本发明专利技术涉及T/K/Y导管架焊接领域，具体涉及一种基于T/K/Y导管架的线激光焊缝跟踪与质量熔透控制的焊接装置，包括焊枪，所述焊枪的前侧设置有由XZ轴运动控制模块驱动的焊缝跟踪模块，位于焊缝跟踪模块的前侧下部安装有焊枪姿态反馈控制模块及电磁感应预热模块，位于焊缝跟踪模块的旁侧设置有气体检测模块，所述焊枪的后侧还连接有质量熔透控制模块，位于质量熔透控制模块与焊枪之间还设置有应力释放模块。该传感器有效解决了导管架T/K/Y节点焊缝跟踪激光视觉传感器反馈信息单一、灵活性差、焊后应力释放复杂、质量熔透控制难等问题。焊后应力释放复杂、质量熔透控制难等问题。焊后应力释放复杂、质量熔透控制难等问题。
【技术实现步骤摘要】
基于T/K/Y导管架的线激光焊缝跟踪与质量熔透控制的焊接装置
[0001]本专利技术涉及T/K/Y导管架焊接领域，具体涉及一种基于T/K/Y导管架的线激光焊缝跟踪与质量熔透控制的焊接装置。
技术介绍
[0002]随着海上风电行业发展迅速，人们对导管架T/K/Y节点的焊接效率提出了更高的要求。然而导管架管材直径大、管壁厚，需多层多道焊接。传统的人工焊接严重依赖于焊工技术，且焊接环境恶劣，焊接质量的一致性及效率无法得到保障。焊缝跟踪是提高焊接自动化水平的重要策略，跟踪的准确性与传感器获取的焊接环境信息密切相关，以视觉传感器应用最广。为了解决传感器获取信息的准确性，保证较好的采集图像质量，简化焊缝图像处理算法，提高焊接质量，需要对传感器结构进行设计。但一般的视觉焊缝跟踪传感器仅能获取视觉信息，反馈的信息量单一，无法同时完成质量熔透控制，且传感器的安装距离由人工测量，无法自适应调整，存在人为安装误差；现有质量熔透控制传感器功能单一，当焊接未达到熔透状态时，一般停机报错，需要人工干预，无法实时在线调节焊接参数；此外，由于焊接参数调节后熔池的热输入惯性引起的控制延迟现象没有可行的解决方案，无法保证整条焊缝处于良好的熔透状态。最后，现有传感器一般无焊后应力释放的功能，而现有工序的焊后应力释放工序复杂，无法满足导管架T/K/Y节点复杂的焊接过程。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于T/K/Y导管架的线激光焊缝跟踪与质量熔透控制的焊接装置，该焊接装置有效解决了导管架T/K/Y节点焊缝跟踪激光视觉传感器反馈信息单一、灵活性差、焊后应力释放复杂、质量熔透控制难等问题。
[0004]本专利技术的技术方案在于：一种基于T/K/Y导管架的线激光焊缝跟踪与质量熔透控制的焊接装置，包括焊枪，所述焊枪的前侧设置有由XZ轴运动控制模块驱动的焊缝跟踪模块，位于焊缝跟踪模块的前侧下部安装有焊枪姿态反馈控制模块及电磁感应预热模块，位于焊缝跟踪模块的旁侧设置有气体检测模块，所述焊枪的后侧还连接有质量熔透控制模块，位于质量熔透控制模块与焊枪之间还设置有应力释放模块。
[0005]进一步地，所述焊缝跟踪模块包括前外壳，所述前外壳内安装有镜头朝下的CCD相机和激光器固定支架，所述激光器固定支架上经调节旋钮安装有激光发射器；所述前外壳的下部设置有防护玻璃。
[0006]进一步地，所述XZ轴运动控制模块包括横向设置的X轴螺母丝杠，所述X轴螺母丝杠的螺母座上安装有Z轴螺母丝杆，所述Z轴螺母丝杆的螺母座与前外壳固定连接，所述前外壳的后侧设置有容纳仓，所述容纳仓内设置有耐高温测距传感器和力学传感器。
[0007]进一步地，所述焊枪姿态反馈控制模块包括安装于前外壳前侧下部并有驱动电机驱动旋转的齿轮，所述齿轮上连接有超声波传感器。
[0008]进一步地，所述电磁感应预热模块包括安装于前外壳前侧下部的倒U型罩壳，所述倒U型罩壳内安装有电磁感应加热元件。
[0009]进一步地，所述气体检测模块包括设置于容纳仓内的气体传感器。
[0010]进一步地，所述质量熔透控制模块包括连接于焊枪后方的后外壳，所述后外壳内经隔板分隔为位于前侧的第一腔室和位于后侧的第二腔室，所述第一腔室内安装有红外相机，所述第二腔室内安装有激光焊接头并配置有焊接参数调节电路板。
[0011]进一步地，所述后外壳经连接角码与焊枪的连接块相连接，所述第一腔室内设置有燕尾片，所述红外相机经燕尾片调节旋钮与后外壳相连接；所述第一腔室的下侧部设置有防护玻璃。
[0012]进一步地，所述应力释放模块包括与固定在焊枪上的连接块相连接的固定片，所述固定片的下侧安装有三爪卡盘，所述三爪卡盘的下侧经弹簧连接有由驱动机构驱动升降并位于焊枪尾部的敲击锤。
[0013]进一步地，所述敲击锤上固定有伸入弹簧的固定柱；所述驱动机构包括经螺纹与敲击锤相连接的连接杆，所述连接杆的另一端竖向固定有齿条，由步进电机驱动的齿轮与齿条相啮合。
[0014]与现有技术相比较，本专利技术具有以下优点：（1）该焊接装置集焊前预热、焊接过程跟踪、焊接质量熔透控制、气体安全监测、焊后应力释放等功能于一体，有效的解决了导管架T/K/Y节点焊缝跟踪激光视觉传感器反馈信息单一、灵活性差、焊后应力释放复杂、质量熔透控制难等问题。此传感器具有较好的通用性，便于调节与安装，有广阔的市场及应用前景。
[0015]（2）该焊接装置有效解决了由于焊接参数调节后熔池的热输入存在惯性引起的熔透控制延迟问题，能对未达到熔透状态的焊接部分进行激光重熔处理，保证整条焊缝的熔透状态。
[0016]（3）该焊接装置能确保成像质量，简化了图像处理难度，建立了上位机监控系统与执行机构的通信联系，跟踪结果具有可视化的功能，缩短了计算机处理时间，提高了系统实时性。此外，无需焊前对焊枪运动程序人工编辑，通过实时识别焊缝轨迹，自动控制焊枪运动，去除人工示教，增加焊接装置的灵活性，提高焊接效率。（4）该焊接装置利用焊缝跟踪信息形成的电磁感应预热闭环控制系统，具有边加热边跟踪的优点，大大缩短了焊前人工预热时间，进一步提高了焊接生产效率和质量。
