[发明专利]基于双激光雷达探测传感器的自动化焊接系统

说明书

技术领域

本发明涉及焊接自动化技术领域，具体涉及一种基于双激光雷达精确测控焊缝的系统与方法。

背景技术

尽管目前焊缝跟踪技术已经趋于成熟，但对于复杂的焊接还有待改进，发展的空间还是很大的。鉴于中国制造2025的发展趋势，大型重要器件如船舱甲板等加工板材对焊接的质量要求更高。因此，需要充分考虑焊接环境的复杂性，焊缝跟踪的精度，才能保证焊接的质量，为实现自动化焊接奠定坚实的基础。当前工业化生产对大型平板的需求量加大，为降低生产成本，焊接设备必须适应复杂焊缝的焊接以便于拓展焊接自动化设备的焊接范围。

复杂焊接的重难点在于焊缝信号提取与焊缝偏差的识别。开发明专利：一种基于激光双目视觉的复杂角焊缝位置检测方法(申请号为2014100428828)中采用的是双目CCD摄像识别技术。CCD易受弧光的干扰，且一般体积较大不易安装，限制了焊枪的可达性。与其相比，电弧传感器就有着难以替代的优势。本文旨在提出将一种新的传感器运用到焊接中来，以提高对焊缝的提取和偏差识别。21世纪以来雷达传感器在航空航天、精准导航、空间定位、位移监测等问题，但至今仍然很少看到将其应用于焊缝跟踪领域的文献与报道。先采用双激光雷达传感器与焊接自动化有机的结合起来，运用雷达精确扫描焊缝信号，在焊接状态恶劣的状况实现精确焊缝跟踪。本发明将双激光雷达探测传感器，雷达探测控制器，自适应弧度调整器三者紧密连接起来，扩展了微机械传感器的应用领域，填补了微机械传感器实现了焊缝自动化跟踪的空白。

发明内容

本发明的目的是为了解决焊接中的自动化焊接以及转角处焊缝信号识别，提供的一种基于双激光雷达探测传感器的自动化焊接系统。系统主要包括双激光雷达探测传感器，雷达探测控制器，自适应弧度调整器，焊接系统控制箱，焊接机器人，焊接电源及焊接水冷系统。该焊接系统从上至下连接顺序为进出冷却水管，雷达探测控制器，自适应弧度调整器，双激光雷达探测传感器，导电嘴，焊丝。双激光雷达探测传感器装载于机器人焊接手臂前端，双激光雷达探测传感器扫描装设前方光码盘，将前置探头与后置探头的采集信息导入安装于焊接手臂的雷达探测控制器，前置探头信号另经焊接系统的自适应弧度调整器反馈至焊接机器人。该传感器系统特点在于减小弧光干扰，实现了焊缝信号的精确采集。

基于双激光雷达探测传感器的自动化焊接系统的工作原理，如下所述：固定于空心电机的同轴的两侧的双雷达探头，在变频空心电机的摆动中通过传感头前端的光码盘扫描焊缝信号得后置探头采集的焊缝信号A与前置的探头采集的焊缝坡口信号B，以后置探头采集信号为基准信号，通过前后探头的信号采集反馈至雷达探测控制器内进行信号处理，消除相位差后补偿识别出焊缝信号为(B-A)。雷达探测控制器中内设单片机，便于数据传输，编写程序，改进控制器对执行机构的算法。

机械结构运作前机械调零，使得运动方向与中心轴线相重合，在空心电机有序来回摆动时，前置探头由此在中心轴线的左右两侧等幅度透过前端光码盘扫描焊缝信息得左偏量C与右偏量D,扫描信号经自动弧度调整器对比两侧信号，故而运算处理过滤掉无关杂波可得焊缝转角偏转角度为(D-C)/2，当偏转值为正，则右偏；若偏转值为负，则左偏。根据反馈的偏转角度值，自适应弧度调整器自适应调节焊枪运动轨迹，保证焊接方向与中心轴线始终重合，提高焊缝跟踪精度。

双激光雷达探测传感器由双雷达探头，光码盘和空心电机组成。由横断支撑板对称固定的双雷达探头分为前置探头与后置探头，通过空心电机中心对称布置于焊丝两侧，在空心电机转子的作用下以一定频率关于中心轴线来回摆动，使得探头透过传感器前端设置的光码盘光孔扫描焊缝，后置探头采集信号为基准信号，对比前置探头信号分析得出焊缝信息。辅助双激光雷达探测传感器高频来回摆动，高温转子的热量被捆成匝式的进水冷水铜管冷却，将多余的热量转移走，保证电机的正常运行。双激光雷达传感器前端设置的光码盘，均分成60等分，将转角偏转等分程度转换成对应的光码孔数，便于数据的进一步采集与分析，简化了数据的运算。

程序设置焊接过程进行时，便于节能与数据的采集，初始设定空心电机转子的左右摆幅为45度，当扫描信号溢出，即转角量超出摆动幅度时，由系统的闭环回路实现反馈信号实时调节，相应增大空心电机转子的左右摆幅，实现焊缝信号的完整采集。当偏转实现后，系统调节回初始状态值，继续运行。

焊接过程中双激光雷达探测器负责采集焊缝信号，雷达探测控制器与自适应弧度调整器处理焊缝信号并反馈至焊接系统，便于执行相关操作。整体焊接系统受控于焊接系统控制箱，保证焊接过程有序进行。

具体实施方式