專利名稱：一種新型偏心斜接管氣體保護(hù)焊接機(jī)械裝置及其焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于工業(yè)生產(chǎn)的焊接技術(shù)，具體涉及一種新型偏心斜接管氣體保護(hù)焊接機(jī)械裝置及其焊接方法。
背景技術(shù)：
目前，鍋爐中的集箱斜接管焊接大多采用手工焊，其缺點(diǎn)在于，焊接過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)、 工作效率低。而且，有些材料需要在較高的預(yù)熱溫度下完成焊接，勞動(dòng)強(qiáng)度大。在現(xiàn)有技術(shù)中，有埋弧焊機(jī)的技術(shù)改進(jìn)，但是其效率很低，同時(shí)很少應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種新型偏心斜接管氣體保護(hù)焊接機(jī)械裝置及其焊接方法，實(shí)現(xiàn)大口徑斜交管自動(dòng)化焊接，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種新型偏心斜接管氣體保護(hù)焊接機(jī)械裝置，其特征是，該裝置包含機(jī)械本體；該機(jī)械本體固定在被焊接件上；設(shè)置在機(jī)械本體上的焊接裝置和若干傳感裝置；以及，分別與機(jī)械本體、焊接裝置和若干傳感裝置電路連接的控制系統(tǒng)。上述機(jī)械本體包含固定在被焊接件上的內(nèi)撐定位裝置；設(shè)置在內(nèi)撐定位裝置頂部的電機(jī)和定位擋板；設(shè)置在定位擋板頂部的旋轉(zhuǎn)輪盤；該旋轉(zhuǎn)輪盤通過(guò)轉(zhuǎn)軸與電機(jī)連接；設(shè)置在旋轉(zhuǎn)輪盤頂部的若干伸縮臂；以及，設(shè)置在伸縮臂末端的機(jī)械臂；該機(jī)械臂上設(shè)有若干關(guān)節(jié)。上述焊接裝置設(shè)置在機(jī)械臂的末端。上述傳感裝置包含若干設(shè)置在所述機(jī)械臂上的接觸傳感器、設(shè)置在電機(jī)上的角位移傳感器和設(shè)置在焊接裝置上的電弧傳感器。上述控制系統(tǒng)包含與若干傳感裝置的輸出端電路連接的數(shù)據(jù)采集模塊；與數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端電路連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊；以及，與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的輸出端電路連接的控制模塊；上述控制模塊電路連接所述焊接裝置、伸縮臂，以及機(jī)械臂上的關(guān)節(jié)。一種用于新型偏心斜接管氣體保護(hù)焊接機(jī)械裝置的焊接方法，其特征在于，包含以下步驟步驟1控制系統(tǒng)提取被焊接件的信息；步驟1. 1控制系統(tǒng)預(yù)先在被焊接件的焊接口上提取若干空間幾何坐標(biāo)點(diǎn)；步驟1. 2控制系統(tǒng)根據(jù)每個(gè)空間幾何坐標(biāo)點(diǎn)設(shè)定焊接裝置的姿態(tài)；步驟1. 3控制系統(tǒng)在各空間幾何坐標(biāo)點(diǎn)之間進(jìn)行焊接裝置姿態(tài)的過(guò)渡規(guī)劃；
步驟2控制系統(tǒng)設(shè)定機(jī)械本體的運(yùn)作程序；步驟2. 1控制系統(tǒng)設(shè)定本裝置對(duì)被焊接件焊接的層數(shù)；步驟2. 2控制系統(tǒng)設(shè)定焊接起始點(diǎn)；步驟2. 3控制系統(tǒng)根據(jù)被焊接件的信息，控制機(jī)械本體設(shè)定焊接裝置的姿態(tài)；步驟3機(jī)械本體帶動(dòng)焊接裝置在控制系統(tǒng)的設(shè)定下進(jìn)行焊接；步驟4傳感裝置對(duì)機(jī)械本體和焊接裝置的工作信息進(jìn)行探測(cè)并傳輸至控制系統(tǒng)；步驟5控制系統(tǒng)根據(jù)傳感裝置的信息對(duì)機(jī)械本體進(jìn)行調(diào)整；步驟6本裝置完成焊接。本發(fā)明一種用于新型偏心斜接管氣體保護(hù)焊接機(jī)械裝置及其運(yùn)作方法和現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)先在于，本發(fā)明的控制系統(tǒng)控制焊接裝置和機(jī)械本體的工作，完全自動(dòng)化對(duì)被焊接件進(jìn)行焊接工作，使工人不必在高溫下長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行焊接工作，減低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率；同時(shí)本發(fā)明通過(guò)控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)裝置的精密控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的精密焊接，提高焊接質(zhì)量，減少用料的浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本。


