焊后焊缝跟踪及残余应力消除系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种焊后焊缝跟踪及残余应力消除系统，包括对焊缝进行焊接的移动式焊接设备、消除焊接应力的焊接应力消除移动机器人，一台同步电机固定放置于焊缝外，以同步电机转轴轴心作为参考点；两个反射式测距传感器固定在电机轴上，与电机同轴旋转，两个传感器间相隔一段距离；在焊接初始点、移动式焊接设备的焊接喷嘴处、焊接应力消除移动机器人作业末端均贴有反射片。本实用新型专利技术结构简单、自动化程度高、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的影响。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种焊接应力消除自动控制系统，属于传感与测控

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。如在铝合金造船工业中，板材由于焊接过程中较大的热输入而发生变形较大、焊接接头性能较差。在建造船体时，约有25%的工作量是对船板整形和捶平，以达到要求的平整度和曲率，以便能将船板固定在一起。这不仅影响了船舶生产的效率，而且大大降低了船的质量。即使是热输入小、变形小的激光焊接，也存在焊接变形问题。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。超声冲击设备利用大功率的能量推动冲击头以每秒约2万次的频率冲击金属物体表面，高频、高效和聚焦下的大能量使金属表层产生较大的压缩塑性变形；同时超声冲击改变了原有的应力场，产生有益的压应力；高能量冲击下金属表面温度极速升高又迅速冷却，使作用区表层金属组织发生变化，冲击部位得以强化。国内外虽已研制出移动小车承载的随焊/焊后应力消除设备，但都不具备焊后长焊缝、弯曲焊缝自动跟踪功能。要使随焊/焊后应力消除设备能够自动实施作业，需具备焊后焊缝跟踪功能。先进焊后焊缝跟踪均使用在焊缝质量检测中，使用的方法多采用机器视觉的方式，见文献(卢昌福.基于激光视觉传感的焊后检测技术研究[D].[硕士学位论文].哈尔滨:哈尔滨工业大学，材料科学与工程学院，2007.7.Jean-Paul Boillot,Koichi Uota, Etienne Berthiaume, et al.Tracking and inspection for laserwelding[J], Proceeding o f SPIE, 2002 (4): 165-170.)，由于焊后坡口特征消失、焊接缺陷、残留的焊剂焊渣和飞溅等都直接影响到视觉检测。探索一种精度高、不受焊后工况影响的全自动焊后焊缝跟踪方式，并将其应用于焊后应力消除系统中，将具有很强的实用价值。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种实时记录焊接喷嘴移动轨迹，应力消除作业效果好的恒速扫描定位式焊后焊缝跟踪及残余应力消除系统。本技术的技术解决方案是:一种焊后焊缝跟踪及残余应力消除系统，其特征是:包括对焊缝进行焊接的移动式焊接设备、消除焊接应力的焊接应力消除移动机器人，一台同步电机固定放置于焊缝外，以同步电机转轴轴心作为参考点；两个反射式测距传感器固定在电机轴上，与电机同轴旋转，两个传感器间相隔一段距离；在焊接初始点、移动式焊接设备的焊接喷嘴处、焊接应力消除移动机器人作业末端均贴有反射片，与上述测距传感器配合测距，其中一个测距传感器分别检测参考点与焊接初始点、参考点与焊接喷嘴之间的距离，另一个测距传感器分别检测参考点与焊接初始点、参考点与焊接应力消除移动机器人作业末端之间的距离；上述两个反射式测距传感器与进行纠偏工作的控制系统连接。在焊接初始点上设置上下两个反射片，且两个反射片间相隔一段距离；焊接喷嘴处的反射片中心、焊接初始点上的一个反射片中心与一个测距传感器在同一水平面上；焊接应力消除移动机器人作业末端的反射片中心、焊接初始点上的另一个反射片中心与另一个测距传感器在同一水平面上。测距传感器安装高度高于焊接喷嘴，采用调制频率避开弧光及等离子体辐射的干扰。在焊接应力消除移动机器人上安装位姿检测传感器，得到任一时刻机器人相对于参考点的位姿，通过控制系统进行纠偏。焊接应力消除移动机器人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，采用十字滑块作为应力消除作业端定位驱动机构，实现应力消除作业末端的精密定位。本技术结构简单、自动化程度高、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的影响。