一种铝合金薄板拼焊焊缝示教式自动跟踪装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种铝合金薄板拼焊焊缝示教式自动跟踪装置，包括夹持器、彩色摄像头、焊炬和控制模块，所述的彩色摄像头通过夹持器连接焊炬，摄像头角度能够调节，拍摄焊缝位置；所述的焊炬能够在伺服机构驱动下沿焊缝往复运动；所述的控制模块能够接收外界控制指令，通过伺服机构驱动焊炬，也能够记录焊炬的轨迹并通过伺服机构驱动焊炬重复该轨迹。本发明专利技术能够降低铝合金薄板自动拼焊的操作难度，并降低焊缝跟踪设备成本。

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金薄板拼焊焊缝示教式自动跟踪装置
本专利技术属于先进制造
的先进成型与工艺技术，涉及一种电弧自动跟踪方法。
技术介绍
2mm以下大尺寸铝合金薄板拼焊技术的关键内容在于焊接专机系统和焊接工艺。焊接专机一般包括龙门式机构焊接主机、弧长控制器、全数字自动焊机、自动TIG焊接送丝机、电气控制系统、循环水冷箱、送料架和接料架、烟尘净化器等。通过采用高性能的TIG焊接电源、弧长自动调高装置以及数字式送丝机，在琴键式龙门压紧主机上，可以实现高稳定的自动焊接过程。但是，由于被焊件厚度小于2mm，薄板不开坡口，缝隙极小，为了保证将焊接变形控制在3mm以内，还必须尽量减小焊接线能量，所以不得不采用不填丝的焊接方法，从而导致焊接过程中对于拼板接缝的要求大大提高。如果在焊接过程中焊接电弧不能稳定在焊缝的正上方，则必然导致焊偏、烧穿等焊接缺陷，严重影响生产质量。所以，除了严格控制被焊件板边的直线度和平面度的加工之外，还需要进行焊接过程中的焊缝自动跟踪，以保证焊接过程的稳定进行。基于焊接过程的自身复杂性和焊接质量的要求，焊接过程控制和焊缝自动跟踪已经成为热门课题。焊缝自动跟踪方法有很多，一般有仿形靠模法、机械接触法、磁场控制法、光电法、热感法(包括等离子弧焊的小孔效应)、激光法、电弧自身调节法等。但这些方法在工厂中实际推广应用较少，尤其对航天产品，国内的装置难以满足高精度的要求。1)机械式传感焊缝自动跟踪系统机械传感器是目前为止应用时间最长、应用范围最广的一种接触式传感器。所谓接触式，就是检测元件直接与工件接触，利用跟踪滚轮或触指或机械式传感器沿焊缝坡口滚(滑)动或沿靠模滚(滑)动实现焊缝跟踪。它以导杆或导轮在焊炬前方探测焊缝位置，分为机械式和机械电子式两种。前者是靠焊缝形状或导杆的导向力来导向；后者是当焊矩与焊缝中心线发生偏差时，导杆经电子装置发出信号(它能表示偏差的大小与方向)，控制机械装置使焊矩及传感器恢复正确位置。由于是接触式跟踪，因此工件坡口的形式、加工精度、点固焊道等会对跟踪系统产生干扰，使其应用范围受到一定限制。像检测电位这样的微弱信号时，受到表面有锈、氧化铁皮或金属飞溅的影响，会出现较大的测量误差。因此随着测量技术的发展，越来越多的是采用非接触式的传感方式。2)磁感应焊缝自动跟踪系统磁感应焊缝自动跟踪系统利用磁感应传感器采集由焊缝上下左右的位置变化而引起的高频磁感应变化，通过自适应系统对焊枪位置进行自动调节，它具有体积小、规格多、性能可靠与成本低等优点，已广泛应用在飞行器壳体的纵缝及环缝焊接生产中。电磁传感器适用于对接、搭接和角焊缝，缺点是易受强大焊接电流的电磁干扰，且体积大，使用灵活性差，此外只适用于工件是铁磁性材料(不锈钢工件不适用)，一般应用于对精度要求不是很严格的场合。3)电弧特性传感自动跟踪系统电弧特性传感器，是利用电弧长度与电弧电压或电流的关系而研制成的一类传感器，电弧传感器的信号是在焊炬与工件相对位置变化时，由电弧自身电参数的变化中提取的。在焊接过程中当焊炬与工件之间的相对位置发生变化时，会引起电弧电流、电弧电压的静态及动态的变化。电参数的静态变化(如并列双丝式)及动态变化(如旋转电弧式)都可作为特征信号被提取来实现高低及水平两个方向上的跟踪控制。由于通常动态变化量比静态变化量相对更为显著，所以取动态变化量为特征信号可具有更高的跟踪控制精度。这类传感器对于焊接机头的高低可以实现较为精确的控制，但对于不开坡口的对接焊道，是难以实现对中跟踪的。4)光电传感焊缝自动跟踪系统凡是在跟踪信号的获取过程中进行了由光信号到电信号转换的传感器统称为光电式传感器，主要包括单光点式传感器、CCD视觉传感器、激光扫描式传感器、直接拍摄电弧式传感器等。按照检测的特征进行光电转化，对焊接时的焊缝进行自动跟踪，采集焊缝的高度和宽度的变化数据，利用主控计算机对数据进行处理比较并进行反馈，调整焊枪运动机构和送丝电机转速从而控制焊接过程，保证焊接时焊缝质量的稳定。光电传感器抗干扰能力强，基本不受焊缝表面状态与弧光影响，这样就可以最大可能地减少干扰因素的影响，实现真正意义的焊接自动化生产。