集装箱波纹板角焊缝及搭接焊缝的焊接系统的制作方法
【专利摘要】一种集装箱波纹板角焊缝及搭接焊缝的焊接系统，包括一主控制器、与该主控制器相连的一焊缝跟踪模块和一焊枪控制模块以及受控于该焊枪控制模块的一焊枪，该焊缝跟踪模块包括一激光发射器和与该激光发射器相配合的一激光测距传感器，该焊缝跟踪模块还包括与该激光发射器相配合的一偏转镜、用以带动该偏转镜偏转的一R轴控制电机以及用以驱动该R轴控制电机动作的一R轴驱动单元。本实用新型仅需一个传感器来实现焊缝的可靠追踪。
【专利说明】集装箱波纹板角焊缝及搭接焊缝的焊接系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及集装箱的加工设备，尤其涉及一种集装箱与波纹板相关的焊接设备。
【背景技术】
[0002]集装箱上波纹板角接焊缝及搭接焊缝较多，主要集中在侧板与上下侧梁、前墙板与前上下梁、顶板与顶侧梁、顶板与楣板、侧板与角柱等连接处，工作量很大。现有的焊接系统，如中国专利CN201592307U所公开的一种集装箱角焊缝焊接系统，包括一焊枪、用以承载该焊枪的一运动平台以及控制该运动平台和该焊枪动作的一控制系统，该控制系统包括控制器和与该控制器连接的焊缝参数调节模块、零点检测模块、焊缝捕获模块以及运动平台驱动模块，该运动平台驱动模块可分别经由一 X轴控制电机驱动器来驱动一 X轴控制电机，经由一 Y轴控制电机驱动器来驱动一 Y轴控制电机以及经由一 Z轴控制电机驱动器来驱动一 Z轴控制电机。现有的这种焊接系统，一方面，焊缝捕获模块包括用以捕获待焊接的波纹板的一波形跟踪传感器和用以捕获待焊接的梁的一高度跟踪传感器，需要用到两个传感器，成本较高；另一方面，焊枪的调节仅限于位置，不涉及姿态调节，造成了很大的局限。可见，实有必要对现有的焊接系统进行改进。
实用新型内容
[0003]本实用新型所要解决的技术问题在于克服上述现有技术所存在的不足，而提出一种集装箱波纹板角焊缝及搭接焊缝的焊接系统，仅需一个传感器来实现焊缝的可靠追踪。
[0004]本实用新型针对上述技术问题提出一种集装箱波纹板角焊缝及搭接焊缝的焊接系统，包括一主控制器、与该主控制器相连的一焊缝跟踪模块和一焊枪控制模块以及受控于该焊枪控制模块的一焊枪，该焊缝跟踪模块包括一激光发射器和与该激光发射器相配合的一激光测距传感器，该焊缝跟踪模块还包括与该激光发射器相配合的一偏转镜、用以带动该偏转镜偏转的一 R轴控制电机以及用以驱动该R轴控制电机动作的一 R轴驱动单兀。
[0005]其中，该焊枪控制模块包括一运动控制器；该焊缝跟踪模块还包括一编码器，该编码器设置在该运动控制器与该R轴驱动单元之间。
[0006]其中，该焊枪控制模块包括一运动控制器和与该运动控制器相连的:一 X轴驱动单元、由该X轴驱动单元驱动的一 X轴控制电机以及由该X轴控制电机控制的一 X轴执行机构，用以调节该焊枪的X座标位置；一 Y轴驱动单元、由该Y轴驱动单元驱动的一 Y轴控制电机以及由该Y轴控制电机控制的一Y轴执行机构，用以调节该焊枪的Y座标位置；以及一 Z轴驱动单元、由该Z轴驱动单元驱动的一 Z轴控制电机以及由该Z轴控制电机控制的一 Z轴执行机构，用以调节该焊枪的Z座标位置。
[0007]其中，该X轴执行机构包括双燕尾型直线导轨，该Y轴执行机构与Z轴执行机构装设于该X轴执行机构上。
[0008]其中，该焊枪控制模块还包括:与该运动控制器相连的一 U轴驱动单元、由该U轴驱动单元驱动的一 U轴控制电机以及由该U轴控制电机控制的一 U轴执行机构，用以调节该焊枪的姿态。
[0009]其中，该U轴执行机构包括相互配合的弧形导轨和弧形传动机构。
[0010]其中，该主控制器是一工业控制计算机；该运动控制器是装设于该工业控制计算机中的一功能卡。
[0011]其中，该激光发射器、偏转镜、R轴控制电机、R轴驱动单元以及编码器是通过一组结构件组合到一起以构成一激光摆动部件的。
[0012]其中，这组结构件包括:一安装底座；一玻璃板，其装设在该安装底座中；一偏转镜安装架，用以装设该偏转镜；一盖板，与该安装底座配合，用以防护激光发射器；一垫块，用以将该R轴控制电机装设到该安装底座的侧部；一编码器连接板，用以将该编码器装设到该R轴控制电机的一端；以及一罩，用以对该R轴控制电机以及编码器进行防护。
