专利名称：基于激光测距的集装箱波纹板焊接轨迹检测与控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种集装箱波纹板焊接轨迹检测与控制系统，尤其是一种基于激光测距的集 装箱波纹板焊接轨迹检测与控制系统。
背景技术：
目前，我国是世界集装箱生产大国，集装箱制造是劳动密集、材料密集型行业。目前我 国集装箱的生产过程，特别是波纹板焊接主要是以手工焊接、机械仿形半自动焊接为主，工 人工作环境差，劳动强度高，且焊接质量难以控制，波纹板焊缝成型质量不高，同时由于焊 接过程中焊接规范无法实现有效跟踪调整，使不同坡段的焊缝成型质量有明显的不同，难以 满足对波纹板的焊接质量一致性要求。这些问题是我国集装箱焊接行业长期存在而又一直未 得到解决的难题，制约者我国集装箱制造技术的进步和行业增长模式的转变。
在自动化焊接生产过程中，由于焊接模型的复杂性以及实际的焊接条件经常随着各种不 可预期的干扰因素而不断发生变化。例如，强烈的弧光、高温、飞溅、机械抖动、焊缝坡口 状况、工件的加工误差、夹具精度、工件的介质均匀性和焊接生产过程中的热变形等影响会 使焊枪运动轨迹偏离实际焊缝，造成焊接质量难以控制。焊接轨迹检测与控制的第一步就是 要实时检测焊缝曲线的变化，即焊缝位置的空间变化，如集装箱波纹板自动焊接过程中就需 要实时检测波纹板面的起伏变化，为焊接轨迹跟踪控制及焊接规范的跟踪选取提供依据；焊 接轨迹检测与控制的第二步就是要实现焊枪运动轨迹跟踪焯缝曲线的变化，即对焊枪运动轨 迹的控制。
在自动焊接过程中，准确检测获取焊缝的变化是保证焊接质量的关键，其中用于焊缝跟 踪的传感器技术越来越重要。在焊接轨迹检测技术的研究发展中，陆续出现了各种不同形式 的传感器，其中接触式传感器、电弧传感器和光学传感器应用较为普遍。接触式传感器将焊 缝变化转变为导杆或导轮的位置变化，并转化为电信号，该传感器由于性能稳定、成本低廉， 在生产中曾得到广泛应用，由于跟踪精度及速度的限制，已不适合于高精度、高速度焊接领 域；电弧传感器以电弧本身的参数为跟踪目标，能实时反应焊缝变化，但检测精度易受焊接 过程中熔滴过渡形式、飞溅的影响，尤其在对薄板焊件的对接和搭接接头的焊接中，应用方 法较难掌握。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、检测精度高的基于激 光测距的集装箱波纹板焊接轨迹检测与控制系统。为实现上述目的，本发明采用下述技术方案
一种基于激光测距的集装箱波纹板焊接轨迹检测与控制系统，包括激光位移传感器、焊 枪位姿调整装置和电路控制装置，激光位移传感器、焊枪位姿调整装置通过线路与电路控制 装置连接。
所述焊枪空间位置及姿态调整机构一端固定于机架上，激光位移传感器设置于焊枪空间 位置及姿态调整机构的下端。
所述焊枪空间位置及姿态调整机构包括横向移动机构、升降调节机构、摆动机构和传感 器固定装置，横向移动机构一端固定于机架上，升降调节机构上部滑动设置于横向移动机构 上，升降调节机构通过向心架分别与摆动机构和传感器固定装置连接，传感器固定装置上设 有激光位移传感器。
所述横向移动机构包括平行设置的横架底板和横架端板，横架底板和横架端板之间通过 水平布置的上、下槽钢连接，横架底板和横架端板之间连接有横丝杠和上、下光杠，横丝杠 的一端穿过横架端板连接横进手轮；另一端连接通过横丝杠轴承定位于横架底板内，横架底 板固定于机架上。
所述升降调节机构包括电机、纵架丝杠、套管和纵架伸縮管，电机通过电机座设置在套 管的上端，电机输出轴通过联轴器与纵架丝杠一端连接，纵架丝杠设置于套管和纵架伸缩管 内，纵架伸縮管上端部分设置于套管内，纵架伸縮管下端与向心架连接；套管上端外部通过 套管紧固架设置于横向移动机构的横丝杠和上、下光杠上；电机通过导线与电路控制装置连 接；
