焊后焊縫跟蹤機器人自動糾偏及超聲沖擊系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種焊后焊縫跟蹤機器人自動糾偏及超聲沖擊系統(tǒng)，由移動式焊接設(shè)備、超聲波沖擊系統(tǒng)、步進電機、控制器、Zibee無線通訊模塊、反光片、測距傳感器組成。能夠?qū)崟r感測超聲波沖擊系統(tǒng)作業(yè)末端與焊后焊縫的偏差，并實現(xiàn)實時糾偏，實現(xiàn)超聲波沖擊頭對已焊焊縫的準確沖擊，以消除焊接應力。本發(fā)明專利技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單、自動化程度高、焊后焊縫跟蹤精度高。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本申請是申請?zhí)枺?01410670000.2、申請日：2014.11.20、名稱“全自動焊后焊縫跟蹤及超聲沖擊系統(tǒng)”的分案申請。
本專利技術(shù)涉及一種焊后焊縫跟蹤及超聲沖擊系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
在大型結(jié)構(gòu)件焊接、薄板焊接、異種金屬焊接、高溫合金焊接，以及在高精度特種設(shè)備焊接等領(lǐng)域，焊接變形需得到有效控制，否則會對焊接件尺寸和外形有影響，而且會降低結(jié)構(gòu)的承載能力。焊接應力是焊接變形的主要原因。消除焊接應力，控制焊接變形的方法很多，目前在工程中較為常用的幾種焊后處理方法有超聲沖擊、焊趾打磨、噴丸、錘擊、TIG熔修、應用低相變點焊條法等。隨焊或焊后沖擊、錘擊、碾壓是一種減小焊接應力、防止焊接變形的有效途徑。其中超聲沖擊技術(shù)是一種新穎的有效的消除部件表面或焊縫區(qū)有害殘余拉應力、引進有益壓應力的方法，相比其它方法其優(yōu)點突出。國內(nèi)僅在專利“恒速掃描定位式焊后焊縫跟蹤及殘余應力消除系統(tǒng)(CN201210401736)、“焊縫應力消除移動機器人跟蹤系統(tǒng)(CN201310341420)、“焊后焊縫高精度跟蹤及殘余應力消除系統(tǒng)(CN201310341500)”中設(shè)計了相關(guān)全自動焊后焊縫跟蹤及應力消除系統(tǒng)。國內(nèi)外雖已研制出以移動小車為載體的隨焊(焊后)應力消除設(shè)備，但都不能處理焊縫較長或者焊縫彎曲的情況，即不具備長焊縫、彎曲焊縫自動跟蹤功能。所以要使隨焊/焊后應力消除設(shè)備能夠自動實施作業(yè)，沒有遺漏的處理所有焊后焊縫，需具備焊后焊縫跟蹤功能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)合理，焊后焊縫跟蹤精度高，不受焊渣或焊接缺陷對焊后焊縫跟蹤影響的全自動焊后焊縫跟蹤及超聲沖擊系統(tǒng)。本專利技術(shù)的技術(shù)解決方案是：一種全自動焊后焊縫跟蹤及超聲沖擊系統(tǒng)，其特征是：包括移動式焊接設(shè)備、超聲波沖擊系統(tǒng)，在移動式焊接設(shè)備、超聲波沖擊系統(tǒng)上分別固定有反光片A、反光片B，反光片A、反光片B用于反射式測距傳感器實現(xiàn)距離測量；固定在移動式焊接設(shè)備上的反光片A與移動式焊接設(shè)備同步運動，固定在超聲波沖擊系統(tǒng)上的反光片B與超聲波沖擊系統(tǒng)同步運動；移動式焊接設(shè)備、超聲波沖擊系統(tǒng)上的反光片通過安裝在不同高度來避免相互干擾，并采用不同調(diào