圖1為本發(fā)明一種新型偏心斜接管氣體保護(hù)焊接機(jī)械裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明一種新型偏心斜接管氣體保護(hù)焊接機(jī)械裝置焊接方法的方法流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合

本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明提供一種新型偏心斜接管氣體保護(hù)焊接機(jī)械裝置，其包含機(jī)械本體1，該機(jī)械本體ι固定在被焊接件上，本裝置還包含設(shè)置在機(jī)械本體1上的焊接裝置2和若干傳感裝置3，以及分別與機(jī)械本體1、焊接裝置2和若干傳感裝置3電路連接的控制系統(tǒng)。如圖1所示，為本發(fā)明一種新型偏心斜接管氣體保護(hù)焊接機(jī)械裝置適用于對(duì)大口徑斜交管的焊接的一種實(shí)施例。機(jī)械本體1包含內(nèi)撐定位裝置11，設(shè)置在內(nèi)撐定位裝置11 頂部的電機(jī)12和定位擋板13，設(shè)置在定位擋板13頂部的旋轉(zhuǎn)輪盤14，設(shè)置在旋轉(zhuǎn)輪盤14 頂部的若干伸縮臂15，以及設(shè)置在伸縮臂15頂端的機(jī)械臂16。內(nèi)撐定位裝置11設(shè)置在大口徑斜交管的豎直管口內(nèi)，內(nèi)撐定位裝置11的側(cè)壁上設(shè)有卡爪111，卡爪111在大口徑斜交管的豎直管口內(nèi)部撐開(kāi)，壓緊斜交管的內(nèi)壁，使內(nèi)撐定位裝置11固定在大口徑斜交管上。 定位擋板13的上部設(shè)為擋板，該擋板的長(zhǎng)度略大于大口徑斜交管的管口直徑，使定位擋板 13可架設(shè)于大口徑斜交管的管口上，定位擋板13將旋轉(zhuǎn)輪盤14與大口徑斜交管的管口隔開(kāi)，使旋轉(zhuǎn)輪盤14可自由旋轉(zhuǎn)。電機(jī)12通過(guò)轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)輪盤14連接，通過(guò)電機(jī)12傳動(dòng)使旋轉(zhuǎn)輪盤14在電機(jī)12的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)。本裝置中設(shè)有兩條伸縮臂15，一條伸縮臂水平設(shè)置在旋轉(zhuǎn)輪盤14的頂部，用于在水平方向上調(diào)整焊接裝置2的位置，其頂端的下部設(shè)置有另一條伸縮臂15，該條伸縮臂15豎直設(shè)置，用于在豎直方向上調(diào)整焊接裝置2的位置。在豎直設(shè)置的伸縮臂15的末端設(shè)有機(jī)械臂16，該機(jī)械臂16上設(shè)有兩個(gè)關(guān)節(jié)161，該兩個(gè)關(guān)節(jié)將機(jī)械臂16分為三個(gè)可相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械臂，為焊接裝置2的姿態(tài)設(shè)定提供了高自由度。而焊接裝置2則設(shè)置在機(jī)械臂16的末端，該焊接裝置2采用焊槍。
本發(fā)明中傳感裝置3采用了接觸傳感器、角位移傳感器和電弧傳感器。接觸傳感器設(shè)有若干個(gè)，分別設(shè)置在機(jī)械本體1與大口徑斜交管直接接觸的若干位置。用于感知機(jī)械本體1帶動(dòng)下焊接裝置2的落差信息，并輸送至控制系統(tǒng)。角位移傳感器設(shè)置在電機(jī)12 上，用于檢測(cè)電機(jī)12帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)輪盤14的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，同樣輸送至控制系統(tǒng)。電弧傳感器設(shè)置在焊接裝置2上，用于反饋跟蹤焊接裝置2的電弧電壓和電流，對(duì)焊接裝置2的焊接軌跡進(jìn)行跟蹤，以保證焊接裝置2的焊接軌跡不偏離大口徑斜交管的焊縫馬鞍線。