[0013]其中，这组结构件还包括:一压条，其装设在该安装底座的底部并由一侧伸出，其端头设有安装孔。
[0014]与现有技术相比，本实用新型的集装箱波纹板角焊缝及搭接焊缝的焊接系统，通过巧妙地增设一偏转镜及带动该偏转镜偏转的电机和驱动单元，可以用一路的激光测距传感器来实现焊缝的可靠追踪。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型集装箱波纹板角焊缝及搭接焊缝的焊接系统较佳实施例的框图结构。
[0016]图2是本实用新型较佳实施例中焊缝捕获模块的结构示意图。
[0017]其中，附图标记说明如下:1主控制器；2焊缝捕获模块21激光发射器211发射孔22激光测距传感器23检测信号预处理器24偏转镜25 R轴控制电机26 R轴驱动单元27编码器29结构件291安装底座292玻璃板293压条294偏转镜安装架295垫块296编码器连接板297罩298盖板；3焊枪控制模块31运动控制器321 X轴驱动单元322 X轴控制电机323 X轴执行机构331 Y轴驱动单元332 Y轴控制电机333Y轴执行机构341 Z轴驱动单元342 Z轴控制电机343 Z轴执行机构351 U轴驱动单元352 U轴控制电机353 U轴执行机构；4焊枪。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图，对本实用新型予以进一步地详尽阐述。
[0019]参见图1，本实用新型提出一种集装箱波纹板角焊缝及搭接焊缝的焊接系统，其大致包括:一主控制器1、该主控制器I相连的一焊缝跟踪模块2和一焊枪控制模块3以及受控于该焊枪控制模块3的一焊枪4。
[0020]该主控制器I可以采用一工业控制计算机来实现。该工业控制计算机运行的软件大致包括:操作系统及驱动程序，检测信号预处理子系统，轨迹运算子系统，轨迹跟踪子系统以及用户接口子系统。
[0021]该焊缝跟踪模块2包括一激光发射器21、与该激光发射器21相配合的一激光测距传感器22及检测信号预处理器23、与该激光发射器21相配合的一偏转镜24、用以带动该偏转镜24偏转的一 R轴控制电机25、用以驱动该R轴控制电机25动作的一 R轴驱动单元26以及一编码器27。其中，该激光发射器21受控于该主控制器I。该检测信号预处理器23将该激光测距传感器22测得的信号经过相应的处理后送该主控制器I。该编码器27受控于该主控制器I。优选地，该R轴控制电机25为步进电机。
[0022]该焊缝跟踪模块2中的激光发射器21、偏转镜24、R轴控制电机25、R轴驱动单元26以及编码器27可以通过一组结构件29 (参见图2)组合到一起，以构成一激光摆动部件。具体地，结合参见图1和图2，这组结构件29包括:安装底座291，用以装设激光发射器21等，该激光发射器21的发射孔211是与偏转镜24相对的；玻璃板292，其装设在该安装底座291中以隔离该激光摆动部件的激光出射；压条293，其装设在该安装底座291的底部并由一侧伸出，其端头设有安装孔，可配合其他部件进行该激光摆动部件的安装；偏转镜安装架294，用以装设偏转镜24 ;垫块295，用以将R轴控制电机25装设到该安装底座291的侧部；编码器连接板296，用以将编码器27装设到该R轴控制电机25的一端；罩297，用以对该R轴控制电机25以及编码器27进行防护；盖板298，与该安装底座291配合，用以防护激光发射器21等机构。优选地，该安装底座291为组焊件。这种结构，激光发生器21产生的为一点光源，照射到偏转镜24后，由于偏转镜24是受控于编码器27而可旋转摆动的，就可以由点光源变换为一线光源，从而可以达到只用一个激光发生器21来实现激光跟踪定位目标的效果。
