申请号：CN201820064136.2

申请日： 2018-01-12

公开（公告）号：CN207723742U

公开（公告）日：2018-08-14

发明人：蒋晓明;张洪旭;张理;阮一扬;盘翠林

申请（专利权）人：广东省智能制造研究所 , 广东省海洋工程装备技术研究所

代理机构：珠海智专专利商标代理有限公司

申请人地址：广东省珠海市平沙镇平东路2233号国家船舶及海洋工程装备材料质量监督检验中心检测主楼四楼

1.一种焊缝跟踪自动化焊接系统，其特征在于，包括：移动台车，所述移动台车包括本体和行进机构，所述行进机构安装在所述本体的底部；多轴机器人，所述多轴机器人的底座固定安装在所述本体上；焊枪，所述焊枪与所述多轴机器人的末端执行机构连接；超声波单元，所述超声波单元与所述多轴机器人的机臂连接，所述超声波单元位于所述机臂靠近所述末端执行机构的一端，且所述超声波单元的检测端朝向所述焊枪的焊接端设置；控制系统，所述控制系统分别与所述行进机构、所述多轴机器人、所述焊枪、所述超声波单元电连接。

2.根据权利要求1所述的焊缝跟踪自动化焊接系统，其特征在于：所述超声波单元包括：超声波发生器，所述超声波发生器的发射端朝向所述焊枪的焊接端设置；超声波接收器，所述超声波接收器的接收端朝向所述焊枪的焊接端设置。

3.根据权利要求2所述的焊缝跟踪自动化焊接系统，其特征在于：所述超声波发生器为超声波单晶纵波直探头。

4.根据权利要求1所述的焊缝跟踪自动化焊接系统，其特征在于：所述焊缝跟踪自动化焊接系统还包括送丝机构，所述送丝机构包括：料卷盘，所述料卷盘绕自身的轴线与所述移动台车可转动地连接;滚轮组，所述滚轮组位于所述焊枪的入料口处，所述滚轮组包括两个相对设置的滚轮，且两个所述滚轮均绕自身的轴线与所述末端执行机构可转动地连接；电机，所述电机安装在所述末端执行机构上，且所述电机的驱动端与两个所述滚轮中的一个连接。

5.根据权利要求1所述的焊缝跟踪自动化焊接系统，其特征在于：所述焊缝跟踪自动化焊接系统还包括气体保护装置，所述气体保护装置与所述末端执行机构连接，所述气体保护装置与所述控制系统电连接，且所述气体保护装置的输出端朝向所述焊枪的焊接端设置。

6.根据权利要求1至5任一项所述的焊缝跟踪自动化焊接系统，其特征在于：所述多轴机器人为六轴机器人。

7.根据权利要求6所述的焊缝跟踪自动化焊接系统，其特征在于：所述行进机构包括：第一驱动单元，所述第一驱动单元与所述控制系统电连接；履带组，所述履带组安装在所述本体的底部，所述履带组与所述第一驱动单元的输出端连接。

8.根据权利要求6所述的焊缝跟踪自动化焊接系统，其特征在于：所述行进机构包括：第二驱动单元，所述第二驱动单元与所述控制系统电连接；车轮组，所述车轮组安装在所述本体的底部，所述车轮组与所述第二驱动单元的输出端连接。

技术领域

 本实用新型涉及焊接技术领域，具体地说，是涉及一种焊缝跟踪自动化焊接系统。

背景技术

 在目前的焊接系统中，焊缝的跟踪主要是通过图像识别的方式来实现焊缝的跟踪定位。在进行焊缝的中心位置识别时，主要是先通过激光器向焊缝打出线状激光，使得打出的线状激光在焊缝上产生形变，然后通过工业相机进行形变图像的采集，进而对焊缝的相对位置进行采集、识别，以实现对焊缝的中心位置进行跟踪。但是，采用上述方法对焊缝进行跟踪时，激光容易受到焊缝焊接过程中的弧光干扰，导致工业相机无法正确采集到激光在焊缝上产生形变的图像，从而使得焊缝的中心位置的确定不准确，存在较大误差。此外，图像识别的方式存在识别区域范围小的缺点，导致一旦焊缝路径改变幅度较大时，极易超出工业相机的识别范围，从而使得焊缝的跟踪不准确。

