坡口焊割機器手輕觸式初始高度浮動調節系統的製作方法

2023-05-03 16:09:41

專利名稱：坡口焊割機器手輕觸式初始高度浮動調節系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及機械領域，尤其涉及坡口焊割機器手，特別是一種坡口焊 割機器手輕觸式初始高度浮動調節系統。
背景技術：
坡口焊割機器手在使用過程中均需要進行初始調高。現有技術中，初 始調高系統的調節通過接觸式傳感器或者非接觸式傳感器來檢測位置。接 觸式傳感器的種類有差動電壓傳感器、電阻傳感器、觸覺傳感器、堵轉扭 矩或壓力傳感器，非接觸式傳感器的種類有電容傳感器和電感傳感器。接 觸式傳感器在高溫、燃燒、飛濺、粉塵、水汽、鋼渣的惡劣工業環境中非 常容易受損或誤動作，如果直接使用焊割槍尖作傳感器接觸單元，則更容 易傷及昂貴的焊割槍本身。而電容傳感器和電感傳感器檢測精度差，溫漂、 時漂嚴重。焊割中在工件上產生的電流對受檢電容或電感量也有一定幹擾。 其他非接觸式傳感器則存在檢測點與實際槍尖位置有偏差，從而引起高度 位置不準確。

發明內容
本發明的目的在於提供一種坡口焊割機器手輕觸式初始高度浮動調節 系統，所述的這種坡口焊割機器手輕觸式初始高度浮動調節系統要解決現 有技術中槍頭直接接觸式傳感器容易損壞槍頭或傳感器，和非接觸式傳感 器檢測精度差，溫漂、時漂嚴重、焊割中工件上產生的電流產生幹擾、以 及和實際槍頭位置差帶來測量偏差的技術問題。
本發明的這種坡口焊割機器手輕觸式初始高度浮動調節系統由 一個槍 體夾具、 一組傳感器和控制器構成，所述傳感器均勻分布在焊割炬上方的 用作硬限位的圓盤周邊上，用作檢測和確定調節基準位置。位置檢測傳感 器的數目至少是一個。所述的槍體夾具由一個第一半圓夾具片和一個第二
4半圓夾具片構成，所述的第一半圓夾具片和第二半圓夾具片之間設置有一 個開合驅動機構，所述的開合驅動機構由一個電磁微動推力器和連接第一 半圓夾具片或者第二半圓夾具片的連杆構成，所述的電磁微動推力器通過 控制線與所述的控制器連接。
進一步的，所述的第一半圓夾具片的兩側分別設置有夾具開合導杆， 夾具開合導杆的一端分別連接到一個固定支架上，所述的第二半圓夾具片 的兩側分別設置有通孔，第二半圓夾具片通過所述的通孔套設在夾具開合 導杆上，第二半圓夾具片兩側與所述的固定支架之間的夾具開合導杆上分 別設置有彈簧，第二半圓夾具片通過推桿與一個電磁微動推力器連接，所 述的電磁微動推力器與固定支架固定。
進一步的，在坡口焊割機器手的初始高度調節過程中，首先通過控制 器驅動坡口焊割機器手夾緊焊割槍體並上升到安全高度，然後通過控制器 驅動電磁微動推力器鬆開槍體夾具，允許焊割槍體在夾具中下滑到硬限位 位置、並處於上下自由浮動狀態，然後下降機器手直至機器手槍尖輕觸工 件，此時通過所述的傳感器檢測坡口焊割機器手的調節基準位置，然後將 坡口焊割機器手進一步下降到比坡口運動曲線中心位置低一個需要的初始 高度值的位置，在此過程中、槍尖觸及工件並被向上頂起時，控制坡口焊 割機器手停止，並控制槍體夾具重新夾緊焊割槍體，最後控制坡口焊割機 器手回到坡口運動曲線中心位置，槍尖同步上移並處於初始高度位置上，
完成調節o
進一步的，在位置檢測傳感器檢測坡口焊割機器手的調節基準位置時， 焊割炬在夾具中處於自由浮動狀態。 一旦焊割炬槍頭輕觸到工件表面，槍 頭受力或微動位移立即觸發傳感器，控制器檢測到基準調節位置。基準調 節位置用於在隨後機器手運動中確定槍尖與工件的初始高度。
本發明的工作原理是本發明利用焊割槍尖輕觸工件表面觸發傳感器 作為初始高度位置基準確定方法，利用一個開合式焊割槍體夾具，使得在槍體高度調節過程中夾具微微鬆開，使槍體處於上下運動的自由狀態，當 機器手下行到一定高度時，槍尖觸及工件獲得調節基準位置，槍體以工件 表面為基準在夾具中浮動，從而使機器手通過上下運動調整到需要抱緊槍 體的正確位置，然後夾緊槍體。在將槍體調節到要求的焊割起始高度後， 整個機器手回到坡口運動曲線中心，從而避免了由於機器手的坡口曲線運 動中心偏移而引起的一系列路徑/姿態控制算法的修正和補償。其具體控制 步驟如下
