集裝箱波紋板角焊縫及搭接焊縫的焊接系統的制作方法
【專利摘要】一種集裝箱波紋板角焊縫及搭接焊縫的焊接系統，包括一主控制器、與該主控制器相連的一焊縫跟蹤模塊和一焊槍控制模塊以及受控于該焊槍控制模塊的一焊槍，該焊縫跟蹤模塊包括一激光發射器和與該激光發射器相配合的一激光測距傳感器，該焊縫跟蹤模塊還包括與該激光發射器相配合的一偏轉鏡、用以帶動該偏轉鏡偏轉的一R軸控制電機以及用以驅動該R軸控制電機動作的一R軸驅動單元。本實用新型僅需一個傳感器來實現焊縫的可靠追蹤。
【專利說明】集裝箱波紋板角焊縫及搭接焊縫的焊接系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及集裝箱的加工設備，尤其涉及一種集裝箱與波紋板相關的焊接設備。
【背景技術】
[0002]集裝箱上波紋板角接焊縫及搭接焊縫較多，主要集中在側板與上下側梁、前墻板與前上下梁、頂板與頂側梁、頂板與楣板、側板與角柱等連接處，工作量很大。現有的焊接系統，如中國專利CN201592307U所公開的一種集裝箱角焊縫焊接系統，包括一焊槍、用以承載該焊槍的一運動平臺以及控制該運動平臺和該焊槍動作的一控制系統，該控制系統包括控制器和與該控制器連接的焊縫參數調節模塊、零點檢測模塊、焊縫捕獲模塊以及運動平臺驅動模塊，該運動平臺驅動模塊可分別經由一 X軸控制電機驅動器來驅動一 X軸控制電機，經由一 Y軸控制電機驅動器來驅動一 Y軸控制電機以及經由一 Z軸控制電機驅動器來驅動一 Z軸控制電機。現有的這種焊接系統，一方面，焊縫捕獲模塊包括用以捕獲待焊接的波紋板的一波形跟蹤傳感器和用以捕獲待焊接的梁的一高度跟蹤傳感器，需要用到兩個傳感器，成本較高；另一方面，焊槍的調節僅限于位置，不涉及姿態調節，造成了很大的局限。可見，實有必要對現有的焊接系統進行改進。
實用新型內容
[0003]本實用新型所要解決的技術問題在于克服上述現有技術所存在的不足，而提出一種集裝箱波紋板角焊縫及搭接焊縫的焊接系統，僅需一個傳感器來實現焊縫的可靠追蹤。
[0004]本實用新型針對上述技術問題提出一種集裝箱波紋板角焊縫及搭接焊縫的焊接系統，包括一主控制器、與該主控制器相連的一焊縫跟蹤模塊和一焊槍控制模塊以及受控于該焊槍控制模塊的一焊槍，該焊縫跟蹤模塊包括一激光發射器和與該激光發射器相配合的一激光測距傳感器，該焊縫跟蹤模塊還包括與該激光發射器相配合的一偏轉鏡、用以帶動該偏轉鏡偏轉的一 R軸控制電機以及用以驅動該R軸控制電機動作的一 R軸驅動單兀。
[0005]其中，該焊槍控制模塊包括一運動控制器；該焊縫跟蹤模塊還包括一編碼器，該編碼器設置在該運動控制器與該R軸驅動單元之間。
[0006]其中，該焊槍控制模塊包括一運動控制器和與該運動控制器相連的:一 X軸驅動單元、由該X軸驅動單元驅動的一 X軸控制電機以及由該X軸控制電機控制的一 X軸執行機構，用以調節該焊槍的X座標位置；一 Y軸驅動單元、由該Y軸驅動單元驅動的一 Y軸控制電機以及由該Y軸控制電機控制的一Y軸執行機構，用以調節該焊槍的Y座標位置；以及一 Z軸驅動單元、由該Z軸驅動單元驅動的一 Z軸控制電機以及由該Z軸控制電機控制的一 Z軸執行機構，用以調節該焊槍的Z座標位置。
[0007]其中，該X軸執行機構包括雙燕尾型直線導軌，該Y軸執行機構與Z軸執行機構裝設于該X軸執行機構上。
