专利名称：埋弧焊自动跟踪系统中传感器的垂直高度调节机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种埋弧焊自动跟踪系统中传感器的垂直高度调节机构，属于焊接工艺及设备自动化技术领域。
一般用于焊接的自动跟踪系统，主要是由传感器，控制箱和执行机构所组成。对于焊接自动跟踪的执行机构，一般是由一个十字滑块和高低，左右两个执行电机组成。传感器和焊炬就固定在十字滑块上，由执行电机带动其做上下及左右方向的运动，实现对焊缝的跟踪。在自动跟踪过程中，焊炬对焊缝的跟踪包括在水平方向及在高低方向两个方向上的跟踪。对于在水平方向上的跟踪，是采用线阵CCD作为传感器；对于在高低方向上的跟踪是采用接近开关作为传感器。对于执行机构来说，其发展变化主要是驱动电机的发展，已经由直流伺服电机发展为步进电机。
在自动跟踪的过程中，用于控制焊炬高度的传感器(接近开关)是与焊炬及十字滑块刚性固定在一起的。由于接近开关的感应距离值是确定的，因此焊炬及传感器距离工件表面的高度也是固定的。对于埋弧焊焊接厚钢板时，这种不变的距离就会产生问题。随着一道道焊缝的逐渐堆高，焊缝与焊炬之间的距离就会越来越短，显然这必将使焊接电弧的长度发生变化，进而造成焊接电压的变化，影响焊接质量。工件越厚，这个问题就越严重。因此在埋弧焊的多层焊时，实际上应该保持不变的是焊缝与焊炬之间的距离。显然在厚板埋弧焊时如何解决这个问题是非常重要的。这一问题的解决使通常在自动跟踪研究中经常提到的保持焊炬高度不变的说法产生了实质性变化，它直接关系到焊接质量。
现有技术中最常用的控制焊炬高度的接近开关的安装如
图1所示。在
图1中，1为接近开关，2为连接大支架，3为十字滑块，4为焊炬，5为焊丝，6为电弧，7为焊缝，8为工件。
图1中的焊炬4与接近开关1都与十字滑块3刚性连接。在自动跟踪的过程中，如果由于某种原因，例如圆形工件焊其外环缝时，由于工件本身存在着椭圆度，当其旋转时表面的高度必然会发生变化。此时接近开关1就发出信号给计算机，计算机再驱动位于十字滑块3上的垂直轴上的步进电机转动，使接近开关1相应的做上下移动，保持其与工件表面之间的距离不变，同时也使焊炬的高度保持不变。
接近开关1控制焊炬4高度的过程实际上是一个震荡的过程。接近开关1的感应距离值是一个确定的值。在自动跟踪的过程中，如果实际距离大于接近开关1的感应距离值，那么它就会使焊炬4和它一起向下移动。等到一旦实际距离小于接近开关1的感应距离值，那么焊距4和接近开关1又会一起向上移动。在实际跟踪的过程中是不会出现实际距离等于接近开关1的感应距离值的情况的。它们只有在理论上才可能相等。所以在整个跟踪过程中焊炬4的位置不是高，就是低，总是处于震荡之中。由于其震荡的频率很低，所以不会对焊接过程产生不利的影响。通过
图1可以看到，焊缝在工件的坡口中形成。假设在坡口中需要焊三层焊缝，当刚开始焊时，电弧是在焊丝5的端部与V形坡口的最底部之间燃烧。当焊接第三层焊缝时，在坡口里已经堆起了两层焊缝，由于是保持焊炬4与坡口两侧钢板表面的高度不变，因此此时在高度方向上电弧燃烧的空间大大减小。具体说此时电弧的弧长将变短。对于电弧来说，它的电弧电压是与弧长成正比的，因此电弧电压将减小。电弧电压的减小将会影响焊接质量。根据以上的分析，显然工件的厚度越大，这种影响也越大。如果工件的厚度较小，仅需焊一层焊缝，那么就基本没有影响。
本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的一种埋弧焊自动跟踪系统中传感器的垂直高度调节机构，主要包括十字滑块，接近开关以及与该十字滑块刚性连接的焊炬和连接大支架，其特征在于在所述的连接大支架上设有一步进电机和一滑块机构，所述电机轴与一丝杠相连，所述的滑块机构包括安装在丝杠上且带有内螺纹的滑块和固定在所述连接大支架上的滑块导轨，所述的接近开关安装在所述的滑块上。
