一種雙伺服旋轉電弧的高效立焊焊接裝置的製作方法

2023-05-15 03:36:36

本發明涉及焊接加工設備，具體涉及立向焊接時空間複雜軌跡的高效焊接及其焊接裝置與控制。

背景技術：

近幾年，隨著現代設備製造業的發展，高強度的厚截面焊接鋼結構已逐漸應用於造船、海洋工程、壓力容器製造。由於變位困難，一些大尺寸的結構件必須採用全位置焊接技術，且使得全位置焊接的需求大幅增加，立焊作為全位置焊接的重要組成部分，其熔池金屬和熔滴因受重力的影響具有下墜趨勢。立焊焊接時由於焊縫寬深的不斷變化，以及焊縫並不一定豎直的，很大程度是空間曲線焊縫，如何更好的實時對焊縫進行跟蹤以對焊縫不同熔寬進行自適應焊接成為急需解決的問題。

技術實現要素：

本發明針對現有技術的不足，提出一種雙伺服旋轉電弧的高效立焊焊接裝置。本發明的裝置在立焊焊接時通過焊接與雙伺服迴路控制系統實時的調整雙伺服旋轉電弧傳感裝置的旋轉範圍來適應不同焊縫的寬度與深度，保證焊接時的跟蹤精度和自適應焊接。

本發明為解決以上技術問題，採用以下技術方案：一種雙伺服旋轉電弧的高效立焊焊接裝置，其特徵在於：包括移動式立焊平臺、立焊支撐平臺、立焊工作平臺、焊接電源、多功能控制箱、可攜式手控箱、車行導軌、焊接小車、轉接板、位置補償十字滑架、焊炬承接器、雙伺服旋轉電弧傳感裝置、大電流霍爾傳感器、焊接與雙伺服迴路控制系統，其中，多功能控制箱裝有控制面板、橫/縱向驅動器、雙伺服驅動器、步進驅動器，焊接與雙伺服迴路控制系統包括雙伺服控制執行系統、送絲機、焊機、可攜式手控箱，可以對車行導軌、位置補償十字滑架、前置伺服電機、後置伺服電機、空心電機進行控制。

所述對待焊工件進行焊接時，待焊工件安裝在立焊工作平臺上，雙伺服旋轉電弧傳感裝置安裝在焊炬承接器上，焊炬承接器可以對雙伺服旋轉電弧傳感裝置進行前後微調，以補償十字滑架有時調節不到位，焊炬承接器依次與位置補償十字滑架、轉接板、焊接小車、車行導軌相連，焊接小車與車行導軌通過滾珠絲杆相連，焊接小車能夠限位在車行導軌上，車行導軌上端裝有步進電機；焊接前，雙伺服旋轉電弧傳感裝置由位置補償十字滑架進行姿態調節；焊接時，雙伺服旋轉電弧傳感裝置受焊接與雙伺服迴路控制系統控制，藉助位置補償十字滑架與焊炬承接器進行微調對中；焊接小車進行焊接時，在焊接與雙伺服迴路控制系統的控制下沿車行導軌運動；焊接與雙伺服迴路控制控制系統除了在焊接時對焊縫進行跟蹤外，還對其他機構進行控制，起協調工作的作用。

所述雙伺服旋轉電弧傳感裝置包括上蓋體、調心軸承、深溝球軸承、上偏心球、前置偏心結構、測速裝置、空心軸、雙伺服電機、下端蓋、氣罩、導電嘴、進氣口、下偏心球、後置偏心結構、定子、轉子、導電桿；上蓋體與上偏心球有縫接合，導電桿穿過上偏心球，導電桿與上偏心球通過鍵槽連接，穿過導電桿的偏心球為一個空間三級低副，前置伺服偏心結構通過調心軸承與導電桿相連，且此處導電桿的直徑較大剛好用於承載前置伺服偏心結構，前置伺服偏心結構與前置伺服電機通過齒輪傳動，緊接著導電桿上安有測速裝置，用於測量空心軸的轉速和位置，為控制電弧傳感器提供信息，空心軸上裝有電機轉子和定子帶動導電桿轉動，後置偏伺服心結構也通過調心軸承與導電桿相連，緊接著下偏心球也穿過導電桿，同上偏心球一樣具有空間三級低副，導電桿末端裝有導電嘴和氣罩。

