊接专机和激光跟踪的方式，通过四台焊机同时焊接大直径圆形结构件的焊缝，提高了工作效率和控制的稳定性，同时减少了劳动成本。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种焊机焊接焊缝的自动控制系统包括：焊接专机控制模块，包括控制单元、大车、小车和加长滑枕，所述小车设置在所述大车上，所述控制单元控制所述小车沿所述大车长度方向移动，所述加长滑枕设置在所述小车上，所述控制单元控制所述加长滑枕沿竖直方向伸缩，所述焊接专机控制模块用于控制所述焊机的焊枪的粗定位；激光跟踪控制模块，包括控制箱、激光传感器、十字滑板，通过所述控制箱控制所述激光传感器和十字滑板，所述激光传感器和所述十字滑板设置在所述加长滑枕的末端支臂上，所述激光跟踪控制模块用于控制所述焊机的焊枪的微调和激光跟踪焊缝；焊机，包括焊枪和四回路导电滑环，所述焊枪设置在所述加长滑枕的末端支臂上，所述四回路导电滑环与所述焊机的地线连接，所述焊机用于焊接焊缝。

在本申请的一可选实施例中，所述四回路导电滑环与带有焊缝的结构件的四个均匀间隔的位置点电连接。

在本申请的一可选实施例中，所述焊机还包括大电流快速插头，所述大电流快速插头接入所述焊机的地线，所述大电流快速插头的插头处设有保护行程开关。

在本申请的一可选实施例中，所述激光跟踪控制模块还包括摆动控制器，所述摆动控制器与所述焊枪电连接，用于控制所述焊枪的枪头上下摆动。

在本申请的一可选实施例中，还包括手持式操作盒，所述手持式操作盒上设有触摸屏，所述手持式操作盒通过所述触摸屏给所述焊机发送起弧和熄弧指令。

在本申请的一可选实施例中，所述焊接专机中的电机为伺服电机，所述伺服电机配置有绝对值编码器。

在本申请的一可选实施例中，所述大车和所述小车均采用双电机驱动，所述双电机驱动的参数相同且进行同步跟踪计算。

在本申请的一可选实施例中，还包括反馈模块，所述反馈模块通过激光传感器来反馈激光线性，若所述激光线性无法跟踪，则自动停止并报警。

在本申请的一可选实施例中，还包括多个限位开关，所述多个限位开关分布设置在所述焊接专机控制模块和所述激光跟踪控制模块，用于对所述大车、所述小车、所述支臂和所述十字滑板的限位。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种焊机焊接焊缝的自动控制方法，包括：将带有焊缝的结构件放至转台上并与转台中心对齐；大车运行至所述结构件上方，所述大车中心与所述转台中心及所述结构件中心对齐；四台焊机的地线分别接到所述结构件的四个位置；调整所述大车上的小车、加长滑枕和所述加长滑枕末端支臂的位置；调整所述支臂上的十字滑板位置；设置所述焊机各参数；启动所述转台，并调整转台转速；设置所述焊机的焊枪摆动参数和激光扫描参数；通过手持式操作盒发送起弧指令，所述四台焊机启动，开始自动焊接。

本申请的技术效果在于提供了一种焊机焊接焊缝的自动控制系统与方法，通过两个控制模块利用焊接专机与激光跟踪相结合，实现了焊接焊缝的精准度，同时实现自动控制，还通过反馈模块和多个限位开关，保护了整个自动控制系统的安全性与稳定性，同时在焊接过程中进行记录，提高了后续工作的效率，同时还减少了劳动成本。

