厚壁结构件超窄间隙在线检测及施焊偏差同步补偿装置

摘要

本发明属于焊接技术领域，并具体公开了一种厚壁结构件超窄间隙在线检测及施焊偏差同步补偿装置，由伺服十字滑台单元、检测单元和施焊单元组成，其中检测单元由安装支撑框架、位置检测机构和高度检测机构组成，工作时伺服十字滑台单元根据检测单元采集的位置信号带动施焊单元进行施焊位置的在线补偿。本发明采用机械接触的方法检测焊缝位置，不仅具有较好的可靠性和精确度，并且成本较低便于推广使用；同时根据检测单元的数据结合差补算法控制施焊位置，从而实现焊接位置在线偏差同步补偿，提高焊接质量的同时有效提高工作效率；此外可实现1.5mm小间隙的拼焊件焊缝位置的检测，并且通过简单调试即可适用于环状厚壁拼焊件，具有广泛的应用范围。

权利要求

1.一种厚壁结构件超窄间隙在线检测及施焊偏差同步补偿装置，其特征在于，包括伺服十字滑台单元(A)、检测单元(B)和施焊单元(C)，所述伺服十字滑台单元(A)与连接座(1)的左安装面固接，用于执行水平方向和竖直方向的自由移动；

所述检测单元(B)通过调节臂(2)与所述连接座(1)的前后侧固接，并由安装支撑框架、位置检测机构和高度检测机构共同组成，其中对于所述安装支撑框架而言，它包括结构相同且前后对称布置的前立板(8)和后立板(23)，并且所述前立板(8)和所述后立板(23)分别通过转轴(6)与对应侧的所述调节臂(2)联接，支撑杆(24)与所述转轴(6)联接，该调节臂(2)可绕转轴(6)旋转；此外，所述前立板(8)和所述后立板(23)分别固接有左安装板(10)、中安装板(12)和右安装板(19)；

对于所述位置检测机构而言，它由结构相同且左右对称布置的左角度检测组件和右角度检测组件组成，其中所述左角度检测组件包括安装于所述左安装板(10)上的左角度传感器(9)，与所述左角度传感器(9)的转轴联接的左摆杆(13)和插入所述左摆杆(13)的左探针(14)，并且所述左摆杆(13)通过拉簧(21)与所述前立板(8)联接；所述右角度检测组件则包括安装于所述右安装板(19)上的右角度传感器(20)，与所述右角度传感器(20)的转轴联接的右摆杆(18)和插入所述右摆杆(18)的右探针(17)，并且所述右摆杆(18)通过拉簧(21＇)与所述后立板(23)联接；

此外，对于所述高度检测机构而言，它包括安装于所述中安装板(12)上的位移传感器(11)，与所述位移传感器(11)联接的高度探针(16)；

所述施焊单元(C)与所述连接座(1)的右安装面固接，该施焊单元(C)通过所述伺服十字滑台单元(A)的带动实现施焊位置的在线补偿。

2.如权利要求1所述的厚壁结构件超窄间隙在线检测及施焊偏差同步补偿装置，其特征在于，所述安装支撑框架还包括结构相同且前后对称布置的左调节螺钉(4)和右调节螺钉(5)，该左调节螺钉(4)和该右调节螺钉(5)穿过所述调节臂(2)与所述前立板(8)和所述后立板(23)限位接触；通过调节该左调节螺钉(4)和该右调节螺钉(5)的高度控制所述检测单元(B)的角度，适用于环形工件的焊接。

3.如权利要求1或2所述的厚壁结构件超窄间隙在线检测及施焊偏差同步补偿装置，其特征在于，所述安装支撑框架还包括加强板(7)，增加结构刚度。

4.如权利要求1所述的厚壁结构件超窄间隙在线检测及施焊偏差同步补偿装置，其特征在于，所述位移传感器(11)内置弹簧，所述高度探针(16)与前道焊缝(26)上表面接触时所述位移传感器(11)的探测杆设定预压缩量，确保所述高度探针(16)在动态测量过程中有一定的往复运动量程。

5.如权利要求1所述的厚壁结构件超窄间隙在线检测及施焊偏差同步补偿装置，其特征在于，所述左探针(14)、所述高度探针(16)和所述右探针(17)的截面为圆形并且直径相同。