纵观国内现有的焊接领域的自动化系统和设备，本技术所提的设计目标尚无单位实现。本技术以恒速旋转电机作为参考位置，采用距离测量和角度测量(角度测量采用高频脉冲线性插值细分)相结合的方法实时记录焊接喷嘴移动轨迹，并控制焊接应力消除移动机器人位姿调整，沿着焊接喷嘴轨迹实施应力消除作业。以下结合附图和实施例对本技术作进一步说明。附图说明图1是本技术的恒速扫描定位式焊后焊缝跟踪及残余应力消除系统结构图。图2是本技术的种恒速扫描定位式焊后焊缝跟踪及残余应力消除系统中，焊接应力消除移动机器人控制系统结构图。图3是本技术的恒速扫描定位式焊后焊缝跟踪及残余应力消除系统中，焊后焊缝跟踪系统测量原理俯视图简图。图4是本技术的恒速扫描定位式焊后焊缝跟踪及残余应力消除系统中，焊后焊缝跟踪系统测量原理时序图。具体实施方式一种焊后焊缝跟踪及残余应力消除系统，包括对焊缝进行焊接的移动式焊接设备1、消除焊接应力的焊接应力消除移动机器人2，一台同步电机3固定放置于焊缝外，以同步电机转轴轴心作为参考点；两个反射式测距传感器4、5固定在电机轴上,与电机同轴旋转，两个传感器间相隔一段距离；在焊接初始点、移动式焊接设备的焊接喷嘴处、焊接应力消除移动机器人作业末端分别贴有反射片6 (即反射片C)、7 (即反射片D)、8 (即反射片A)、9(即反射片B)，与上述测距传感器配合测距，其中一个测距传感器分别检测参考点与焊接初始点、参考点与焊接喷嘴之间的距离，另一个测距传感器分别检测参考点与焊接初始点、参考点与焊接应力消除移动机器人作业末端之间的距离；系统运行过程中，电机不停地恒速旋转，测距传感器不断检测焊接喷嘴与参考点的距离，及以参考点为圆心，参考点、焊接初始点、焊接移动点所形成的角度，从而得到焊接喷嘴相对于参考点的移动轨迹；同时测距传感器实时检测焊接应力消除移动机器人作业端与参考点的距离，及以参考点为圆心，参考点、焊接起始点、应力消除移动点所形成的角度，从而得到焊接应力消除移动机器人作业端相对于参考点的移动轨迹，将上述两轨迹进行比较，即可得到焊接应力消除移动机器人作业端偏离已焊焊缝的距离和方向，并通过控制系统进行纠偏。焊接应力消除移动机器人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，采用十字滑块作为应力消除作业端定位驱动机构，实现应力消除作业末端的精密定位。具体如下:以二维平面弯曲或直焊缝为例，如图1所示。其中有同步电机，测距传感器F，测距传感器E，反射片A、B、C、D，移动式焊接设备(含焊接喷嘴)，应力消除移动机器人(含电子罗盘、应力消除设备作业末端可采用电磁锤或超声波冲击头等)。测距传感器E、F固定在电机轴上，与电机同轴旋转，E、F间相隔一段距离。E、F及对应的反射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。焊缝为平面二维焊缝，黑色填充线为已焊焊缝，其余为未焊焊缝。焊接起始点处竖起一标杆，反射片C、D固定在标杆上，C、D间相隔一段距离。反射片A、C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊后焊缝跟踪及残余应力消除系统，其特征是：包括对焊缝进行焊接的移动式焊接设备、消除焊接应力的焊接应力消除移动机器人，一台同步电机固定放置于焊缝外，以同步电机转轴轴心作为参考点；两个反射式测距传感器固定在电机轴上，与电机同轴旋转，两个传感器间相隔一段距离；在焊接初始点、移动式焊接设备的焊接喷嘴处、焊接应力消除移动机器人作业末端均贴有反射片，与上述测距传感器配合测距，其中一个测距传感器分别检测参考点与焊接初始点、参考点与焊接喷嘴之间的距离，另一个测距传感器分别检测参考点与焊接初始点、参考点与焊接应力消除移动机器人作业末端之间的距离；上述两个反射式测距传感器与进行纠偏工作的控制系统连接。

【技术特征摘要】
1.一种焊后焊缝跟踪及残余应力消除系统，其特征是:包括对焊缝进行焊接的移动式焊接设备、消除焊接应力的焊接应力消除移动机器人，一台同步电机固定放置于焊缝外，以同步电机转轴轴心作为参考点；两个反射式测距传感器固定在电机轴上，与电机同轴旋转，两个传感器间相隔一段距离；在焊接初始点、移动式焊接设备的焊接喷嘴处、焊接应力消除移动机器人作业末端均贴有反射片，与上述测距传感器配合测距，其中一个测距传感器分别检测参考点与焊接初始点、参考点与焊接喷嘴之间的距离，另一个测距...

【专利技术属性】
技术研发人员：华亮，顾菊平，丁立军，张华，周磊，吴晓，张新松，俞钶安，赵振东，张齐，刘雨晴，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：实用新型
国别省市：