焊缝智能跟踪系统技术方案

本发明专利技术公开了一种“四点定位法”的焊缝智能跟踪系统，由移动式焊接设备、超声波冲击系统、步进电机、控制器、Zibee无线通讯模块、反光片、测距传感器组成。能够实时感测超声波冲击系统作业末端与焊后焊缝的偏差，并实现实时纠偏，实现超声波冲击头对已焊焊缝的准确冲击，以消除焊接应力。本发明专利技术结构简单、自动化程度高、焊后焊缝跟踪精度高。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请号：201410670000.2、申请日：2014.11.20、名称“全自动焊后焊缝跟踪及超声冲击系统”的分案申请。
本专利技术涉及一种焊后焊缝跟踪及超声冲击系统。
技术介绍
在大型结构件焊接、薄板焊接、异种金属焊接、高温合金焊接，以及在高精度特种设备焊接等领域，焊接变形需得到有效控制，否则会对焊接件尺寸和外形有影响，而且会降低结构的承载能力。焊接应力是焊接变形的主要原因。消除焊接应力，控制焊接变形的方法很多，目前在工程中较为常用的几种焊后处理方法有超声冲击、焊趾打磨、喷丸、锤击、TIG熔修、应用低相变点焊条法等。随焊或焊后冲击、锤击、碾压是一种减小焊接应力、防止焊接变形的有效途径。其中超声冲击技术是一种新颖的有效的消除部件表面或焊缝区有害残余拉应力、引进有益压应力的方法，相比其它方法其优点突出。国内仅在专利“恒速扫描定位式焊后焊缝跟踪及残余应力消除系统(CN201210401736)、“焊缝应力消除移动机器人跟踪系统(CN201310341420)、“焊后焊缝高精度跟踪及残余应力消除系统(CN201310341500)”中设计了相关全自动焊后焊缝跟踪及应力消除系统。国内外虽已研制出以移动小车为载体的随焊(焊后)应力消除设备，但都不能处理焊缝较长或者焊缝弯曲的情况，即不具备长焊缝、弯曲焊缝自动跟踪功能。所以要使随焊/焊后应力消除设备能够自动实施作业，没有遗漏的处理所有焊后焊缝，需具备焊后焊缝跟踪功能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构合理，焊后焊缝跟踪精度高，不受焊渣或焊接缺陷对焊后焊缝跟踪影响的全自动焊后焊缝跟踪及超声冲击系统。本专利技术的技术解决方案是：一种全自动焊后焊缝跟踪及超声冲击系统，其特征是：包括移动式焊接设备、超声波冲击系统，在移动式焊接设备、超声波冲击系统上分别固定有反光片A、反光片B，反光片A、反光片B用于反射式测距传感器实现距离测量；固定在移动式焊接设备上的反光片A与移动式焊接设备同步运动，固定在超声波冲击系统上的反光片B与超声波冲击系统同步运动；移动式焊接设备、超声波冲击系统上的反光片通过安装在不同高度来避免相互干扰，并采用不同调制频率的激光或红外光来避免干扰；歩进电机固定安装在焊缝以外区域，四个步进电机B1、B2、B3、B4对称分布组成平面长方形或正方形，并保证焊缝在四个步进电机所围成的长方形或正方形内；以步进电机B1和步进电机B4轴心连线为Y轴，以步进电机B1和步进电机B4距离中点为原点O(0,0)，建立平面X‐Y直角坐标系；每个步进电机均安装有测距传感器，测距传感器与电机轴固定连接，同轴旋转；四个测距传感器C1、C2、C3、C4与步进电机轴心线交点坐标分别为O1(X1、Y1)、O2(X2、Y2)、O3(X3、Y3)、O4(X4、Y4)；四台步进电机中，两台用于确定焊接喷嘴的移动轨迹，另外两台用于获取超声波冲击头的移动轨迹，将两轨迹进行比较，即可得到超声波冲击头偏离已焊焊缝的距离和方向，从而通过控制系统实现纠偏，保证应力消除装置作业末端始终对准焊缝作业；控制器K1、K2、K3、K4分别为步进电机B1、B2、B3、B4的细分控制器，步进电机的线速度大于移动式焊接设备、超声波冲击系统的速度；无线通讯模块Z1、Z2、Z3、Z4分别由控制器K1、K2、K3、K4控制，无线通讯模块采用Zigbee无线通讯模块。超声波冲击系统采用轮式移动机器人作为本体，通过两轮差动实现机器人位置粗定位，采用十字滑块作为超声波冲击头定位驱动机构，实现超声波冲击头的精密定位。测距传感器采用激光传感器或红外传感器。