[0008]其中，該焊槍控制模塊還包括:與該運動控制器相連的一 U軸驅動單元、由該U軸驅動單元驅動的一 U軸控制電機以及由該U軸控制電機控制的一 U軸執行機構，用以調節該焊槍的姿態。
[0009]其中，該U軸執行機構包括相互配合的弧形導軌和弧形傳動機構。
[0010]其中，該主控制器是一工業控制計算機；該運動控制器是裝設于該工業控制計算機中的一功能卡。
[0011]其中，該激光發射器、偏轉鏡、R軸控制電機、R軸驅動單元以及編碼器是通過一組結構件組合到一起以構成一激光擺動部件的。
[0012]其中，這組結構件包括:一安裝底座；一玻璃板，其裝設在該安裝底座中；一偏轉鏡安裝架，用以裝設該偏轉鏡；一蓋板，與該安裝底座配合，用以防護激光發射器；一墊塊，用以將該R軸控制電機裝設到該安裝底座的側部；一編碼器連接板，用以將該編碼器裝設到該R軸控制電機的一端；以及一罩，用以對該R軸控制電機以及編碼器進行防護。
[0013]其中，這組結構件還包括:一壓條，其裝設在該安裝底座的底部并由一側伸出，其端頭設有安裝孔。
[0014]與現有技術相比，本實用新型的集裝箱波紋板角焊縫及搭接焊縫的焊接系統，通過巧妙地增設一偏轉鏡及帶動該偏轉鏡偏轉的電機和驅動單元，可以用一路的激光測距傳感器來實現焊縫的可靠追蹤。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型集裝箱波紋板角焊縫及搭接焊縫的焊接系統較佳實施例的框圖結構。
[0016]圖2是本實用新型較佳實施例中焊縫捕獲模塊的結構示意圖。
[0017]其中，附圖標記說明如下:1主控制器；2焊縫捕獲模塊21激光發射器211發射孔22激光測距傳感器23檢測信號預處理器24偏轉鏡25 R軸控制電機26 R軸驅動單元27編碼器29結構件291安裝底座292玻璃板293壓條294偏轉鏡安裝架295墊塊296編碼器連接板297罩298蓋板；3焊槍控制模塊31運動控制器321 X軸驅動單元322 X軸控制電機323 X軸執行機構331 Y軸驅動單元332 Y軸控制電機333Y軸執行機構341 Z軸驅動單元342 Z軸控制電機343 Z軸執行機構351 U軸驅動單元352 U軸控制電機353 U軸執行機構；4焊槍。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖，對本實用新型予以進一步地詳盡闡述。
[0019]參見圖1，本實用新型提出一種集裝箱波紋板角焊縫及搭接焊縫的焊接系統，其大致包括:一主控制器1、該主控制器I相連的一焊縫跟蹤模塊2和一焊槍控制模塊3以及受控于該焊槍控制模塊3的一焊槍4。
[0020]該主控制器I可以采用一工業控制計算機來實現。該工業控制計算機運行的軟件大致包括:操作系統及驅動程序，檢測信號預處理子系統，軌跡運算子系統，軌跡跟蹤子系統以及用戶接口子系統。
[0021]該焊縫跟蹤模塊2包括一激光發射器21、與該激光發射器21相配合的一激光測距傳感器22及檢測信號預處理器23、與該激光發射器21相配合的一偏轉鏡24、用以帶動該偏轉鏡24偏轉的一 R軸控制電機25、用以驅動該R軸控制電機25動作的一 R軸驅動單元26以及一編碼器27。其中，該激光發射器21受控于該主控制器I。該檢測信號預處理器23將該激光測距傳感器22測得的信號經過相應的處理后送該主控制器I。該編碼器27受控于該主控制器I。優選地，該R軸控制電機25為步進電機。
