一种双伺服旋转电弧的高效立焊焊接装置的制作方法

本发明涉及焊接加工设备，具体涉及立向焊接时空间复杂轨迹的高效焊接及其焊接装置与控制。

背景技术：

近几年，随着现代设备制造业的发展，高强度的厚截面焊接钢结构已逐渐应用于造船、海洋工程、压力容器制造。由于变位困难，一些大尺寸的结构件必须采用全位置焊接技术，且使得全位置焊接的需求大幅增加，立焊作为全位置焊接的重要组成部分，其熔池金属和熔滴因受重力的影响具有下坠趋势。立焊焊接时由于焊缝宽深的不断变化，以及焊缝并不一定竖直的，很大程度是空间曲线焊缝，如何更好的实时对焊缝进行跟踪以对焊缝不同熔宽进行自适应焊接成为急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出一种双伺服旋转电弧的高效立焊焊接装置。本发明的装置在立焊焊接时通过焊接与双伺服回路控制系统实时的调整双伺服旋转电弧传感装置的旋转范围来适应不同焊缝的宽度与深度，保证焊接时的跟踪精度和自适应焊接。

本发明为解决以上技术问题，采用以下技术方案：一种双伺服旋转电弧的高效立焊焊接装置，其特征在于：包括移动式立焊平台、立焊支撑平台、立焊工作平台、焊接电源、多功能控制箱、便携式手控箱、车行导轨、焊接小车、转接板、位置补偿十字滑架、焊炬承接器、双伺服旋转电弧传感装置、大电流霍尔传感器、焊接与双伺服回路控制系统，其中，多功能控制箱装有控制面板、横/纵向驱动器、双伺服驱动器、步进驱动器，焊接与双伺服回路控制系统包括双伺服控制执行系统、送丝机、焊机、便携式手控箱，可以对车行导轨、位置补偿十字滑架、前置伺服电机、后置伺服电机、空心电机进行控制。

所述对待焊工件进行焊接时，待焊工件安装在立焊工作平台上，双伺服旋转电弧传感装置安装在焊炬承接器上，焊炬承接器可以对双伺服旋转电弧传感装置进行前后微调，以补偿十字滑架有时调节不到位，焊炬承接器依次与位置补偿十字滑架、转接板、焊接小车、车行导轨相连，焊接小车与车行导轨通过滚珠丝杆相连，焊接小车能够限位在车行导轨上，车行导轨上端装有步进电机；焊接前，双伺服旋转电弧传感装置由位置补偿十字滑架进行姿态调节；焊接时，双伺服旋转电弧传感装置受焊接与双伺服回路控制系统控制，借助位置补偿十字滑架与焊炬承接器进行微调对中；焊接小车进行焊接时，在焊接与双伺服回路控制系统的控制下沿车行导轨运动；焊接与双伺服回路控制控制系统除了在焊接时对焊缝进行跟踪外，还对其他机构进行控制，起协调工作的作用。

所述双伺服旋转电弧传感装置包括上盖体、调心轴承、深沟球轴承、上偏心球、前置偏心结构、测速装置、空心轴、双伺服电机、下端盖、气罩、导电嘴、进气口、下偏心球、后置偏心结构、定子、转子、导电杆；上盖体与上偏心球有缝接合，导电杆穿过上偏心球，导电杆与上偏心球通过键槽连接，穿过导电杆的偏心球为一个空间三级低副，前置伺服偏心结构通过调心轴承与导电杆相连，且此处导电杆的直径较大刚好用于承载前置伺服偏心结构，前置伺服偏心结构与前置伺服电机通过齿轮传动，紧接着导电杆上安有测速装置，用于测量空心轴的转速和位置，为控制电弧传感器提供信息，空心轴上装有电机转子和定子带动导电杆转动，后置偏伺服心结构也通过调心轴承与导电杆相连，紧接着下偏心球也穿过导电杆，同上偏心球一样具有空间三级低副，导电杆末端装有导电嘴和气罩。