坡口焊割機器手夾緊焊割槍，上升到安全高度
鬆開槍體夾具，使槍體在夾具中下滑到硬限位位置，並處於上下自由 浮動狀態
機器手向下移動直到機器手槍尖輕觸及工件表面，通過傳感器檢測到 此時調節基準高度(Z軸位置數據)
將機器手進一步下降到比坡口運動曲線中心位置低一個需要的初始高 度值的位置。
在上一步調整過程中某一時刻，槍尖觸及工件，並被向上頂起。當機 器手到位停止後，夾具重又夾緊槍體。
機器手抬起回到坡口運動曲線中心位置，此時槍尖也同步上移了距離， 機器手到位後槍尖就處在初始高度的位置上。
本發明和已有技術相對比，其效果是積極和明顯的。本發明在開合式 悍割槍體夾具上安裝調節基準位置傳感器檢測焊割槍尖輕觸工件表面時的 位置，有效防止了接觸式傳感器容易損壞接觸單元的弊病，也迴避了非接 觸式傳感器易受幹擾和位置偏差的問題，在槍體高度調節過程中使槍體處 於上下運動的自由狀態，當機器手下行到一定高度時，槍尖觸及工件，槍 體以工件表面為基準在夾具中浮動，從而使機器手通過上下運動調整到需 要抱緊槍體的正確位置，然後夾緊槍體。在將槍體調節到要求的焊割起始 高度後，整個機器手回到坡口運動曲線中心，從而避免了由於機器手的坡口曲線運動中心偏移而引起的一系列路徑/姿態控制算法的修正和補償。


圖1是本發明的坡口焊割機器手輕觸式初始高度浮動調節系統的結構 示意圖。
圖2是本發明的坡口焊割機器手輕觸式初始高度浮動調節系統中的開 合式焊割槍體夾具的結構示意圖。
圖3是本發明的坡口焊割機器手輕觸式初始高度浮動調節系統的工作 過程示意圖。
具體實施方式
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如圖1、圖2和圖3所示，本發明的坡口焊割機器手非接觸式初始高 度浮動調節系統由一個槍體夾具1、 一組傳感器2、槍體下滑硬限位3和一 個控制器(圖中未示)構成，所述的控制器採用現有技術，其中，所述的 槍體夾具由一個第一半圓夾具片5和一個第二半圓夾具片6構成，所述的 第一半圓夾具片5和第二半圓夾具片6之間設置有一個開合驅動機構，所 述的開合驅動機構由一個電磁微動推力器11和連接第一半圓夾具片或者 第二半圓夾具片的連杆構成，所述的電磁微動推力器11通過控制線與所述 的控制器連接。
進一步的，在槍體下滑到硬限位然後槍尖頂到工件表面時，所述的位 置傳感器2被觸發，觸發信號傳到控制器，當前位置被記錄為調節基準位 置。
進一步的，所述的第一半圓夾具片5的兩側分別設置有夾具開合導杆 7，夾具開合導杆7的一端分別連接到一個固定支架8上，所述的第二半圓 夾具片6的兩側分別設置有通孔，第二半圓夾具片6通過所述的通孔套設 在夾具開合導杆7上，第二半圓夾具片6兩側與所述的固定支架8之間的 夾具開合導杆7上分別設置有彈簧9，第二半圓夾具片6通過推桿10與一 個電磁微動推力器11連接，所述的電磁微動推力器11與固定支架8固定。本實施例中，正常情況時槍體夾具中的兩個半圓夾具片在彈簧力作用
下合在一起，在數控/PLC控制下，強力的電磁微動推力器11可以將兩片 半圓夾具片微微分開，從而實現焊割槍體4在夾具1中上下自由浮動。使 得在槍體4高度調節過程中夾具微微鬆開，使槍體4處於上下運動的自由 狀態，當機器手下行到一定高度時，槍尖觸及工件12，輕觸瞬間的槍尖位 置通過傳感器獲得，槍體4以工件12表面為基準在夾具中"浮動"，從而 使機器手通過上下運動調整到需要抱緊槍體4的正確位置，然後夾緊槍體 4。在將槍體4調節到要求的焊割起始高度後，整個機器手回到坡口運動曲 線中心，從而避免了由於機器手的坡口曲線運動中心偏移而引起的一系列 路徑/姿態控制算法的修正和補償。具體控制步驟如下 坡口焊割機器手夾緊焊割槍，上升到安全高度