发明内容

 为了解决上述问题，本实用新型的主要目的是提供一种识别范围广且对焊缝跟踪精度高的焊缝跟踪自动化焊接系统。

 为了实现本实用新型的主要目的，本实用新型提供一种焊缝跟踪自动化焊接系统，其中，包括移动台车、多轴机器人、焊枪、超声波单元和控制系统，移动台车包括本体和行进机构，行进机构安装在本体的底部，多轴机器人的底座固定安装在本体上，焊枪与多轴机器人的末端执行机构连接，超声波单元与多轴机器人的机臂连接，超声波单元位于机臂靠近末端执行机构的一端，且超声波单元的检测端朝向焊枪的焊接端设置，控制系统分别与行进机构、多轴机器人、焊枪、超声波单元电连接。

 由上可见，控制系统用于协调各功能部件之间的工作顺序，并接收超声波单元发送的检测信号，移动台车用于带动多轴机器人移动至待焊接的工件处，多轴机器人用于控制位于自身末端执行机构上的焊枪移动至工件的焊缝处对焊缝进行焊接，而超声波单元用于向工件的焊缝发出超声波并接收焊缝反馈的回波信号，并对回波信号的信息进行采集，如回波时间、回波幅度等。在超声波单元获取回波信号后，会将回波信号的信息发送至控制系统，使得控制系统根据回波信号的回波信息确定出焊缝的中心位置的信息，并根据控制程序得出焊枪的焊接路径，并通过多轴机器人对焊枪的位置进行调节，从而保证焊缝的焊接位置和焊接质量。此外，采用超声波单元对焊缝的中心位置进行识别能够有效解决焊接过程中焊接弧光带来的干扰，进而提高焊缝跟踪自动化焊接系统的跟踪精度，且焊缝跟踪自动化焊接系统具有识别范围广的优点。

 一个优选的方案是，超声波单元包括超声波发生器和超声波接收器，超声波发生器的发射端朝向焊枪的焊接端设置，超声波接收器的接收端朝向焊枪的焊接端设置。

 由上可见，超声波发生器用于向焊缝发出超声波，而超声波接收器用于接收超声波发生器向焊缝发出的每一个超声波的回波信号，以获取每一个回波信号的回拨幅度和回波时间，并发送至控制系统，使得控制系统对焊缝的中心位置进行识别。

 进一步的方案是，超声波发生器为超声波单晶纵波直探头。

 由上可见，超声波单晶纵波直探头具有适用范围广的优点，采用超声波单晶纵波直探头作为超声波发生器，使得焊缝跟踪自动化焊接系统能够对锻件、铸件、棒材、板材、轴类等的工件的焊缝进行跟踪焊接。

 更进一步的方案是，焊缝跟踪自动化焊接系统还包括送丝机构，送丝机构包括料卷盘、滚轮组和电机，料卷盘绕自身的轴线与移动台车可转动地连接，滚轮组包括两个相对设置的滚轮，且两个滚轮均绕自身的轴线与末端执行机构可转动地连接，电机安装在末端执行机构上，且电机的驱动端与两个滚轮中的一个连接。

由上可见，送丝机构用于向焊枪进行自动化上料，使得焊枪在焊接过程中能够具有充足的焊接材料供给。

 另一个优选的方案是，焊缝跟踪自动化焊接系统还包括气体保护装置，气体保护装置与末端执行机构连接，气体保护装置与控制系统电连接，且气体保护装置的输出端朝向焊枪的焊接端设置。

 由上可见，通过设置气体保护装置，使得焊缝跟踪自动化焊接系统在对焊缝进行焊接时，焊缝、焊接材料等能够处于一个稳定的焊接环境中，进而使得焊缝在进行焊接时，能够对焊缝进行空气隔离，防止空气对熔池侵蚀引起焊缝金属被氧化，使得焊缝区能够得到保护，保证焊接时焊缝周围能够形成平稳、均匀的气体保护层对空气进行隔绝，并使焊缝表面对熔池进行有效的保护，从而避免焊缝焊接后产生孔等缺陷，提高了焊缝的强度、耐腐蚀性等性能，进而提高焊缝的焊接质量。