[0023]参见图1，该焊枪控制模块3包括一运动控制器31和与该运动控制器31相连的:一 X轴驱动单元321、由该X轴驱动单元321驱动的一 X轴控制电机322以及由该X轴控制电机322控制的一 X轴执行机构323，用以调节该焊枪4的X座标位置；一 Y轴驱动单元331、由该Y轴驱动单元331驱动的一 Y轴控制电机332以及由该Y轴控制电机332控制的一 Y轴执行机构333，用以调节该焊枪4的Y座标位置；一 Z轴驱动单元341、由该Z轴驱动单元341驱动的一 Z轴控制电机342以及由该Z轴控制电机342控制的一 Z轴执行机构345，用以调节该焊枪4的Z座标位置；以及一 U轴驱动单元351、由该U轴驱动单元351驱动的一 U轴控制电机352以及由该U轴控制电机352控制的一 U轴执行机构353，用以调节该焊枪4的姿态。其中，该X轴执行机构323包括双燕尾型直线导轨。该Y轴执行机构333与Z轴执行机构343装设于该X轴执行机构323上。具体有，X轴执行机构323对应一小车，其顶面采用双燕尾型直线导轨形式，而控制及驱动系统随小车同步移动。该U轴执行机构353包括相互配合的弧形导轨和弧形传动机构。在本实施例中，该焊缝跟踪模块2的编码器27是设置在该运动控制器31与该R轴驱动单元26之间，也就是，主控制器I是经由该运动控制器31来间接地控制该编码器27以及其后的R轴控制电机25的，在其他实施例中，也可以是由该主控制器I直接控制该编码器27以及其后的R轴控制电机25的。在本实施例中，该运动控制器31为装设于工业控制计算机中的一功能卡，其本身可包括微处理器及相关电路，由于现有存在很多的电机驱动控制电路设计，并且这种设计不是本实用新型之创新所在，在此不再赘述。
[0024]本实用新型的集装箱波纹板角焊缝及搭接焊缝的焊接系统的工作原理，大致包括:采用单个测距激光传感器22对波形角焊缝及搭接焊缝横向(Y轴)及高度(Z轴)进行跟踪，激光在焊缝前方一定距离，预先扫描焊缝并记忆，将检测信号反馈给主控制器I，然后主控制器I发出指令给焊枪控制模块3，有关电机322、332、342、352带动焊枪4自动进行位置及状态调整，实现波形角焊缝及搭接焊缝全自动实时跟踪焊接。该激光测距传感器22通过编码器27、偏转镜24、偏转电机25等可实现激光斑在偏转镜24的作用下于焊缝附近表面来回移动(扫描)，形成一条光带，测量焊缝位置的数据。焊缝位置是通过对检测到的位置突变(如台阶、拐角等)点进行综合分析后得出。为了提高焊缝位置数据的密度，激光扫描的来回两个方向均进行采样。如果激光已锁定，其扫描范围(偏转镜24的偏转幅度)明显小于未锁定扫描范围，若未锁定，即未能找到焊缝，激光则会在较大的范围寻找(扫描)，直到找到才转为较小的扫描范围，以提高数据密度。焊缝识别过程是先分析判断主直线，找到后再在突变宽度范围内用突变高度参数确定焊缝的位置。该焊接系统在波纹焊缝上的应用上可分两种情况进行:A、波形坡度比较缓(如集装箱侧板，部分门板):针对这部分工件的焊接，执行机构只需要Y轴、Z轴、X轴执行机构，焊枪姿态(即U轴)不用调整；B、波形坡度比较陡(如集装箱前墙板、部分门板):针对这部分工件的焊接，执行机构除了有Y轴、Z轴、X轴执行机构外，还具有焊枪姿态(即U轴)调整机构，U轴执行机构具体包括相互配合的弧形导轨和弧形传动机构，如此，到了斜波位转角位置时，焊枪4就开始进行姿态(角度)调整，焊枪4调整过程中电弧中心固定不动。
[0025]举例而言，在集装箱侧板与顶侧梁或底侧梁角接、前墙板与前上下梁角接、顶板与顶侧梁或楣板搭接等工艺过程，可以采用预先扫描和实时跟踪两种形式。先将点焊好的工件送到自动焊台架内，然后对工件进行自动定位，传感器发出工件到位信号给主控制器1，程序启动，压紧装置压紧；接着激光发射器21 (连同激光测距传感器22)随小车(X轴执行机构)前进到焊接起始点，通过激光对焊缝进行扫描，并将扫描到的焊缝形状及位置信息反馈给主控制器1，主控制器I对数据进行分析，并通过中值、线性回归等数学方法进行处理，得出焊缝轨迹，主控制器I再发送指令给焊枪控制模块3 (也称:焊枪调整执行系统)，将焊枪4调整到设定位置，接着主控制器I发出焊接起弧指令开始焊接作业，其中波纹焊缝焊接过程中系统能自动确定上波、下波、波峰、波谷位置并进行速度自适应调整。焊接过程中本焊接系统根据激光测距传感器22检测的数据能对焊枪4的位置进行实时调整，焊接结束后焊机4自动复位。