附图说明

图1是本申请提出的一种焊机焊接焊缝的自动控制系统整体图；

图2是本申请提出的焊接专机控制模块的模块结构图；

图3是本申请提出的激光跟踪控制模块的模块结构图；

图4是本申请提出的一种焊机焊接焊缝的自动控制系统与方法的整体平面图；

图5是本申请提出的加长滑枕的末端支臂的平面图；

图6是本申请提出的四回路导电滑环的平面图；

图7是本申请提出的焊机地线点链接的正视图；

图8是本申请提出的焊机地线点链接的侧视图；

图9是本申请提出的一种焊机焊接焊缝的自动控制方法的流程图。

附图标号说明：

支臂滑板行走电机A；支臂滑板左限位B1；支臂旋转电机C；支臂防撞限位D；支臂滑板右限位E1；内滑枕升降电机F；外滑枕升降电机G；外滑枕升限位H；外滑枕降限位J；小车电机1K1；小车电机2K2；小车左限位M；小车有限位N；小车防撞限位L；大车电机1P1；大车电机2P2；大车前进限位S；大车后退限位R；转台电机Q；焊机地线插头保护限位X；遥控器Z；控制箱W；十字滑板上限位Y1；十字滑板升降电机V；十字滑板下限位Y2；十字滑板左限位Y3；十字滑板左右电机T；十字滑板有限位Y4；手持操作盒U；末端支臂1；加长滑枕2；小车3；大车4；车间钢梁支柱5；大车行走轨道6；转台7；四回路导电滑环8；第一回路81；第二回路82；第三回路83；第四回路84；保护行程开关9，大电流快速插座10；大电流快速插头11；电源开关12；焊枪13；激光传感器14；十字滑板15；摆动控制器电机16。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，遂图示中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参见1-8所示，本申请提供了一种焊机焊接焊缝的自动控制系统，所述焊机焊接焊缝的自动控制系统包括：焊接专机控制模块，激光跟踪控制模块和焊机。需要说明的是，本申请是针对焊接大直径的圆形对接焊缝且采用四台焊机进行焊接。

如图1所示，在一具体实施例中，焊接专机控制模块包括控制单元、大车4、小车3和加长滑枕2，所述小车3设置在所述大车4上，所述控制单元控制所述小车3沿所述大车4长度方向移动，也就是控制所述焊机带动焊枪13沿横向移动，所述加长滑枕2设置在所述小车3上，所述控制单元控制所述加长滑枕2沿竖直方向伸缩，也就是控制所述焊机带动焊枪13沿竖直方向伸缩，通过所述焊接专机控制模块来用于控制所述焊机的焊枪13的粗定位。譬如，焊接专机开始运行后，等焊枪的枪头跟焊缝的直线距离约50mm时，调整焊枪的枪头处于焊缝两边钢板夹角中心线位置，通上焊丝后，焊丝露出枪头20mm左右时，调整枪头离焊缝约30mm。

在一具体实施例中，为了将大车4固定，所述大车4为L型轮式大车4，所述大车4一端在地面安装轨道6上，另一端依靠车间支撑钢柱焊接平台安装轨道，所述小车3为齿条式小车3以保证小车3可以在所述大车4上移动。

在一具体实施例中，为了实现自动控制，所述焊接专机中的电机为伺服电机，所述伺服电机配有绝对值编码器，在程序中可准确定位多个操作位置，实现闭环控制。具体的，当焊接的圆形对接焊缝直径相同时不用每次重复相同流程，可选择一键“自动运行”来实现自动焊接，当焊接的圆形对接焊缝直径不同时，运行相同流程，并进行记录，当下次有相同直径时，也可选择“自动运行”。

在一具体实施例中，为了避免安全事故，所述焊接专机的所述大车4和所述小车3均采用双电机驱动，双电机驱动是指结合齿轮和齿条进行转动，当然所述双电机的参数设置相同，并且进行同步跟踪计算，当然，当两台电机的位置和扭矩偏差较大时，会报警并停车，避免车体扭转歪斜造成安全事故。

在一具体实施例中，为了更加精准焊接焊缝的目的，所述激光跟踪控制系统包括控制箱、激光传感器14和十字滑板15，通过所述控制箱控制所述激光传感器14和十字滑板15，所述激光传感器14和十字滑板15设置在所述加长滑枕2的末端支臂1上，通过所述激光跟踪控制模块来用于控制所述焊机的焊枪13的微调和激光跟踪焊缝。具体的，当焊接撞击调整到位，所述摆动控制器16设置好参数，使焊枪13的枪头上下摆动，用所述十字滑板15进行微调整，保证枪头摆动时不碰到坡口焊缝两侧的钢板，当激光传感器14参数设置完成，转动转台7，所述激光跟踪控制系统根据所述结构件的坡口焊缝和摆放位置的偏差，进行微调，保证激光跟踪和结构件互不干涉，且激光图像清晰稳定，跟踪正常。

在一具体实施例中，为了实现焊枪13枪头的上下摆动，所述激光跟踪控制模块还包括摆动控制器16，所述摆动控制器16与所述焊枪13电连接，通过所述摆动控制器16来用于控制所述焊枪13的枪头上下摆动。