[0022]該焊縫跟蹤模塊2中的激光發射器21、偏轉鏡24、R軸控制電機25、R軸驅動單元26以及編碼器27可以通過一組結構件29 (參見圖2)組合到一起，以構成一激光擺動部件。具體地，結合參見圖1和圖2，這組結構件29包括:安裝底座291，用以裝設激光發射器21等，該激光發射器21的發射孔211是與偏轉鏡24相對的；玻璃板292，其裝設在該安裝底座291中以隔離該激光擺動部件的激光出射；壓條293，其裝設在該安裝底座291的底部并由一側伸出，其端頭設有安裝孔，可配合其他部件進行該激光擺動部件的安裝；偏轉鏡安裝架294，用以裝設偏轉鏡24 ;墊塊295，用以將R軸控制電機25裝設到該安裝底座291的側部；編碼器連接板296，用以將編碼器27裝設到該R軸控制電機25的一端；罩297，用以對該R軸控制電機25以及編碼器27進行防護；蓋板298，與該安裝底座291配合，用以防護激光發射器21等機構。優選地，該安裝底座291為組焊件。這種結構，激光發生器21產生的為一點光源，照射到偏轉鏡24后，由于偏轉鏡24是受控于編碼器27而可旋轉擺動的，就可以由點光源變換為一線光源，從而可以達到只用一個激光發生器21來實現激光跟蹤定位目標的效果。
[0023]參見圖1，該焊槍控制模塊3包括一運動控制器31和與該運動控制器31相連的:一 X軸驅動單元321、由該X軸驅動單元321驅動的一 X軸控制電機322以及由該X軸控制電機322控制的一 X軸執行機構323，用以調節該焊槍4的X座標位置；一 Y軸驅動單元331、由該Y軸驅動單元331驅動的一 Y軸控制電機332以及由該Y軸控制電機332控制的一 Y軸執行機構333，用以調節該焊槍4的Y座標位置；一 Z軸驅動單元341、由該Z軸驅動單元341驅動的一 Z軸控制電機342以及由該Z軸控制電機342控制的一 Z軸執行機構345，用以調節該焊槍4的Z座標位置；以及一 U軸驅動單元351、由該U軸驅動單元351驅動的一 U軸控制電機352以及由該U軸控制電機352控制的一 U軸執行機構353，用以調節該焊槍4的姿態。其中，該X軸執行機構323包括雙燕尾型直線導軌。該Y軸執行機構333與Z軸執行機構343裝設于該X軸執行機構323上。具體有，X軸執行機構323對應一小車，其頂面采用雙燕尾型直線導軌形式，而控制及驅動系統隨小車同步移動。該U軸執行機構353包括相互配合的弧形導軌和弧形傳動機構。在本實施例中，該焊縫跟蹤模塊2的編碼器27是設置在該運動控制器31與該R軸驅動單元26之間，也就是，主控制器I是經由該運動控制器31來間接地控制該編碼器27以及其后的R軸控制電機25的，在其他實施例中，也可以是由該主控制器I直接控制該編碼器27以及其后的R軸控制電機25的。在本實施例中，該運動控制器31為裝設于工業控制計算機中的一功能卡，其本身可包括微處理器及相關電路，由于現有存在很多的電機驅動控制電路設計，并且這種設計不是本實用新型之創新所在，在此不再贅述。
