一種用于大型復雜箱形結(jié)構(gòu)件的焊縫自動跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)件焊接加工領(lǐng)域，具體是一種用于大型復雜箱形結(jié)構(gòu)件的焊縫實時自動跟蹤方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由異形的曲板、直板、貼板、墊板、蓋板及各功能性成型件組成的具有網(wǎng)格形結(jié)構(gòu)特征的中厚板結(jié)構(gòu)件被稱之為大型復雜箱形結(jié)構(gòu)件，其通常由焊接加工完成。由于異形結(jié)構(gòu)的存在，成型過程包含了修割、配做加工，使得裝配上形成誤差，造成焊縫位置和尺寸的變化，在采用自動化焊接時，焊縫軌跡需要提前引導和跟蹤。公知的焊縫跟蹤技術(shù)，分為焊槍外掛跟蹤傳感設(shè)備和無外掛的弧壓跟蹤技術(shù)兩大類。
[0003]焊槍外掛跟蹤傳感設(shè)備:由于外掛的傳感元器件無法承受高溫弧光煙塵的長時間作用，使得焊接傳感器防護尺寸大，相對于網(wǎng)格型箱形結(jié)構(gòu)件而言，內(nèi)部方格空間狹小，傳感器需要在前后左右下5個方位安裝，形成大的避讓盲區(qū)，使得箱格底部能夠施焊的焊縫很短，無法有效應用。
[0004]弧壓跟蹤技術(shù):由于弧壓跟蹤技術(shù)能夠?qū)嵤┑膶ο蟊仨毷峭惶卣鞯暮缚p，面對異形結(jié)構(gòu)件具有曲形焊縫、貼板坡口焊縫、角焊縫并存的焊縫特征，單一的弧壓跟蹤方式無法完整統(tǒng)一適應。
[0005]目前，大型復雜箱形結(jié)構(gòu)件是采用人工示教方式完成焊縫軌跡的引導而實現(xiàn)自動焊接，由于人工示教在工位上占用有效時間，使自動焊接設(shè)備有效利用率降低；同時示教的人工技能不同，造成焊接成型質(zhì)量不穩(wěn)定、焊接強度整體不同。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有焊縫跟蹤技術(shù)無法適應高溫弧光煙塵及箱形方格的狹小空間限制和多種焊縫形式的統(tǒng)一跟蹤要求，以及人工示教無法保證焊縫成型質(zhì)量的缺點，提供一種大型復雜箱形結(jié)構(gòu)件的全位置焊接實時自動跟蹤方法。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種大型復雜箱形結(jié)構(gòu)件的焊縫實時自動跟蹤方法，采用如下步驟:
①、將組裝成型的大型復雜箱形結(jié)構(gòu)件放置在自動焊接工位上，啟動自動焊接設(shè)備，其所配置的焊槍依據(jù)預先設(shè)置的焊接程序自動尋找到焊縫起點；同時，焊槍端部安裝的擺動撞針在其驅(qū)動裝置的作用下開始反復斜向擺動；
所述自動焊接設(shè)備是由數(shù)控電機驅(qū)動的可以實現(xiàn)X/Y/Z三軸移動以及X/Y/Z多軸旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)式焊接機械手所組成的設(shè)備，其執(zhí)行端部安裝焊槍、擺動撞針及其驅(qū)動裝置，通過控制系統(tǒng)進行集成控制；
②、當擺動撞針擺碰到焊縫兩邊時，擺動撞針擺幅數(shù)據(jù)被驅(qū)動裝置上安裝的擺幅編碼器檢測系統(tǒng)記錄，并與設(shè)定的理論擺幅進行比較，計算出擺幅差值，然后通過自動焊接設(shè)備控制系統(tǒng)，按照擺幅差值調(diào)整焊槍位置，使焊槍處于焊縫施焊的正確位置； ③、焊槍位置調(diào)整正確后，按照焊接程序沿焊縫路徑起弧施焊；同時，擺動撞針隨著焊槍移動繼續(xù)反復斜向擺動，擺碰焊縫兩邊，按照步驟②實時反饋擺幅信息，并實時調(diào)整焊槍位置；當在大型復雜箱形結(jié)構(gòu)件內(nèi)腔方格內(nèi)施焊角焊縫時，擺動撞針擺碰角焊縫垂直兩邊，由于具有斜向擺動，在內(nèi)腔方格轉(zhuǎn)角處擺動撞針能夠提前于焊槍而擺碰到側(cè)邊，從而能夠提前將擺碰側(cè)邊的擺幅信息按照步驟②進行反饋，焊接程序依據(jù)擺幅邊界條件判別而實施轉(zhuǎn)角施焊程序，從而對結(jié)構(gòu)件內(nèi)腔方格周圈焊接實現(xiàn)實時自動跟蹤及焊接；當對大型復雜箱形結(jié)構(gòu)件外露坡口焊縫與角焊縫施焊時，由于擺動撞針擺碰坡口焊縫坡口兩邊與角焊縫垂直兩邊，其擺幅有明顯不同，按照步驟②進行反饋后，焊接程序能夠依據(jù)擺幅邊界條件而自動判別實施坡口焊縫與角焊縫施焊程序，從而對結(jié)構(gòu)件外露坡口焊縫與角焊縫自動實現(xiàn)連續(xù)銜接，完成多種焊縫統(tǒng)一實時自動跟蹤及焊接；
重復以上步驟，直至焊接完成結(jié)構(gòu)件所有焊縫，從而對大型復雜箱形結(jié)構(gòu)件多種焊縫全位置焊接實現(xiàn)全自動實時跟蹤。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用安裝在焊槍端部的擺動撞針反復擺碰焊縫兩邊來反饋信息的技術(shù)特點，實現(xiàn)焊接過程的自動實時跟蹤。由于擺動撞針的純機械特性，能夠與焊槍隨形制作，不受煙塵、弧光、焊縫邊界條件限制，占用空間小，解決了現(xiàn)有外掛跟蹤傳感設(shè)備無法適應高溫弧光煙塵及箱形方格的狹小空間限制和無外掛的弧壓跟蹤技術(shù)無法適應多種焊縫形式的統(tǒng)一跟蹤要求；而且擺動撞針與焊槍同步工作，焊縫跟蹤不占用時間，使自動焊接設(shè)備在線利用率由原來的70%提高為90% ;同時，擺動撞針通過驅(qū)動裝置自動反饋焊縫信息，與人工示教技能無直接必然聯(lián)系，因此能一直保持同質(zhì)量焊縫跟蹤，滿足產(chǎn)品焊接質(zhì)量穩(wěn)定性要求。
