CN213003202U - 窄间距螺旋焊缝定位的双点激光测距校正装置 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及窄间距螺旋焊缝定位的双点激光测距校正装置，包括水平运动滑台、升降装置、平台与焊嘴；焊嘴安装在平台上并向下延伸；焊嘴两端安装减光片、减光片外端安装激光测距仪；激光测距仪检测激光头到待焊接的叶片的焊接点的水平距离，通过数据线将检测的距离数据传输至控制系统；控制平台运动的电机通过通信线与控制系统相连。本发明能够有效的保护激光测距仪，适用于将螺旋叶片焊接与圆筒的表面。

Description

窄间距螺旋焊缝定位的双点激光测距校正装置

技术领域

本发明涉及焊接领域，具体涉及一种窄间距螺旋焊缝定位的双点激光测距校正装置。

背景技术

在很多散热装置中，干燥装置需要在空心圆管上焊接大直径的叶片用于散热，为了便于在一定长度上安装更多的叶片提升工作效果，这些螺旋叶片之间的间距通常较小。这样，在制造工艺方面，就会带来叶片焊接的难度加大。由于叶片之间的间隙小且叶片是以一定的螺旋角焊接在圆筒上的，通常情况下采用人工焊接进行焊接。在人工焊接时，肉眼难以准确观察焊缝位置，因此人工很多情况下是凭经验完成焊接。并且普通的焊接装置也难以准确定位焊缝位置，不少焊缝位置偏移导致焊接质量达不到要求。因此需要一种矫正装置，能够在焊接叶片时进行准确的定位。

发明内容

1.所要解决的技术问题：

针对上述技术问题，本发明专利提出一种实时检测校正焊缝位置的装置，通过双点激光测距的方法实现焊缝位置的监测和校正，确保焊缝位置正确，提升焊接质量。

2.技术方案：

一种用于窄间距螺旋焊缝定位的双点激光测距校正装置，其特征在于：包括水平运动滑台、升降装置、平台与焊嘴；所述水平运动滑台安装在升降装置下表面，且升降装置能够带动水平运动滑台在竖直方向上移动；所述水平运动滑台为长条状，下表面安装方形平台，且平台在平台伺服电机的带动下能够沿着水平方向做精确移动；所述焊嘴安装在平台上并向下延伸；所述平台表面可移动的装有两个向下延伸的支架，且两个支架及每个支架上安装的减光片、激光测距仪都以焊嘴的焊嘴为中心对称轴安装；具体安装方式为：两个减光片尺寸大小及厚度完全一致，安装在对应支架的尾端；两个减光片外侧均安装一个相同的激光测距仪；两个激光测距仪的激光头与焊嘴最低点共线且在同一个与待焊接的空心圆管轴线平行的水平面上；焊嘴的最低点高于减光片的最低点，减光片的长度和高度都大于激光测距仪的长度和高度，焊嘴与垂直方向夹角A大小能够调整，且焊嘴所在平面与减光片所在平面平行；所述激光测距仪检测激光头到待焊接的叶片的焊接点的水平距离 ，通过数据线将检测的距离数据传输至控制系统；控制平台运动的平台伺服电机通过通信线与控制系统相连。

进一步地，所述控制系统包含且不限于PLC、微机控制系统。

进一步地，还包括焊接滚轮架结构；所述焊接滚轮架结构包括底座、滚轮架、滚轮、滚轮轴、电动机；所述滚轮架安装在底座表面；所述滚轮架的上端安装滚轮；滚轮的滚轮轴通过与之连接的电动机能够实现转动；焊接时，叶片通过点焊定位焊接在空心圆筒上，空心圆筒放在滚轮上，电动机带动滚轮旋转，滚轮再带动空心圆筒旋转。进一步地，所述平台前后面设有水平方向的平台滑槽、支架与平台连接的部位设有竖直长孔；所述平台滑槽与竖直长孔通过定位螺丝固定连接。

一种用于窄间距螺旋焊缝定位的双点激光测距校正装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：工作前；先确定焊嘴与垂直方向夹角A、焊嘴底部到圆管垂直距离h，再定位焊嘴位置X点；人工使用升降装置和水平运动滑台调整焊嘴到焊缝O点之间的加工距离，使焊嘴对准叶片和空心圆筒的交界处焊缝O点，通过专用量具校验垂直距离h和焊嘴与垂直方向夹角A，然后进行试焊验证；试焊合格后，将角度A、叶片与圆筒垂直倾角B和垂直距离h输入控制系统，控制系统通过三角函数计算出焊嘴X到焊缝O点的水平方向距离d和焊嘴X到叶片的水平距离D，d和D之间的数学关系式为：

