CN205764374U - 一种角焊缝自动跟踪自调器及其智能焊接机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种角焊缝自动跟踪自调器及其智能焊接机器人，角焊缝自动跟踪自调器，包括基座及安装于基座上的焊枪；基座上设有电弧传感器；角焊缝自动跟踪自调器还包括两个滚轮接触式压力传感器，两个滚轮接触式压力传感器对称安装于基座的两侧；滚轮接触式压力传感器包括：滚轮、压力传感器、轴承及座轴，轴承通过压力传感器与滚轮连接，座轴的一端与轴承连接，座轴的另一端与基座连接。本实用新型通过提供一种角焊缝自动跟踪自调器及其智能焊接机器人，解决目前造船、海洋工程、桥梁钢结构、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的行业金属结构焊接的焊接机器人对平角焊缝和立角焊缝自动跟踪、自动调节焊枪和自动调节焊接工艺的问题。

Description

一种角焊缝自动跟踪自调器及其智能焊接机器人

技术领域

本实用新型涉及的是一种角焊缝自动跟踪自调器及其智能焊接机器人，特别是涉及一种用于造船、海洋工程、钢结构桥梁、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械行业的金属结构连接角焊缝的一种角焊缝自动跟踪自调器及其智能焊接机器人。

背景技术

对于造船、海洋工程、桥梁钢结构、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的制造大部分不是批量生产，大多数是单个生产，很少采用标准化生产线进行加工、装配、制造。因为这些行业的金属结构件外型尺寸大、重量重、形状各异、纵横结构复杂很少采用固定式的工装夹具进行装配，焊接过程有很多是在金属结构的封闭空间或半封闭空间内进行，焊缝大多数是平角焊缝和立角焊缝，造成这些行业基本没有和很少应用固定式工业焊接机器人，都是依赖很多焊工移动到金属结构焊接的位置进行焊接。

目前，企业的电焊技工劳动成本逐年攀升，并且电焊这种艰苦的劳动愿意干的人越来越少，技术好的电焊技工越来越难找。并且人工焊接质量不稳定，效率低。但企业产品的竞争却越来越烈，产品要求越来越高，产品质量越来越严。这对矛盾今后越来越大，只有依靠一种可移动的智能焊接机器人才能有效解决。但是由于上述行业金属结构的特殊，零件加工、装配施工、变形等原因造成的焊缝位置和间隙偏差的现象非常多，金属结构厚板构件的多层多道连续弧焊，单靠焊接机器人的运动控制系统控制焊枪沿着焊缝的路径移动不能完全解决自动化焊接的问题，还要依靠焊缝自动跟踪器和焊接工艺自动调节器才行。

传感器是焊缝自动跟踪系统的关键部分。其作用是精确检测出焊缝的位置和形状信息并转化为电信号。控制系统才能对信号进行处理，并根据检测结果控制自动调节机构调整焊枪位置，从而实现焊缝自动跟踪。

一般可分为直接电弧式、接触式和非接触式三大类。按工作原理可分为机械、机电、电磁、电容、射流、超声、红外、光电、激光、视觉、电弧、光谱及光纤式等。以下是几种常见的焊缝跟踪传感器：

接触式传感器是最早使用的传感器，其特点为不受电弧干扰、工作可靠、成本低，曾在生产中得到广泛应用，但由于跟踪精度不高、磨损大、易变形，不适用于高速焊接，目前正在被其他传感方法取代。

超声波传感器不怕焊接中的电磁、光、烟尘干扰，但容易受到噪声干扰，对噪声比较敏感，如在CO2气体保护焊等焊接方法的应用中有一定的限制。

电弧传感器的工作原理是在焊接过程中，当焊枪与工件之间的相对位置发生变化时，会引起电弧电压和电流的变化，这些变化都可以作为特征信号被提取出来实现焊枪高低和左右两个方向的跟踪控制。但对于无对称侧壁或根本无侧壁的接头形式，现有的电弧传感器则不能识别。