所述套管紧固架上设有与横向移动机构的橫丝杠和上、下光杠相配合的横丝杠螺母和通
孔；
所述纵架伸縮管上端连接有一纵架内滑块，纵架内滑块设置于套管内，纵架伸縮管与套 管下端之间设有纵向滑动轴承，纵架伸缩管的外壁上设有纵导轨。
所述向心架由一个倒L形折板和一个竖板通过折叶和外部套有弹簧的螺栓连接组成，其 中，倒L形折板上部与纵架伸縮管连接为一体，倒L形折板下部通过折叶与竖板连接，竖板 的上端通过一个外部套有弹簧的螺栓与倒L形折板连接，竖板的下端设有一弧形板，弧形板 上设有一弧形槽。
所述摆动机构包括上、下摇板，上摇板上半部上设有一个一端开口纵向槽，纵向槽内卡 有一工字型滑块，上摇板的下半部上分别设有一焊枪卡和一螺孔；下摇板的上半部上设有一 个与上摇板上的纵向槽相对应封闭槽，下摇板的下半部分分别设有与向心架下部的弧形板相 对应的弧形上、下导轨和孔；上、下摇板之间通过摇板轴依次穿过下摇板的孔、向心架下部 的弧形槽和上摇板的螺孔连接，其中，下摇板和向心架之间通过摇板轴上的螺母紧固连接；上摇板和向心架之间通过摇板轴上的螺母活动连接；工字型滑块内设有一偏心轮，步进电机 的输出轴穿过下摇板的封闭槽与偏心轮连接，步进电机通过导线与电路控制装置连接焊枪 通过焊枪卡固定于上摇板上；焊枪通过导线与电路控制装置连接。
所述传感器固定装置包括激光头橫架，激光头横架一端与向心架连接，另一端上套有横 滑套，横滑套上设有与激光头横架垂直的滑板，滑板上套有一纵滑套，纵滑套上设有激光位 移传感器，激光位移传感器通过传感器电缆与信号处理装置连接。
所述电路控制装置包括电源输入电路、微控制器最小系统电路、输入口电路、输出口电 路、显示驱动电路、焊机通信电路、参数设定电路和继电器输出板，电源输入电路连接到前 述其他各控制电路；微控制器最小系统电路分别连接输入口电路、输出口电路、显示驱动电 路、焊机通信电路、参数设定电路；输出口电路一部分连接到继电器输出板，另一部分连接 到电机和步进电机。
所述电源输入电路包括24V直流稳压开关电源和LM2576-5,0开关稳压集成电路芯片， 24V直流稳压开关电源与激光位移传感器及继电器板相连；24V直流稳压开关电源通过与 LM2576-5.0开关稳压集成电路相连为控制电路提供+5V电压等级；
所述最小系统电路由晶振电路、复位电路、电源指示电路、JTAG接口、 ISP接口组成， 晶振电路由8.000M晶振和瓷片电容组成；复位电路由电阻R2和电容C5组成，为了调试方 便，同时添加手动复位功能，由按键S1实现，为了可靠复位，在按键两端加上一只O,luF 的电容以消除干扰、杂波，在电阻R2两端添加1N4148，当R2电阻短路，让C4快速 放电，让下一次上电时，能产生快速有效的复位；电源指示电路由电阻和高亮LED灯组 成，用于指示电源的是否正常工作；JTAG接口、 ISP接口分别连至微处理器规定的引脚上；
所述输入口电路包括光隔TLP521"4，电路中光耦的输入侧采用下拉的方式，并将下拉电 阻MR1设计到电路板上，便于与按键，接触开关，限位开关的连接，该光耦的输出侧采用的 是电阻上拉的方式，作为微控制器的输入信号端；，
所述输出口电路包括高速光耦4N25和达林顿型输出驱动芯片ULN2803,高速光耦4N25 的输入正端经过电阻接到+5V电源输入电路上，输入负端接到微控制器的输出口上；高速光 耦4N25的输出正端经过2K电阻接到+24电源输入电路上，同时该输出正端与达林顿型输出 驱动芯片ULN2803的输入端相连；达林顿型输出驱动芯片ULN2803的输出端与相连继电器 的输入负端相连，继电器的输入正端与电源输入电路的+24V相连；