 进一步的方案是，多轴机器人为六轴机器人。

 由上可见，采用六轴机器人作为多轴机器人，使得多轴机器人具有更大的自由度，进而使得设置在多轴机器人的末端执行机构上的焊枪能够对不同角度、不同位置的焊缝进行焊接，提高焊缝跟踪自动化焊接系统的工作范围。

更进一步的方案是，行进机构包括第一驱动单元和履带组，第一驱动单元与控制系统电连接，履带组安装在本体的底部，履带组与第一驱动单元的输出端连接。

由上可见，将行进机构设置成履带式结构，能够提高移动台车的承载能力，使得移动台车能够承载不同尺寸、不同重量的多轴机器人，并且，履带式的行进机构能够具有较强的牵引力，且具有噪音低的优点。再者，履带式行进机构能够使得移动台车具有较高的通过性能，能够使用不同的行走地形，还能够使得移动台车进行原地回转，减小移动台车的转弯半径。

 更进一步的方案是，行进机构包括第二驱动单元和车轮组，第二驱动单元与控制系统电连接，车轮组安装在本体的底部，车轮组与第二驱动单元的输出端连接。

由上可见，将行进机构设置成车轮式结构，能够提高移动台车的移动速度，提高移动台车的机动性，并能够减小移动台车移动时产生的噪音。

附图说明

 图1是本实用新型焊缝跟踪自动化焊接系统第一实施例的结构图。

图2是本实用新型焊缝跟踪自动化焊接系统第一实施例的省略部分组件的后结构图。

图3是本实用新型焊缝跟踪自动化焊接系统第一实施例的送丝机构的结构示意图。

图4是本实用新型焊缝跟踪自动化焊接系统第一实施例的系统框图。

 以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

 焊缝跟踪自动化焊接系统第一实施例：

参照图1至图4,焊缝跟踪自动化焊接系统100包括移动台车1、多轴机器人2、焊枪3、超声波单元4、送丝机构5、气体保护装置6以及控制系统7，控制系统7分别与移动台车1、多轴机器人2、焊枪3、超声波单元4、送丝机构5、气体保护装置6电连接。

 具体地，移动台车1包括本体11和行进机构12，行进机构12安装在本体11的底部，优选地，行进机构12包括第一驱动单元121和履带组122，第一驱动单元121与控制系统7电连接，履带组122安装在本体11的底部，且履带组122与第一驱动单元121的输出端连接，第一驱动单元121用于驱动履带组122进行传动，进而实现移动台车1的前进、后退、转弯等运动。采用履带式结构作为行进机构12，能够提高移动台车1的承载能力，使得移动台车1能够承载不同尺寸、不同重量的多轴机器人，并且，履带式的行进机构12具有较强的牵引力，且具有噪音低的优点。再者，履带式行进机构12能够使得移动台车1具有较高的通过性能，使得移动台车1能够适用于不同的行走地形，还能够使得移动台车1进行原地回转，减小移动台车1的转弯半径。

 多轴机器人2的底座固定安装在移动台车1的本体11上，使得移动台车1能够带动多轴机器人2进行移动。焊枪3与多轴机器人2的末端执行机构22连接，多轴机器人2用于对焊枪3进行移动，使得焊枪3能够以不同的角度对待焊接件的焊缝进行焊接，提高焊枪3移动的自由度。优选地，多轴机器人2为六轴机器人，因为采用六轴机器人作为多轴机器人2，使得多轴机器人2能够具有更大的自由度，进而使得设置在多轴机器人2的末端执行机构22上的焊枪能够对不同角度、不同位置的焊缝进行跟踪焊接，从而提高焊缝跟踪自动化焊接系统100的工作范围。

 超声波单元4与多轴机器人2的机臂21连接，超声波单元4位于多轴机器人2的机臂21靠近多轴机器人2的末端执行机构22的第一端，且超声波单元4的检测端朝向焊枪3的焊接端设置。超声波单元4用于向待焊接件的焊缝发出超声波，并结构从焊缝处回传的回波信号，以获取焊缝的中心位置，使得焊枪3能够实现对焊缝的跟踪焊接。具体地，超声波单元4包括超声波发生器和超声波接收器，其中，超声波发生器的发射端朝向焊枪3的焊接端设置，超声波接收器的接收端朝向焊枪3的焊接端设置。超声波发生器用于向待焊接件的焊缝发出超声波，而超声波接收器用于接收超声波发生器向焊缝发出的每一个超声波的回波信号，以获取每一个回波信号的回波幅度和回波时间，并发送至控制系统7，使得控制系统7对焊缝的中心位置进行识别。