)制頻率的激光或紅外光來避免干擾；歩進電機固定安裝在焊縫以外區(qū)域，四個步進電機B1、B2、B3、B4對稱分布組成平面長方形或正方形，并保證焊縫在四個步進電機所圍成的長方形或正方形內(nèi)；以步進電機B1和步進電機B4軸心連線為Y軸，以步進電機B1和步進電機B4距離中點為原點O(0,0)，建立平面X-Y直角坐標系；每個步進電機均安裝有測距傳感器，測距傳感器與電機軸固定連接，同軸旋轉(zhuǎn)；四個測距傳感器C1、C2、C3、C4與步進電機軸心線交點坐標分別為O1(X1、Y1)、O2(X2、Y2)、O3(X3、Y3)、O4(X4、Y4)；四臺步進電機中，兩臺用于確定焊接噴嘴的移動軌跡，另外兩臺用于獲取超聲波沖擊頭的移動軌跡，將兩軌跡進行比較，即可得到超聲波沖擊頭偏離已焊焊縫的距離和方向，從而通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)糾偏，保證應力消除裝置作業(yè)末端始終對準焊縫作業(yè)；控制器K1、K2、K3、K4分別為步進電機B1、B2、B3、B4的細分控制器，步進電機的線速度大于移動式焊接設(shè)備、超聲波沖擊系統(tǒng)的速度；無線通訊模塊Z1、Z2、Z3、Z4分別由控制器K1、K2、K3、K4控制，無線通訊模塊采用Zigbee無線通訊模塊。超聲波沖擊系統(tǒng)采用輪式移動機器人作為本體，通過兩輪差動實現(xiàn)機器人位置粗定位，采用十字滑塊作為超聲波沖擊頭定位驅(qū)動機構(gòu)，實現(xiàn)超聲波沖擊頭的精密定位。測距傳感器采用激光傳感器或紅外傳感器。移動式焊接設(shè)備由焊接初始點開始焊接，當移動式焊接設(shè)備在焊接初始點時，在移動焊接設(shè)備上安裝反光片A，反光片A與測距傳感器C1、C2在同一水平面上，且為避免焊接過程中的弧光等干擾，測距傳感器C1、C2和反光片A安裝高度高于焊接噴嘴；移動式焊接設(shè)備在焊接初始點時，保證測距傳感器C1、C2發(fā)出的光信號能夠射在反光片A上，測距傳感器C1、C2的信號分別由控制器K1、K2進行處理和計算，得到的距離分別為L1、L2；控制器K1將檢測的距離L1通過無線通訊模塊Z1傳輸?shù)綗o線通訊模塊Z2，并由無線通訊模塊Z2送入控制器K2，得到三角形“AO1O2”的頂點A的坐標；控制器K1、K2每隔一定時間采樣測距傳感器的信號，計算一次A點坐標；當移動式焊接設(shè)備開始焊接時，移動焊接設(shè)備產(chǎn)生移動，當控制器K1、K2采集不到測距傳感器的信號時，則說明測距傳感器發(fā)射的光信號已經(jīng)不能射到反光片；此時，步進電機B1、B2逆時針旋轉(zhuǎn)，帶動測距傳感器產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，使測距傳感器發(fā)射的光信號重新射到反光片，此時步進電機停止運行，并計算出新的距離，由新的距離值，可以重復上述平面幾何計算方法，得到新的A點坐標，以此類推，可以得到A點的軌跡坐標“(n1，m1)、(n2，m2)、(n3，m3)………”，A點軌跡上的任意一點坐標，以(nx，mx)表示，此軌跡就是焊接噴嘴運動的軌跡，假定移動焊接設(shè)備具有精密的焊縫跟蹤性能，此軌跡也就是焊縫的軌跡；當移動式焊接設(shè)備焊接了一定時間后，啟動超聲波沖擊系統(tǒng)，跟隨移動式焊接設(shè)備的軌跡，進行焊后沖擊作業(yè)；超聲波沖擊系統(tǒng)的運行，也從焊接初始點開始；在超聲波沖擊系統(tǒng)上安裝反光片B，反光片B與測距傳感器C3、C4在同一水平面上，且為了消除干擾，反