[0024]本實用新型的集裝箱波紋板角焊縫及搭接焊縫的焊接系統的工作原理，大致包括:采用單個測距激光傳感器22對波形角焊縫及搭接焊縫橫向(Y軸)及高度(Z軸)進行跟蹤，激光在焊縫前方一定距離，預先掃描焊縫并記憶，將檢測信號反饋給主控制器I，然后主控制器I發出指令給焊槍控制模塊3，有關電機322、332、342、352帶動焊槍4自動進行位置及狀態調整，實現波形角焊縫及搭接焊縫全自動實時跟蹤焊接。該激光測距傳感器22通過編碼器27、偏轉鏡24、偏轉電機25等可實現激光斑在偏轉鏡24的作用下于焊縫附近表面來回移動(掃描)，形成一條光帶，測量焊縫位置的數據。焊縫位置是通過對檢測到的位置突變(如臺階、拐角等)點進行綜合分析后得出。為了提高焊縫位置數據的密度，激光掃描的來回兩個方向均進行采樣。如果激光已鎖定，其掃描范圍(偏轉鏡24的偏轉幅度)明顯小于未鎖定掃描范圍，若未鎖定，即未能找到焊縫，激光則會在較大的范圍尋找(掃描)，直到找到才轉為較小的掃描范圍，以提高數據密度。焊縫識別過程是先分析判斷主直線，找到后再在突變寬度范圍內用突變高度參數確定焊縫的位置。該焊接系統在波紋焊縫上的應用上可分兩種情況進行:A、波形坡度比較緩(如集裝箱側板，部分門板):針對這部分工件的焊接，執行機構只需要Y軸、Z軸、X軸執行機構，焊槍姿態(即U軸)不用調整；B、波形坡度比較陡(如集裝箱前墻板、部分門板):針對這部分工件的焊接，執行機構除了有Y軸、Z軸、X軸執行機構外，還具有焊槍姿態(即U軸)調整機構，U軸執行機構具體包括相互配合的弧形導軌和弧形傳動機構，如此，到了斜波位轉角位置時，焊槍4就開始進行姿態(角度)調整，焊槍4調整過程中電弧中心固定不動。
[0025]舉例而言，在集裝箱側板與頂側梁或底側梁角接、前墻板與前上下梁角接、頂板與頂側梁或楣板搭接等工藝過程，可以采用預先掃描和實時跟蹤兩種形式。先將點焊好的工件送到自動焊臺架內，然后對工件進行自動定位，傳感器發出工件到位信號給主控制器1，程序啟動，壓緊裝置壓緊；接著激光發射器21 (連同激光測距傳感器22)隨小車(X軸執行機構)前進到焊接起始點，通過激光對焊縫進行掃描，并將掃描到的焊縫形狀及位置信息反饋給主控制器1，主控制器I對數據進行分析，并通過中值、線性回歸等數學方法進行處理，得出焊縫軌跡，主控制器I再發送指令給焊槍控制模塊3 (也稱:焊槍調整執行系統)，將焊槍4調整到設定位置，接著主控制器I發出焊接起弧指令開始焊接作業，其中波紋焊縫焊接過程中系統能自動確定上波、下波、波峰、波谷位置并進行速度自適應調整。焊接過程中本焊接系統根據激光測距傳感器22檢測的數據能對焊槍4的位置進行實時調整，焊接結束后焊機4自動復位。
[0026]與現有技術相比，本實用新型的集裝箱波紋板角焊縫及搭接焊縫的焊接系統的有益效果包括:1、在波紋及搭接焊縫焊接過程中，通過該焊接系統可以完全實現焊縫自動跟蹤，同時可以進行多臺機聯機工作，實現一人看多臺機，提升人均效率，保證焊接質量。2、結構簡單，構思巧妙，使用效果突出。
[0027]上述內容僅為本實用新型的較佳實施例，并非用于限制本實用新型的實施方案，本領域普通技術人員根據本實用新型的主要構思和精神，可以十分方便地進行相應的變通或修改，故本實用新型的保護范圍應以權利要求書所要求的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種集裝箱波紋板角焊縫及搭接焊縫的焊接系統，包括一主控制器、與該主控制器相連的一焊縫跟蹤模塊和一焊槍控制模塊以及受控于該焊槍控制模塊的一焊槍，該焊縫跟蹤模塊包括一激光發射器和與該激光發射器相配合的一激光測距傳感器，其特征在于，該焊縫跟蹤模塊還包括與該激光發射器相配合的一偏轉鏡、用以帶動該偏轉鏡偏轉的一 R軸控制電機以及用以驅動該R軸控制電機動作的一 R軸驅動單元。
