焊縫智能跟蹤系統的制作方法
【專利說明】焊縫智能跟蹤系統
[0001 ] 本申請是申請號:201410670000.2、申請日:2014.11.20、名稱“全自動焊后焊縫跟蹤及超聲沖擊系統”的分案申請。
技術領域
[0002]本發明涉及一種焊后焊縫跟蹤及超聲沖擊系統。
【背景技術】
[0003]在大型結構件焊接、薄板焊接、異種金屬焊接、高溫合金焊接，以及在高精度特種設備焊接等領域，焊接變形需得到有效控制，否則會對焊接件尺寸和外形有影響，而且會降低結構的承載能力。焊接應力是焊接變形的主要原因。消除焊接應力，控制焊接變形的方法很多，目前在工程中較為常用的幾種焊后處理方法有超聲沖擊、焊趾打磨、噴丸、錘擊、TIG熔修、應用低相變點焊條法等。隨焊或焊后沖擊、錘擊、碾壓是一種減小焊接應力、防止焊接變形的有效途徑。其中超聲沖擊技術是一種新穎的有效的消除部件表面或焊縫區有害殘余拉應力、引進有益壓應力的方法，相比其它方法其優點突出。
[0004]國內僅在專利“恒速掃描定位式焊后焊縫跟蹤及殘余應力消除系統(CN201210401736)、“焊縫應力消除移動機器人跟蹤系統(CN201310341420)、“焊后焊縫高精度跟蹤及殘余應力消除系統(CN201310341500)”中設計了相關全自動焊后焊縫跟蹤及應力消除系統。國內外雖已研制出以移動小車為載體的隨焊(焊后)應力消除設備，但都不能處理焊縫較長或者焊縫彎曲的情況，即不具備長焊縫、彎曲焊縫自動跟蹤功能。所以要使隨焊/焊后應力消除設備能夠自動實施作業，沒有遺漏的處理所有焊后焊縫，需具備焊后焊縫跟蹤功能。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在于提供一種結構合理，焊后焊縫跟蹤精度高，不受焊渣或焊接缺陷對焊后焊縫跟蹤影響的全自動焊后焊縫跟蹤及超聲沖擊系統。
[0006]本發明的技術解決方案是:
[0007]—種全自動焊后焊縫跟蹤及超聲沖擊系統，其特征是:包括移動式焊接設備、超聲波沖擊系統，在移動式焊接設備、超聲波沖擊系統上分別固定有反光片A、反光片B，反光片A、反光片B用于反射式測距傳感器實現距離測量;固定在移動式焊接設備上的反光片A與移動式焊接設備同步運動，固定在超聲波沖擊系統上的反光片B與超聲波沖擊系統同步運動；移動式焊接設備、超聲波沖擊系統上的反光片通過安裝在不同高度來避免相互干擾，并采用不同調制頻率的激光或紅外光來避免干擾;歩進電機固定安裝在焊縫以外區域，四個步進電機對稱分布組成平面長方形或正方形，并保證焊縫在四個步進電機所圍成的長方形或正方形內；以步進電機Bi和步進電機B4軸心連線為Y軸，以步進電機Bi和步進電機B4距離中點為原點0(0，0)，建立平面X-Y直角坐標系；每個步進電機均安裝有測距傳感器，測距傳感器與電機軸固定連接，同軸旋轉；四個測距傳感器C1X2X3X4與步進電機軸心線交點坐標分別為O1(X1J1)、02(χ2、γ2)、03(χ3、γ3)、04(Χ4、Υ4);四臺步進電機中，兩臺用于確定焊接噴嘴的移動軌跡，另外兩臺用于獲取超聲波沖擊頭的移動軌跡，將兩軌跡進行比較，即可得到超聲波沖擊頭偏離已焊焊縫的距離和方向，從而通過控制系統實現糾偏，保證應力消除裝置作業末端始終對準焊縫作業;控制器KhKhKhIU分別為步進電機m、B2、B3、B4的細分控制器，步進電機的線速度大于移動式焊接設備、超聲波沖擊系統的速度;無線通訊模塊Z1、Z2、Z3、Z4分別由控制器K1、K2、K3、K4控制，無線通訊模塊采用Zigbee無線通訊模塊。
[0008]超聲波沖擊系統采用輪式移動機器人作為本體，通過兩輪差動實現機器人位置粗定位，采用十字滑塊作為超聲波沖擊頭定位驅動機構，實現超聲波沖擊頭的精密定位。
[0009]測距傳感器采用激光傳感器或紅外傳感器。