光片B與反光片A不在同一水平面上；初始時，保證測距傳感器C3、C4發(fā)出的光信號能夠射在反光片B上，測距傳感器C3、C4的信號分別由控制器K3、K4進行處理和計算，得到的距離分別為L2’、L1’；控制器K4將檢測的距離L1’通過無線通訊模塊Z4傳輸?shù)綗o線通訊模塊Z3，并由無線通訊模塊Z3送入控制器K3，在控制器K3中，計算得到三角形“BO3O4”的頂點B的坐標；控制器K3、K4每隔一定時間采樣測距傳感器的信號，計算一次B點坐標；當超聲波沖擊系統(tǒng)產(chǎn)生移動，當控制器K3、K4采集不到測距傳感器的信號時，則說明測距傳感器發(fā)射的光信號已經(jīng)不能射到反光片。此時，步進電機B3、B4順時針旋轉(zhuǎn)，帶動測距傳感器產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，使測距傳感器發(fā)射的光信號重新射到反光片，此時步進電機停止運行，并計算出新的距離，由新的距離值，重復上述平面幾何計算方法，得到新的B點坐標，以此類推，可以得到B點的軌跡坐標“(n1’，m1’)、(n2’，m2’)、(n3’，m3’)…本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種焊后焊縫跟蹤機器人自動糾偏及超聲沖擊系統(tǒng)，其特征是：包括移動式焊接設(shè)備、超聲波沖擊系統(tǒng)，在移動式焊接設(shè)備、超聲波沖擊系統(tǒng)上分別固定有反光片A、反光片B，反光片A、反光片B用于反射式測距傳感器實現(xiàn)距離測量；固定在移動式焊接設(shè)備上的反光片A與移動式焊接設(shè)備同步運動，固定在超聲波沖擊系統(tǒng)上的反光片B與超聲波沖擊系統(tǒng)同步運動；移動式焊接設(shè)備、超聲波沖擊系統(tǒng)上的反光片通過安裝在不同高度來避免相互干擾，并采用不同調(diào)制頻率的激光或紅外光來避免干擾；歩進電機固定安裝在焊縫以外區(qū)域，四個步進電機B1、B2、B3、B4對稱分布組成平面長方形或正方形，并保證焊縫在四個步進電機所圍成的長方形或正方形內(nèi)；以步進電機B1和步進電機B4軸心連線為Y軸，以步進電機B1和步進電機B4距離中點為原點O(0,0)，建立平面X?Y直角坐標系；每個步進電機均安裝有測距傳感器，測距傳感器與電機軸固定連接，同軸旋轉(zhuǎn)；四個測距傳感器C1、C2、C3、C4與步進電機軸心線交點坐標分別為O1(X1、Y1)、O2(X2、Y2)、O3(X3、Y3)、O4(X4、Y4)；四臺步進電機中，兩臺用于確定焊接噴嘴的移動軌跡，另外兩臺用于獲取超聲波沖擊頭的移動軌跡，將兩軌跡進行比較，即可得到超聲波沖擊頭偏離已焊焊縫的距離和方向，從而通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)糾偏，保證應力消除裝置作業(yè)末端始終對準焊縫作業(yè)；控制器K1、K2、K3、K4分別為步進電機B1、B2、B3、B4的細分控制器，步進電機的線速度大于移動式焊接設(shè)備、超聲波沖擊系統(tǒng)的速度；無線通訊模塊Z1、Z2、Z3、Z4分別由控制器K1、K2、K3、K4控制；移動式焊接設(shè)備由焊接初始點開始焊接，當移動式焊接設(shè)備在焊接初始點時，在移動焊接設(shè)備上安裝反光片A，反光片A與測距傳感器C1、C2在同一水平面上，且為避免焊接過程中的弧光等干擾，測距傳感器C1、C2和反光片A安裝高度高于焊接噴嘴；移動式焊接設(shè)備在焊接初始點時，保證測距傳感器C1、C2發(fā)出