一种管子‑管板焊接系统的U型管轴向移动检测装置及方法与流程

本发明涉及机器人焊接智能化领域的管子-管板机器人焊接系统，特别涉及一种管子-管板焊接系统的U型管轴向移动检测装置及方法。

背景技术：

核电由于具有能量密度高、洁净、低碳等优点，是未来能源发展的重要方向。蒸汽发生器作为核岛主设备，其制造过程中管子-管板的焊接质量和焊接效率，直接影响到管板一次侧的耐腐蚀性、密封性以及蒸汽发生器的制造进度。

在管子-管板焊接的过程中，为了保证焊缝质量，需要保证U型管端部与管板平齐。通过机器人系统进行管子-管板自动焊接的过程中，系统对待焊管孔进行激光扫描定位后，控制机器人带动管子-管板焊枪到达待焊管孔附近，将焊枪的定位芯轴插入待焊管孔，在定位胀效果不好，且初始焊位导引精度误差偏大时，会在定位芯轴插入过程中造成U型管的轴向移动，导致U型管端部与管板平齐度不满足要求（公差±0.1mm）。在U型管端部与管板平齐度不满足要求的条件下进行焊接，会造成堵管。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种管子-管板焊接系统的U型管轴向移动检测装置及方法，对管子轴向移动情况进行检测，以保证管子-管板焊缝的焊接质量，避免堵管。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供一种管子-管板焊接系统的U型管轴向移动检测装置，包含：

探针，其在接触到管板及接触到U型管端部时分别发送信号；

探针轴向移动驱动装置，其驱动所述探针进行轴向移动，以使探针得以接触管板或接触U型管端部；

探针径向旋转驱动装置，其驱动所述探针进行旋转，以使探针在朝着管板的位置及朝着U型管端部的位置之间切换；

信号处理系统，其与所述探针信号连接，接收探针分别发送的信号来确定探针分别对应的轴向位置进行比对，根据比对结果计算U型管端部与管板的实际平齐度。

优选地，所述U型管轴向移动检测装置固定设置在机器人管子-管板焊接系统的管子-管板焊枪上；所述探针与管子-管板焊枪前端设置的钨极及定位芯轴平行布置。

优选地，所述探针朝着U型管端部的位置，包含所述探针与已插入待焊管孔的定位芯轴之间距离最近的位置。

优选地，所述探针与第一杆段连接，该第一杆段与第二杆段垂直连接，该第二杆段与所述探针轴向移动驱动装置和探针径向旋转驱动装置分别连接；

通过所述探针轴向移动驱动装置驱使第一杆段及第二杆段轴向移动，带动所述探针进行轴向移动；

通过所述探针径向旋转驱动装置驱使第一杆段绕第二杆段旋转，带动所述探针绕第二杆段旋转。

优选地，所述信号处理系统还对实际平齐度是否满足设定的平齐度公差要求进行判断，并在判断实际平齐度满足或不满足平齐度公差要求时，分别向机器人管子-管板焊接系统的中央控制系统发送允许或不允许起弧焊接的指令。

本发明的另一个技术方案是提供一种管子-管板焊接系统的U型管轴向移动检测方法，在管子-管板焊枪上的定位芯轴插入待焊管孔后，探针轴向移动驱动装置控制朝着管板的探针沿轴向移动，在探针接触到管板时，信号处理系统对探针所处的第一位置进行记录；

所述探针轴向移动驱动装置还控制切换到朝着U型管端部的所述探针沿轴向移动，在探针接触到U型管端部时，信号处理系统对探针所处的第二位置进行记录；

所述信号处理系统基于其对第一位置与第二位置比对的结果，来计算U型管端部与管板的实际平齐度，并对实际平齐度是否满足设定的平齐度公差要求进行判断：当实际平齐度满足或不满足平齐度公差要求时，所述信号处理系统对应向机器人管子-管板焊接系统的中央控制系统发送允许或不允许起弧焊接的指令。

优选地，所述探针朝着管板及朝着U型管端部进行的轴向移动，分别是使所述探针沿机器人管子-管板焊接系统中钨极尖端方向进行的移动。

优选地，通过探针径向旋转驱动装置带动所述探针进行旋转，以使探针在朝着管板的位置与朝着U型管端部的位置之间切换。

优选地，所述探针朝着U型管端部的位置，包含所述探针与已插入待焊管孔的定位芯轴之间距离最近的位置；所述探针接触到U型管端部时，停止轴向移动并通过探针径向旋转驱动装置带动所述探针旋转，将所述探针移动到与已插入待焊管孔的定位芯轴之间距离最远的位置。

