基于激光测距的集装箱波纹板焊接轨迹检测与控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于激光测距的集装箱波纹板焊接轨迹检测与控制系统，包括激光位移传感器、焊枪位姿调整装置和电路控制装置，激光位移传感器、焊枪位姿调整装置通过线路与电路控制装置连接。焊枪空间位置及姿态调整机构一端固定于机架上，激光位移传感器设置于焊枪空间位置及姿态调整机构的下端。本发明专利技术中通过波纹板焊缝的检测、焊枪位姿控制和焊接工艺的自动控制，达到波纹板的波峰至波谷间的下坡焊段和波谷至波峰间的上坡焊段与波峰直线段和波谷直线段的焊缝粗细一致的效果，显著提高各焊段的焊缝均匀性，大大降低工人的劳动强度，参数调节快速、方便，降低了生产人工费用。焊接速度是普通手工焊或仿形焊接的３倍以上，全程自动化控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种集装箱波纹板焊接轨迹检测与控制系统，尤其是一种基于激光测距的集 装箱波纹板焊接轨迹检测与控制系统。
技术介绍
目前，我国是世界集装箱生产大国，集装箱制造是劳动密集、材料密集型行业。目前我 国集装箱的生产过程，特别是波纹板焊接主要是以手工焊接、机械仿形半自动焊接为主，工 人工作环境差，劳动强度高，且焊接质量难以控制，波纹板焊缝成型质量不高，同时由于焊 接过程中焊接规范无法实现有效跟踪调整，使不同坡段的焊缝成型质量有明显的不同，难以 满足对波纹板的焊接质量一致性要求。这些问题是我国集装箱焊接行业长期存在而又一直未 得到解决的难题，制约者我国集装箱制造技术的进步和行业增长模式的转变。在自动化焊接生产过程中，由于焊接模型的复杂性以及实际的焊接条件经常随着各种不 可预期的干扰因素而不断发生变化。例如，强烈的弧光、高温、飞溅、机械抖动、焊缝坡口 状况、工件的加工误差、夹具精度、工件的介质均匀性和焊接生产过程中的热变形等影响会 使焊枪运动轨迹偏离实际焊缝，造成焊接质量难以控制。焊接轨迹检测与控制的第一步就是 要实时检测焊缝曲线的变化，即焊缝位置的空间变化，如集装箱波纹板自动焊接过程中就需 要实时检测波纹板面的起伏变化，为焊接轨迹跟踪控制及焊接规范的跟踪选取提供依据；焊 接轨迹检测与控制的第二步就是要实现焊枪运动轨迹跟踪焯缝曲线的变化，即对焊枪运动轨 迹的控制。在自动焊接过程中，准确检测获取焊缝的变化是保证焊接质量的关键，其中用于焊缝跟 踪的传感器技术越来越重要。在焊接轨迹检测技术的研究发展中，陆续出现了各种不同形式 的传感器，其中接触式传感器、电弧传感器和光学传感器应用较为普遍。接触式传感器将焊 缝变化转变为导杆或导轮的位置变化，并转化为电信号，该传感器由于性能稳定、成本低廉， 在生产中曾得到广泛应用，由于跟踪精度及速度的限制，已不适合于高精度、高速度焊接领 域；电弧传感器以电弧本身的参数为跟踪目标，能实时反应焊缝变化，但检测精度易受焊接 过程中熔滴过渡形式、飞溅的影响，尤其在对薄板焊件的对接和搭接接头的焊接中，应用方 法较难掌握。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、检测精度高的基于激 光测距的集装箱波纹板焊接轨迹检测与控制系统。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案一种基于激光测距的集装箱波纹板焊接轨迹检测与控制系统，包括激光位移传感器、焊 枪位姿调整装置和电路控制装置，激光位移传感器、焊枪位姿调整装置通过线路与电路控制 装置连接。所述焊枪空间位置及姿态调整机构一端固定于机架上，激光位移传感器设置于焊枪空间 位置及姿态调整机构的下端。所述焊枪空间位置及姿态调整机构包括横向移动机构、升降调节机构、摆动机构和传感 器固定装置，横向移动机构一端固定于机架上，升降调节机构上部滑动设置于横向移动机构 上，升降调节机构通过向心架分别与摆动机构和传感器固定装置连接，传感器固定装置上设 有激光位移传感器。所述横向移动机构包括平行设置的横架底板和横架端板，横架底板和横架端板之间通过 水平布置的上、下槽钢连接，横架底板和横架端板之间连接有横丝杠和上、下光杠，横丝杠 的一端穿过横架端板连接横进手轮；另一端连接通过横丝杠轴承定位于横架底板内，横架底 板固定于机架上。