在一具体实施例中，当所述焊缝焊完一圈后，后续每层焊道的形状都可能会有所不同，所述激光跟踪控制模块记录根据每次焊接时激光扫描到的各种形状，等之后焊接时出现类似形状，可以自动转到之前所记录的形状并焊接，同时实时调节，确保焊接的质量。

在一具体实施例中，所述激光跟踪控制系统还包括手持式操作盒，所述手持式操作盒上设有触摸屏，所述手持式操作盒通过所述触摸屏给所述焊机发送起弧和熄弧指令，同时通过所述触摸屏对所述摆动控制器的启停盒参数进行设置，还对所述激光跟踪的启停和参数进行设置。

在一具体实施例中，还包括反馈模块，所述反馈模块通过激光传感器来反馈激光线性，若所述激光线性无法跟踪，则自动停止报警。具体的，每次焊接一种激光线性，自动记录摆动幅度和频率，用于之后再焊接相同和相似线性时自动控制焊接。

如图1-4所示，在一具体实施例中，所述焊接专机控制模块与所述控制柜电连接，所述激光跟踪控制模块的控制箱与所述控制柜电连接，通过控制柜可以单独控制所述焊接专机控制模块和所述激光跟踪控制模块，也可组合控制所述焊接专机控制模块和所述激光跟踪控制模块，当然，所述激光跟踪控制模块的所述控制箱也可对所述激光传感器14和所述十字滑板15单独控制。进一步的，所述激光跟踪控制模块也可和所述焊机组合使用，并且，根据所述圆形对接焊缝的直径大小来选择一台、两台或四台焊机来搭配所述激光跟踪控制模块进行焊接。具体的，所述自动控制系统包括控制柜一套，焊接专机控制模块一套(一套包括4个支臂滑板行走电机A、4个支臂旋转电机C、2个内滑枕升降电机F、2个外滑枕升降电机G、4个小车电机K、2个大车电机P、2个转台电机Q、1个遥控器Z)，激光跟踪控制模块四套(每套包括1个控制箱W、1个十字滑板升降电机V、1个十字滑板左右电机Y、1个激光传感器14、1个手持操作盒U)，焊机4套。

如图5所示，在一具体实施例中，所述加长滑枕2的末端支臂1且远离所述焊接专机的一端上设置有焊枪13，焊枪13上方设置有所述激光传感器14，在所述焊枪对所述结构件进行焊接时，所述激光传感器14会随着所述焊枪13的移动对所述结构件的形状进行扫描并记录形状，所述靠近所述焊接专机的末端支臂1上设置有十字滑板15，用于对焊枪13位置的微调，使焊枪13靠近结构件，在焊接焊缝时更加精准。进一步的，在所述焊枪13靠近所述十字滑板15的一侧设置有摆动控制器电机16，用于控制所述焊枪13上下摆动。

如图6-8所示，在一具体实施例中，为解决转台7旋转时，所述焊机的地线与转台7一起旋转不会缠绕的问题，所述焊机还包括四回路导电滑环8，所述四回路导电滑环8与所述焊机的地线连接，且所述四回路导电滑环8与带有焊缝的结构件的四个均匀间隔的位置点电连接。

在一具体实施例中，所述四台焊机采用四路电源单独控制，并且所述四台焊机的地线接入分别四回路导电滑环8的四个单独回路(第一回路81、第二回路82、第三回路83和第四回路84)，在接到所述结构件的四个均匀间隔的位置点，各焊机之间电流基本无干扰。进一步的，为了不发生大车4误动而拉动地线的问题，所述焊机还包括大电流快速插头11，所述大电流快速插头11接入所述焊机的地线，所述大电流快速插头11的插头处设有保护行程开关9，所述保护行程开关9被用于限制所述大车4的移动。

在一具体实施例中，为了保护焊接专机在工作时的安全，所述自动控制系统还包括多个限位开关，所述多个限位开关分布设置在所述焊接专机控制模块盒所述激光跟踪控制模块，所述限位开关用于对所述大车4、所述小车3、所述支臂1和所述十字滑板15的限位。具体的，所述限位开关是一种开关，具有两种状态，处于打开状态时，所述限位开关所控制的电机开始工作，处于关闭状态时，所述限位开关所控制的电机停止工作，保证焊接专机在焊接焊缝时的安全，保证了设备在焊接过程中自动运行的安全性。