所述双伺服旋转电弧传感装置工作时，前置伺服电机驱动主动齿轮转动，带动前置伺服偏心结构上的从动齿轮转动，从而带动导电杆实现偏心旋转，后置伺服电机一样可以驱动后置偏心结构，从而带动导电杆实现偏心旋转。多功能控制箱与双伺服电机之间有导线相连接，焊接时通过接收并分析大电流霍尔传感器的信号，多功能控制箱可分别控制前置伺服电机与后置伺服电机，当旋转幅度达到焊接要求时，后置伺服电机停止，前置伺服电机继续工作，导电杆可实现大范围的连续旋转，用于焊缝较宽深情况，反之，当前置伺服电机停止，后置伺服电机工作时，导电杆可实现小范围的旋转，适于焊缝较窄浅情况，前置伺服偏心结构与后置伺服偏心结构不同的配合关系可实现不同的偏心距。

所述双伺服偏心结构不同的配合关系可实现不同的偏心距，将前置偏心结构的端面与导电杆的轴线的交点作为原点，将前置偏心结构的位移方向作为x轴，a1为前置偏心结构的偏心位移，a2为后置偏心结构构的偏心位移，a为内偏心孔中心点相对同一截面外中心点的位移量，a'2指内偏心孔转到另一位置时的位移矢量，a'2＝a2,tanα＝a/l,l:原点到下偏心球的中心，α：导电杆偏离水平方向的角度。

所述焊接与双伺服回路控制系统包含通信系统模块、计算分析模块，下置双伺服控制执行系统，控制横/纵向驱动器、双伺服驱动器、步进驱动器分别驱动位置补偿十字滑架、双伺服电机和空心电机，双伺服旋转电弧传感装置装在位置补偿十字滑架上，焊接时大电流霍尔传感器把采集的信号反馈给焊接与双伺服回路控制系统，双伺服电机上安装有转速传感器，及时把双伺服电机的转速反馈给双伺服控制执行系统，空心电机上也装有测速装置，及时把空心电机的转速反馈给双伺服控制执行系统，双伺服电机分别带动双伺服偏心结构从而带动导电杆旋转。

附图说明

图1为本发明的焊接装置结构示意图。

图2为双伺服旋转电弧传感装置内部结构示意图。

图3为双伺服偏心结构位移关系图。

图4为导电杆偏离水平方向的角度与偏心位移关系。

图5为双伺服旋转电弧传感装置系统控制框图。

图中，1—多功能控制箱，2—便携式手控箱，3—焊接小车，4—立焊支撑平台，5—转接板，6—位置补偿十字滑架，7—焊炬承接器，8—双伺服旋转电弧传感装置，8.1—上端盖，8.2—深沟球轴承，8.3—测速装置，8.4—空心轴，8.5—后置伺服电机，8.6—调心轴承，8.7—深沟球轴承，8.8—下端盖，8.9—气罩，8.10—导电嘴，8.11—进气口，8.12—下偏心球，8.13—后置偏心结构，8.14—定子，8.15—转子，8.16—前置伺服电机，8.17—前置偏心结构，8.18—调心轴承，8.19—上偏心球，8.20—导电杆，9—立焊工作平台，10—待焊工件，11—车行导轨。

具体实施方式

为了更好的表达整个发明的技术方案与有益效果，下面结合图示与实例作进一步的阐述。

如图1，一种高效立焊焊接装置，所述待焊工件10安装在立焊工作平台9上，双伺服旋转电弧传感装置8安装在焊炬承接器7上，焊炬承接器7依次与位置补偿十字滑架6、转接板5、焊接小车3、车行导轨11相连，此外，多功能控制箱1与便携式手控箱2位于立焊支撑平台4的左上方，立焊支撑平台4给上述装置予以支撑和定位。

如图2，所述双伺服旋转电弧传感装置8包括：上盖体8.1、深沟球轴承8.2、测速装置8.3、空心轴8.4、后置伺服电机8.5、调心轴承8.6、深沟球轴承8.7、下端盖8.8、气罩8.9、导电嘴8.10、进气口8.11、下偏心球8.12、后置偏心结构8.13、定子8.14、转子8.15，前置伺服电机8.16、前置偏心结构8.17、调心轴承8.18、上偏心球8.19、导电杆8.20；上盖体8.1与上偏心球8.19有缝接合，导电杆8.20穿过上偏心球8.19，二者通过键槽连接，上偏心球8.19为一个空间三级低副，前置伺服偏心结构8.17通过调心轴承8.18与导电杆8.20相连，且此处导电杆8.20的直径较大刚好用于承载前置伺服偏心结构8.17，前置伺服偏心结构8.17与前置伺服电机8.16通过齿轮传动，紧接着导电杆8.20上安有测速装置8.3，用于测量空心轴8.4的转速和位置，为电弧传感器控制提供信息，测速装置8.3通过沉头螺钉连接在空心轴8.4上，空心轴8.4上装有电机转子8.15和定子8.14带动导电杆8.20转动，后置伺服偏心结构8.13也通过调心轴承8.6与导电杆8.20相连，紧接着下偏心球8.12也穿过导电杆8.20，同上偏心球8.19一样具有空间三级低副，导电杆末端装有导电嘴8.11和气罩8.9，上述全部装置组合成一个整体为双伺服旋转电弧传感装置8。

