船板焊接变形自动感应矫平集成方法

本发明涉及的是一种金属塑性加工领域的技术，具体是一种船板焊接变形自动感应矫平集成方法。

背景技术：

焊接作为一种重要的接合工艺，在制造业中受到广泛应用。焊接过程中加热的不均匀性会导致板材产生焊接变形与焊接残余应力，目前采用火工矫正、机械矫正和感应矫正三种方法对焊接变形进行矫正。针对薄板构件的焊接变形，机械矫正和火工矫正由于操作难度大，难以精确矫正，效率低。感应矫平是一种新兴的矫平技术，它基于电磁感应加热原理，在高频电磁场的作用下对板材进行加热，能产生更大的温度梯度，有效提高了矫正能力。然而目前感应矫平方法使用过程中，依赖工人手工推动感应矫平设备，沿焊缝运动进行加热矫平。加热时间、温度、矫平位置由工人的视觉、经验决定，误差较大，缺少反馈，矫平效率低。随着大型船板几何尺寸增大，工人的劳动强度也在提高。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种船板焊接变形自动感应矫平集成方法，以agv小车为载体，带动感应线圈沿设定路径运行；感应线圈通电后产生磁场，再转变为热能，使船板产生反方向的热变形从而抵消原变形。能够释放人力，提高矫平效率；同时精确控制加热时间和工作距离，提高矫平稳定性；并利用激光雷达修正自身位置，减小矫平误差。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种船板焊接变形自动感应矫平集成方法，在待矫平焊缝的末端设置一块反光板，将带有激光雷达的agv小车置于船板确定位置并扫描周围环境点的数据，agv小车的主控平台根据数据得到局部地图；随着agv小车移动，得到多个局部地图；在多个局部地图中寻找相关线段并计算相关线段之间的关系，得到全局地图；根据矫平需要，在主控平台设置agv小车的起始点和行驶路径，控制agv小车到达待矫平区域；利用agv小车上携带的距离传感器并在传动组件的配合下，调整感应线圈的位置，直至感应线圈与船板的距离达到传感器设定的目标距离；将感应线圈通电，产生磁场，进而转化为热能，使船板产生反向的热变形，达到矫平目的；在矫平的同时主控平台为下一待矫平区域规划路径，直至矫平工作完成。

所述的目标距离优选为10mm。

所述的传动组件为滚珠丝杠结构，具体包括：电动机、斜齿轮、滑块、联轴器、丝杠和中间轴，其中：电动机的输出轴末端与中间轴的一端通过联轴器连接，中间轴的另一端与丝杠通过斜齿轮连接，丝杠与滑块通过键活动连接。

所述的传动组件与船板的间距小于等于目标距离。

所述的感应线圈通过变压器与感应电源连接，该变压器与滑块相连。

所述的感应线圈的侧面及上面均设有绝缘的云母片。

所述的距离传感器为激光测距传感器，其一侧与滑块相连，其另一侧与感应线圈相连且二者的底面位于同一水平线上。

技术效果

本发明整体解决了现有技术的劳动强度大、依赖工人的视觉和经验、矫平误差较大、稳定性低的不足；与现有技术相比，本发明能够自动化矫平的同时，精确控制加热时间和工作距离，提高矫平稳定性；利用激光雷达修正自身位置，减小矫平误差。

附图说明

图1为本实施例的结构示意图；

图2为agv小车的结构示意图；

图3为传动组件的示意图；

图中：感应电源1、agv小车2、感应器3、距离传感器4、传动组件5、激光雷达6、反光板7、变压器8、感应线圈9、斜齿轮10、滑块11、联轴器12、云母片13、托架14、丝杠15、电动机16、中间轴17。

具体实施方式

如图1所示，本实施例涉及一种基于agv小车的船板焊接变形自动感应矫平的装置，包括：感应电源1、agv小车2、感应器3、距离传感器4、两套传动组件5、激光雷达6、反光板7，其中：感应电源1与感应器3通过导线相连，两套传动组件5对应固定设置于agv小车2的凹槽侧面上，感应器3固定设置于agv小车2的一套传动组件5上，距离传感器4设置于感应器3和另一套传动组件5之间，激光雷达6设置于agv小车2的顶部，反光板7设置于待矫平焊缝的末端。