说明书

厚壁结构件超窄间隙在线检测及施焊偏差同步补偿装置

技术领域

[0001] 本发明属于焊接技术领域，更具体地，涉及一种厚壁结构件超窄间隙在线检测及施焊偏差同步补偿装置。

背景技术

[0002] 随着近代工业的迅速发展，焊接技术作为现代制造业中最重要的加工和连接工艺技术之一，应用遍及机械制造、航空航天、船舶工程、建筑工程等较广泛的工业领域。其中熔化焊是焊接中常见的焊接方式，为了提高焊接质量，往往需要两种或以上熔焊工艺进行复合焊。同时为了提高焊接效率，目前主要采用将现代化熔焊设备安装到机器人等自动化设备上的方式实现自动焊接。目前激光—电弧自动化复合焊接技术可以最大程度地发挥激光和电弧两个独立热源各自的优点，并且能够有效避免两者的缺点，是一种具有较大应用前景的复合焊接工艺方式。

[0003] 然而，焊接过程中影响焊缝质量的因素较多，如果进行大壁厚工件的拼焊时，需要进行逐层堆加的多层循环焊接，拼焊两工件焊接面加工精度、平整度、前道焊接热变形、前道焊缝状态(高度和位置)、装夹位置公差等都会影响焊接接头的焊接质量。为提高焊接接头质量，传统采用预先测量拼焊两工件焊接面位置的方式，通过调整并控制焊接轨迹确保焊接质量。但是这种方法无法做到同步检测控制，对于焊接过程中某些因素无法及时检测控制，并且因为增加了一道单独检测工序，造成焊接效率较低，不利于工厂批量化生产。

[0004] 为缩短加工工艺流程，需要对焊接位置进行在线不间断检测，获得焊接位置的实时信息。例如，CN201210325926公开了一种基于红外视觉传感的窄间隙焊接监控及焊缝偏差检测方法，其中通过红外视觉系统实时检测焊缝偏差信息。然而，现有方法可能会因激光等强光对检测信号的采集造成影响而降低检测精度，并且无法根据检测结果及时进行工况调整，不能提高焊接质量。

发明内容

[0005] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种厚壁结构件超窄间隙在线检测及施焊偏差同步补偿装置，其中对其关键组成部件如检测单元和施焊单元的具体结构及其设置方式的改进研究，同时对其整体结构布局重新做出针对性设计，相应的可有效实现施焊位置在线不间断检测补偿及施焊位置同步控制，不仅能够提高焊接效率和质量，而且能够缩短加工工艺流程、降低加工成本，因而尤其适用于厚壁结构件的超窄间隙焊接的应用场合。

[0006] 为实现上述目的，本发明提出了一种厚壁结构件超窄间隙在线检测及施焊偏差同步补偿装置，其特征在于，包括伺服十字滑台单元、检测单元和施焊单元，[0007] 所述伺服十字滑台单元与连接座的左安装面固接，用于执行水平方向和竖直方向的自由移动；

[0008] 所述检测单元的调节臂与所述连接座的前后侧固接，并由安装支撑框架、位置检测机构和高度检测机构共同组成，其中对于所述安装支撑框架而言，它包括结构相同且前后对称布置的前立板和后立板，所述前立板和所述后立板分别通过转轴与对应侧的所述调节臂联接，支撑杆与所述转轴联接，该调节臂可绕转轴旋转；此外，所述前立板和所述后立板分别固接有左安装板、中安装板和右安装板；

[0009] 对于所述位置检测机构而言，它由结构相同且左右对称布置的左角度检测组件和右角度检测组件组成，所述左角度检测组件包括安装于所述左安装板上的左角度传感器，与所述左角度传感器的转轴联接的左摆杆和插入所述左摆杆的左探针，并且所述左摆杆通过拉簧与所述前立板联接；所述右角度检测组件包括安装于所述右安装板上的右角度传感器，与所述右角度传感器的转轴联接的右摆杆和插入所述右摆杆的右探针，并且所述右摆杆通过拉簧与所述后立板联接；