本实用新型所述的滑块和滑块导轨之间采用燕尾槽结构。所述的接近开关通过连接小支架与滑块刚性连接。所述的步进电机通过固定板与连接大支架连接在一起。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果本实用新型能够实现在厚板多层焊接时接近开关与焊炬之间相对高度能够调节，因此，采用本实用新型有效的解决了在埋弧焊自动跟踪过程中厚板多层焊接时，由于焊炬与接近开关距离工件表面的高度无法调节而造成的焊接质量差的问题；同时该机构调节灵活，易于实现自动化。
图2为本实用新型提供的调节机构的安装及结构示意图。
图3为图2的A-A剖视图。
图4为图2的B-B剖视图。
图5为步进电机的控制原理框图。
图3是图2中的A-A剖视图，图4是图2中的B-B剖视图。由图3和图4可以看到，步进电机10固定在支板11上，当步进电机10的轴转动时，带动丝杠12一起转动，使滑块14和连接小支架15一同做上下运动，则接近开关1也一起做上下运动，以达到改变焊炬4的高度的目的。滑动导轨13和滑块14是通过燕尾槽的结构形式来实现在高低方向上相对移动的。由于接近开关1和焊炬4之间在高度方向上的距离的变化很小，所以滑动导轨13的长度也很短。连接小支架15通过螺钉与滑块14固定在一起。
当接近开关1的高度不需要单独调整时，此时步进电机10不动作，整个调节机构也都不动作，因此相当于接近开关1、焊炬4与十字滑块3刚性连接，由十字滑块3上的两个步进电机实现焊距4对焊缝在水平及高低两个方向上的跟踪。
本实用新型所述的调节机构在正常跟踪时是不起作用的，可以认为此时的接近开关1和焊炬4是刚性连接。只有在焊接厚板时，当焊完一层焊缝后，准备开始焊第二层焊缝时，为了保证焊接质量，需要将焊炬4升高一定距离，具体说就是将接近开关1向下移动一定距离。此时调节机构才动作。
为了使接近开关1的垂直高度调节机构能具体实施，还必须要有一套计算机控制系统。图5所示为步进电机10的控制原理框图。对步进电机10的控制信息由拨码盘输入，当需要接近开关1移动时，首先由手控盒上的按钮给计算机发出一个信号。计算机收到此信号后，先通过I/O接口电路采集由拨码盘输入的控制信息。然后计算机再通过I/O接口电路给步进电机10的驱动器发出脉冲信号和方向信号，实现对步进电机10的控制，进而实现对接近开关1的移动控制。
权利要求1.一种埋弧焊自动跟踪系统中传感器的垂直高度调节机构，主要包括十字滑块，接近开关以及与该十字滑块刚性连接的焊炬和连接大支架，其特征在于在所述的连接大支架上设有一步进电机和一滑块机构，所述电机轴与一丝杠相连，所述的滑块机构包括安装在丝杠上且带有内螺纹的滑块和固定在所述连接大支架上的滑块导轨，所述的接近开关与滑块刚性连接。
2.按照权利要求1所述的埋弧焊自动跟踪系统中传感器的垂直高度调节机构，其特征在于所述的滑块和滑块导轨之间采用燕尾槽结构。
3.按照权利要求1所述的埋弧焊自动跟踪系统中传感器的垂直高度调节机构，其特征在于接近开关通过连接小支架与滑块刚性连接。
4.按照权利要求1所述的埋弧焊自动跟踪系统中传感器的垂直高度调节机构，其特征在于所述的步进电机通过固定板与连接大支架连接在一起。
专利摘要埋弧焊自动跟踪系统中传感器的垂直高度调节机构，该机构包括十字滑块，接近开关以及与该十字滑块刚性连接的焊炬和连接大支架，在连接大支架上设有一步进电机和一滑块机构，步进电机轴与一丝杠相连，所述的滑块机构包括安装在丝杠上且带有内螺纹的滑块和固定在所述连接大支架上的滑块导轨，所述的接近开关安装在所述的滑块上。本实用新型能够实现在厚板多层焊接时接近开关与焊炬之间相对高度的调节，因此，采用本实用新型有效的解决了在埋弧焊自动跟踪过程中厚板多层焊接时，由于焊炬与接近开关距离工件表面的高度无法调节而造成的焊接质量差的问题；同时该机构调节灵活，易于实现自动化。
文档编号B23K9/127GK2576400SQ0225717
公开日2003年10月1日 申请日期2002年9月29日 优先权日2002年9月29日
发明者王克争, 贾高峰, 陈新征 申请人:清华大学