据介绍，乌克兰的南方工厂进行火箭铝合金贮箱焊接生产中即采用了激光焊缝自动跟踪系统。但一般光电传感焊缝自动跟踪系统价格昂贵，成本很高。针对2mm以下的铝合金薄板被焊件，由于不开坡口，缝隙极小，不能利用跟踪滚轮或触指或机械式传感器沿焊缝坡口滚(滑)动或沿靠模滚(滑)动实现焊缝跟踪，不宜采用机械跟踪方案；而且焊接的铝合金薄板没有磁性，在琴键间距只有20mm的空间内，也不宜采用电磁跟踪方案。考虑到激光焊缝自动跟踪系统的高昂价格，长直铝合金焊缝的自动焊缝跟踪技术采用视觉传感器是一个较为合宜的方案。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种铝合金薄板拼焊焊缝示教式自动跟踪装置，能够降低铝合金薄板自动拼焊的操作难度，解决铝合金薄板焊接控制问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种铝合金薄板拼焊焊缝示教式自动跟踪装置，包括夹持器、彩色摄像头、焊炬和控制模块，所述的彩色摄像头通过夹持器连接焊炬，摄像头角度能够调节，拍摄焊缝位置；所述的焊炬能够在伺服机构驱动下沿焊缝往复运动；所述的控制模块能够接收外界控制指令，通过伺服机构驱动焊炬，也能够记录焊炬的轨迹并通过伺服机构驱动焊炬重复该轨迹。所述的控制模块在通过伺服机构驱动焊炬的同时接收外界控制指令，修正焊炬的移动轨迹。所述的彩色摄像头将拍摄的焊炬与焊缝的图像放大后输入控制模块。所述的控制模块包括图像采集卡、计算机、显示器和手控盒，所述的图像采集卡将彩色摄像头采集的图像传输到计算机中，在显示器上进行显示；所述的手控盒上设置若干按钮，输入焊炬的动作指令，包括控制焊炬的位置、高度，焊炬移动的方向、速度和行程，焊接开始和停止。所述的控制模块将焊缝分割为若干线段，按照每一线段的路径方程坐标控制焊炬的移动。本专利技术的有益效果是：与现有铝合金薄板拼焊焊缝跟踪技术相比，可降低焊缝跟踪设备成本50％以上。因为在机头位置设置摄像头，通过调整摄像头的俯仰，保证了图像采样的清晰可靠；通过机头坐标采样和调整，有效保证了焊缝跟踪精度。相比机械跟踪、电磁跟踪、激光跟踪等方法，操作、控制、使用简便，精度及效率得到了大大提高。本专利技术大大降低了铝合金拼焊的操作难度，降低了人员的劳动强度，解决了铝合金薄板拼焊焊接控制问题。另外，本专利技术并非采用自控系统监测焊缝并进行调节，而是通过摄像头观察焊缝后，通过人工操作进行“教学示范”，控制系统仅需记录人工操作时的焊炬行走路线，并在重复焊接路线时接收人工干预的微调，因此无需大型控制芯片，对控制设备的计算能力要求不高，成本低廉，维护便利。附图说明图1是焊缝自动跟踪机构的组成示意图；图2是焊缝自动跟踪机构的计算机控制框图；图3是本专利技术的方法流程示意图；图中，1-被焊薄板，2-摄像头，3-焊炬，4-夹持器。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术包括但不仅限于下述实施例。如图1所示，本专利技术所述的焊缝自动跟踪装置由夹持器、彩色摄像头、焊炬组成，其中，彩色摄像头与夹持器连接，摄像头角度可调；夹持器安装在焊炬上；焊炬可实现沿焊缝往复运动。焊缝自动跟踪机构的计算机控制框图如图2所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝合金薄板拼焊焊缝示教式自动跟踪装置，包括夹持器、彩色摄像头、焊炬和控制模块，其特征在于：所述的彩色摄像头通过夹持器连接焊炬，摄像头角度能够调节，拍摄焊缝位置；所述的焊炬能够在伺服机构驱动下沿焊缝往复运动；所述的控制模块能够接收外界控制指令，通过伺服机构驱动焊炬，也能够记录焊炬的轨迹并通过伺服机构驱动焊炬重复该轨迹。

【技术特征摘要】
1.一种铝合金薄板拼焊焊缝示教式自动跟踪装置，包括夹持器、彩色摄像头、焊炬和控制模块，其特征在于：所述的彩色摄像头通过夹持器连接焊炬，摄像头角度能够调节，拍摄焊缝位置；所述的焊炬能够在伺服机构驱动下沿焊缝往复运动；所述的控制模块能够接收外界控制指令，通过伺服机构驱动焊炬，也能够记录焊炬的轨迹并通过伺服机构驱动焊炬重复该轨迹。2.根据权利要求1所述的铝合金薄板拼焊焊缝示教式自动跟踪装置，其特征在于：所述的控制模块在通过伺服机构驱动焊炬的同时接收外界控制指令，修正焊炬的移动轨迹。3.根据权利要求1所述的铝合金薄板拼焊焊缝示教式自动跟踪装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵征，
申请(专利权)人：西安长峰机电研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61