本发明专利技术公开了一种具有焊缝跟踪功能的磁致应变焊接摆动器，它属于一种焊接机器人自动控制装置，主要是用来解决现有焊接摆动器结构复杂、机械磨损大、响应频率低、跟踪不稳定、实时性和可控性差等技术难题。其技术方案要点是：它包括霍尔传感器、焊缝跟踪控制器、励磁电源和磁致应变焊接摆动机构，焊接过程中焊缝跟踪控制器根据霍尔传感器采集的电弧的电流信号，通过控制励磁电源进一步形成磁场，磁致应变焊接摆动机构在磁场的作用下，通过自动调整摆动频率与摆动幅度，结合十字滑架的运动对焊缝跟踪实时校正，完成焊缝的自动跟踪。它主要应用于焊接自动化领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种焊接机器人自动控制装置，属于焊接自动化领域，特别是一种具有焊缝跟踪功能的磁致应变焊接摆动器。
技术介绍
当前，随着焊接自动化的高速发展，为了保证焊接质量和提高焊接效率，进一步改善焊接环境，焊接摆动器在焊接机器人领域的应用越来越广泛，特别是具有焊缝跟踪功能的焊接摆动器进一步推进焊接朝着智能化方向发展，然而，目前焊接生产车间所使用的焊接摆动器，不仅结构复杂、机械磨损大、响应频率低、使用寿命短，而且跟踪不稳定、实时性和可控性差等，使得焊接自动化的发展停滞不前；另一方面，随着形状记忆合金在温度和磁控方面的研究表明，形状记忆合金具有形变率大(现有研究的最大磁致形变率达到16％)、抗疲劳次数可达到500万次以上、无振动噪音和无污染、对环境的适应能力强、机械性能优良的特点。本专利技术结合形状记忆合金的优良特点，涉及发明了一种具有焊缝跟踪功能的磁致应变焊接摆动器。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有焊接机器人存在的不足，进一步提高焊接效率和保证焊接质量，推动焊接朝着智能化方向发展，针对当前焊接摆动器结构复杂、机械磨损大、响应频率低、使用寿命短、跟踪不稳定、实时性和可控性差等技术难题，现提出了一种具有焊缝跟踪功能的磁致应变焊接摆动器。其主要内容是：它包括霍尔传感器、焊缝跟踪控制器、励磁电源和磁致应变焊接摆动机构，如图1所示，焊接过程中焊缝跟踪控制器根据霍尔传感器采集的电弧的电流信号，通过控制励磁电源进一步形成磁场，磁致应变焊接摆动机构在磁场的作用下，通过自动调整摆动频率与摆动幅度，结合十字滑架的运动对焊缝跟踪实时校正，完成焊缝的自动跟踪。所述的磁致应变焊接摆动机构它包括散热器(1)、隔热罩(2)、一号U型磁芯(3)、二号U型磁芯(4)、横向励磁线圈(5)、纵向励磁线圈(6)、磁极(7)、固定阀(8)、磁控形状记忆合金导杆(9)、实时温度监测器(10)、非铁磁性推杆(11)、一号夹枪阀(12)、二号夹枪阀(13)、转动副(14)，如图2，磁致应变焊接摆动机构与十字滑架固连随动；励磁线圈安装在U型磁芯两侧，磁极(7)安装在U型磁芯两端；磁控形状记忆合金导杆(9)右端通过固定阀(8)安装在一号U型磁芯(3)右边磁极(7)处，磁控形状记忆合金导杆(9)左端与非铁磁性推杆(11)右端固连随动，非铁磁性推杆(11)左端与一号夹枪阀(12)固连，二号夹枪阀(13)安装在转动副(14)末端，焊炬(15)通过一号夹枪阀(12)和二号夹枪阀(13)固定；散热器(1)安装在隔热罩(2)的顶端；实时温度检测器(10)安装在磁控形状记忆合金导杆(9)的下端。所述的具有焊缝跟踪功能的磁致应变焊接摆动器其磁致应变产生机理是：磁控形状记忆合金导杆(9)在纵向磁场作用下，分布在晶格上的原子受到邻近原子对其的静电结晶场作用，使得原子失去了在空间位置各个方向的对称性，电子偏离原有轨道使得电子云的分布呈现各向异性的状态，在电子自旋矩与轨道矩的耦合作用下，电子产生自旋间各向异性能，当合金的磁畴磁化矢量方向转向磁场强度方向时产生晶格畸变，形成宏观应变，也即磁控形状记忆合金导杆(9)在磁场作用下产生磁致应变。若用Uk表示各向异性能，Et表示孪晶界面迁移激活能，W表示形状记忆合金作为驱动器件使用时所做的功，满足Uk>Et+W。所述的具有焊缝跟踪功能的磁致应变焊接摆动机构其工作原理是：励磁电源通过产生激磁电流在磁极(7)两端形成磁场，磁控形状记忆合金导杆(9)在纵向磁场作用下产生磁致应变，磁控形状记忆合金导杆(9)向左端伸长，非铁磁性推杆(11)向左产生位移，驱动焊炬(15)绕着转动副(14)向右摆动，把纵向磁场撤去，磁控形状记忆合金导杆(9)在横向磁场的作用下消去磁滞而恢复原形向右缩短，其回复力带动非铁磁性推杆(11)向右产生位移，驱动焊炬(15)绕着转动副(14)向左摆动。