所述雙伺服旋轉電弧傳感裝置工作時，前置伺服電機驅動主動齒輪轉動，帶動前置伺服偏心結構上的從動齒輪轉動，從而帶動導電桿實現偏心旋轉，後置伺服電機一樣可以驅動後置偏心結構，從而帶動導電桿實現偏心旋轉。多功能控制箱與雙伺服電機之間有導線相連接，焊接時通過接收並分析大電流霍爾傳感器的信號，多功能控制箱可分別控制前置伺服電機與後置伺服電機，當旋轉幅度達到焊接要求時，後置伺服電機停止，前置伺服電機繼續工作，導電桿可實現大範圍的連續旋轉，用於焊縫較寬深情況，反之，當前置伺服電機停止，後置伺服電機工作時，導電桿可實現小範圍的旋轉，適於焊縫較窄淺情況，前置伺服偏心結構與後置伺服偏心結構不同的配合關係可實現不同的偏心距。

所述雙伺服偏心結構不同的配合關係可實現不同的偏心距，將前置偏心結構的端面與導電桿的軸線的交點作為原點，將前置偏心結構的位移方向作為x軸，a1為前置偏心結構的偏心位移，a2為後置偏心結構構的偏心位移，a為內偏心孔中心點相對同一截面外中心點的位移量，a'2指內偏心孔轉到另一位置時的位移矢量，a'2＝a2,tanα＝a/l,l:原點到下偏心球的中心，α：導電桿偏離水平方向的角度。

所述焊接與雙伺服迴路控制系統包含通信系統模塊、計算分析模塊，下置雙伺服控制執行系統，控制橫/縱向驅動器、雙伺服驅動器、步進驅動器分別驅動位置補償十字滑架、雙伺服電機和空心電機，雙伺服旋轉電弧傳感裝置裝在位置補償十字滑架上，焊接時大電流霍爾傳感器把採集的信號反饋給焊接與雙伺服迴路控制系統，雙伺服電機上安裝有轉速傳感器，及時把雙伺服電機的轉速反饋給雙伺服控制執行系統，空心電機上也裝有測速裝置，及時把空心電機的轉速反饋給雙伺服控制執行系統，雙伺服電機分別帶動雙伺服偏心結構從而帶動導電桿旋轉。

附圖說明

圖1為本發明的焊接裝置結構示意圖。

圖2為雙伺服旋轉電弧傳感裝置內部結構示意圖。

圖3為雙伺服偏心結構位移關係圖。

圖4為導電桿偏離水平方向的角度與偏心位移關係。

圖5為雙伺服旋轉電弧傳感裝置系統控制框圖。

圖中，1—多功能控制箱，2—可攜式手控箱，3—焊接小車，4—立焊支撐平臺，5—轉接板，6—位置補償十字滑架，7—焊炬承接器，8—雙伺服旋轉電弧傳感裝置，8.1—上端蓋，8.2—深溝球軸承，8.3—測速裝置，8.4—空心軸，8.5—後置伺服電機，8.6—調心軸承，8.7—深溝球軸承，8.8—下端蓋，8.9—氣罩，8.10—導電嘴，8.11—進氣口，8.12—下偏心球，8.13—後置偏心結構，8.14—定子，8.15—轉子，8.16—前置伺服電機，8.17—前置偏心結構，8.18—調心軸承，8.19—上偏心球，8.20—導電桿，9—立焊工作平臺，10—待焊工件，11—車行導軌。

具體實施方式

為了更好的表達整個發明的技術方案與有益效果，下面結合圖示與實例作進一步的闡述。

如圖1，一種高效立焊焊接裝置，所述待焊工件10安裝在立焊工作平臺9上，雙伺服旋轉電弧傳感裝置8安裝在焊炬承接器7上，焊炬承接器7依次與位置補償十字滑架6、轉接板5、焊接小車3、車行導軌11相連，此外，多功能控制箱1與可攜式手控箱2位於立焊支撐平臺4的左上方，立焊支撐平臺4給上述裝置予以支撐和定位。