[0010] 此外，对于所述高度检测机构而言，它包括安装于所述中安装板上的位移传感器，与所述位移传感器联接的高度探针；

[0011] 所述施焊单元与所述连接座的右安装面固接，该施焊单元通过所述伺服十字滑台单元的带动实现施焊位置的在线补偿。

[0012] 作为进一步优选地，所述安装支撑框架还包括结构相同且前后对称布置的左调节螺钉和右调节螺钉，该左调节螺钉和该右调节螺钉穿过所述调节臂与所述前立板和所述后立板限位接触；通过调节该左调节螺钉和该右调节螺钉的高度控制所述检测单元的角度，尤其适用于环形工件的焊接。

[0013] 作为进一步优选地，所述安装支撑框架还包括加强板，增加结构刚度。

[0014] 作为进一步优选地，所述位移传感器内置弹簧，所述高度探针与前道焊缝上表面接触时所述位移传感器的探测杆设定预压缩量，确保所述高度探针在动态测量过程中有一定的往复运动量程。

[0015] 作为进一步优选地，所述左探针、所述高度探针和所述右探针的截面为圆形并且直径相同。

[0016] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

[0017] 1.本发明通过设置角度传感器和位移传感器，并采用机械接触的方法检测焊接端面左右位置和前序焊缝高度位置，不仅具有较好的可靠性和精确度，并且成本较低便于推广使用；

[0018] 2.同时本发明的检测单元一端与伺服十字滑台联接，另一端与焊接头联接，可根据检测单元的测量数据结合电控系统的差补算法控制焊接头的施焊位置，从而实现焊接位置在线偏差同步补偿，提高焊接质量的同时有效提高工作效率，不仅简化了工艺流程而且可大幅缩短加工时间；

[0019] 3.此外本发明采用小直径探针作为前端探测元件，可实现1.5mm小间隙及以上宽度的拼焊件焊缝位置的检测，并且不仅适用于板状拼焊件，通过简单调试即可适用于环状厚壁拼焊件，具有广泛的应用范围。

附图说明

[0020] 图1是按照本发明构建的厚壁结构件超窄间隙在线检测及施焊偏差同步补偿装置的整体结构示意图；

[0021] 图2是更为具体地显示了所述位置检测机构的结构示意图，其中图2a为该机构的主视图，图2b为该机构的右视图，图2c为该机构的左视图；

[0022] 图3是更为具体地显示了所述高度检测机构的结构示意图；

[0023] 图4是本发明应用在环状厚壁拼焊件时的工作示意图，其中图4a为右视图，图4b为主视图。

具体实施方式

[0024] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

[0025] 图1是按照本发明构建的厚壁结构件超窄间隙在线检测及施焊偏差同步补偿装置的整体结构示意图，如图1所示该装置包括伺服十字滑台单元A、检测单元B和施焊单元C，其特征在于，

[0026] 所述伺服十字滑台单元A与连接座1的左安装面固接，用于执行水平方向和竖直方向的自由移动；

[0027] 所述检测单元B的调节臂2与所述连接座1的前后侧固接，并由安装支撑框架、位置检测机构和高度检测机构组成，其中对于所述安装支撑框架而言，它包括结构相同且前后对称布置的前立板8和后立板23，并且所述前立板8和所述后立板23分别通过转轴6与对应侧的所述调节臂2联接，支撑杆24与所述转轴6联接，该调节臂2可绕转轴6旋转；此外，所述前立板8和所述后立板23分别固接有左安装板10、中安装板12和右安装板19；

[0028] 图2是所述位置检测机构的结构图，如图2所示，该位置检测机构包括由相同且左右对称布置的左角度检测组件和右角度检测组件组成，其中所述左角度检测组件包括安装于所述左安装板10上的左角度传感器9，通过异形槽与所述左角度传感器9的转轴联接的左摆杆13和插入所述左摆杆13下部圆槽孔中并借助顶丝联接的左探针14，并且所述左摆杆13通过拉簧21与所述前立板8联接；所述右角度检测组件包括安装于所述右安装板19上的右角度传感器20，通过异形槽与所述右角度传感器20的转轴联接的右摆杆18和插入所述右摆杆18下部圆槽孔中并借助顶丝联接的右探针17，其中所述右摆杆18通过拉簧21＇与所述后立板23联接；