控制系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置在工程車間中固定的控制柜內(nèi)，該控制柜設(shè)在距本發(fā)明裝置工作處任意距離的位置?？刂葡到y(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集模塊，與數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端電路連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，以及與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的輸出端電路連接的控制模塊?？刂颇K通過(guò)電路與焊接裝置2、伸縮臂15，以及機(jī)械臂16上的關(guān)節(jié)161建立連接。數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)電路與設(shè)置在機(jī)械本體1上的各傳感裝置3連接，并接收由傳感裝置3輸送的裝置工作信息，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊接收數(shù)據(jù)采集模塊傳輸?shù)男畔⒉⑦M(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理再發(fā)送給控制模塊，控制模塊采用PLC控制器，其接收本裝置各傳感裝置3所探測(cè)到的工作信息后，對(duì)焊接裝置2、伸縮臂 15，以及機(jī)械臂16進(jìn)行相應(yīng)控制和調(diào)整。以下結(jié)合圖2具體說(shuō)明本發(fā)明一種新型偏心斜接管氣體保護(hù)焊接機(jī)械裝置的焊接方法步驟1控制系統(tǒng)提取被焊接件的信息。步驟1. 1控制系統(tǒng)預(yù)先在被焊接件即大口徑斜交管的焊縫馬鞍線上提取大約500 個(gè)空間幾何坐標(biāo)點(diǎn)。步驟1. 2控制系統(tǒng)根據(jù)每個(gè)空間幾何坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)焊接裝置2對(duì)應(yīng)每個(gè)空間幾何坐標(biāo)點(diǎn)的姿態(tài)進(jìn)行基本定位。步驟1. 3控制系統(tǒng)設(shè)定在各個(gè)空間幾何坐標(biāo)點(diǎn)之間焊接裝置2運(yùn)行姿態(tài)的過(guò)渡規(guī)劃。步驟2控制系統(tǒng)設(shè)定機(jī)械本體1的運(yùn)作程序。步驟2. 1控制系統(tǒng)設(shè)定根據(jù)大口徑斜交管的焊縫馬鞍線的具體形狀和結(jié)構(gòu)確定對(duì)大口徑斜交管焊縫的焊接層數(shù)。步驟2. 2控制系統(tǒng)確定焊接裝置2在大口徑斜交管的焊縫馬鞍線上的焊接起始
點(diǎn)ο步驟2. 3控制系統(tǒng)根據(jù)步驟1中對(duì)應(yīng)空間幾何坐標(biāo)點(diǎn)定位的焊接裝置2的姿態(tài)， 控制機(jī)械本體1的機(jī)械臂16上的關(guān)節(jié)161，來(lái)設(shè)定焊接裝置2進(jìn)行焊接工作時(shí)的姿態(tài)。同時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先對(duì)大口徑斜交管的焊縫馬鞍線的信息提取，始終將焊接裝置2的姿態(tài)的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)控制在大口徑斜交管的焊縫馬鞍線的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)內(nèi)。步驟3機(jī)械本體1帶動(dòng)焊接裝置2在控制系統(tǒng)的設(shè)定下進(jìn)行焊接。焊接裝置2由機(jī)械本體1的旋轉(zhuǎn)輪盤14帶動(dòng)伸縮臂15以大口徑斜交管管口的中軸線為圓心旋轉(zhuǎn)，通過(guò)伸縮臂15和機(jī)械臂16的帶動(dòng)，焊接裝置2以大口徑斜交管管口的中軸線為圓心旋轉(zhuǎn)對(duì)大口徑斜交管的焊縫進(jìn)行焊接。在旋轉(zhuǎn)運(yùn)行焊接的同時(shí)，焊接裝置2還由機(jī)械臂16帶動(dòng)作豎直方向的擺動(dòng)焊接， 擺動(dòng)焊接的擺動(dòng)速度由控制系統(tǒng)設(shè)定，該擺動(dòng)焊接的振幅非恒定，預(yù)先設(shè)定焊接裝置2的極限位置4和電壓極限值，圖1中機(jī)械本體1右半部所示，即為焊接裝置2處于極限位置4時(shí)的狀態(tài)。