移动式焊接设备由焊接初始点开始焊接，当移动式焊接设备在焊接初始点时，在移动焊接设备上安装反光片A，反光片A与测距传感器C1、C2在同一水平面上，且为避免焊接过程中的弧光等干扰，测距传感器C1、C2和反光片A安装高度高于焊接喷嘴；移动式焊接设备在焊接初始点时，保证测距传感器C1、C2发出的光信号能够射在反光片A上，测距传感器C1、C2的信号分别由控制器K1、K2进行处理和计算，得到的距离分别为L1、L2；控制器K1将检测的距离L1通过无线通讯模块Z1传输到无线通讯模块Z2，并由无线通讯模块Z2送入控制器K2，得到三角形“AO1O2”的顶点A的坐标；控制器K1、K2每隔一定时间采样测距传感器的信号，计算一次A点坐标；当移动式焊接设备开始焊接时，移动焊接设备产生移动，当控制器K1、K2采集不到测距传感器的信号时，则说明测距传感器发射的光信号已经不能射到反光片；此时，步进电机B1、B2逆时针旋转，带动测距传感器产生旋转运动，使测距传感器发射的光信号重新射到反光片，此时步进电机停止运行，并计算出新的距离，由新的距离值，可以重复上述平面几何计算方法，得到新的A点坐标，以此类推，可以得到A点的轨迹坐标“(n1，m1)、(n2，m2)、(n3，m3)………”，A点轨迹上的任意一点坐标，以(nx，mx)表示，此轨迹就是焊接喷嘴运动的轨迹，假定移动焊接设备具有精密的焊缝跟踪性能，此轨迹也就是焊缝的轨迹；当移动式焊接设备焊接了一定时间后，启动超声波冲击系统，跟随移动式焊接设备的轨迹，进行焊后冲击作业；超声波冲击系统的运行，也从焊接初始点开始；在超声波冲击系统上安装反光片B，反光片B与测距传感器C3、C4在同一水平面上，且为了消除干扰，反光片B与反光片A不在同一水平面上；初始时，保证测距传感器C3、C4发出的光信号能够射在反光片B上，测距传感器C3、C4的信号分别由控制器K3、K4进行处理和计算，得到的距离分别为L2’、L1’；控制器K4将检测的距离L1’通过无线通讯模块Z4传输到无线通讯模块Z3，并由无线通讯模块Z3送入控制器K3，在控制器K3中，计算得到三角形“BO3O4”的顶点B的坐标；控制器K3、K4每隔一定时间采样测距传感器的信号，计算一次B点坐标；当超声波冲击系统产生移动，当控制器K3、K4采集不到测距传感器的信号时，则说明测距传感器发射的光信号已经不能射到反光片。此时，步进电机B3、B4顺时针旋转，带动测距传感器产生旋转运动，使测距传感器发射的光信号重新射到反光片，此时步进电机停止运行，并计算出新的距离，由新的距离值，重复上述平面几何计算方法，得到新的B点坐标，以此类推，可以得到B点的轨迹坐标“(n1’，m1’)、(n2’，m2’)、(n3’，m3’)………”，B点轨迹上的任意一点坐标，以(nx’，mx’)表示，此轨迹就是超声波冲击头运动的轨迹；控制器K2得到的A点的轨迹的离散点“(n1，m1)、(n2，m2)、(n3，m3)………”均通过Zigbee无线通讯模块Z2传输到控制器K3，并存储在控制器K3中；控制器K3每得到一个新的超声波冲击头运动的轨迹点(nx’，mx’)后，与K3存储器中的所有的点“(n1，m1)、(n2，m2)、(n3，m3)………”逐个进行比较，选择与(nx’，mx’)欧氏距离最短的点(nx，mx)作为目标点，计算“nx’-nx”、“mx’-mx”的大小，并且以这个大小作为偏差量，调整移动机器人本体的直流伺服电机和十字滑块的步进电机，带本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种“四点定位法”的焊缝智能跟踪系统，其特征是：包括移动式焊接设备、超声波冲击系统，在移动式焊接设备、超声波冲击系统上分别固定有反光片A、反光片B，反光片A、反光片B用于反射式测距传感器实现距离测量；固定在移动式焊接设备上的反光片A与移动式焊接设备同步运动，固定在超声波冲击系统上的反光片B与超声波冲击系统同步运动；移动式焊接设备、超声波冲击系统上的反光片通过安装在不同高度来避免相互干扰，并采用不同调制频率的激光或红外光来避免干扰；歩进电机固定安装在焊缝以外区域，四个步进电机B1、B2、B3、B4对