[0029] 更具体地，拉簧21通过两个吊环螺钉22分别与前立板8和左摆杆13连接，拉簧21连接时设定足够预紧力控制左探针14端头接触左工件27焊接面，此时左探针14的轴线与中心线形成θ1夹角；拉簧21＇通过两个吊环螺钉22＇分别与后立板23和右摆杆18连接，拉簧21＇连接时设定足够预紧力控制右探针17端头接触右工件25焊接面；此时右探针17的轴线与中心线形成θ2夹角；

[0030] 图3是所述高度检测机构的结构示意图，如图3所示，所述高度检测机构包括与所述中安装板12固接的位移传感器11，与所述位移传感器11的探测杆通过连接头15联接的高度探针16；

[0031] 所述施焊单元C与所述连接座1的右安装面固接，该施焊单元C通过所述伺服十字滑台单元A的带动实现施焊位置的在线补偿。

[0032] 进一步地，所述安装支撑框架还包括结构相同且前后对称布置的左调节螺钉4和右调节螺钉5，该左调节螺钉4和该右调节螺钉5穿过所述调节臂2与所述前立板8和后立板23限位接触；通过调节该左调节螺钉4和该右调节螺钉5的高度控制所述检测单元B的角度，尤其适用于环形工件的焊接。

[0033] 进一步地，所述安装支撑框架还包括加强板7，增加结构刚度。

[0034] 进一步地，所述位移传感器11内置弹簧，高度探针16与前道焊缝26上表面接触时所述位移传感器11的探测杆设定预压缩量，确保所述高度探针16在动态测量过程中有一定的往复运动量程。

[0035] 进一步地，所述左探针14、所述高度探针16和所述右探针17的截面为圆形并且直径相同。

[0036] 所述位置检测机构的工作原理为：在拉簧21预紧拉力的作用下，左探针14下端头紧贴左工件27侧壁焊接面，t时左探针14绕轴旋转角度θ1可经左角度传感器9读取，左工件27侧壁距离理论中心线偏移距离设定为H1，可根据控制系统内置算法公式计算得出偏移量数值 (L1：检测点到左角度传感器9轴心距离； 左探针直
径)；同理，可以得出右工件25侧壁距离理论中心线偏移数值H2，
(L2：检测点到右角度传感器20轴心距离； 右探针直径)；在此检测点实际焊缝宽度距离为H＝H1+H2；控制系统在此点t时采集位置信号H1和H2，并根据系统内置插补算法，待所述焊接单元C移动到此点施焊时，控制所述伺服十字滑台单元A沿X轴方向(即水平方向)移动，带动所述焊接单元C移动并进行水平方向的位置补偿，实现焊接头在左右工件居中位置焊接。

[0037] 所述高度检测单元的工作原理为：高度探针16预设一定压缩量后理论读数K，在t时高度探针16测量前道焊缝26高度值为K1，差值K′＝K-K1，控制系统在此点t时采集位置信号K1，并根据系统内置插补算法，待所述焊接单元C移动到此点施焊时，控制所述伺服十字滑台单元A沿Z轴方向(即竖直方向)移动，带动所述焊接单元C移动并进行上下位置补偿，控制所述焊接头在最佳高度位置焊接。

[0038] 当焊接件为环形厚壁件时，本发明提供的厚壁结构件超窄间隙在线检测及施焊偏差同步补偿装置的工作原理如图4所示，所需焊接工件，左环形工件28、右环形工件29均为半径为R，壁厚为F的圆形厚壁件，焊接过程中左环形工件28、右环形工件29绕轴O1-O2轴顺时针旋转；为保证施焊点P与检测位置到左环形工件28、右环形工件29圆心O等距离，此时需要向下旋转左调节螺钉4、向上旋转右调节螺钉5，检测机构绕转轴6旋转β角度、调节臂2向下移动，直至高度探针16端头与施焊点P距离左环形工件28、右环形工件29圆心O距离均为R后，锁紧依靠螺母锁紧左调节螺钉4、右调节螺钉5完成环形工件检测机构位置调节；位置和高度检测补偿原理如上所述。

[0039] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。