所述显示电路包括双与门驱动芯片75451、八D锁存器74HC573及共阴极七段LED数 码管，共阴极七段LED数码管的位驱动端与双与门驱动芯片75451的输出端相连；共阴极七 段LED数码管的段位驱动端与八D锁存器74HC573输出端相连；双与门驱动芯片75451的 隶属于同一个输出的两个输入端相连，并与微控制器的输出端相连；八D锁存器74HCS73的G段一直处于高电平、/OC段一直处于低电平；
所述焊机通信电路包括max485芯片，max485的RO端、DI端与微控制器的通用同步/ 异步串行接收器和转发器(USART)相连(PD2和PD3), max485的RO端/RE、 DE端连在一 起与微控制器的端口 PE4相连，max485的输出端A、 B与焊机相连；
所述参数设定电路包括手动旋转编码器和D触发器CD4013芯片，手动旋转编码器输出 的两相正交脉冲A、 B与D触发器CD4013芯片的CLK端及Dl端相连，CD4013芯片的Ql 端g^Ql端通过短路帽与微控制器的端口 PB1相连，手动旋转编码器输出的两相正交脉冲同 时与微控制器的外部中断输入端PE7相连。
本发明通过激光传感器获取焊缝的信息，在经过有效的滤波处理后进行轨迹拟合，实现 轨迹的检测，本发明经现场试焊，轨迹跟踪效果达到了预期的目标，提高了集装箱波纹板焊 接质量和焊接效率，改善了劳动环境。
本发明中焊枪的移动速度实现了各焊段自动切换设定，达到波纹板的波峰至波谷间的下 坡焊段和波谷至波峰间的上坡焊段与波峰直线段和波谷直线段的焊缝粗细一致的效果；显著 提高各焊段的焊缝均匀性，大大降低工人的劳动强度，参数调节快速、方便。在操作人员熟 练时，甚至可一人操作两机或多机，降低生产人工费用。焊接速度是普通手工焊或仿形焊接 的3倍以上，全程自动化控制，便于实现流水化作业。
图l是本发明系统结构组成示意图2是本发明的机械检测装置结构示意图3是折叶结构示意图4是图2的左视图5是摆动机构的上摇板结构示意图6是激光位移传感器的安装位置图7是摆动机构结构分析图8是电路控制装置电路原理图9是电源输入电路原理图IO是微控制器最小系统电路原理图ll是输入口电路原理图12是输出口电路原理图； 图13是显示电路原理图； 图14是焊机通信电路原理图； 图15是参数设定电路原理图；其中l.机架，2.横向移动机构，3.升降调节机构，4.摆动机构，5.传感器固定装置，6。 向心架，7.横架底板，8.横架端板，9.上槽钢，IO.下槽钢，11。橫丝杠，12上光杠，13,下 光杠，14.横进手轮，15.横丝杠轴承，16。电机，17,纵架丝杠，18。套管，19纵架伸縮管， 20。电机座，21。套管紧固架，22.横丝杠螺母，23.通孔，24.纵架内滑块，25.纵向滑动轴承, 26.纵导轨，27.倒L形折板，28.竖板，29.折叶，30,弹簧，31.螺栓，32.弧形板，33.弧形槽， 34,上摇板，35.下摇板，36.纵向槽，37.工字型滑块，38,焊枪卡，39.螺孔，40.封闭槽，4L 上导轨，42。下导轨，43,孔，44.摇板轴，45,偏心轮，46.步进电机.47.激光头横架，48.横滑 套，49.滑板，50.纵滑套，51.联轴器，52.限位碰板，53.限位开关支架，54.激光位移传感 器，55.传感器电缆，56.激光束，57.输出轴。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1-15中，激光位移传感器54和焊枪位姿调整装置通过线路与电路控制装置连接。
