[發明專利]恒速掃描定位式焊后焊縫跟蹤及殘余應力消除系統

有效

• 申請號: 201210401736.0
• 申請日: 2012-10-19
• 公開（公告）號: CN102922147A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 華亮;顧菊平;丁立軍;張華;周磊;吳曉;張新松;俞鈳安;趙振東;張齊;劉雨晴
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: B23K26/42
• 分類號: B23K26/42
• 代理公司: 南通市永通專利事務所 32100
• 代理人: 葛雷

技術領域

本發明涉及一種焊接應力消除自動控制系統，屬于傳感與測控技術領域。

背景技術

在大型結構件焊接、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備焊接等領域，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，而且會降低結構的承載能力。如在鋁合金造船工業中，板材由于焊接過程中較大的熱輸入而發生變形較大、焊接接頭性能較差。在建造船體時，約有25％的工作量是對船板整形和捶平，以達到要求的平整度和曲率，以便能將船板固定在一起。這不僅影響了船舶生產的效率，而且大大降低了船的質量。即使是熱輸入小、變形小的激光焊接，也存在焊接變形問題。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。其中超聲沖擊技術是一種新穎的有效的消除部件表面或焊縫區有害殘余拉應力、引進有益壓應力的方法，相比其它方法其優點突出。超聲沖擊設備利用大功率的能量推動沖擊頭以每秒約2萬次的頻率沖擊金屬物體表面，高頻、高效和聚焦下的大能量使金屬表層產生較大的壓縮塑性變形；同時超聲沖擊改變了原有的應力場，產生有益的壓應力；高能量沖擊下金屬表面溫度極速升高又迅速冷卻，使作用區表層金屬組織發生變化，沖擊部位得以強化。

國內外雖已研制出移動小車承載的隨焊/焊后應力消除設備，但都不具備焊后長焊縫、彎曲焊縫自動跟蹤功能。要使隨焊/焊后應力消除設備能夠自動實施作業，需具備焊后焊縫跟蹤功能。先進焊后焊縫跟蹤均使用在焊縫質量檢測中，使用的方法多采用機器視覺的方式，見文獻（盧昌福.基于激光視覺傳感的焊后檢測技術研究[D].[碩士學位論文].哈爾濱：哈爾濱工業大學，材料科學與工程學院，2007.7.；Jean-Paul?Boillot，Koichi?Uota，Etienne?Berthiaume，et?al.Tracking?and?inspection?for?laser?welding[J].Proceedingof?SPIE,2002(4):165-170.），由于焊后坡口特征消失、焊接缺陷、殘留的焊劑焊渣和飛濺等都直接影響到視覺檢測。探索一種精度高、不受焊后工況影響的全自動焊后焊縫跟蹤方式，并將其應用于焊后應力消除系統中，將具有很強的實用價值。

發明內容

本發明的目的在于提供一種實時記錄焊接噴嘴移動軌跡，應力消除作業效果好的恒速掃描定位式焊后焊縫跟蹤及殘余應力消除系統。

本發明的技術解決方案是：

一種恒速掃描定位式焊后焊縫跟蹤及殘余應力消除系統，其特征是：包括對焊縫進行焊接的移動式焊接設備、消除焊接應力的焊接應力消除移動機器人，一臺同步電機固定放置于焊縫外，以同步電機轉軸軸心作為參考點；兩個反射式測距傳感器固定在電機軸上，與電機同軸旋轉，兩個傳感器間相隔一段距離；在焊接初始點、移動式焊接設備的焊接噴嘴處、焊接應力消除移動機器人作業末端均貼有反射片，與上述測距傳感器配合測距，其中一個測距傳感器分別檢測參考點與焊接初始點、參考點與焊接噴嘴之間的距離，另一個測距傳感器分別檢測參考點與焊接初始點、參考點與焊接應力消除移動機器人作業末端之間的距離；系統運行過程中，電機不停地恒速旋轉，測距傳感器不斷檢測焊接噴嘴與參考點的距離，及以參考點為圓心，參考點、焊接初始點、焊接移動點所形成的角度，從而得到焊接噴嘴相對于參考點的移動軌跡；同時測距傳感器實時檢測焊接應力消除移動機器人作業端與參考點的距離，及以參考點為圓心，參考點、焊接起始點、應力消除移動點所形成的角度，從而得到焊接應力消除移動機器人作業端相對于參考點的移動軌跡，將上述兩軌跡進行比較，即可得到焊接應力消除移動機器人作業端偏離已焊焊縫的距離和方向，并通過控制系統進行糾偏。

在焊接初始點上設置上下兩個反射片，且兩個反射片間相隔一段距離；焊接噴嘴處的反射片中心、焊接初始點上的一個反射片中心與一個測距傳感器在同一水平面上；焊接應力消除移動機器人作業末端的反射片中心、焊接初始點上的另一個反射片中心與另一個測距傳感器在同一水平面上。

測距傳感器安裝高度高于焊接噴嘴，采用調制頻率避開弧光及等離子體輻射的干擾。

在焊接應力消除移動機器人上安裝位姿檢測傳感器，得到任一時刻機器人相對于參考點的位姿，通過控制系統進行糾偏。