[0026]与现有技术相比，本实用新型的集装箱波纹板角焊缝及搭接焊缝的焊接系统的有益效果包括:1、在波纹及搭接焊缝焊接过程中，通过该焊接系统可以完全实现焊缝自动跟踪，同时可以进行多台机联机工作，实现一人看多台机，提升人均效率，保证焊接质量。2、结构简单，构思巧妙，使用效果突出。
[0027]上述内容仅为本实用新型的较佳实施例，并非用于限制本实用新型的实施方案，本领域普通技术人员根据本实用新型的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本实用新型的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种集装箱波纹板角焊缝及搭接焊缝的焊接系统，包括一主控制器、与该主控制器相连的一焊缝跟踪模块和一焊枪控制模块以及受控于该焊枪控制模块的一焊枪，该焊缝跟踪模块包括一激光发射器和与该激光发射器相配合的一激光测距传感器，其特征在于，该焊缝跟踪模块还包括与该激光发射器相配合的一偏转镜、用以带动该偏转镜偏转的一 R轴控制电机以及用以驱动该R轴控制电机动作的一 R轴驱动单元。
2.依据权利要求1所述的集装箱波纹板角焊缝及搭接焊缝的焊接系统，其特征在于，该焊枪控制模块包括一运动控制器；该焊缝跟踪模块还包括一编码器，该编码器设置在该运动控制器与该R轴驱动单元之间。
3.依据权利要求1所述的集装箱波纹板角焊缝及搭接焊缝的焊接系统，其特征在于，该焊枪控制模块包括一运动控制器和与该运动控制器相连的:一 X轴驱动单元、由该X轴驱动单元驱动的一 X轴控制电机以及由该X轴控制电机控制的一 X轴执行机构，用以调节该焊枪的X座标位置；一 Y轴驱动单元、由该Y轴驱动单元驱动的一 Y轴控制电机以及由该Y轴控制电机控制的一 Y轴执行机构，用以调节该焊枪的Y座标位置；以及一 Z轴驱动单元、由该Z轴驱动单元驱动的一 Z轴控制电机以及由该Z轴控制电机控制的一 Z轴执行机构，用以调节该焊枪的Z座标位置。
4.依据权利要求3所述的集装箱波纹板角焊缝及搭接焊缝的焊接系统，其特征在于，该X轴执行机构包括双燕尾型直线导轨，该Y轴执行机构与Z轴执行机构装设于该X轴执行机构上。
5.依据权利要求3所述的集装箱波纹板角焊缝及搭接焊缝的焊接系统，其特征在于，该焊枪控制模块还包括:与该运动控制器相连的一U轴驱动单元、由该U轴驱动单元驱动的一 U轴控制电机以及由该U轴控制电机控制的一 U轴执行机构，用以调节该焊枪的姿态。
6.依据权利要求5所述的集装箱波纹板角焊缝及搭接焊缝的焊接系统，其特征在于，该U轴执行机构包括相互配合的弧形导轨和弧形传动机构。
7.依据权利要求2所述的集装箱波纹板角焊缝及搭接焊缝的焊接系统，其特征在于，该主控制器是一工业控制计算机；该运动控制器是装设于该工业控制计算机中的一功能卡。
8.依据权利要求2所述的集装箱波纹板角焊缝及搭接焊缝的焊接系统，其特征在于，该激光发射器、偏转镜、R轴控制电机、R轴驱动单元以及编码器是通过一组结构件组合到一起以构成一激光摆动部件的。
9.依据权利要求8所述的集装箱波纹板角焊缝及搭接焊缝的焊接系统，其特征在于，这组结构件包括:一安装底座；一玻璃板，其装设在该安装底座中；一偏转镜安装架，用以装设该偏转镜；一盖板，与该安装底座配合，用以防护激光发射器；一垫块，用以将该R轴控制电机装设到该安装底座的侧部；一编码器连接板，用以将该编码器装设到该R轴控制电机的一端；以及一罩，用以对该R轴控制电机以及编码器进行防护。
10.依据权利要求9所述的集装箱波纹板角焊缝及搭接焊缝的焊接系统，其特征在于，这组结构件还包括:一压条，其装设在该安装底座的底部并由一侧伸出，其端头设有安装孔。
【文档编号】B23K9/127GK203484784SQ201320588851
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】张鹤, 王永新, 赵跃年, 蔡杨波 申请人:中集集团集装箱控股有限公司, 中国国际海运集装箱(集团)股份有限公司, 深圳南方中集东部物流装备制造有限公司, 广州天虹焊接设备有限公司