所述焊枪空间位置及姿态调整机焊枪空间位置及姿态调整机构一端固定于机架1上，激 光位移传感器54设置于焊枪空间位置及姿态调整机构的下端。该机构中焊枪升降传动部分由 伺服电机驱动，带动焊枪做上下调整。该机构同时允许对焊枪的倾角做出调整，以应对不同 焊接工艺的要求，还可实现锯齿形焊丝摆动，摆动装置采用步进电机驱动，由主控制器控制， 可实现对摆动幅度、摆动速度、左右位置停留时间的分别控制。
所述焊枪空间位置及姿态调整机构包括横向移动机构2、升降调节机构3、摆动机构4和 传感器固定装置5，横向移动机构2 —端固定于机架1上，升降调节机构3上部滑动设置于 横向移动机构2上，升降调节机3构通过向心架6分别与摆动机构4和传感器固定装置5连 接，传感器固定装置5上设有激光位移传感器54。
所述横向移动机构2包括平行设置的横架底板7和橫架端板8,横架底板7和横架端板8 之间通过水平布置的上、下槽钢9、 IO连接，横架底板7和横架端板8之间连接有横丝杠11 和上、下光杠12、 13,横丝杠ll的一端穿过横架端板8连接横进手轮14;另一端连接通过 横丝杠轴承15定位于横架底板7内，横架底板7固定于机架1上。
所述升降调节机构3包括电机16、纵架丝杠17、套管18和纵架伸縮管19,电机16通 过电机座20设置在套管18的上端，电机输出轴通过联轴器51与纵架丝杠17—端连接，纵 架丝杠17设置于套管18和纵架伸縮管19内，纵架伸缩管19上端部分设置于套管18内，纵 架伸縮管19下端与向心架6连接；套管18上端外部通过套管紧固架21设置于横向移动机构 2的横丝杠11和上、下光杠12、 13上；电机16通过导线与电路控制装置连接；套管18下 端外部设有限位开关支架53。
所述套管紧固架21上设有与横向移动机构2的横丝杠11和上、下光杠12、 13相配合的横丝杠螺母22和通孔23;
所述纵架伸缩管19上端连接有一纵架内滑块24,纵架内滑块24设置于套管18内，纵 架伸縮管19与套管18下端之间设有纵向滑动轴承25,纵架伸縮管19的外壁上设有纵导轨 26。
所述向心架6由一个倒L形折板27和一个竖板28通过折叶29和外部套有弹簧30的螺 栓31连接组成，其中，倒L形折板27上部与纵架伸縮管19连接为一体，倒L形折板27下 部通过折叶29与竖板28连接，竖板28的上端通过一个外部套有弹簧30的螺栓31与倒L 形折板27连接，竖板28的下端设有一弧形板32，弧形板32上设有一弧形槽33。倒L形折 板27的水平板的上部设有限位挡板52。
所述摆动机构4包括上、下摇板34、 35，上摇板34上半部上设有一个一端开口纵向槽 36，纵向槽36内卡有一工字型滑块37，上摇板34的下半部上分别设有一焊枪卡38和一螺 孔39;下摇板35的上半部上设有一个与上摇板34上的纵向槽36相对应封闭槽40,下摇板 35的下半部分分别设有与向心架6下部的弧形板32相对应的弧形上、下导轨41 、42和孔43; 上、下摇板34、 35之间通过摇板轴44依次穿过下摇板35的孔43、向心架6下部的弧形槽 33和上摇板34的螺孔39连接，其中，下摇板35和向心架6之间通过摇板轴44上的螺母紧 固连接；上摇板34和向心架6之间通过摇板轴44上的螺母活动连接；工字型滑块37内设有 一偏心轮45，步进电机46的输出轴57穿过下摇板35的封闭槽40与偏心轮45连接，步进 电机46通过导线与电路控制装置连接；焊枪通过焊枪卡38固定于上摇板35上，焊枪通过导 线与电路控制装置连接。
焊枪摆动频率可以通过设定微控制器中的定时器的定时周期来设定调整，为了保证调整 的精确性，系统在收到摆动频率的调整指令后，并不立即生效设置，而是在下一周期的摆动 中心处，启用新的定时参数值。左右滞留时间即焊枪摆动到所设定的左、右最大摆幅位置的 停留时间，该参数的设定依靠定时器的延时来实现。