的光信號能夠射在反光片A上，測距傳感器C1、C2的信號分別由控制器K1、K2進行處理和計算，得到的距離分別為L1、L2；控制器K1將檢測的距離L1通過無線通訊模塊Z1傳輸?shù)綗o線通訊模塊Z2，并由無線通訊模塊Z2送入控制器K2，得到三角形“A?O1O2”的頂點A的坐標；控制器K1、K2每隔一定時間采樣測距傳感器的信號，計算一次A點坐標；當移動式焊接設(shè)備開始焊接時，移動焊接設(shè)備產(chǎn)生移動，當控制器K1、K2采集不到測距傳感器的信號時，則說明測距傳感器發(fā)射的光信號已經(jīng)不能射到反光片；此時，步進電機B1、B2逆時針旋轉(zhuǎn)，帶動測距傳感器產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，使測距傳感器發(fā)射的光信號重新射到反光片，此時步進電機停止運行，并計算出新的距離，由新的距離值，可以重復上述平面幾何計算方法，得到新的A點坐標，以此類推，可以得到A點的軌跡坐標“(n1，m1)、(n2，m2)、(n3，m3)………”，A點軌跡上的任意一點坐標，以(nx，mx)表示，此軌跡就是焊接噴嘴運動的軌跡，假定移動焊接設(shè)備具有精密的焊縫跟蹤性能，此軌跡也就是焊縫的軌跡；當移動式焊接設(shè)備焊接了一定時間后，啟動超聲波沖擊系統(tǒng)，跟隨移動式焊接設(shè)備的軌跡，進行焊后沖擊作業(yè)；超聲波沖擊系統(tǒng)的運行，也從焊接初始點開始；在超聲波沖擊系統(tǒng)上安裝反光片B，反光片B與測距傳感器C3、C4在同一水平面上，且為了消除干擾，反光片B與反光片A不在同一水平面上；初始時，保證測距傳感器C3、C4發(fā)出的光信號能夠射在反光片B上，測距傳感器C3、C4的信號分別由控制器K3、K4進行處理和計算，得到的距離分別為L2’、L1’；控制器K4將檢測的距離L1’通過無線通訊模塊Z4傳輸?shù)綗o線通訊模塊Z3，并由無線通訊模塊Z3送入控制器K3，在控制器K3中，計算得到三角形“BO3O4”的頂點B的坐標；控制器K3、K4每隔一定時間采樣測距傳感器的信號，計算一次B點坐標；當超聲波沖擊系統(tǒng)產(chǎn)生移動，當控制器K3、K4采集不到測距傳感器的信號時，則說明測距傳感器發(fā)射的光信號已經(jīng)不能射到反光片；此時，步進電機B3、B4順時針旋轉(zhuǎn)，帶動測距傳感器產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，使測距傳感器發(fā)射的光信號重新射到反光片，此時步進電機停止運行，并計算出新的距離，由新的距離值，重復上述平面幾何計算方法，得到新的B點坐標，以此類推，可以得到B點的軌跡坐標“(n1’，m1’)、(n2’，m2’)、(n3’，m3’)………”，B點軌跡上的任意一點坐標，以(nx’，mx’)表示，此軌跡就是超聲波沖擊頭運動的軌跡；控制器K2得到的A點的軌跡的離散點“(n1，m1)、(n2，m2)、(n3，m3)………”均通過Zigbee無線通訊模塊Z2傳輸?shù)娇刂破鱇3，并存儲在控制器K3中；控制器K3每得到一個新的超聲波沖擊頭運動的軌跡點(nx’，mx’)后，與K3存儲器中的所有的點...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種焊后焊縫跟蹤機器人自動糾偏及超聲沖擊系統(tǒng)，其特征
是：包括移動式焊接設(shè)備、超聲波沖擊系統(tǒng)，在移動式焊接設(shè)備、超
聲波沖擊系統(tǒng)上分別固定有反光片A、反光片B，反光片A、反光片