[0017]（5）该焊接装置可实时在线监测焊枪行进方向的障碍物，有效的避免传感器监测盲区错误触发运动控制命令导致焊接失败的问题，节省的了新的路径规划时间，提升了焊接的安全系数和自动化水平，减少了人工干预和停车等待时间，提高了生产效率，为涉及焊枪位姿实时变化的T/K/Y导管架空间曲线焊缝进行轨迹识别自动化焊接提供了可能性。
[0018]（6）该焊接装置设置有 XZ轴控制模块，无需调整传感器其他部分便能灵活调整前外壳与焊枪、焊接工件表面距离，自适应不同的焊接工况。于此同时，上位机监控系统开发有自动记录工作位置的功能，有效降低了人为重复安装引起的位置误差。
[0019]（7）该焊接装置通过上位机监控系统用于处理各个模块传输的信号，能实时采集与处理图像，实现处理结果可视化与硬件参数设置，协调硬件系统各个功能模块的运作。
[0020]（8）该焊接装置的应力释放模块通过步进电机控制弹簧的伸缩，配合固定柱保证
敲击锤能准确敲击下方的焊接工件，无需人工干预，提高了自动化水平。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的传感器结构示意图；图2为本专利技术的传感器俯视图；图3为本专利技术的主流程系统图；图4为本专利技术的质量熔透控制框图；图中：101
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激光焊接头；102
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调节旋钮；103
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燕尾片；104
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红外相机；105
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连接角码；106
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焊枪；107
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焊枪连接块；108
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连接片；109
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CCD固定支架；110
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Z轴螺母丝杠；111
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激光器调节旋钮；112
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前外壳；113
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线激光器；114
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于T/K/Y导管架的线激光焊缝跟踪与质量熔透控制的焊接装置，包括焊枪，其特征在于，所述焊枪的前侧设置有由XZ轴运动控制模块驱动的焊缝跟踪模块，位于焊缝跟踪模块的前侧下部安装有焊枪姿态反馈控制模块及电磁感应预热模块，位于焊缝跟踪模块的旁侧设置有气体检测模块，所述焊枪的后侧还连接有质量熔透控制模块，位于质量熔透控制模块与焊枪之间还设置有应力释放模块。2.根据权利要求1所述的基于T/K/Y导管架的线激光焊缝跟踪与质量熔透控制的焊接装置，其特征在于，所述焊缝跟踪模块包括前外壳，所述前外壳内安装有镜头朝下的CCD相机和激光器固定支架，所述激光器固定支架上经调节旋钮安装有激光发射器；所述前外壳的下部设置有防护玻璃。3.根据权利要求2所述的基于T/K/Y导管架的线激光焊缝跟踪与质量熔透控制的焊接装置，其特征在于，所述XZ轴运动控制模块包括横向设置的X轴螺母丝杠，所述X轴螺母丝杠的螺母座上安装有Z轴螺母丝杆，所述Z轴螺母丝杆的螺母座与前外壳固定连接，所述前外壳的后侧设置有容纳仓，所述容纳仓内设置有耐高温测距传感器和力学传感器。4.根据权利要求2或3所述的基于T/K/Y导管架的线激光焊缝跟踪与质量熔透控制的焊接装置，其特征在于，所述焊枪姿态反馈控制模块包括安装于前外壳前侧下部并有驱动电机驱动旋转的齿轮，所述齿轮上连接有超声波传感器。5.根据权利要求2或3所述的基于T/K/Y导管架的线激光焊缝跟踪与质量熔透控制的焊接装置，其特征在于，所述电磁感应预热模块包括安装于前外壳前侧下部的倒...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄旭，洪小蓉，练国富，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：
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