焊枪摆动幅度的影响因素有电机固定位置，偏心轮的偏心量的大小，摆动轴的固定位 置等，偏心量(偏心点到偏心轮圆心的距离) 一定的偏心轮所确定的最大的摆动幅度是一定 的，在步进电机沿一个方向(顺时针或逆时针)连续旋转带动下，便实现了最大摆幅下的连 续摆动。为了实现摆动幅度的可调，选用偏心轮的最大摆动幅度稍大于实际的应用需求，焊 枪的初始位置为电机轴中心与偏心轮中心连线平行与滑块运动方向。以初始位置为中点，步 进电机做左、右往复旋转运动。
所述传感器固定装置5包括激光头横架47,激光头横架47—端与向心架6连接，另一 端上套有横滑套48,横滑套48上设有与激光头横架47垂直的滑板49,滑板49上套有一纵 滑套50,纵滑套50上设有激光位移传感器54,激光位移传感器54通过传感器电缆55与信
10号处理装置连接。
所述电路控制装置包括电源输入电路、微控制器最小系统电路、输入口电路、输出口电 路、显示驱动电路、焊机通信电路、参数设定电路和继电器输出板，电源输入电路连接到前 述其他各控制电路；微控制器最小系统电路分别连接输入口电路、输出口电路、显示驱动电 路、焊机通信电路、参数设定电路；输出口电路一部分连接到继电器输出板，另一部分连接 到电机和步进电机。
所述电源输入电路包括24V直流稳压开关电源和LM2576-5.0开关稳压集成电路芯片， 24V直流稳压开关电源与激光位移传感器及继电器板相连；24V直流稳压开关电源通过与 LM2576-5.0开关稳压集成电路相连为控制电路提供+5V电压等级；
所述最小系统电路由晶振电路、复位电路、电源指示电路、JTAG接口、 ISP接口组成， 晶振电路由8,000M晶振和瓷片电容组成；复位电路由电阻R2和电容C5组成，为了调试方 便，同时添加手动复位功能，由按键S1实现，为了可靠复位，在按键两端加上一只O.luF 的电容以消除干扰、杂波，在电阻R2两端添加1N4148,当R2电阻短路，让C4快速 放电，让下一次上电时，能产生快速有效的复位；电源指示电路由电阻和高亮LED灯组 成，用于指示电源的是否正常工作；HAG接口、 ISP接口分别连至微处理器规定的引脚上；
所述输入口电路包括光隔TLP521-4，电路中光耦的输入侧采用下拉的方式，并将下拉电 阻MR1设计到电路板上，便于与按键，接触开关，限位开关的连接，该光耦的输出侧采用的 是电阻上拉的方式，作为微控制器的输入信号端；
所述输出口电路包括高速光耦4N25和达林顿型输出驱动芯片ULN2803，高速光耦4N25 的输入正端经过电阻接到+5V电源输入电路上，输入负端接到微控制器的输出口上；高速光 耦4N25的输出正端经过2K电阻接到+24电源输入电路上，同时该输出正端与达林顿型输出 驱动芯片ULN2803的输入端相连；达林顿型输出驱动芯片ULN2803的输出端与相连继电器 的输入负端相连，继电器的输入正端与电源输入电路的+24V相连；
所述显示电路包括双与门驱动芯片75451、八D锁存器74HC573及共阴极七段LED数 码管，共阴极七段LED数码管的位驱动端与双与门驱动芯片75451的输出端相连；共阴极七 段LED数码管的段位驱动端与八D锁存器74HC573输出端相连；双与门驱动芯片75451的 隶属于同一个输出的两个输入端相连，并与微控制器的输出端相连；八D锁存器74HC573 的G段一直处于高电平、/OC段一直处于低电平；
所述焊机通信电路包括max485芯片，max485的RO端、DI端与微控制器的通用同步/ 异步串行接收器和转发器(USART)相连(PD2和PD3), max485的RO端/RE、 DE端连在一 起与微控制器的端口 PE4相连，max485的输出端A、 B与焊机相连；