优选地，所述探针与第一杆段连接，并通过与第一杆段垂直相连的第二杆段与所述探针轴向移动驱动装置和探针径向旋转驱动装置分别连接；

通过所述探针轴向移动驱动装置驱使第一杆段及第二杆段轴向移动，带动所述探针进行轴向移动；通过所述探针径向旋转驱动装置驱使第一杆段绕第二杆段旋转，带动所述探针绕第二杆段旋转。

综上所述，本发明所述U型管轴向移动检测装置及方法，其优点在于：当定位芯轴插入待焊管孔后，本发明对U型管轴向移动情况进行检测，当检测到U型管端部与管板平齐度不满足要求时（公差±0.1mm），不起弧进行焊接；当检测到U型管端部与管板平齐度满足要求时，起弧进行管子-管板焊接。本发明适用于蒸汽发生器的管子-管板机器人焊接系统，可以保证机器人管子-管板焊接的焊缝质量，避免堵管。

附图说明

图1是本发明所述U型管轴向移动检测装置的结构及其与焊枪和焊缝的位置关系示意图。

图2是本发明所述U型管轴向移动检测方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明提供一种管子-管板焊接系统的U型管轴向移动检测装置及方法，适用于蒸汽发生器的管子-管板机器人焊接系统。

如图1所示，本发明所述的U型管轴向移动检测装置（以下简称检测装置），集成在焊接系统的管子-管板焊枪10上。所述管子-管板焊枪10通过其后端设置的连接头11与焊接系统的机器人连接，该管子-管板焊枪10通过插入管孔的定位芯轴30进行轴向定位。焊接系统控制位于管子-管板焊枪10前端的钨极20旋转，及启动对管子-管板焊缝40的自动焊接。

所述检测装置通过固定装置80固定在管子-管板焊枪10上。该检测装置的探针50与钨极20及定位芯轴30平行布置。探针50与一个L型连接杆的第一杆段（图1中较短的杆段）连接，L型连接杆的第二杆段（较长的杆段）前端连接第一杆段，后端穿过固定装置80并与探针轴向移动驱动装置60和探针径向旋转驱动装置70连接；所述探针50与检测装置的信号处理系统90信号连接，该信号处理系统90设置在固定装置80的后方。

其中，所述探针轴向移动驱动装置60能够通过L型连接杆带动探针50沿轴向前后移动。所述探针径向旋转驱动装置70能够通过L型连接杆带动探针50旋转，由第一杆段带动探针50绕第二杆段旋转；图1所示的探针50位置是该探针50在旋转过程离定位芯轴30最近的位置。

所述信号处理系统90能够接收探针50接触管板及接触U型管端部时分别发送的信号，确定探针50这两次接触所对应的轴向位置并进行比对，根据比对结果向焊接系统的中央控制系统发送允许或不允许起弧焊接的指令。

如图2所示，本发明所述U型管轴向移动检测方法，包含以下过程：

管子-管板机器人焊接系统对待焊管孔进行激光扫描定位后，中央控制系统控制机器人带动管子-管板焊枪10到达待焊管孔附近位置，然后将定位芯轴30插入待焊管孔中。

定位芯轴30插入动作完成后，检测装置通过探针轴向移动驱动装置60控制探针50沿轴向向前朝着管板移动，即沿钨极尖端方向移动；当探针50接触到管板后停止轴向运动并发出第一信号，信号处理系统90收到第一信号后自动记录探针50前端当前的轴向位置（称为第一位置）。

然后，检测装置通过探针径向旋转驱动装置70，将探针50移动到离定位芯轴30最近的位置。如果为防止碰撞，还可以在旋转之前，先控制探针50沿轴向向后移动，避开待焊管孔等部件。

到达所述位置后，探针50向信号处理系统90发送第二信号，信号处理系统90收到第二信号后启动探针轴向移动驱动装置60，控制探针50沿轴向向前朝着U型管端部移动（即再次沿钨极尖端方向移动）。

当探针50接触到U型管端部后停止轴向运动并给出第三信号。然后检测装置通过探针径向旋转驱动装置70，将探针50移动到离定位芯轴30最远的位置，避免探针受到焊接弧光的损伤。

信号处理系统90收到第三信号后自动记录当前探针50前端的轴向位置（称为第二位置），基于对第一位置与第二位置的比对结果，获得U型管端部与管板的平齐度。

如果平齐度满足要求（公差±0.1mm），信号处理系统90向焊接系统的中央控制系统发送允许起弧焊接的指令，起弧进行管子-管板焊缝的焊接；如果平齐度不满足要求，则向焊接系统的中央控制系统发送不允许起弧焊接的指令，不进行焊接，从而保证机器人管子-管板焊接的焊缝质量，避免堵管。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。