2.依據權利要求1所述的集裝箱波紋板角焊縫及搭接焊縫的焊接系統，其特征在于，該焊槍控制模塊包括一運動控制器；該焊縫跟蹤模塊還包括一編碼器，該編碼器設置在該運動控制器與該R軸驅動單元之間。
3.依據權利要求1所述的集裝箱波紋板角焊縫及搭接焊縫的焊接系統，其特征在于，該焊槍控制模塊包括一運動控制器和與該運動控制器相連的:一 X軸驅動單元、由該X軸驅動單元驅動的一 X軸控制電機以及由該X軸控制電機控制的一 X軸執行機構，用以調節該焊槍的X座標位置；一 Y軸驅動單元、由該Y軸驅動單元驅動的一 Y軸控制電機以及由該Y軸控制電機控制的一 Y軸執行機構，用以調節該焊槍的Y座標位置；以及一 Z軸驅動單元、由該Z軸驅動單元驅動的一 Z軸控制電機以及由該Z軸控制電機控制的一 Z軸執行機構，用以調節該焊槍的Z座標位置。
4.依據權利要求3所述的集裝箱波紋板角焊縫及搭接焊縫的焊接系統，其特征在于，該X軸執行機構包括雙燕尾型直線導軌，該Y軸執行機構與Z軸執行機構裝設于該X軸執行機構上。
5.依據權利要求3所述的集裝箱波紋板角焊縫及搭接焊縫的焊接系統，其特征在于，該焊槍控制模塊還包括:與該運動控制器相連的一U軸驅動單元、由該U軸驅動單元驅動的一 U軸控制電機以及由該U軸控制電機控制的一 U軸執行機構，用以調節該焊槍的姿態。
6.依據權利要求5所述的集裝箱波紋板角焊縫及搭接焊縫的焊接系統，其特征在于，該U軸執行機構包括相互配合的弧形導軌和弧形傳動機構。
7.依據權利要求2所述的集裝箱波紋板角焊縫及搭接焊縫的焊接系統，其特征在于，該主控制器是一工業控制計算機；該運動控制器是裝設于該工業控制計算機中的一功能卡。
8.依據權利要求2所述的集裝箱波紋板角焊縫及搭接焊縫的焊接系統，其特征在于，該激光發射器、偏轉鏡、R軸控制電機、R軸驅動單元以及編碼器是通過一組結構件組合到一起以構成一激光擺動部件的。
9.依據權利要求8所述的集裝箱波紋板角焊縫及搭接焊縫的焊接系統，其特征在于，這組結構件包括:一安裝底座；一玻璃板，其裝設在該安裝底座中；一偏轉鏡安裝架，用以裝設該偏轉鏡；一蓋板，與該安裝底座配合，用以防護激光發射器；一墊塊，用以將該R軸控制電機裝設到該安裝底座的側部；一編碼器連接板，用以將該編碼器裝設到該R軸控制電機的一端；以及一罩，用以對該R軸控制電機以及編碼器進行防護。
10.依據權利要求9所述的集裝箱波紋板角焊縫及搭接焊縫的焊接系統，其特征在于，這組結構件還包括:一壓條，其裝設在該安裝底座的底部并由一側伸出，其端頭設有安裝孔。
【文檔編號】B23K9/127GK203484784SQ201320588851
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年9月23日 優先權日:2013年9月23日
【發明者】張鶴, 王永新, 趙躍年, 蔡楊波 申請人:中集集團集裝箱控股有限公司, 中國國際海運集裝箱(集團)股份有限公司, 深圳南方中集東部物流裝備制造有限公司, 廣州天虹焊接設備有限公司