如圖2，所述雙伺服旋轉電弧傳感裝置8包括：上蓋體8.1、深溝球軸承8.2、測速裝置8.3、空心軸8.4、後置伺服電機8.5、調心軸承8.6、深溝球軸承8.7、下端蓋8.8、氣罩8.9、導電嘴8.10、進氣口8.11、下偏心球8.12、後置偏心結構8.13、定子8.14、轉子8.15，前置伺服電機8.16、前置偏心結構8.17、調心軸承8.18、上偏心球8.19、導電桿8.20；上蓋體8.1與上偏心球8.19有縫接合，導電桿8.20穿過上偏心球8.19，二者通過鍵槽連接，上偏心球8.19為一個空間三級低副，前置伺服偏心結構8.17通過調心軸承8.18與導電桿8.20相連，且此處導電桿8.20的直徑較大剛好用於承載前置伺服偏心結構8.17，前置伺服偏心結構8.17與前置伺服電機8.16通過齒輪傳動，緊接著導電桿8.20上安有測速裝置8.3，用於測量空心軸8.4的轉速和位置，為電弧傳感器控制提供信息，測速裝置8.3通過沉頭螺釘連接在空心軸8.4上，空心軸8.4上裝有電機轉子8.15和定子8.14帶動導電桿8.20轉動，後置伺服偏心結構8.13也通過調心軸承8.6與導電桿8.20相連，緊接著下偏心球8.12也穿過導電桿8.20，同上偏心球8.19一樣具有空間三級低副，導電桿末端裝有導電嘴8.11和氣罩8.9，上述全部裝置組合成一個整體為雙伺服旋轉電弧傳感裝置8。

所述雙伺服旋轉電弧傳感裝置8工作時，前置伺服電機8.16驅動主動齒輪轉動，帶動前置伺服偏心結構8.17上的從動齒輪轉動，從而帶動導電桿8.20實現偏心旋轉，後置伺服電機8.5一樣可以驅動後置偏心結構8.13，從而帶動導電桿8.20實現偏心旋轉。多功能控制箱1與雙伺服電機(包括前置伺服電機8.16與後置伺服電機8.5)之間有導線相連接，焊接時通過接收並分析大電流霍爾傳感器的信號，多功能控制箱1可分別控制前置伺服電機8.16與後置伺服電機8.5，當旋轉幅度達到焊接要求時，後置伺服電機8.5停止，前置伺服電機8.16繼續工作導電桿8.20可實現大範圍的連續旋轉，用於焊縫較寬深情況，反之，當前置伺服電機8.16停止，後置伺服電機8.5工作時導電桿8.20可實現小範圍的旋轉，適於焊縫較窄淺，前置伺服偏心機構8.17與後置伺服偏心機構8.13不同的配合關係可實現不同的偏心距。

如圖3、4，所述雙伺服偏心結構不同的配合關係可實現不同的偏心距，將前置偏心結構8.17的端面與導電桿8.20的軸線的交點作為原點，將前置偏心結構8.17的位移方向作為x軸，a1為前置偏心結構8.17的偏心位移，a2為後置偏心結構8.13的偏心位移，a為內偏心孔中心點相對同一截面外中心點的位移量，a'2指內偏心孔轉到另一位置時的位移矢量，a'2＝a2,tanα＝a/l,l:原點到下偏心球8.12的中心，α：導電桿8.20偏離水平方向的角度。

如圖5，所述焊接與雙伺服迴路控制系統包含通信系統模塊、計算分析模塊，下置雙伺服控制執行系統，控制橫/縱向驅動器、雙伺服驅動器、步進驅動器分別驅動位置補償十字滑架、雙伺服電機和空心電機，雙伺服旋轉電弧傳感裝置裝在位置補償十字滑架上，焊接時大電流霍爾傳感器把採集的信號反饋給雙伺服迴路控制系統，雙伺服電機上安裝有轉速傳感器，及時把雙伺服電機的轉速反饋給雙伺服控制執行系統，空心電機上也裝有測速裝置，及時把空心電機的轉速反饋給雙伺服控制執行系統，雙伺服電機分別帶動雙伺服偏心結構從而帶動導電桿旋轉。

下面結合附圖說明本發明的動作與控制過程：

立向焊接時，啟動可攜式手控箱2的急停開關，按下多功能控制箱1的開關旋鈕，通過可攜式手控箱2或者多功能控制箱1對位置補償十字滑架6進行操控，雙伺服旋轉電弧傳感裝置8藉助位置補償十字滑架6與焊炬承接器7進行微調對中，然後，焊接小車3在位於多功能控制箱1中的焊接與雙伺服迴路控制系統的控制下沿車行導軌11由下往上運動，焊接的焊縫偏差信號通過大電流霍爾傳感器實時的反饋給焊接與雙伺服迴路控制控制系統，焊接與雙伺服迴路控制控制系統的計算分析模塊會迅速的計算出焊槍的偏離程度並分析雙伺服電機(前置伺服電機8.16、後置伺服電機8.5)的工作狀態，然後通過焊接與雙伺服迴路控制控制系統的通信模塊對位置補償十字滑架6和雙伺電機(前置伺服電機8.16、後置伺服電機8.5)發送指令，實時的控制二者的工作狀態，焊接與雙伺服迴路控制控制系統除了在焊接時對焊縫進行跟蹤外，還對其他機構進行控制，起協調工作的作用。