；焊接过程中，h和角B都是固定值，只要确保焊嘴到叶片水平距离D不变，则d不变，焊嘴始终对准O点，焊缝位置正确，焊接质量得以保证。

步骤二：工作时，两个激光测距仪的激光头到叶片的水平距离分别为D1、D2，将数据实时发送至控制系统；鉴于螺旋面表面有轻微起伏，会有凸点和凹点，这些点会对激光测距仪测量数值造成干扰，为了消除这些测量干扰，控制系统将测量的D1、D2数值做如下处理：采用N次测距数值累加求取平均值的算法来过滤掉凸点和凹点带来的测距数值波动。

步骤三：控制系统（17）取实时处理后的(D1+D2)/2数值与D进行比较，如果该值大于D，说明距离过远，通过伺服电机带动安装在运动滑台上的平台向焊缝方向移动，直至处理后的

数值与D相等，停止移动；如果该值小于D，说明距离过近，通过伺服电机带动安装在运动滑台上的平台向焊缝反方向移动，直至处理后的(D1+D2)/2数值与D相等，停止移动；如果

=D时，平台不移动。

3.有益效果：

（1）本发明能够有效的保护激光测距仪；具体为：由于焊嘴温度很高，且有焊渣和飞溅。一般测距仪的工作温度上限在60摄氏度附近，所以不能把激光测距仪安装在焊嘴附近直接测量，本发明采用了两侧等距离的间接测量方法，测距仪与焊嘴保持一定的工作距离，降低测距仪工作温度，且通过减光片保护测距仪免受弧光、飞溅影响，有效保护的测距仪。

（2）本发明简化距离计算方法，通过将方向相反的曲线偏移通过相加消除，避免了复杂的螺旋面距离计算，只要两侧激光测距仪测出到螺旋面的距离就可以求出焊嘴到焊接点的距离，计算速度快。可以有效保证测量精度，并能实时监控和校正焊嘴到焊缝的距离。

（3）本发明能够消除测量干扰数据，在进行叶片的焊接中，螺旋面表面有起伏，会有凸点和凹点，这些点会对激光测距仪测量数值造成干扰，为了消除这些测量干扰，采用N次测距数值累加求取平均值的算法来过滤掉凸点和凹点带来的测距数值波动（考虑到计算速度和精度，20≤N≤50，N包含且不限于此范围）。

附图说明

图1为本装置的整体结构示意图；

图2为激光头与焊嘴共线调整装置图；

图3为本装置的焊嘴与叶片、圆管之间的几何关系图；

图4为本装置中焊嘴、激光测距仪到叶片距离之间的几何关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体的说明。

如附图1、图2所示，一种用于窄间距螺旋焊缝定位的双点激光测距校正装置，其特征在于：包括水平运动滑台4、升降装置3、平台5与焊嘴6；所述水平运动滑台4安装在升降装置3下表面，且升降装置3能够带动水平运动滑台4在竖直方向上移动；所述水平运动滑台4为长条状，下表面安装方形平台5，且平台5在平台伺服电机15的带动下能够沿着水平方向做精确移动；所述焊嘴6安装在平台5上并向下延伸；所述平台5表面可移动的装有两个向下延伸的支架7，且两个支架7及每个支架7上安装的减光片8、激光测距仪9都以焊嘴6的焊嘴为中心对称轴安装；具体安装方式为：两个减光片8尺寸大小及厚度完全一致，安装在对应支架7的尾端；两个减光片8外侧均安装一个相同的激光测距仪9；两个激光测距仪9的激光头91与焊嘴最低点共线且在同一个与待焊接的空心圆管2轴线平行的水平面上；焊嘴的最低点高于减光片8的最低点，减光片的长度和高度都大于激光测距仪的长度和高度，焊嘴6与垂直方向夹角A大小能够调整，且焊嘴6所在平面与减光片8所在平面平行；所述激光测距仪9检测激光头到待焊接的叶片1的焊接点的水平距离 ，通过数据线14将检测的距离数据传输至控制系统17；控制平台运动的平台伺服电机通过通信线16与控制系统17相连。

