[發明專利]一種圓筒自動化焊接設備及方法

有效

• 申請號: 202011364535.9
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112548420B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 張英杰;石國園;朱逸風;李旗;張宇翔
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B23K37/02
• 分類號: B23K37/02;B23K37/053;B23K37/047;B23K37/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張海平

1.一種圓筒自動化焊接設備，其特征在于，包括焊接滑臺(2)、激光傳感器(3)、焊接豎桿(4)、焊槍(5)、圓筒支撐輪(7)、圓筒驅動輪(8)、編碼器(9)、驅動電機(10)、上位機(11)和控制器(12)，圓筒支撐輪(7)和圓筒驅動輪(8)平行，圓筒驅動輪(8)與驅動電機(10)連接，編碼器(9)同軸安裝于圓筒驅動輪(8)上，焊接滑臺(2)設置于圓筒支撐輪(7)和圓筒驅動輪(8)的一側，焊接豎桿(4)設置于焊接滑臺(2)上，焊槍(5)和激光傳感器(3)設置于焊接豎桿(4)上，上位機(11)與控制器(12)連接，焊接滑臺(2)、激光傳感器(3)、編碼器(9)和驅動電機(10)均與控制器(12)電連接；

所述圓筒自動化焊接設備的工作過程如下：

調整設備：將待焊接圓筒(6)放置在圓筒支撐輪(7)和圓筒驅動輪(8)上，調整焊接滑臺(2)的滑動方向為靠近和遠離待焊接圓筒(6)的方向，將激光傳感器(3)調節到和待焊接圓筒(6)的中心在同一高度，調整激光傳感器(3)的線光源和待焊接圓筒(6)的軸線垂直，調整焊槍(5)至焊接位；

獲取進給量：圓筒驅動輪(8)驅動待焊接圓筒(6)旋轉；在待焊接圓筒(6)旋轉的過程中，激光傳感器(3)對圓筒外輪廓進行測量；根據激光傳感器(3)的測量結果，獲取焊槍(5)和焊接滑臺(2)的進給量；

圓筒焊接：圓筒驅動輪(8)驅動待焊接圓筒(6)旋轉，焊槍(5)對待焊接圓筒(6)進行焊接，焊槍(5)對待焊接圓筒(6)進行焊接時，焊槍(5)和焊接滑臺(2)根據進給量進行移動；

激光傳感器(3)對圓筒外輪廓進行測量時，包括如下過程：

數據采集：設置激光傳感器(3)采樣頻率和驅動電機(10)的轉速，圓筒驅動輪(8)驅動待焊接圓筒(6)旋轉，激光傳感器(3)從待焊接圓筒(6)上的起始采樣點開始連續采樣，當待焊接圓筒(6)轉過一圈后采樣停止，得到一組待焊接圓筒(6)外輪廓點云數據；

坐標變換：通過坐標變換將得到的待焊接圓筒(6)外輪廓點云數據轉換到與待焊接圓筒(6)平行的一平面內，坐標原點為圓筒支撐輪(7)與圓筒驅動輪(8)的中垂面和激光傳感器(3)同高度水平線之間的交點；

數據擬合：根據坐標變換的結果，利用橢圓擬合算法擬合出待焊接圓筒(6)的外輪廓；

獲取焊槍(5)和焊接滑臺(2)的進給量的過程包括：計算偏差：將每一角度對應的激光傳感器(3)的測量值減去擬合外輪廓的理論值得到外輪廓上這一點的偏差值；

根據所述偏差值，計算焊槍(5)和焊接滑臺(2)的進給量；

焊槍(5)的進給量通過焊接滑臺(2)的進給量來控制，焊槍(5)距離待焊接圓筒(6)的距離f滿足以下關系：

其中：f為焊槍(5)距離待焊接圓筒(6)的距離，為待求量；d為激光傳感器(3)測得的待焊接圓筒(6)距離激光傳感器(3)的距離；c為焊槍直的部分離激光傳感器的水平距離；e為焊槍傾斜部分的長度，R為待焊接圓筒(6)半徑，a為焊槍傾斜部分與待焊接圓筒(6)圓心連線和豎直方向之間的夾角；

焊接滑臺(2)的進給量Δ＝f×sin(a)；

焊槍(5)對待焊接圓筒(6)進行焊接時，焊接滑臺(2)按照滑臺進給量Δ做進給運動，待焊接圓筒(6)從起始點旋轉一周，焊接完成。

2.根據權利要求1所述的一種圓筒自動化焊接設備，其特征在于，焊接豎桿(4)采用伸縮桿。

3.根據權利要求1所述的一種圓筒自動化焊接設備，其特征在于，焊槍(5)和焊接豎桿(4)之間通過鉸鏈連接。