[0010]移動式焊接設備由焊接初始點開始焊接，當移動式焊接設備在焊接初始點時，在移動焊接設備上安裝反光片Α，反光片A與測距傳感器(^、(:2在同一水平面上，且為避免焊接過程中的弧光等干擾，測距傳感器C1、&和反光片A安裝高度高于焊接噴嘴;移動式焊接設備在焊接初始點時，保證測距傳感器C1工2發出的光信號能夠射在反光片A上，測距傳感器(^、C2的信號分別由控制器仏、1(2進行處理和計算，得到的距離分別為L^L2;控制器仏將檢測的距離L1通過無線通訊模塊Z1傳輸到無線通訊模塊Z2，并由無線通訊模塊Z2送入控制器K2，得到三角形“A O1O2"的頂點A的坐標;控制器隔一定時間采樣測距傳感器的信號，計算一次A點坐標；
[0011 ]當移動式焊接設備開始焊接時，移動焊接設備產生移動，當控制器仏、1(2采集不到測距傳感器的信號時，則說明測距傳感器發射的光信號已經不能射到反光片;此時，步進電WB^B2逆時針旋轉，帶動測距傳感器產生旋轉運動，使測距傳感器發射的光信號重新射到反光片，此時步進電機停止運行，并計算出新的距離，由新的距離值，可以重復上述平面幾何計算方法，得到新的A點坐標，以此類推，可以得至IjA點的軌跡坐標“(m，mi)、(n2，m2)、(Μ，
m3).........”，六點軌跡上的任意一點坐標，以(nx，mx)表示，此軌跡就是焊接噴嘴運動的軌跡，
假定移動焊接設備具有精密的焊縫跟蹤性能，此軌跡也就是焊縫的軌跡；
[0012]當移動式焊接設備焊接了一定時間后，啟動超聲波沖擊系統，跟隨移動式焊接設備的軌跡，進行焊后沖擊作業;超聲波沖擊系統的運行，也從焊接初始點開始;在超聲波沖擊系統上安裝反光片B，反光片B與測距傳感器C3、C4在同一水平面上，且為了消除干擾，反光片B與反光片A不在同一水平面上;初始時，保證測距傳感器C3、C4發出的光信號能夠射在反光片B上，測距傳感器C3、C4的信號分別由控制器K3、K4進行處理和計算，得到的距離分別為L2’ ,Li' ;控制器K4將檢測的距離U’通過無線通訊模塊Z4傳輸到無線通訊模塊Z3，并由無線通訊模塊Z3送入控制器K3，在控制器K3中，計算得到三角形“Β0304”的頂點B的坐標;控制器K3、K4每隔一定時間采樣測距傳感器的信號，計算一次B點坐標；
[0013]當超聲波沖擊系統產生移動，當控制器Κ3、Κ4采集不到測距傳感器的信號時，則說明測距傳感器發射的光信號已經不能射到反光片。此時，步進電機Β3、Β4順時針旋轉，帶動測距傳感器產生旋轉運動，使測距傳感器發射的光信號重新射到反光片，此時步進電機停止運行，并計算出新的距離，由新的距離值，重復上述平面幾何計算方法，得到新的B點坐標，以此類推，可以得至IjB點的軌跡坐標“(m’，mi，)、(n2，，m2，)、(n3，，m3，).........”，13點軌跡上的任意一點坐標，以(nx’，mx’)表示，此軌跡就是超聲波沖擊頭運動的軌跡；
[0014]控制器K2得到的A點的軌跡的離散點“(m，mi)、(n2，m2)、(n3，m3).........”均通過Zigbee無線通訊模塊Z2傳輸到控制器K3，并存儲在控制器K3中；控制器K3每得到一個新的超聲波沖擊頭運動的軌跡點丨^’^/丨后’與仏存儲器中的所有的點“丨如^^八仍^^八如，
m3).........”逐個進行比較，選擇與(nx’，mx’)歐氏距離最短的點(nx，mx)作為目標點，計算
“nx’-nx”、“mx’-mx”的大小，并且以這個大小作為偏差量，調整移動機器人本體的直流伺服電機和十字滑塊的步進電機，帶動超聲波沖擊系統向著減小偏差的方向運動。
[0015]本發明能夠實時感測超聲波沖擊系統作業末端(超聲波沖擊頭)與焊后焊縫的偏差，并實現實時糾偏，實現超聲波沖擊頭對已焊焊縫的準確沖擊，以消除焊接應力。結構簡單、自動化程度高、焊后焊縫跟蹤精度高，不受焊渣或焊接缺陷對焊后焊縫跟蹤的影響。
【附圖說明】
[0016]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0017]圖1是本發明的全自動焊后焊縫跟蹤及超聲沖擊系統結構圖。
[0018]圖2是本發明的全自動焊后焊縫跟蹤及超聲沖擊系統中