称分布组成平面长方形或正方形，并保证焊缝在四个步进电机所围成的长方形或正方形内；以步进电机B1和步进电机B4轴心连线为Y轴，以步进电机B1和步进电机B4距离中点为原点O(0,0)，建立平面X‑Y直角坐标系；每个步进电机均安装有测距传感器，测距传感器与电机轴固定连接，同轴旋转；四个测距传感器C1、C2、C3、C4与步进电机轴心线交点坐标分别为O1(X1、Y1)、O2(X2、Y2)、O3(X3、Y3)、O4(X4、Y4)；四台步进电机中，两台用于确定焊接喷嘴的移动轨迹，另外两台用于获取超声波冲击头的移动轨迹，将两轨迹进行比较，即可得到超声波冲击头偏离已焊焊缝的距离和方向，从而通过控制系统实现纠偏，保证应力消除装置作业末端始终对准焊缝作业；控制器K1、K2、K3、K4分别为步进电机B1、B2、B3、B4的细分控制器，步进电机的线速度大于移动式焊接设备、超声波冲击系统的速度；无线通讯模块Z1、Z2、Z3、Z4分别由控制器K1、K2、K3、K4控制；移动式焊接设备由焊接初始点开始焊接，当移动式焊接设备在焊接初始点时，在移动焊接设备上安装反光片A，反光片A与测距传感器C1、C2在同一水平面上，且为避免焊接过程中的弧光等干扰，测距传感器C1、C2和反光片A安装高度高于焊接喷嘴；移动式焊接设备在焊接初始点时，保证测距传感器C1、C2发出的光信号能够射在反光片A上，测距传感器C1、C2的信号分别由控制器K1、K2进行处理和计算，得到的距离分别为L1、L2；控制器K1将检测的距离L1通过无线通讯模块Z1传输到无线通讯模块Z2，并由无线通讯模块Z2送入控制器K2，得到三角形“A O1O2”的顶点A的坐标；控制器K1、K2每隔一定时间采样测距传感器的信号，计算一次A点坐标；当移动式焊接设备开始焊接时，移动焊接设备产生移动，当控制器K1、K2采集不到测距传感器的信号时，则说明测距传感器发射的光信号已经不能射到反光片；此时，步进电机B1、B2逆时针旋转，带动测距传感器产生旋转运动，使测距传感器发射的光信号重新射到反光片，此时步进电机停止运行，并计算出新的距离，由新的距离值，可以重复上述平面几何计算方法，得到新的A点坐标，以此类推，可以得到A点的轨迹坐标“(n1，m1)、(n2，m2)、(n3，m3)………”，A点轨迹上的任意一点坐标，以(nx，mx)表示，此轨迹就是焊接喷嘴运动的轨迹，假定移动焊接设备具有精密的焊缝跟踪性能，此轨迹也就是焊缝的轨迹；当移动式焊接设备焊接了一定时间后，启动超声波冲击系统，跟随移动式焊接设备的轨迹，进行焊后冲击作业；超声波冲击系统的运行，也从焊接初始点开始；在超声波冲击系统上安装反光片B，反光片B与测距传感器C3、C4在同一水平面上，且为了消除干扰，反光片B与反光片A不在同一水平面上；初始时，保证测距传感器C3、C4发出的光信号能够射在反光片B上，测距传感器C3、C4的信号分别由控制器K3、K4进行处理和计算，得到的距离分别为L2’、L1’；控制器K4将检测的距离L1’通过无线通讯模块Z4传输到无线通讯模块Z3，并由无线通讯模块Z3送入控制器K3，在控制器K3中，计算得到三角形“BO3O4”的顶点B的坐标；控制器K3、K4每隔一定时间采样测距传感器的信号，计算一次B点坐标；当超声波冲击系统产生移动，当控制器K3、K4采集不到测距传感器的信号时，则说明测距传感器发射的光信号已经不能射到反光片；此时，步进电机B3、B4顺时针旋转，带动测距传感器产生旋转运动，使测距传感器发射的光信号重新射到反光片，此时步进电机停止运行，并计算出新的距离，由新的距离值，重复上述平面几何计算方法，得到新的B点坐标，以此类推，可以得到B点的轨迹坐标“(n1’，m1’)、(n2’，m2’)、(n3’，m3’)………”，B点轨迹上的任意一点坐标，以(nx’，mx’)表示，此轨迹就是超声波冲击头运动的轨迹；控制器K2得到的A点的轨迹的离散点“(n1，m1)、(n2，m2)、(n3，m3)………”均通过Zigbee无线通讯模块Z2传输到控制器K3，并存储在控制器K3中；控制器K3每得到一个新的超声波冲击头运动的轨迹点(nx’，mx’)后，与K3存储器中的所有的点“(n1...