如图2所示，所述的agv小车2的横截面为凹字形结构，包括：车身、电动机和蓄电池、控制系统以及安全装置。

所述的agv小车2设有三个带有滚珠的托架14以便于导线收放。

如图3所示，所述的传动组件5包括：电动机16、斜齿轮10、滑块11、联轴器12、丝杠15和中间轴17，其中：电动机16的输出轴末端通过联轴器12与中间轴17的一端连接，中间轴17的另一端与丝杠15通过斜齿轮10相连接，丝杠15与滑块11通过键活动连接。

所述的电动机16由agv小车2的蓄电池提供动力。

所述的传动组件5与船板的距离小于等于10mm。

所述的感应器3包括：相互连接的变压器8和感应线圈9，其中：变压器8的上端通过导线与感应电源1连接，变压器8的侧面通过螺纹与滑块11相连。

所述的感应线圈9的侧面及上面均设有绝缘的云母片13。

所述的距离传感器4为激光测距传感器，其一侧与滑块11相连，其另一侧与感应器3的感应线圈9相连且二者的底面位于同一水平线上。

所述的距离传感器4与一个单片机相连，单片机通过串口连接wifi芯片，无线连接至液晶屏，单片机输出控制继电器和接触器，进而控制电动机16，从而控制感应线圈9随着滑块11升降。

所述的激光雷达6为室外专用的激光雷达，能够向前进方向上发射激光，并采集经反光板7反射的激光。激光雷达的测距范围应大于焊缝的长度。

本实施例涉及一种运用上述装置的船板焊接变形自动感应矫平的方法，具体包括以下步骤：

步骤一、构建局部地图：在待矫平焊缝的末端设置一块反光板7，当agv小车2在确定位置时，agv小车2上的激光雷达6在反光板7的配合下，扫描周围环境点的数据并传输至其主控平台得到局部地图；

步骤二、获取多个局部地图：agv小车2移动并得到其移动位置周围环境的局部地图；

步骤三、更新全局地图：在多个局部地图中寻找相关线段并通过计算相关线段之间的关系，完成agv小车2的精确定位和全局地图的更新；

步骤四、agv小车2停在待矫平区域：将agv小车2置于船板上，根据矫平需求在主控平台上设置agv小车2的起始点，确定agv小车2的当前位置，以及行驶方向，主控平台自动控制agv小车2行驶和转向并到达待矫平区域。

步骤五、调整感应线圈9的位置：设置距离传感器4的目标距离为10mm，当与目标的间距大于10mm时，电动机16正转，感应线圈9随滑块11下降；当与目标的间距小于10mm时，电动机16反转，感应线圈9随滑块11上升；直到感应线圈9与船板的距离为10mm，即agv小车2到达目标点完成矫平。

步骤六、单一位置矫平：当感应线圈9与船板的距离为10mm时，打开感应电源1，设置感应线圈9上的电流和电压，利用感应电源1提供的电场产生磁场，磁场再转变为热能，使船板产生反向的热变形，实现该位置的矫平。

步骤七、重复矫平：整个装置重复步骤四～步骤六，直至agv小车2按设定路线到达终点，矫平结束。

本实施例中，所述的主控平台为agv小车2使用的基于armcortex系列处理器开发的主控平台。

所述的agv小车的控制电机采用间歇运行控制电路，根据agv小车2周期性行驶和停止的时间进行设定。例如：根据前后两个矫平区域之间的距离和agv小车2的移动速度，计算出行驶时间，并设定矫平时的停止时间，前进一个行驶时间至待矫平区域后，停止一个矫平时间，完成该位置的矫平，再前进一个行驶时间至下一待矫平区域，这样周期性的启停。

与现有技术相比，本发明以agv小车为载体，带动感应线圈运动，实现船板矫平的自动化作业；agv小车的周期性启停可以精确控制每一次的矫平位置和加热时间；距离传感器可以控制线圈和船板的距离；激光雷达可以反馈小车的位置。本发明尤其适用于尺寸较大的船板的矫平工作，在自动化矫平的同时，精确控制加热时间和工作距离，提高矫平稳定性；利用激光雷达修正小车位置，减小矫平误差。

经过具体实际实验，agv小车的速度一般为0-90m/min。以一块焊缝长度100m的船板为例，创建地图大约需要10min。手工矫平用时约7h，本发明矫平用时约5h。因此，手工矫平每小时可有效矫正焊缝长度约15m，本发明每小时可有效矫正焊缝长度约22m。矫平效率有较大的提升。工作过程中，通过程序控制agv小车带动感应线圈运动，保障了矫平工艺的稳定性和一致性。手工矫平需配置2名普通工人操作设备，本发明仅需1名工人开启设备即可自动完成矫平，极大地节省了人力。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。