如图9所示，本申请还提供了一种焊机焊接焊缝的自动控制方法，至少包括：

步骤S91：将带有焊缝的结构件放至转台上并与转台中心对齐。需要说明的是，在与转台对齐前需保证各个电器运行正常，两块大直径圆形的结构件的钢板切出坡口，对接固定，且在与转台对齐之后，对焊缝进行简单打磨清理以确保激光跟踪准确。

步骤S92：大车运行至所述结构件上方，所述大车中心与所述转台中心及所述结构件中心对齐。

步骤S93：四台焊机的地线分别接到所述结构件的四个位置。需要说明的是，所述四台焊机的地线先连接所述四回路导电滑环，所述四回路导电滑环与所述结构件的四个位置连接。

步骤S94：调整所述大车上的小车、加长滑枕和所述加长滑枕末端支臂的位置。需要说明的是先调整小车的位置，在调整加长滑枕的伸缩长度，最后调整支臂的位置，使激光跟踪传感器和焊枪都靠近焊缝的位置。

步骤S95：调整所述支臂上的十字滑板位置。需要说明的使，对十字滑板进行微调整，使焊枪位置和激光的有效扫描距离均合适。

步骤S96：设置所述焊机各参数。需要说明的是，所述参数包括焊接电流，保护气体焊丝伸出长度等。

步骤S97：启动所述转台，并调整转台转速。

步骤S98：设置所述焊机的焊枪摆动参数和激光扫描参数。

步骤S99：通过手持式操作盒发送起弧指令，所述四台焊机启动，开始自动焊接。需要说明的是，通过手持式操作和发送起弧指令后，先焊接一段距离，查看焊道情况，若无情况则四台焊机同时启动，进行焊接。

综上所述，本申请提供了一种焊机焊接焊缝的自动控制系统与方法，整个控制系统增加了多种控制方式和多级联锁及保护措施，其中包含实时激光跟踪测算、闭环和反馈控制、双电机同步和跟踪计算等控制方式，以及多个限位开关的安全保护措施，保证了设备在焊接过程中自动运行的安全性、稳定性、可靠性、精准性和高效性，同时极大地降低了工人劳动强度和提高了工作效率极大地降低了工人劳动强度和提高了工作效率。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

在本文的描述中，提供了许多特定细节，诸如部件和/或方法的实例，以提供对本申请实施例的完全理解。然而，本领域技术人员将认识到可以在没有一项或多项具体细节的情况下或通过其他设备、系统、组件、方法、部件、材料、零件等等来实践本申请的实施例。在其他情况下，未具体示出或详细描述公知的结构、材料或操作，以避免使本申请实施例的方面变模糊。

在整篇说明书中提到“一个实施例”、“实施例”或“具体实施例”意指与结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中，并且不一定在所有实施例中。因而，在整篇说明书中不同地方的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”或“在具体实施例中”的各个表象不一定是指相同的实施例。此外，本申请的任何具体实施例的特定特征、结构或特性可以按任何合适的方式与一个或多个其他实施例结合。应当理解本文所述和所示的发明实施例的其他变型和修改可能是根据本文教导的，并将被视作本申请精神和范围的一部分。

还应当理解还可以以更分离或更整合的方式实施附图所示元件中的一个或多个，或者甚至因为在某些情况下不能操作而被移除或因为可以根据特定应用是有用的而被提供。

另外，除非另外明确指明，附图中的任何标志箭头应当仅被视为示例性的，而并非限制。此外，除非另外指明，本文所用的术语“或”一般意在表示“和/或”。在术语因提供分离或组合能力是不清楚的而被预见的情况下，部件或步骤的组合也将视为已被指明。

如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用，除非另外指明，“一个”、和“该”包括复数参考物。同样，如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用，除非另外指明，“在…中”的意思包括“在…中”和“在…上”。

本申请所示实施例的上述描述(包括在说明书摘要中所述的内容)并非意在详尽列举或将本申请限制到本文所公开的精确形式。尽管在本文仅为说明的目的而描述了本申请的具体实施例和本申请的实例，但是正如本领域技术人员将认识和理解的，各种等效修改是可以在本申请的精神和范围内的。如所指出的，可以按照本申请所述实施例的上述描述来对本申请进行这些修改，并且这些修改将在本申请的精神和范围内。