該電壓極限值即焊接裝置2擺動(dòng)至極限位置4時(shí)對(duì)應(yīng)的電弧電壓值，為調(diào)節(jié)試驗(yàn)所得，在焊接裝置2處于極限位置4時(shí)，傳感裝置3檢測(cè)焊接裝置2的電弧電壓，并記錄下該電壓，作為電壓極限值。在焊接裝置2擺動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)傳感裝置3檢測(cè)到電弧電壓達(dá)到電壓極限值，則認(rèn)為焊接裝置2處于擺動(dòng)的極限位置4，即由其控制系統(tǒng)控制焊接裝置2回?cái)[。步驟4傳感裝置3的接觸傳感器對(duì)焊接裝置2的落差信息進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，同時(shí)角位移傳感器也對(duì)電機(jī)12帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)輪盤14旋轉(zhuǎn)的角度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。傳感裝置3再將該些信息輸送到控制系統(tǒng)步驟5控制系統(tǒng)根據(jù)傳感裝置3的信息對(duì)機(jī)械本體1進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)傳感裝置3的角位移傳感器檢測(cè)到旋轉(zhuǎn)輪盤14已經(jīng)旋轉(zhuǎn)了 360度時(shí)，控制系統(tǒng)即確定焊接裝置2已經(jīng)旋轉(zhuǎn)了一周，完成了對(duì)大口徑斜交管的焊縫馬鞍線的一層焊接，即控制伸縮臂15進(jìn)行位置調(diào)整，使焊接裝置定位至下一層的焊接起始點(diǎn)。在伸縮臂15運(yùn)動(dòng)的定位過(guò)程中，傳感裝置3 的接觸傳感器感應(yīng)焊接裝置2的運(yùn)動(dòng)落差，并通過(guò)控制系統(tǒng)對(duì)伸縮臂15的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行精確定位。在控制系統(tǒng)控制焊接裝置2定位完成后，控制系統(tǒng)還根據(jù)設(shè)定的引弧高度對(duì)焊接裝置2上焊絲端點(diǎn)與焊縫之間的距離進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先對(duì)大口徑斜交管的焊縫馬鞍線的信息提取，始終將焊接裝置2的落差變化的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)控制在大口徑斜交管的焊縫馬鞍線的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)內(nèi)。步驟6本發(fā)明保護(hù)焊機(jī)械裝置反復(fù)上述步驟3至步驟5，直至完成預(yù)先設(shè)定的焊接層數(shù)，即結(jié)束焊接。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種新型偏心斜接管氣體保護(hù)焊接機(jī)械裝置，其特征在于，該裝置包含 機(jī)械本體(1)；所述機(jī)械本體(1)固定在被焊接件上；設(shè)置在所述機(jī)械本體(1)上的焊接裝置( 和若干傳感裝置(3)；以及， 分別與所述機(jī)械本體(1)、焊接裝置( 和若干傳感裝置(3)電路連接的控制系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種新型偏心斜接管氣體保護(hù)焊接機(jī)械裝置，其特征在于，所述機(jī)械本體(1)包含固定在被焊接件上的內(nèi)撐定位裝置(11)；設(shè)置在所述內(nèi)撐定位裝置(11)頂部的電機(jī)(1 和定位擋板(13)； 設(shè)置在所述定位擋板(1 頂部的旋轉(zhuǎn)輪盤(14)；所述旋轉(zhuǎn)輪盤(14)通過(guò)轉(zhuǎn)軸與所述電機(jī)(12)連接；設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)輪盤(14)頂部的若干伸縮臂(15)；以及， 設(shè)置在所述伸縮臂(15)末端的機(jī)械臂(16)； 所述機(jī)械臂(16)上設(shè)有若干關(guān)節(jié)(161)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種新型偏心斜接管氣體保護(hù)焊接機(jī)械裝置，其特征在于，所述焊接裝置( 設(shè)置在所述機(jī)械臂(16)的末端。