鬆開槍體夾具1，使槍體4在夾具中下滑到硬限位位置3，並處於上下 自由浮動狀態
機器手繼續下移，槍尖觸及工件，通過傳感器2檢測到機器手槍尖輕 觸工件瞬間的位置
將機器手下降到比坡口運動曲線中心位置低一個需要的初始高度值的 位置。在此過程中，槍體4被向上頂起。當機器手到位停止後，夾具重又 夾緊槍體4。
機器手抬起回到坡口運動曲線中心位置，此時槍尖也同步上移了距離， 機器手到位後槍尖就處在初始高度的位置上。
權利要求
1.一種坡口焊割機器手輕觸式初始高度浮動調節系統，由一個槍體夾具、一組位置檢測傳感器和控制器構成，所述的位置檢測傳感器通過信號線與所述的控制器連接，位置檢測傳感器的數目至少是一個，其特徵在於所述的槍體夾具由一個第一半圓夾具片和一個第二半圓夾具片構成，所述的第一半圓夾具片和第二半圓夾具片之間設置有一個開合驅動機構，所述的開合驅動機構由一個電磁微動推力器和連接第一半圓夾具片或者第二半圓夾具片的連杆構成，所述的電磁微動推力器通過控制線與所述的控制器連接，所述的位置檢測傳感器通過檢測焊割槍頭本身受力頂起而判斷位置。
2. 如權利要求l所述的坡口焊割機器手輕觸式初始高度浮動調節系統，其 特徵在於所述的第一半圓夾具片的兩側分別設置有夾具開合導杆，夾 具開合導杆的一端分別連接到一個固定支架上，所述的第二半圓夾具片 的兩側分別設置有通孔，第二半圓夾具片通過所述的通孔套設在夾具開 合導杆上，第二半圓夾具片兩側與所述的固定支架之間的夾具開合導杆 上分別設置有彈簧，第二半圓夾具片通過推桿與一個電磁微動推力器連 接，所述的電磁微動推力器與固定支架固定。
3. 如權利要求l所述的坡口焊割機器手輕觸式初始高度浮動調節系統，其 特徵在於焊割槍頭在自由浮動狀態下輕觸到工件表面、焊割槍頭被頂 起時，槍體夾具上的位置檢測傳感器感應槍頭被頂起瞬間的受力或位 移，將該位置作為調節基準位置並進行後續初始高度調節。
4. 如權利要求l所述的坡口焊割機器手輕觸式初始高度浮動調節系統，其 特徵在於在坡口焊割機器手的初始高度調節過程中，首先通過控制器 驅動坡口焊割機器手夾緊焊割槍體並上升到安全高度，然後通過控制器驅動電磁微動推力器鬆開槍體夾具，允許焊割槍體在夾具中下滑到硬限 位位置、並處於上下自由浮動狀態，同時通過位置檢測傳感器實時檢測坡口焊割機器手的調節基準位置，然後以此為參照將坡口焊割機器手下 降到比坡口運動曲線中心位置低一個需要的初始高度值的位置，在此過 程中、槍尖觸及工件並被向上頂起時，控制坡口焊割機器手停止，並控 制槍體夾具重新夾緊焊割槍體，最後控制坡口焊割機器手回到坡口運動 曲線中心位置，槍尖同步上移並處於初始高度位置上，完成調節。
全文摘要
一種坡口焊割機器手輕觸式初始高度浮動調節系統，由一個槍體夾具和一組位置檢測傳感器構成。槍體夾具由第一半圓夾具片和第二半圓夾具片構成，第二半圓夾具片通過推桿與電磁微動推力器連接。利用開合式焊割槍體夾具，使在槍體高度調節過程中夾具微微鬆開，使槍體處於上下運動的自由狀態，在槍尖觸及工件的瞬間檢測焊割槍實際位置，然後調節夾具到期望高度後再夾緊，並抬起槍體到初始高度位置。避免了機器手的坡口曲線運動中心偏移而引起的一系列路徑/姿態控制算法的修正和補償。利用自由浮動槍尖輕觸工件被頂起的瞬間觸發槍體夾具上的傳感器，作為初始高度位置檢測傳感器，並以此位置為基準計算夾具夾緊位置和抬起高度，以獲得正確的初始高度。
文檔編號B25J19/02GK101590576SQ20081003815
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月28日 優先權日2008年5月28日
發明者王如岡 申請人:如岡自動化控制技術(上海)有限公司