所述升降调节机构包括电机、纵架丝杠、套管和纵架伸縮管，电机通过电机座设置在套 管的上端，电机输出轴通过联轴器与纵架丝杠一端连接，纵架丝杠设置于套管和纵架伸缩管 内，纵架伸縮管上端部分设置于套管内，纵架伸縮管下端与向心架连接；套管上端外部通过 套管紧固架设置于横向移动机构的横丝杠和上、下光杠上；电机通过导线与电路控制装置连 接；所述套管紧固架上设有与横向移动机构的橫丝杠和上、下光杠相配合的横丝杠螺母和通孔；所述纵架伸縮管上端连接有一纵架内滑块，纵架内滑块设置于套管内，纵架伸縮管与套 管下端之间设有纵向滑动轴承，纵架伸缩管的外壁上设有纵导轨。所述向心架由一个倒L形折板和一个竖板通过折叶和外部套有弹簧的螺栓连接组成，其 中，倒L形折板上部与纵架伸縮管连接为一体，倒L形折板下部通过折叶与竖板连接，竖板 的上端通过一个外部套有弹簧的螺栓与倒L形折板连接，竖板的下端设有一弧形板，弧形板 上设有一弧形槽。所述摆动机构包括上、下摇板，上摇板上半部上设有一个一端开口纵向槽，纵向槽内卡 有一工字型滑块，上摇板的下半部上分别设有一焊枪卡和一螺孔；下摇板的上半部上设有一 个与上摇板上的纵向槽相对应封闭槽，下摇板的下半部分分别设有与向心架下部的弧形板相 对应的弧形上、下导轨和孔；上、下摇板之间通过摇板轴依次穿过下摇板的孔、向心架下部 的弧形槽和上摇板的螺孔连接，其中，下摇板和向心架之间通过摇板轴上的螺母紧固连接；上摇板和向心架之间通过摇板轴上的螺母活动连接；工字型滑块内设有一偏心轮，步进电机 的输出轴穿过下摇板的封闭槽与偏心轮连接，步进电机通过导线与电路控制装置连接焊枪 通过焊枪卡固定于上摇板上；焊枪通过导线与电路控制装置连接。所述传感器固定装置包括激光头橫架，激光头横架一端与向心架连接，另一端上套有横 滑套，横滑套上设有与激光头横架垂直的滑板，滑板上套有一纵滑套，纵滑套上设有激光位 移传感器，激光位移传感器通过传感器电缆与信号处理装置连接。所述电路控制装置包括电源输入电路、微控制器最小系统电路、输入口电路、输出口电 路、显示驱动电路、焊机通信电路、参数设定电路和继电器输出板，电源输入电路连接到前 述其他各控制电路；微控制器最小系统电路分别连接输入口电路、输出口电路、显示驱动电 路、焊机通信电路、参数设定电路；输出口电路一部分连接到继电器输出板，另一部分连接 到电机和步进电机。所述电源输入电路包括24V直流稳压开关电源和LM2576-5,0开关稳压集成电路芯片， 24V直流稳压开关电源与激光位移传感器及继电器板相连；24V直流稳压开关电源通过与 LM2576-5.0开关稳压集成电路相连为控制电路提供+5V电压等级；所述最小系统电路由晶振电路、复位电路、电源指示电路、JTAG接口、 ISP接口组成， 晶振电路由8.000M晶振和瓷片电容组成；复位电路由电阻R2和电容C5组成，为了调试方 便，同时添加手动复位功能，由按键S1实现，为了可靠复位，在按键两端加上一只O,luF 的电容以消除干扰、杂波，在电阻R2两端添加1N4148，当R2电阻短路，让C4快速 放电，让下一次上电时，能产生快速有效的复位；电源指示电路由电阻和高亮LED灯组 成，用于指示电源的是否正常工作；JTAG接口、 ISP接口分别连至微处理器规定的引脚上；所述输入口电路包括光隔TLP521"4，电路中光耦的输入侧采用下拉的方式，并将下拉电 阻MR1设计到电路板上，便于与按键，接触开关，限位开关的连接，该光耦的输出侧采用的 是电阻上拉的方式，作为微控制器的输入信号端；，所述输出口电路包括高速光耦4N25和达林顿型输出驱动芯片ULN2803,高速光耦4N25 的输入正端经过电阻接到+5V电源输入电路上，输入负端接到微控制器的输出口上；高速光 耦4N25的输出正端经过2K电阻接到+24电源输入电路上，同时该输出正端与达林顿型输出 驱动芯片ULN2803的输入端相连；达林顿型输出驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光测距的集装箱波纹板焊接轨迹检测与控制系统，其特征在于：包括激光位移传感器、焊枪位姿调整装置和电路控制装置，激光位移传感器和焊枪位姿调整装置通过线路与电路控制装置连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：田新诚，张光先，刘涛，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]