光电传感器精度高、再现性好，可以实现对坡口形状、宽度和截面的检测和焊缝跟踪，为焊接参数的自适应控制提供依据。光电传感器又可以分为基于分立光电元件的单点式光电传感器和能够获得坡口图像信息的视觉传感器。

根据焊接机器人视觉焊接系统的工作方式不同，可将用于焊接机器人视觉焊缝跟踪系统的视觉传感器分为3种：结构光式、激光扫描式和直接拍摄电弧式。目前，市场上有较多的激光扫描式焊接机器人视觉焊缝跟踪系统，但价格一般都比较贵。对接焊缝的跟踪效果较好，但对角焊缝的跟踪效果不是很理想。并且对焊缝间隙超差要自动调节焊接工艺这方面效果也不是很理想。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种简单可靠、焊缝自动跟踪、焊缝形位偏差能自动调整焊枪对准焊缝、焊缝间隙偏差能自动调节焊接工艺的角焊缝自动跟踪自调器及其智能焊接机器人，解决目前造船、海洋工程、桥梁钢结构、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的行业金属结构焊接的焊接机器人对平角焊缝和立角焊缝自动跟踪、自动调节焊枪和自动调节焊接工艺的问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种角焊缝自动跟踪自调器，包括基座及安装于所述基座上的焊枪；

所述基座上设有电弧传感器；

所述角焊缝自动跟踪自调器还包括两个滚轮接触式压力传感器，两个所述滚轮接触式压力传感器对称安装于所述基座的两侧；

所述滚轮接触式压力传感器包括：滚轮、压力传感器、轴承及座轴，所述轴承通过所述压力传感器与所述滚轮连接，所述座轴的一端与所述轴承连接，所述座轴的另一端与所述基座连接。

在其中一个实施例中，所述滚轮为圆锥台结构。

一种智能焊接机器人，包括上述的角焊缝自动跟踪自调器，还包括：移动小车、升降装置、机械手；

所述升降装置安装于所述移动小车上，所述机械手安装于所述升降装置上，所述角焊缝自动跟踪自调器安装于所述机械手上。

在其中一个实施例中，所述移动小车为轮式行走结构。

在其中一个实施例中，所述移动小车为履带式行走结构。

在其中一个实施例中，所述移动小车为腿式行走结构。

本实用新型通过提供一种角焊缝自动跟踪自调器及其智能焊接机器人，解决目前造船、海洋工程、桥梁钢结构、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的行业金属结构焊接的焊接机器人对平角焊缝和立角焊缝自动跟踪、自动调节焊枪和自动调节焊接工艺的问题。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的角焊缝自动跟踪自调器对金属结构件的角焊缝间隙进行焊接的示意图；

图2为图1所示的角焊缝自动跟踪自调器的滚轮接触式压力传感器的示意图；

图3为本实用新型一实施例的智能焊接机器人的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请同时参阅图1及图2，一种角焊缝自动跟踪自调器10包括基座100及安装于基座100上的焊枪200。

基座100上设有电弧传感器110。

角焊缝自动跟踪自调器10还包括两个滚轮接触式压力传感器120，两个滚轮接触式压力传感器120对称安装于基座100的两侧。

滚轮接触式压力传感器120包括：滚轮121、压力传感器122、轴承123及座轴124。轴承123通过压力传感器122与滚轮121连接，座轴124的一端与轴承123连接，座轴124的另一端与基座100连接。

在本实施例中，滚轮为圆锥台结构。

如图3所示，一种智能焊接机器人20，包括上述的角焊缝自动跟踪自调器10，还包括：移动小车300、升降装置400、机械手500。

升降装置400安装于移动小车300上，机械手500安装于升降装置400上，角焊缝自动跟踪自调器10安装于机械手500上。

为解决目前造船、海洋工程、桥梁钢结构、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的行业金属结构焊接的焊接机器人对平角焊缝和立角焊缝自动跟踪、自动调节焊枪和自动调节焊接工艺的问题，例如，移动小车300为轮式行走结构，移动小车300还可以为履带式行走结构，移动小车300还可以为腿式行走结构。从而解决了目前造船、海洋工程、桥梁钢结构、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的行业金属结构焊接的焊接机器人对平角焊缝和立角焊缝自动跟踪、自动调节焊枪和自动调节焊接工艺的问题。