本文已经在总体上将系统和方法描述为有助于理解本申请的细节。此外，已经给出了各种具体细节以提供本申请实施例的总体理解。然而，相关领域的技术人员将会认识到，本申请的实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下进行实践，或者利用其它装置、系统、配件、方法、组件、材料、部分等进行实践。在其它情况下，并未特别示出或详细描述公知结构、材料和/或操作以避免对本申请实施例的各方面造成混淆。

因而，尽管本申请在本文已参照其具体实施例进行描述，但是修改自由、各种改变和替换亦在上述公开内，并且应当理解，在某些情况下，在未背离所提出发明的范围和精神的前提下，在没有对应使用其他特征的情况下将采用本申请的一些特征。因此，可以进行许多修改，以使特定环境或材料适应本申请的实质范围和精神。本申请并非意在限制到在下面权利要求书中使用的特定术语和/或作为设想用以执行本申请的最佳方式公开的具体实施例，但是本申请将包括落入所附权利要求书范围内的任何和所有实施例及等同物。因而，本申请的范围将只由所附的权利要求书进行确定。

Claims (10)

1.一种焊机焊接焊缝的自动控制系统，其特征在于，包括：

焊接专机控制模块，包括控制单元、大车、小车和加长滑枕，所述小车设置在所述大车上，所述控制单元控制所述小车沿所述大车长度方向移动，所述加长滑枕设置在所述小车上，所述控制单元控制所述加长滑枕沿竖直方向伸缩，所述焊接专机控制模块用于控制所述焊机的焊枪的粗定位；

激光跟踪控制模块，包括控制箱、激光传感器、十字滑板，通过所述控制箱控制所述激光传感器和十字滑板，所述激光传感器和所述十字滑板设置在所述加长滑枕的末端支臂上，所述激光跟踪控制模块用于控制所述焊机的焊枪的微调和激光跟踪焊缝；

焊机，包括焊枪和四回路导电滑环，所述焊枪设置在所述加长滑枕的末端支臂上，所述四回路导电滑环与所述焊机的地线连接，所述焊机用于焊接焊缝。

2.根据权利要求1所述的焊机焊接焊缝的自动控制系统，其特征在于，所述四回路导电滑环与带有焊缝的结构件的四个均匀间隔的位置点电连接。

3.根据权利要求2所述的焊机焊接焊缝的自动控制系统，其特征在于，所述焊机还包括大电流快速插头，所述大电流快速插头接入所述焊机的地线，所述大电流快速插头的插头处设有保护行程开关。

4.根据权利要求1所述的焊机焊接焊缝的自动控制系统，其特征在于，所述激光跟踪控制模块还包括摆动控制器，所述摆动控制器与所述焊枪电连接，用于控制所述焊枪的枪头上下摆动。

5.根据权利要求1所述的焊机焊接焊缝的自动控制系统，其特征在于，还包括手持式操作盒，所述手持式操作盒上设有触摸屏，所述手持式操作盒通过所述触摸屏给所述焊机发送起弧和熄弧指令。

6.根据权利要求1所述的焊机焊接焊缝的自动控制系统，其特征在于，所述焊接专机中的电机为伺服电机，所述伺服电机配置有绝对值编码器。

7.根据权利要求1所述的焊机焊接焊缝的自动控制系统，其特征在于，所述大车和所述小车均采用双电机驱动，所述双电机驱动的参数相同且进行同步跟踪计算。

8.根据权利要求3所述的焊机焊接焊缝的自动控制系统，其特征在于，还包括反馈模块，所述反馈模块通过激光传感器来反馈激光线性，若所述激光线性无法跟踪，则自动停止并报警。

9.根据权利要求1所述的焊机焊接焊缝的自动控制系统，其特征在于，还包括多个限位开关，所述多个限位开关分布设置在所述焊接专机控制模块和所述激光跟踪控制模块，用于对所述大车、所述小车、所述支臂和所述十字滑板的限位。

10.一种焊机焊接焊缝的自动控制方法，其特征在于，包括：

将带有焊缝的结构件放至转台上并与转台中心对齐；

大车运行至所述结构件上方，所述大车中心与所述转台中心及所述结构件中心对齐；

四台焊机的地线分别接到所述结构件的四个位置；

调整所述大车上的小车、加长滑枕和所述加长滑枕末端支臂的位置；

调整所述支臂上的十字滑板位置；

设置所述焊机各参数；

启动所述转台，并调整转台转速；

设置所述焊机的焊枪摆动参数和激光扫描参数；

通过手持式操作盒发送起弧指令，所述四台焊机启动，开始自动焊接。

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