所述参数设定电路包括手动旋转编码器和D触发器CD4013芯片，手动旋转编码器输出
11的两相正交脉冲A、 B与D触发器CD4013芯片的CLK端及Dl端相连，CD4013芯片的Ql 端或/Ql端通过短路帽与微控制器的端口 PBI相连，手动旋转编码器输出的两相正交脉冲同 时与微控制器的外部中断输入端PE7相连。
手动旋转编码器根据人工旋转调整的幅度和方向，输出一定个数两相正交脉冲A和B， A 与B相位差正负由旋转方向来决定；采用上升沿D触发器CD4013组成辨向电路，A相信号 接在D触发器的CLK端，B相信号接在D触发器的D端，同时B相信号作为脉冲个数信号， 作为单片机的中断触发信号，在中断服务程序里，完成计数和方向识别；利用编码器的微动 按键产生的脉冲信号作为参数更换标志，实现参数的选择切换。
我们假设A、 B两相输出信号为理想的方波信号，当B相信号超前A相信号l/4周期时，根 据触发器上升沿触发的特性，在触发器的输出端Q输出为低电平，输出端/Q输出为高电平， 当A相信号超前B相信号l/4周期时，则在触发器的输出端Q输出为高电平，输出端/Q输出为低 电平。为了适应不同的操作习惯，如顺时针旋转时参数数值朝数值增大方向还是减小方向变 化，对Q和/Q信号都加以利用，当图中端子C0N3的1、 2相连时，顺时针旋转则参数增大，反 之减小当2、 3相连时，顺时针旋转则参数减小，反之增大，具体选择方式由操作习惯来决 定。
系统工作原理为-.
激光位移传感器54安装固定于激光头横架47上，传感器的位置上下左右通过焊枪空间 位置及姿态调整机构均可调，这就为系统的设计提供了更多的灵活性。应用中传感器的检测 位置超前于焊枪的位置，具体的超前数值与系统的实时性、抗噪声干扰性有关。工作过程如 下
1. 轨迹检测系统上电启动后，精密激光位移传感器54通过激光束56实时检测波纹板的 高低起伏变化，并将检测到的焊缝初始信息数据传送微处理器。
2. 轨迹识别微处理器对数字信号进行处理，提取焊缝的信息，实现拐点(水平段与上坡 段、下坡段的连接点)判别；实现水平段、上坡段和下坡段焊接工艺参数的规划控制(焊接 速度、焊枪摆动速度、焊接电压、电流等)。
3. 轨迹控制微处理器根据检测的波纹板位置变化和拐点判别结果，对各坐标轴进行实 时控制。最后通过执行机构动作来调节焊枪与焊缝之间的相对位置关系，即用电机带动升降 轴丝杠做上下调节，从而达到焊缝跟踪的目的。
由于存在平焊、上坡焊和下坡焊，焊接过程中，熔池液态金属在不同的空间位置所受力 不同而引起流动性不同(上坡焊及下坡焊对熔深有明显的影响)，使焊缝成型在不同段变化显 著(尤其是上坡段)。于是，要保持焊接过程中熔池稳定、焊缝成形一致，必须使熔池的自重 与电弧吹力和液态熔池的表面张力达到平衡。为解决上述问题，在焊缝检测的同时，系统根 据焊缝信息判断出拐点的位置，在水平段、上坡段和下坡段分别采用不同焊接规范(焊接速 度、焊接电压、焊接电流等)，并实现焊接规范的平滑转换，保证焊接质量。
权利要求
1.一种基于激光测距的集装箱波纹板焊接轨迹检测与控制系统，其特征在于包括激光位移传感器、焊枪位姿调整装置和电路控制装置，激光位移传感器和焊枪位姿调整装置通过线路与电路控制装置连接。
2. 根据权利要求1所述的基于激光测距的集装箱波纹板焊接轨迹检测与控制系统，其特 征在于焊枪空间位置及姿态调整机构一端固定于机架上，激光位移传感器设置于焊枪空间 位置及姿态调整机构的下端。