为解决目前造船、海洋工程、桥梁钢结构、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的行业金属结构焊接的焊接机器人对平角焊缝和立角焊缝自动跟踪、自动调节焊枪和自动调节焊接工艺的问题，例如电弧传感器110，其为一个圆筒形的构件内装有一个圆环形电弧传感器，主要作用是检测角焊缝间隙超差引起电弧电压和电流的变化，这些变化作为特征信号被提取出来实现对焊机的焊接工艺参数电弧电压和电流的大小进行调节，以及对焊枪机构的焊接速度进行调节。从而解决了目前造船、海洋工程、桥梁钢结构、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的行业金属结构焊接的焊接机器人对平角焊缝和立角焊缝自动跟踪、自动调节焊枪和自动调节焊接工艺的问题。

为解决目前造船、海洋工程、桥梁钢结构、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的行业金属结构焊接的焊接机器人对平角焊缝和立角焊缝自动跟踪、自动调节焊枪和自动调节焊接工艺的问题，例如滚轮接触式压力传感器120，主要由滚轮121、压力传感器122、轴承123及座轴124组成。两个滚轮接触式压力传感器对称安装在焊枪前两侧，把焊枪对准角焊缝时两侧的滚轮接触式压力传感器接触到角焊缝的两边角接构件表面，并保持焊枪按照设定的位姿角度对准焊缝。当焊枪往焊缝移动使焊枪起弧焊接时两侧的滚轮接触式压力传感器保持一个正常设定的压力值，从而保证焊枪自动沿着焊缝进行移动。如果两边角接的金属构件的某一边变形产生焊缝偏移，则某一边的滚轮接触式压力传感器的压力值变化，检测到这个压力值变化的信号会传输给焊枪机构调节焊枪的摆幅，保证焊枪对准焊缝中心位置。从而解决了目前造船、海洋工程、桥梁钢结构、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的行业金属结构焊 接的焊接机器人对平角焊缝和立角焊缝自动跟踪、自动调节焊枪和自动调节焊接工艺的问题。

为解决目前造船、海洋工程、桥梁钢结构、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的行业金属结构焊接的焊接机器人对平角焊缝和立角焊缝自动跟踪、自动调节焊枪和自动调节焊接工艺的问题，例如电弧传感器110主要作用是检测角焊缝间隙超差引起电弧电压和电流的变化，实现对焊机的焊接工艺参数电弧电压和电流的大小进行调节，以及对焊枪机构的焊接速度进行调节。主要特征是抓住焊缝间隙超差最易引起电弧电压和电流的变化，充分发挥电弧传感器对检测电弧电压和电流的变化敏感高的特点，提高了自动跟踪焊缝时自动调节焊接工艺的精度。从而解决了目前造船、海洋工程、桥梁钢结构、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的行业金属结构焊接的焊接机器人对平角焊缝和立角焊缝自动跟踪、自动调节焊枪和自动调节焊接工艺的问题。

为解决目前造船、海洋工程、桥梁钢结构、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的行业金属结构焊接的焊接机器人对平角焊缝和立角焊缝自动跟踪、自动调节焊枪和自动调节焊接工艺的问题，例如滚轮接触式压力传感器120保证焊枪自动跟踪焊缝。其特点为不受电弧干扰、工作可靠、成本低。加上了压力传感器使到滚轮接触式不是机械硬接触，减少了磨损和变形，提高了自动跟踪焊缝的精度。从而解决了目前造船、海洋工程、桥梁钢结构、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的行业金属结构焊接的焊接机器人对平角焊缝和立角焊缝自动跟踪、自动调节焊枪和自动调节焊接工艺的问题。