[0009]另外，實現(xiàn)上述功能的自動焊接設(shè)備是由數(shù)控電機驅(qū)動的通用數(shù)控設(shè)備，配以相應的工裝夾具，對于本數(shù)控領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可以采用多種數(shù)控結(jié)構(gòu)和編程形式實現(xiàn)。
[0010]本發(fā)明工藝合理、簡潔，可操作性強，焊接質(zhì)量有保證，生產(chǎn)效率高，適于廣泛推廣。
【附圖說明】
[0011]圖1為大型復雜箱形結(jié)構(gòu)件組裝成型示意圖之一。
[0012]圖2為大型復雜箱形結(jié)構(gòu)件組裝成型示意圖之二。
[0013]圖3為內(nèi)腔自動焊接設(shè)備自動跟蹤結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖4為圖3的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖5為網(wǎng)格內(nèi)腔焊縫自動跟蹤過程示意圖。
[0016]圖6為蓋板自動焊接設(shè)備自動跟蹤結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖7為箱形結(jié)構(gòu)外露焊縫自動跟蹤過程示意圖。
[0018]圖8為擺動撞針安裝在焊槍上的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖9為擺動撞針安裝在焊槍上的正視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖10為齒輪軸在基座上的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]1-平板；2~墊板;3_曲板;4_貝占板;5_直板;6_功能性部件-J-蓋板；8_焊槍；
9-驅(qū)動裝置；10_擺幅編碼器檢測系統(tǒng)；11_控制系統(tǒng)；12_擺動撞針；13_內(nèi)腔自動焊接設(shè)備；14_網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件；15_自動焊接工位；16-蓋板自動焊接設(shè)備；17-箱形結(jié)構(gòu)件；18_變位焊接工位；19-連接板，20-轉(zhuǎn)軸，21-扇形齒輪，22-基座，23-齒輪軸，24-伺服電機，25-減速機，26-扭矩聯(lián)軸器，27-扭矩傳感器，28-軸承座，29-連接固定板，30-編碼器。
【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作具體說明。
[0023]如圖1?7所示，一種用于大型復雜箱形結(jié)構(gòu)件的焊縫實時自動跟蹤方法，采用如下步驟:
①、(參照圖1)按照大型復雜箱形結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)要求將其所含的平板1、墊板2、曲板3、貼板4、直板5及各功能性部件6組裝成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件。
[0024]②、(參照圖3)將組裝成型的大型復雜箱形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件14放置在自動焊接工位15上，啟動內(nèi)腔自動焊接設(shè)備13，其所配置的焊槍8依據(jù)預先設(shè)置的焊接程序自動尋找到焊縫起點；同時，焊槍端部安裝的擺動撞針12在其驅(qū)動裝置9的作用下開始反復斜向擺動；
所述內(nèi)腔自動焊接設(shè)備13是由數(shù)控電機驅(qū)動的可以實現(xiàn)X/Y/Z三軸移動以及X/Y/Z多軸旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)式焊接機械手所組成的設(shè)備，其執(zhí)行端部安裝焊槍8、擺動撞針12及其驅(qū)動裝置9，通過控制系統(tǒng)11進行集成控制。
[0025]③、(參照圖5)當擺動撞針12擺碰到焊縫兩邊時，擺動撞針擺幅數(shù)據(jù)被驅(qū)動裝置9上安裝的擺幅編碼器檢測系統(tǒng)10記錄，并與設(shè)定的理論擺幅進行比較，計算出擺幅差值，然后通過自動焊接設(shè)備控制系統(tǒng)11進行數(shù)據(jù)處理，按照擺幅差值調(diào)整焊槍8的槍姿位置，使焊槍8處于焊縫施焊的正確位置。
[0026]④、(參照圖5)當焊槍8位置調(diào)整正確后，按照焊接程序沿焊縫路徑起弧施焊；同時，擺動撞針12隨焊槍移動，繼續(xù)反復斜向擺碰焊縫垂直兩邊；當擺動撞針12擺碰到內(nèi)腔方格轉(zhuǎn)角處提前于焊槍而擺碰到側(cè)邊時，將擺碰