4.如權(quán)利要求2所述的一種新型偏心斜接管氣體保護(hù)焊接機(jī)械裝置，其特征在于，所述傳感裝置( 包含若干設(shè)置在所述機(jī)械臂(16)上的接觸傳感器、設(shè)置在所述電機(jī)(12) 上的角位移傳感器和設(shè)置在焊接裝置( 上的電弧傳感器。
5.如權(quán)利要求2所述的一種新型偏心斜接管氣體保護(hù)焊接機(jī)械裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包含與所述若干傳感裝置(3)的輸出端電路連接的數(shù)據(jù)采集模塊； 與所述數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端電路連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊；以及， 與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的輸出端電路連接的控制模塊；所述控制模塊電路連接所述焊接裝置O)、伸縮臂(15)，以及機(jī)械臂(16)上的關(guān)節(jié) (161)。
6.一種用于新型偏心斜接管氣體保護(hù)焊接機(jī)械裝置的焊接方法，其特征在于，包含以下步驟步驟1控制系統(tǒng)提取被焊接件的信息； 步驟2控制系統(tǒng)設(shè)定機(jī)械本體(1)的運(yùn)作程序； 步驟3機(jī)械本體(1)帶動(dòng)焊接裝置( 在控制系統(tǒng)的設(shè)定下進(jìn)行焊接； 步驟4傳感裝置(3)對(duì)機(jī)械本體(1)和焊接裝置(2)的工作信息進(jìn)行探測(cè)并傳輸至控制系統(tǒng)；步驟5控制系統(tǒng)根據(jù)傳感裝置(3)的信息對(duì)機(jī)械本體(1)進(jìn)行調(diào)整； 步驟6本裝置完成焊接。
7.如權(quán)利要求6所述的一種用于新型偏心斜接管氣體保護(hù)焊接機(jī)械裝置的焊接方法， 其特征在于，所述步驟1還包含以下步驟步驟1. 1控制系統(tǒng)預(yù)先在被焊接件的焊接口上提取若干空間幾何坐標(biāo)點(diǎn)； 步驟1. 2控制系統(tǒng)根據(jù)每個(gè)空間幾何坐標(biāo)點(diǎn)設(shè)定焊接裝置O)的姿態(tài)； 步驟1.3控制系統(tǒng)在各空間幾何坐標(biāo)點(diǎn)之間進(jìn)行焊接裝置( 姿態(tài)的過(guò)渡規(guī)劃。
8.如權(quán)利要求6所述的一種用于新型偏心斜接管氣體保護(hù)焊接機(jī)械裝置的焊接方法， 其特征在于，所述步驟2還包含以下步驟步驟2. 1控制系統(tǒng)設(shè)定本裝置對(duì)被焊接件焊接的層數(shù)； 步驟2. 2控制系統(tǒng)設(shè)定焊接起始點(diǎn)；步驟2. 3控制系統(tǒng)根據(jù)被焊接件的信息，控制機(jī)械本體(1)設(shè)定焊接裝置( 的姿態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種新型偏心斜接管氣體保護(hù)焊接機(jī)械裝置，該裝置包含機(jī)械本體；機(jī)械本體固定在被焊接件上；設(shè)置在機(jī)械本體上的焊接裝置和若干傳感裝置；以及分別與機(jī)械本體、焊接裝置和若干傳感裝置電路連接的控制系統(tǒng)。本發(fā)明的控制系統(tǒng)控制焊接裝置和機(jī)械本體的工作，完全自動(dòng)化對(duì)被焊接件進(jìn)行焊接工作，使工人不必在高溫下長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行焊接工作，減低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率；同時(shí)本發(fā)明通過(guò)控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)裝置的精密控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的精密焊接，提高焊接質(zhì)量，減少用料的浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)B23K9/16GK102343473SQ201010245648
公開(kāi)日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2010年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月5日
發(fā)明者姜建鋒, 崔玉林, 李忠杰, 楊惠勤 申請(qǐng)人:上海鍋爐廠有限公司