例如电弧传感器110加滚轮接触式压力传感器120组合搭配形成一种特点是针对角焊缝的一种简单可靠、价格便宜、焊缝自动跟踪和自动调节焊接工艺的角焊缝自动跟踪自调器。

为解决目前造船、海洋工程、桥梁钢结构、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的行业金属结构焊接的焊接机器人对平角焊缝和立角焊缝自动跟踪、自动调节焊枪和自动调节焊接工艺的问题，例如，移动小车300在XY坐标方向都可以移动，主要由X轴纵向移动机构和Y轴横向移动机构组成。主要是：可以实现X纵方向和Y横方向的精确移动，移动精度在±2mm范围内。 移动小车300移动方式可以是轮式或履带式或腿式。移动小车300能带着焊接机器人本体按机器人运动控制系统发出的XY移动指令进行移动。从而解决了目前造船、海洋工程、桥梁钢结构、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的行业金属结构焊接的焊接机器人对平角焊缝和立角焊缝自动跟踪、自动调节焊枪和自动调节焊接工艺的问题。

为解决目前造船、海洋工程、桥梁钢结构、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的行业金属结构焊接的焊接机器人对平角焊缝和立角焊缝自动跟踪、自动调节焊枪和自动调节焊接工艺的问题，例如，升降装置400安装在移动小车300上平面中心位置，沿Z轴方向可升降。主要是：能带着机械手500沿Z轴方向升降移动，能按机器人运动控制系统发出的Z移动指令进行移动，实现高处或低处的金属结构接缝焊接。从而解决了目前造船、海洋工程、桥梁钢结构、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的行业金属结构焊接的焊接机器人对平角焊缝和立角焊缝自动跟踪、自动调节焊枪和自动调节焊接工艺的问题。

为解决目前造船、海洋工程、桥梁钢结构、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的行业金属结构焊接的焊接机器人对平角焊缝和立角焊缝自动跟踪、自动调节焊枪和自动调节焊接工艺的问题，例如，机械手500安装在沿Z轴方向可升降的升降装置400上端。主要是：可带着视觉识别定位焊缝跟踪器、焊接自调节器、焊枪及焊枪头部机构按机器人运动控制系统发出的机械手运动控制指令按焊接工艺的要求进行焊枪位姿的调整，使焊枪及焊枪头部机构，包括视觉识别定位焊缝跟踪器、焊接自调节器能沿着金属结构的焊接缝路径按焊接工艺的要求进行移动。从而解决了目前造船、海洋工程、桥梁钢结构、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的行业金属结构焊接的焊接机器人对平角焊缝和立角焊缝自动跟踪、自动调节焊枪和自动调节焊接工艺的问题。

本实用新型通过提供一种角焊缝自动跟踪自调器及其智能焊接机器人，解决目前造船、海洋工程、桥梁钢结构、钢结构建筑、化工机械和起重机械等重型机械的行业金属结构焊接的焊接机器人对平角焊缝和立角焊缝自动跟踪、自动调节焊枪和自动调节焊接工艺的问题。

以上所述实施方式仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种角焊缝自动跟踪自调器，其特征在于，包括基座及安装于所述基座上的焊枪；

所述基座上设有电弧传感器；

所述角焊缝自动跟踪自调器还包括两个滚轮接触式压力传感器，两个所述滚轮接触式压力传感器对称安装于所述基座的两侧；

所述滚轮接触式压力传感器包括：滚轮、压力传感器、轴承及座轴，所述轴承通过所述压力传感器与所述滚轮连接，所述座轴的一端与所述轴承连接，所述座轴的另一端与所述基座连接。

2.根据权利要求1所述的角焊缝自动跟踪自调器，其特征在于，所述滚轮为圆锥台结构。

3.一种智能焊接机器人，其特征在于，包括权利要求1至2中任意一项所述的角焊缝自动跟踪自调器，还包括：移动小车、升降装置、机械手；

所述升降装置安装于所述移动小车上，所述机械手安装于所述升降装置上，所述角焊缝自动跟踪自调器安装于所述机械手上。

4.根据权利要求3所述的智能焊接机器人，其特征在于，所述移动小车为轮式行走结构。

5.根据权利要求3所述的智能焊接机器人，其特征在于，所述移动小车为履带式行走结构。

6.根据权利要求3所述的智能焊接机器人，其特征在于，所述移动小车为腿式行走结构。