[發(fā)明專(zhuān)利]焊后焊縫跟蹤機(jī)器人自動(dòng)糾偏及超聲沖擊系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610006491.X
• 申請(qǐng)日: 2014-11-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105458483B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧菊平;華亮;唐子峻;羅來(lái)武;張新松;張晴;蔣凌;華俊豪;姜曉棟;李建國(guó);倪海雪
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B23K9/32
• 分類(lèi)號(hào): B23K9/32;B23K9/02;B23K9/127;C21D10/00;C21D11/00;C21D9/50
• 代理公司: 南通市永通專(zhuān)利事務(wù)所32100
• 代理人: 葛雷

1.一種焊后焊縫跟蹤機(jī)器人自動(dòng)糾偏及超聲沖擊系統(tǒng)，其特征是：包括移動(dòng)式焊接設(shè)備、超聲波沖擊系統(tǒng)，在移動(dòng)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(cè)距傳感器實(shí)現(xiàn)距離測(cè)量；固定在移動(dòng)式焊接設(shè)備上的反光片A與移動(dòng)式焊接設(shè)備同步運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)；移動(dòng)式焊接設(shè)備、超聲波沖擊系統(tǒng)上的反光片通過(guò)安裝在不同高度來(lái)避免相互干擾，并采用不同調(diào)制頻率的激光或紅外光來(lái)避免干擾；歩進(jìn)電機(jī)固定安裝在焊縫以外區(qū)域，四個(gè)步進(jìn)電機(jī)B₁、B₂、B₃、B₄對(duì)稱(chēng)分布組成平面長(zhǎng)方形或正方形，并保證焊縫在四個(gè)步進(jìn)電機(jī)所圍成的長(zhǎng)方形或正方形內(nèi)；以步進(jìn)電機(jī)B₁和步進(jìn)電機(jī)B₄軸心連線為Y軸，以步進(jìn)電機(jī)B₁和步進(jìn)電機(jī)B₄距離中點(diǎn)為原點(diǎn)O(0,0)，建立平面X‐Y直角坐標(biāo)系；每個(gè)步進(jìn)電機(jī)均安裝有測(cè)距傳感器，測(cè)距傳感器與電機(jī)軸固定連接，同軸旋轉(zhuǎn)；四個(gè)測(cè)距傳感器C₁、C₂、C₃、C₄與步進(jìn)電機(jī)軸心線交點(diǎn)坐標(biāo)分別為O₁(X₁、Y₁)、O₂(X₂、Y₂)、O₃(X₃、Y₃)、O₄(X₄、Y₄)；四臺(tái)步進(jìn)電機(jī)中，兩臺(tái)用于確定焊接噴嘴的移動(dòng)軌跡，另外兩臺(tái)用于獲取超聲波沖擊頭的移動(dòng)軌跡，將兩軌跡進(jìn)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(guò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)糾偏，保證超聲波沖擊系統(tǒng)作業(yè)末端始終對(duì)準(zhǔn)焊縫作業(yè)；控制器K₁、K₂、K₃、K₄分別為步進(jìn)電機(jī)B₁、B₂、B₃、B₄的細(xì)分控制器，步進(jìn)電機(jī)的線速度大于移動(dòng)式焊接設(shè)備、超聲波沖擊系統(tǒng)的速度；無(wú)線通訊模塊Z₁、Z₂、Z₃、Z₄分別由控制器K₁、K₂、K₃、K₄控制；

移動(dòng)式焊接設(shè)備由焊接初始點(diǎn)開(kāi)始焊接，當(dāng)移動(dòng)式焊接設(shè)備在焊接初始點(diǎn)時(shí)，在移動(dòng)式焊接設(shè)備上安裝反光片A，反光片A與測(cè)距傳感器C₁、C₂在同一水平面上，且為避免焊接過(guò)程中的弧光干擾，測(cè)距傳感器C₁、C₂和反光片A安裝高度高于焊接噴嘴；移動(dòng)式焊接設(shè)備在焊接初始點(diǎn)時(shí)，保證測(cè)距傳感器C₁、C₂發(fā)出的光信號(hào)能夠射在反光片A上，測(cè)距傳感器C₁、C₂的信號(hào)分別由控制器K₁、K₂進(jìn)行處理和計(jì)算，得到的距離分別為L(zhǎng)₁、L₂；控制器K₁將檢測(cè)的距離L₁通過(guò)無(wú)線通訊模塊Z₁傳輸?shù)綗o(wú)線通訊模塊Z₂，并由無(wú)線通訊模塊Z₂送入控制器K₂，得到三角形“A O₁O₂”的頂點(diǎn)A的坐標(biāo)；控制器K₁、K₂每隔一定時(shí)間采樣測(cè)距傳感器的信號(hào)，計(jì)算一次A點(diǎn)坐標(biāo)；