3. 根据权利要求1所述的基于激光测距的集装箱波纹板焊接轨迹检测与控制系统，其特 征在于所述焊枪空间位置及姿态调整机构包括横向移动机构、升降调节机构、摆动机构和 传感器固定装置，横向移动机构一端固定于机架上，升降调节机构上部滑动设置于横向移动 机构上，升降调节机构通过向心架分别与摆动机构和传感器固定装置连接，传感器固定装置 上设有激光位移传感器。
4. 根据权利要求3所述的基于激光测距的集装箱波纹板焊接轨迹检测与控制系统，其特 征在于所述横向移动机构包括平行设置的横架底板和横架端板。横架底板和横架端板之间 通过水平布置的上、下槽钢连接，横架底板和横架端板之间连接有横丝杠和上、下光杠，横 丝杠的一端穿过横架端板连接横进手轮；另一端连接通过横丝杠轴承定位于横架底板内，横 架底板固定于机架上。
5. 根据权利要求3所述的基于激光测距的集装箱波纹板焊接轨迹检测与控制系统，其特 征在于所述升降调节机构包括电机、纵架丝杠、套管和纵架伸縮管，电机通过电机座设置 在套管的上端，电机输出轴通过联轴器与纵架丝杠一端连接，纵架丝杠设置于套管和纵架伸 縮管内，纵架伸縮管上端部分设置于套管内，纵架伸縮管下端与向心架连接；套管上端外部 通过套管紧固架设置于横向移动机构的横丝杠和上、下光杠上；电机通过导线与电路控制装 置连接；所述套管紧固架上设有与横向移动机构的横丝杠和上、下光杠相配合的横丝杠螺母和通孔；所述纵架伸縮管上端连接有一纵架内滑块，纵架内滑块设置于套管内，纵架伸縮管与套 管下端之间设有纵向滑动轴承，纵架伸缩管的外壁上设有纵导轨。
6.根据权利要求3所述的基于激光测距的集装箱波纹板焊接轨迹检测与控制系统，其特 征在于:所述向心架由一个倒L形折板和一个竖板通过折叶和外部套有弹簧的螺栓连接组成， 其中，倒L形折板上部与纵架伸縮管连接为一体，倒L形折板下部通过折叶与竖板连接，竖 板的上端通过一个外部套有弹簧的螺栓与倒L形折板连接，竖板的下端设有一弧形板，弧形板上设有一弧形槽。
7. 根据权利要求3所述的基于激光测距的集装箱波纹板焊接轨迹检测与控制系统，其特 征在于所述摆动机构包括上、下摇板，上摇板上半部上设有一个一端开口纵向槽，纵向槽 内卡有一工字型滑块，上摇板的下半部上分别设有一焊枪卡和一螺孔；下摇板的上半部上设 有一个与上摇板上的纵向槽相对应封闭槽，下摇板的下半部分分别设有与向心架下部的弧形 板相对应的弧形上、下导轨和孔；上、下摇板之间通过摇板轴依次穿过下摇板的孔、向心架 下部的弧形槽和上摇板的螺孔连接，其中，下摇板和向心架之间通过摇板轴上的螺母紧固连 接；上摇板和向心架之间通过摇板轴上的螺母活动连接；工字型滑块内设有一偏心轮，步进 电机的输出轴穿过下摇板的封闭槽与偏心轮连接，步进电机通过导线与电路控制装置连接； 焊枪通过焊枪卡固定于上摇板上，焊枪通过导线与电路控制装置连接。
8, 根据权利要求3所述的基于激光测距的集装箱波纹板焊接轨迹检测与控制系统，其特 征在于所述传感器固定装置包括激光头横架，激光头横架一端与向心架连接，另一端上套 有横滑套，横滑套上设有与激光头横架垂直的滑板，滑板上套有一纵滑套，纵滑套上设有激 光位移传感器，激光位移传感器通过传感器电缆与信号处理装置连接。
9. 根据权利要求1所述的基于激光测距的集装箱波纹板焊接轨迹检测与控制系统，其特 征在于所述电路控制装置包括电源输入电路、微控制器最小系统电路、输入口电路、输出 口电路、显示驱动电路、焊机通信电路、参数设定电路和继电器输出板，电源输入电路连接 到前述其他各控制电路；微控制器最小系统电路分别连接输入口电路、输出口电路、显示驱 动电路、焊机通信电路、参数设定电路；输出口电路一部分连接到继电器输出板，另一部分 连接到电机和步进电机。