本装置中，通过安装在焊嘴两边的减光片能够保护激光测距仪不受焊接过程中产生的弧光、飞溅等影响。焊嘴斜向下且向减光片的外端倾斜，其中焊嘴与垂直方向夹角为∠A ，∠A数值通常是根据加工工艺确定。

进一步地，所述控制系统包含且不限于PLC、微机控制系统。

进一步地，还包括焊接滚轮架结构；所述焊接滚轮架结构包括底座19、滚轮架11、滚轮12、滚轮轴13、电动机18；所述滚轮架11安装在底座表面；所述滚轮架11的上端安装滚轮12；滚轮12的滚轮轴13通过与之连接的电动机18能够实现转动；焊接时，叶片1通过点焊定位焊接在空心圆筒上，空心圆筒2放在滚轮12上，电动机18带动滚轮12旋转，滚轮12再带动空心圆筒2旋转。

进一步地，所述平台前后面设有水平方向的平台滑槽51、支架与平台连接的部位设有竖直长孔71；所述平台滑槽51与竖直长孔71通过定位螺丝10固定连接。如图2所示，两个激光测距仪9的激光头91与焊嘴6最低点共线且在同一个与圆管轴线平行的水平面上，可以通过调节支架在平台滑槽51中的水平位置以及通过支架上的长孔71调节垂直位置来实现，并用定位螺丝10固定位置。

一种用于窄间距螺旋焊缝定位的双点激光测距校正装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：工作前；先确定焊嘴与垂直方向夹角A、焊嘴底部到圆管垂直距离h，再定位焊嘴位置X点；如附图3所示。人工使用升降装置和水平运动滑台调整焊嘴到焊缝O点之间的加工距离，使焊嘴对准叶片和空心圆筒的交界处焊缝O点，通过专用量具校验垂直距离h和焊嘴与垂直方向夹角A，然后进行试焊验证；试焊合格后，将角度A、叶片与圆筒垂直倾角B和垂直距离h输入控制系统，控制系统通过三角函数计算出焊嘴X到焊缝O点的水平方向距离d和焊嘴X到叶片的水平距离D，d和D之间的数学关系式为：

；焊接过程中，h和角B都是固定值，只要确保焊嘴到叶片水平距离D不变，则d不变，焊嘴始终对准O点，焊缝位置正确，焊接质量得以保证。

步骤二：工作时，两个激光测距仪的激光头到叶片的水平距离分别为D1、D2，将数据实时发送至控制系统；鉴于螺旋面表面有轻微起伏，会有凸点和凹点，这些点会对激光测距仪测量数值造成干扰，为了消除这些测量干扰，控制系统将测量的D1、D2数值做如下处理：采用N次测距数值累加求取平均值的算法来过滤掉凸点和凹点带来的测距数值波动。

D1、D2和D的数学关系为D=(D1+D2)/2，理由如图4所示，图4所示平面为平行于圆筒轴线的水平面，平面上包含焊嘴（6）和激光测距仪（9）的激光头（91）三点，这三点共线，激光头（91）的点Y1、Y2到焊嘴（6）X点的距离为S，到叶片螺旋面的距离为D1、D2。该水平面与叶片的交线为螺旋曲线，该交线对于轴线有如下几何关系：两侧对称点到螺旋曲线距离大小相等，方向相反。即两侧对称点A1和A2到螺旋曲线的距离都为S’，但方向相反。不同的螺旋角α，该关系依然成立。

由图4可知，D=D1+ S’，D=D2- S’，所以D=(D1+D2)/2。两点测量可以将方向相反的S’通过相加消除，避免了复杂的曲线计算，且适用于任意螺旋角α，这样就通过D1、D2间接测量D的数值。

步骤三：控制系统取实时处理后的(D1+D2)/2数值与D进行比较，如果该值大于D，说明距离过远，通过伺服电机带动安装在运动滑台上的平台向焊缝方向移动，直至处理后的

数值与D相等，停止移动；如果该值小于D，说明距离过近，通过伺服电机带动安装在运动滑台上的平台向焊缝反方向移动，直至处理后的(D1+D2)/2数值与D相等，停止移动；如果