所述双伺服旋转电弧传感装置8工作时，前置伺服电机8.16驱动主动齿轮转动，带动前置伺服偏心结构8.17上的从动齿轮转动，从而带动导电杆8.20实现偏心旋转，后置伺服电机8.5一样可以驱动后置偏心结构8.13，从而带动导电杆8.20实现偏心旋转。多功能控制箱1与双伺服电机(包括前置伺服电机8.16与后置伺服电机8.5)之间有导线相连接，焊接时通过接收并分析大电流霍尔传感器的信号，多功能控制箱1可分别控制前置伺服电机8.16与后置伺服电机8.5，当旋转幅度达到焊接要求时，后置伺服电机8.5停止，前置伺服电机8.16继续工作导电杆8.20可实现大范围的连续旋转，用于焊缝较宽深情况，反之，当前置伺服电机8.16停止，后置伺服电机8.5工作时导电杆8.20可实现小范围的旋转，适于焊缝较窄浅，前置伺服偏心机构8.17与后置伺服偏心机构8.13不同的配合关系可实现不同的偏心距。

如图3、4，所述双伺服偏心结构不同的配合关系可实现不同的偏心距，将前置偏心结构8.17的端面与导电杆8.20的轴线的交点作为原点，将前置偏心结构8.17的位移方向作为x轴，a1为前置偏心结构8.17的偏心位移，a2为后置偏心结构8.13的偏心位移，a为内偏心孔中心点相对同一截面外中心点的位移量，a'2指内偏心孔转到另一位置时的位移矢量，a'2＝a2,tanα＝a/l,l:原点到下偏心球8.12的中心，α：导电杆8.20偏离水平方向的角度。

如图5，所述焊接与双伺服回路控制系统包含通信系统模块、计算分析模块，下置双伺服控制执行系统，控制横/纵向驱动器、双伺服驱动器、步进驱动器分别驱动位置补偿十字滑架、双伺服电机和空心电机，双伺服旋转电弧传感装置装在位置补偿十字滑架上，焊接时大电流霍尔传感器把采集的信号反馈给双伺服回路控制系统，双伺服电机上安装有转速传感器，及时把双伺服电机的转速反馈给双伺服控制执行系统，空心电机上也装有测速装置，及时把空心电机的转速反馈给双伺服控制执行系统，双伺服电机分别带动双伺服偏心结构从而带动导电杆旋转。

下面结合附图说明本发明的动作与控制过程：

立向焊接时，启动便携式手控箱2的急停开关，按下多功能控制箱1的开关旋钮，通过便携式手控箱2或者多功能控制箱1对位置补偿十字滑架6进行操控，双伺服旋转电弧传感装置8借助位置补偿十字滑架6与焊炬承接器7进行微调对中，然后，焊接小车3在位于多功能控制箱1中的焊接与双伺服回路控制系统的控制下沿车行导轨11由下往上运动，焊接的焊缝偏差信号通过大电流霍尔传感器实时的反馈给焊接与双伺服回路控制控制系统，焊接与双伺服回路控制控制系统的计算分析模块会迅速的计算出焊枪的偏离程度并分析双伺服电机(前置伺服电机8.16、后置伺服电机8.5)的工作状态，然后通过焊接与双伺服回路控制控制系统的通信模块对位置补偿十字滑架6和双伺电机(前置伺服电机8.16、后置伺服电机8.5)发送指令，实时的控制二者的工作状态，焊接与双伺服回路控制控制系统除了在焊接时对焊缝进行跟踪外，还对其他机构进行控制，起协调工作的作用。