10、 根据权利要求9所述的基于激光测距的集装箱波纹板焊接轨迹检测与控制系统，其特 征在于所述电源输入电路包括24V直流稳压开关电源和LM2576-5.0开关稳压集成电路芯 片，24V直流稳压开关电源与激光位移传感器及继电器板相连；24V直流稳压开关电源通过 与LM2576-5.0开关稳压集成电路相连为控制电路提供+5V电压等级；所述最小系统电路由晶振电路、复位电路、电源指示电路、JTAG接口、 ISP接口组成， 晶振电路由8.000M晶振和瓷片电容组成；复位电路由电阻R2和电容C5组成，为了调试方 便，同时添加手动复位功能，由按键S1实现，为了可靠复位，在按键两端加上一只0。luF 的电容以消除干扰、杂波，在电阻R2两端添加1N4148，当R2电阻短路，让C4快速 放电，让下一次上电时，能产生快速有效的复位；电源指示电路由电阻和高亮LED灯组 成，用于指示电源的是否正常工作；JTAG接口、 ISP接口分别连至微处理器规定的引脚上；所述输入口电路包括光耦TLP521-4，电路中光耦的输入侧采用下拉的方式，并将下拉电 阻设计到总电路上，便于与按键，接触开关，限位开关的连接，该光耦的输出侧采用的是电阻上拉的方式，作为微控制器的输入信号端；所述输出口电路包括高速光耦4N25和达林顿型输出驱动芯片ULN2803,高速光耦4N25 的输入正端经过电阻接到+5V电源输入电路上，输入负端接到微控制器的输出口上；高速光 耦4N25的输出正端经过2K电阻接到+24电源输入电路上，同时该输出正端与达林顿型输出 驱动芯片ULN2803的输入端相连；达林顿型输出驱动芯片ULN2803的输出端与相连继电器 的输入负端相连，继电器的输入正端与电源输入电路的+24V相连；所述显示电路包括双与门驱动芯片75451、八D锁存器74HC573及共阴极七段LED数 码管，共阴极七段LED数码管的位驱动端与双与门驱动芯片75451的输出端相连；共阴极七 段LED数码管的段位驱动端与八D锁存器74HC573输出端相连；双与门驱动芯片75451的 隶属于同一个输出的两个输入端相连，并与微控制器的输出端相连；八D锁存器74HC573 的G段一直处于高电平、/OC段一直处于低电平；所述焊机通信电路包括rnax485芯片，max485的RO端、DI端与微控制器的通用同步/ 异步串行接收器和转发器相连，max485的RO端/RE、 DE端连在一起与微控制器的端口 PE4 相连，max485的输出端A、 B与焊机相连；所述参数设定电路包括手动旋转编码器和D触发器CD4013芯片，手动旋转编码器输出 的两相正交脉冲A、 B与D触发器CD4013芯片的CLK端及Dl端相连，CD4013芯片的Ql 端或/Ql端通过短路帽与微控制器的端口 PB1相连，手动旋转编码器输出的两相正交脉冲同 时与微控制器的外部中断输入端PE7相连。
全文摘要
本发明涉及一种基于激光测距的集装箱波纹板焊接轨迹检测与控制系统，包括激光位移传感器、焊枪位姿调整装置和电路控制装置，激光位移传感器、焊枪位姿调整装置通过线路与电路控制装置连接。焊枪空间位置及姿态调整机构一端固定于机架上，激光位移传感器设置于焊枪空间位置及姿态调整机构的下端。本发明中通过波纹板焊缝的检测、焊枪位姿控制和焊接工艺的自动控制，达到波纹板的波峰至波谷间的下坡焊段和波谷至波峰间的上坡焊段与波峰直线段和波谷直线段的焊缝粗细一致的效果，显著提高各焊段的焊缝均匀性，大大降低工人的劳动强度，参数调节快速、方便，降低了生产人工费用。焊接速度是普通手工焊或仿形焊接的3倍以上，全程自动化控制。
文档编号G01B11/00GK101554672SQ20091001561
公开日2009年10月14日 申请日期2009年5月21日 优先权日2009年5月21日
发明者涛 刘, 张光先, 田新诚 申请人:山东大学