=D时，平台不移动。

具体实施例：

如附图1、图3所示，焊接时，待焊接的叶片通过点焊定位焊接在空心圆筒上，圆筒放置在滚轮表面，滚轮的滚轮轴与控制滚轮转动的电动机相连， 电动机带动滚轮旋转，从而带动空心圆筒旋转；同时平台在伺服电机的控制下能够实现平台上的焊嘴做水平移动，两者配合完成叶片和空心圆筒之间的螺旋焊接。升降装置通过控制水平运动滑台的垂直方向的移动，实现适应不同直径的空心圆管的焊接。图中∠A为焊嘴与垂直方向之间的夹角；∠B为叶片与圆筒的垂直夹角。

下面通过附图4对本装置的控制方法进行简述：

叶片的螺旋线与平行于圆筒轴线的水平面的交线为曲线，对于轴线有如下几何关系：两侧对称距离到螺旋线的偏移量大小相等，方向相反，即两侧的点A1和A2到O’点的距离都为S，则A1和A2点到螺旋面的距离为S’且方向相反。不同的螺旋倾斜角，该关系依然成立。

图4所示平面为平行于圆筒轴线的水平面，平面上包含焊嘴和激光测距仪的激光头三点，这三点共线，激光头的点Y1、Y2到焊嘴X点的距离为S，到叶片螺旋面的距离为D1、D2。D=D1+ S’，D=D2- S’，所以D=(D1+D2)/2。两点测量可以将方向相反的S’通过相加消除，避免了复杂的曲线计算，且适用于任意螺旋角α，这样就通过D1、D2间接测量D的数值。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (4)

1.窄间距螺旋焊缝定位的双点激光测距校正装置，其特征在于：包括水平运动滑台（4）、升降装置（3）、平台（5）与焊嘴（6）；所述水平运动滑台（4）安装在升降装置（3）下表面，且升降装置（3）能够带动水平运动滑台（4）在竖直方向上移动；所述水平运动滑台（4）为长条状，下表面安装方形平台（5），且平台（5）在平台伺服电机（15）的带动下能够沿着水平方向做精确移动；所述焊嘴（6）安装在平台（5）上并向下延伸；所述平台（5）表面可移动的装有两个向下延伸的支架（7），且两个支架（7）及每个支架（7）上安装的减光片（8）、激光测距仪（9）都以焊嘴（6）为中心对称安装；具体安装方式为：两个减光片（8）尺寸大小及厚度完全一致，安装在对应支架（7）的尾端；两个减光片（8）外侧均安装一个相同的激光测距仪（9）；两个激光测距仪（9）的激光头（91）与焊嘴最低点共线且在同一个与待焊接的空心圆管（2）轴线平行的水平面上；焊嘴的最低点高于减光片（8）的最低点，减光片的长度和高度都大于激光测距仪的长度和高度，焊嘴（6）与垂直方向夹角A大小能够调整，且焊嘴（6）所在平面与减光片（8）所在平面平行；所述激光测距仪（9）检测激光头到待焊接的叶片（1）的焊接点的水平距离，通过数据线（14）将检测的距离数据传输至控制系统（17）；控制平台运动的平台伺服电机通过通信线（16）与控制系统（17）相连。

2.根据权利要求1所述的窄间距螺旋焊缝定位的双点激光测距校正装置，其特征在于：所述控制系统包含且不限于PLC、微机控制系统。

3.根据权利要求1所述的窄间距螺旋焊缝定位的双点激光测距校正装置，其特征在于：还包括焊接滚轮架结构；所述焊接滚轮架结构包括底座（19）、滚轮架（11）、滚轮（12）、滚轮轴（13）、电动机（18）；所述滚轮架（11）安装在底座表面；所述滚轮架（11）的上端安装滚轮（12）；滚轮（12）的滚轮轴（13）通过与之连接的电动机（18）能够实现转动；焊接时，叶片（1）通过点焊定位焊接在空心圆管上，空心圆管（2）放在滚轮（12）上，电动机（18）带动滚轮（12）旋转，滚轮（12）再带动空心圆管（2）旋转。

4.根据权利要求1所述的窄间距螺旋焊缝定位的双点激光测距校正装置，其特征在于：所述平台前后面设有水平方向的平台滑槽（51）、支架与平台连接的部位设有竖直长孔（71）；所述平台滑槽（51）与竖直长孔（71）通过定位螺丝（10）固定连接。

Images