B用于反射式測距傳感器實現(xiàn)距離測量；固定在移動式焊接設(shè)備上的
反光片A與移動式焊接設(shè)備同步運動，固定在超聲波沖擊系統(tǒng)上的
反光片B與超聲波沖擊系統(tǒng)同步運動；移動式焊接設(shè)備、超聲波沖
擊系統(tǒng)上的反光片通過安裝在不同高度來避免相互干擾，并采用不同
調(diào)制頻率的激光或紅外光來避免干擾；歩進電機固定安裝在焊縫以外
區(qū)域，四個步進電機B1、B2、B3、B4對稱分布組成平面長方形或正方
形，并保證焊縫在四個步進電機所圍成的長方形或正方形內(nèi)；以步進
電機B1和步進電機B4軸心連線為Y軸，以步進電機B1和步進電機
B4距離中點為原點O(0,0)，建立平面X-Y直角坐標系；每個步進
電機均安裝有測距傳感器，測距傳感器與電機軸固定連接，同軸旋轉(zhuǎn)；
四個測距傳感器C1、C2、C3、C4與步進電機軸心線交點坐標分別為O1(X1、Y1)、O2(X2、Y2)、O3(X3、Y3)、O4(X4、Y4)；四臺步進
電機中，兩臺用于確定焊接噴嘴的移動軌跡，另外兩臺用于獲取超聲
波沖擊頭的移動軌跡，將兩軌跡進行比較，即可得到超聲波沖擊頭偏
離已焊焊縫的距離和方向，從而通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)糾偏，保證應力消
除裝置作業(yè)末端始終對準焊縫作業(yè)；控制器K1、K2、K3、K4分別為
步進電機B1、B2、B3、B4的細分控制器，步進電機的線速度大于移動
式焊接設(shè)備、超聲波沖擊系統(tǒng)的速度；無線通訊模塊Z1、Z2、Z3、Z4
\t分別由控制器K1、K2、K3、K4控制；
移動式焊接設(shè)備由焊接初始點開始焊接，當移動式焊接設(shè)備在焊
接初始點時，在移動焊接設(shè)備上安裝反光片A，反光片A與測距傳感
器C1、C2在同一水平面上，且為避免焊接過程中的弧光等干擾，測距
傳感器C1、C2和反光片A安裝高度高于焊接噴嘴；移動式焊接設(shè)備
在焊接初始點時，保證測距傳感器C1、C2發(fā)出的光信號能夠射在反光
片A上，測距傳感器C1、C2的信號分別由控制器K1、K2進行處理和
計算，得到的距離分別為L1、L2；控制器K1將檢測的距離L1通過無線
通訊模塊Z1傳輸?shù)綗o線通訊模塊Z2，并由無線通訊模塊Z2送入控制
器K2，得到三角形“AO1O2”的頂點A的坐標；控制器K1、K2每隔
一定時間采樣測距傳感器的信號，計算一次A點坐標；
當移動式焊接設(shè)備開始焊接時，移動焊接設(shè)備產(chǎn)生移動，當控制
器K1、K2采集不到測距傳感器的信號時，則說明測距傳感器發(fā)射的
光信號已經(jīng)不能射到反光片；此時，步進電機B1、B2逆時針旋轉(zhuǎn)，帶
動測距傳感器產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，使測距傳感器發(fā)射的光信號重新射到反
光片，此時步進電機停止運行，并計算出新的距離，由新的距離值，
可以重復上述平面幾何計算方法，得到新的A點坐標，以此類推，可
以得到A點的軌跡坐標“(n1，m1)、(n2，m2)、(n3，m...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：顧菊平，華亮，唐子峻，羅來武，張新松，張晴，蔣凌，華俊豪，姜曉棟，李建國，倪海雪，
申請(專利權(quán))人：南通大學，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32