焊接过程中，如图3，霍尔传感器采集的电弧的电流信号经滤波与放大处理后送到焊缝跟踪控制器，焊缝跟踪控制器对其进行处理与运算，将此采集的电流信号与给定的电流信号进行对比，判断焊炬相对焊缝是否存在偏差；当焊炬相对焊缝存在左右方向的偏差时，增大焊接电流，同时通过控制励磁电源增大纵向激磁电流，使磁致应变焊接摆动机构的摆动幅度增大，焊缝熔敷宽度增大，保证焊缝熔深，十字滑架同步运动进行左右调节使焊炬处于对中状态；当焊炬相对焊缝偏高时，增大焊接电流，同时通过控制励磁电源增大纵向激磁电流的频率，使磁致应变焊接摆动机构的摆动频率增大，使焊缝熔敷填满，保证焊缝余高，十字滑架同步运动降低焊炬相对焊缝的高度；当焊炬相对焊缝偏低时，减小焊接电流，同时通过控制励磁电源减小纵向激磁电流的频率，使磁致应变焊接摆动机构的摆动频率减小，使焊缝不堆积多余熔敷金属，避免焊缝余高过高，十字滑架同步运动调节焊炬处于给定的焊接高度。焊缝跟踪控制器根据实时温度检测器反馈的温度参数，调节散热器来控制隔热罩内部温度，保证磁控形状记忆合金导杆在室温附近(马氏体相变温度附近)工作。本专利技术的有益效果是：第一、本专利技术的磁致应变焊接摆动机构，通过励磁电源的激磁电流形成磁场，利用磁控形状记忆合金在纵向磁场中的磁致伸缩作为摆动的驱动力，通过控制输出参数自动调整摆动频率与摆动幅度，其充分利用了形状记忆合金具有形变率大、疲劳寿命可达到500万次以上、机械性能优良的特点，相比其他类型的焊接摆动机构结构简单、机械磨损小、响应频率高，使用寿命长。第二、本专利技术利用电弧传感和闭环控制的焊缝跟踪方法，对焊缝偏差进行实时校正，解决了焊接生产过程中跟踪不稳定、实时性和可控性差等技术难题问题，有利于焊接朝着自动化方向发展，不仅提高了焊接效率和保证了焊接质量，而且保证了焊缝跟踪的精度与稳定性。第三、本专利技术通过实时温度监测器实时监测隔热罩内部温度，结合散热器控制磁控形状记忆合金在室温附近(马氏体相变温度附近)工作，增强了焊接的适应性。附图说明图1是本专利技术的结构框图。图2是磁致应变焊接摆动机构的结构框图。图3是本专利技术的系统控制框图。图中：1-散热风扇，2-隔热罩，3-一号U型磁芯，4-二号U型磁芯，5-横向励磁线圈，6-纵向励磁线圈，7-磁极，8-固定阀，9-磁控形状记忆合金导杆，10-实时温度监测器，11-非铁磁性推杆，12-一号夹枪阀，13-二号夹枪阀，14-转动副，15-焊炬，16-焊丝。具体实施方案...
【技术保护点】
本专利技术公开了一种具有焊缝跟踪功能的磁致应变焊接摆动器，它包括霍尔传感器、焊缝跟踪控制器、励磁电源和磁致应变焊接摆动机构，其特征是：焊接过程中焊缝跟踪控制器根据霍尔传感器采集的电弧的电流信号，通过控制励磁电源进一步形成磁场，磁致应变焊接摆动机构在磁场的作用下，通过自动调整摆动频率与摆动幅度，结合十字滑架的运动对焊缝跟踪实时校正，完成焊缝的自动跟踪。
【技术特征摘要】
1.本发明公开了一种具有焊缝跟踪功能的磁致应变焊接摆动器，它包括霍尔传感器、焊缝跟踪控制器、励磁电源和磁致应变焊接摆动机构，其特征是：焊接过程中焊缝跟踪控制器根据霍尔传感器采集的电弧的电流信号，通过控制励磁电源进一步形成磁场，磁致应变焊接摆动机构在磁场的作用下，通过自动调整摆动频率与摆动幅度，结合十字滑架的运动对焊缝跟踪实时校正，完成焊缝的自动跟踪。
2.根据权利要求1所述的具有焊缝跟踪功能的磁致应变焊接摆动器，其特征是：所述的磁致应变焊接摆动机构它包括散热器、隔热罩、一号U型磁芯、二号U型磁芯、横向励磁线圈、纵向励磁线圈、磁极、固定阀、磁控形状记忆合金导杆、实时温度监测器、非铁磁性推杆、一号夹枪阀、二号夹枪阀、转动副，磁致应变焊接摆动机构与十字滑架固连随动；励磁线圈安装在U型磁芯两侧，磁极安装在U型磁芯两端，励磁电源通过产生激磁电流在磁极两端形成磁场；磁控形状记忆合金导杆右端通过固定阀安装在一号U型磁芯右边磁极处，磁控形状记忆合金导杆左端与非铁磁性推杆右端固连随动，非铁磁性推杆左端与一号夹枪阀固连，二号夹枪阀安装在转动副末端，焊炬通过一号夹枪阀和二号夹枪阀固定，磁控形状记忆合金导杆在纵向磁场作用下产生磁致应变，磁控形状记忆合金导杆向左端伸长，非铁磁性推杆向左产生位移，驱动焊炬绕着转动副向右摆动，把纵向磁场撤去，磁控形状记忆合金导杆在横向磁场的作用下消去磁滞而恢复原形向右缩短，其回复力带动非铁磁性推杆向右...
【专利技术属性】
技术研发人员：洪波，钟勇，杨鹏昊，唐明，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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