當(dāng)移動(dòng)式焊接設(shè)備開(kāi)始焊接時(shí)，移動(dòng)式焊接設(shè)備產(chǎn)生移動(dòng)，當(dāng)控制器K₁、K₂采集不到測(cè)距傳感器的信號(hào)時(shí)，則說(shuō)明測(cè)距傳感器發(fā)射的光信號(hào)已經(jīng)不能射到反光片；此時(shí)，步進(jìn)電機(jī)B₁、B₂逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)測(cè)距傳感器產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使測(cè)距傳感器發(fā)射的光信號(hào)重新射到反光片，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)行，并計(jì)算出新的距離，由新的距離值，可以重復(fù)上述平面幾何計(jì)算方法，得到新的A點(diǎn)坐標(biāo)，以此類(lèi)推，可以得到A點(diǎn)的軌跡坐標(biāo)“(n₁，m₁)、(n₂，m₂)、(n₃，m₃)………”，A點(diǎn)軌跡上的任意一點(diǎn)坐標(biāo)，以(n_x，m_x)表示，此軌跡就是焊接噴嘴運(yùn)動(dòng)的軌跡，假定移動(dòng)式焊接設(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(dāng)移動(dòng)式焊接設(shè)備焊接了一定時(shí)間后，啟動(dòng)超聲波沖擊系統(tǒng)，跟隨移動(dòng)式焊接設(shè)備的軌跡，進(jìn)行焊后沖擊作業(yè)；超聲波沖擊系統(tǒng)的運(yùn)行，也從焊接初始點(diǎn)開(kāi)始；在超聲波沖擊系統(tǒng)上安裝反光片B，反光片B與測(cè)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(shí)，保證測(cè)距傳感器C₃、C₄發(fā)出的光信號(hào)能夠射在反光片B上，測(cè)距傳感器C₃、C₄的信號(hào)分別由控制器K₃、K₄進(jìn)行處理和計(jì)算，得到的距離分別為L(zhǎng)₂’、L₁’；控制器K₄將檢測(cè)的距離L₁’通過(guò)無(wú)線通訊模塊Z₄傳輸?shù)綗o(wú)線通訊模塊Z₃，并由無(wú)線通訊模塊Z₃送入控制器K₃，在控制器K₃中，計(jì)算得到三角形“BO₃O₄”的頂點(diǎn)B的坐標(biāo)；控制器K₃、K₄每隔一定時(shí)間采樣測(cè)距傳感器的信號(hào)，計(jì)算一次B點(diǎn)坐標(biāo)；

當(dāng)超聲波沖擊系統(tǒng)產(chǎn)生移動(dòng)，當(dāng)控制器K₃、K₄采集不到測(cè)距傳感器的信號(hào)時(shí)，則說(shuō)明測(cè)距傳感器發(fā)射的光信號(hào)已經(jīng)不能射到反光片；此時(shí)，步進(jìn)電機(jī)B₃、B₄順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)測(cè)距傳感器產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使測(cè)距傳感器發(fā)射的光信號(hào)重新射到反光片，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)行，并計(jì)算出新的距離，由新的距離值，重復(fù)上述平面幾何計(jì)算方法，得到新的B點(diǎn)坐標(biāo)，以此類(lèi)推，可以得到B點(diǎn)的軌跡坐標(biāo)“(n₁’，m₁’)、(n₂’，m₂’)、(n₃’，m₃’)………”，B點(diǎn)軌跡上的任意一點(diǎn)坐標(biāo)，以(n_x’，m_x’)表示，此軌跡就是超聲波沖擊頭運(yùn)動(dòng)的軌跡；

控制器K₂得到的A點(diǎn)的軌跡的離散點(diǎn)“(n₁，m₁)、(n₂，m₂)、(n₃，m₃)………”均通過(guò)Zigbee無(wú)線通訊模塊Z₂傳輸?shù)娇刂破鱇₃，并存儲(chǔ)在控制器K₃中；控制器K₃每得到一個(gè)新的超聲波沖擊頭運(yùn)動(dòng)的軌跡點(diǎn)(n_x’，m_x’)后，與K₃存儲(chǔ)器中的所有的點(diǎn)“(n₁，m₁)、(n₂，m₂)、(n₃，m₃)………”逐個(gè)進(jìn)行比較，選擇與(n_x’，m_x’)歐氏距離最短的點(diǎn)(n_x，m_x)作為目標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算“n_x’-n_x”、“m_x’-m_x”的大小，并且以這個(gè)大小作為偏差量，調(diào)整移動(dòng)機(jī)器人本體的直流伺服電機(jī)和十字滑塊的步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)超聲波沖擊系統(tǒng)向著減小偏差的方向運(yùn)動(dòng)；

超聲波沖擊系統(tǒng)采用輪式移動(dòng)機(jī)器人作為本體，通過(guò)兩輪差動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)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(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)超聲波沖擊頭的精密定位。