【技术特征摘要】
1.一种“四点定位法”的焊缝智能跟踪系统，其特征是：包括
移动式焊接设备、超声波冲击系统，在移动式焊接设备、超声波冲击
系统上分别固定有反光片A、反光片B，反光片A、反光片B用于反
射式测距传感器实现距离测量；固定在移动式焊接设备上的反光片A
与移动式焊接设备同步运动，固定在超声波冲击系统上的反光片B
与超声波冲击系统同步运动；移动式焊接设备、超声波冲击系统上的
反光片通过安装在不同高度来避免相互干扰，并采用不同调制频率的
激光或红外光来避免干扰；歩进电机固定安装在焊缝以外区域，四个
步进电机B1、B2、B3、B4对称分布组成平面长方形或正方形，并保证
焊缝在四个步进电机所围成的长方形或正方形内；以步进电机B1和
步进电机B4轴心连线为Y轴，以步进电机B1和步进电机B4距离中
点为原点O(0,0)，建立平面X-Y直角坐标系；每个步进电机均安装
有测距传感器，测距传感器与电机轴固定连接，同轴旋转；四个测距
传感器C1、C2、C3、C4与步进电机轴心线交点坐标分别为O1(X1、Y1)、
O2(X2、Y2)、O3(X3、Y3)、O4(X4、Y4)；四台步进电机中，两台
用于确定焊接喷嘴的移动轨迹，另外两台用于获取超声波冲击头的移
动轨迹，将两轨迹进行比较，即可得到超声波冲击头偏离已焊焊缝的
距离和方向，从而通过控制系统实现纠偏，保证应力消除装置作业末
端始终对准焊缝作业；控制器K1、K2、K3、K4分别为步进电机B1、B2、
B3、B4的细分控制器，步进电机的线速度大于移动式焊接设备、超声
波冲击系统的速度；无线通讯模块Z1、Z2、Z3、Z4分别由控制器K1、

\tK2、K3、K4控制；
移动式焊接设备由焊接初始点开始焊接，当移动式焊接设备在焊
接初始点时，在移动焊接设备上安装反光片A，反光片A与测距传感
器C1、C2在同一水平面上，且为避免焊接过程中的弧光等干扰，测距
传感器C1、C2和反光片A安装高度高于焊接喷嘴；移动式焊接设备
在焊接初始点时，保证测距传感器C1、C2发出的光信号能够射在反光
片A上，测距传感器C1、C2的信号分别由控制器K1、K2进行处理和
计算，得到的距离分别为L1、L2；控制器K1将检测的距离L1通过无线
通讯模块Z1传输到无线通讯模块Z2，并由无线通讯模块Z2送入控制
器K2，得到三角形“AO1O2”的顶点A的坐标；控制器K1、K2每隔
一定时间采样测距传感器的信号，计算一次A点坐标；
当移动式焊接设备开始焊接时，移动焊接设备产生移动，当控制
器K1、K2采集不到测距传感器的信号时，则说明测距传感器发射的
光信号已经不能射到反光片；此时，步进电机B1、B2逆时针旋转，带
动测距传感器产生旋转运动，使测距传感器发射的光信号重新射到反
光片，此时步进电机停止运行，并计算出新的距离，由新的距离值，
可以重复上述平面几何计算方法，得到新的A点坐标，以此类推，可
以得到A点的轨迹坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：华亮，顾菊平，唐子峻，罗来武，张新松，张晴，蒋凌，华俊豪，姜晓栋，李建国，倪海雪，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32