 优选地，超声波发生器为超声波单晶纵波直探头。因为超声波单晶纵波直探头具有适用范围广的优点，采用超声波单晶纵波直探头作为超声波发生器，使得焊缝跟踪自动化焊接系统100能够对锻件、铸件、棒材、板材、轴类等工件的焊缝进行跟踪焊接。此外，采用超声波单元4作为对待焊接件的焊缝进行跟踪定位的检测元件，使得焊缝跟踪自动化焊接系统100在焊接过程中产生的弧光无法对焊缝的定位跟踪造成影响，进而解决现有技术中采用图像识别方式对焊缝进行跟踪定位时，焊接过程中的焊接弧光对激光器发出的线状激光造成干扰而造成工业相机对焊缝的跟踪定位不准确的问题。并且，超声波单元4还能够克服图像识别检测方式存在的识别区域范围小的缺点，进而使得焊缝跟踪自动化焊接系统100具有较大的识别范围、跟踪定位范围，进而保证焊缝跟踪自动化焊接系统100对焊缝的跟踪定位的准确性。

 送丝机构5包括料卷盘51、滚轮组52和电机53，料卷盘51绕自身轴线与移动台车1可转动地连接，滚轮组52包括两个相对设置的滚轮521，且两个滚轮521均绕自身的轴线与末端执行机构22可转动地连接，电机53安装在末端执行机构22上，且电机53的驱动端与两个滚轮521中的一个连接。送丝机构5用于向焊枪3进行自动化上料，使得焊枪3在焊接过程中能够具有充足的焊接材料供给。

 气体保护装置6与多轴机器人2的末端执行机构22连接，且气体保护装置6的输出端朝向焊枪3的焊接端设置。而通过设置气体保护装置6，使得焊缝跟踪自动化焊接系统100对待焊接件的焊缝进行焊接时，焊缝、焊接材料等均能够处于一个稳定的焊接环境中，进而使得焊缝在进行焊接时，能够对焊缝进行空气隔离，防止空气对熔池侵蚀引起焊缝金属被氧化，使得焊缝区能够得到保护，保证焊接时焊缝周围能够形成平稳、均匀的气体保护层对空气进行隔绝，并使焊缝表面对熔池进行有效的保护，从而避免焊缝焊接后产生孔等缺陷，提高了焊缝的强度、耐腐蚀性等性能，进而提高焊缝的焊接质量和焊接精度。

 在对待焊接件的焊缝进行焊接时，首先，控制系统7先向移动台车1发送第一控制信号，使移动台车1移动至待焊接件处。接着，控制系统7向多轴机器人2发送第二控制信号，使得多轴机器人2将位于自身的末端执行机构22上的焊枪3移动至待会焊接件的焊缝处。接着，控制系统7向超声波单元4发送第三控制信号，超声波单元4在获取第三控制信号后，控制超声波发生器向焊缝发出超声波，并控制超声波接收器接收由焊缝处反馈的回波信号，以获取回波幅度和回波时间，并将获取的信息反馈至控制系统7。接着，控制系统7根据超声波接收器所获取的回波信号所对应的回波幅度和回波时间结合运行程序确定焊缝的中心位置，以达到识别焊缝中心的目的，并根据确定的焊缝的中心位置信息规划焊缝跟踪自动化焊接系统100的焊接路径。例如，当控制系统7确定出焊接路径后，控制系统7会分别向移动台车1、多轴机器人2发出相应的指令，使得移动台车1对当前的位置做出相应的调整，以及使得多轴机器人2对焊枪3的焊接位置、焊接方向进行调整，以保证焊缝的焊接质量和焊接精度。

 其中，需要说明的是，控制系统7所规划的焊接路径能够根据实际焊接情况进行实时调整，以保证焊枪3能够位于较佳的焊接位置、焊接方向。此外，在焊接过程中，移动台车1的速度可以实时进行调整，以满足焊接速度不同时，仍能够保证对焊缝的跟踪的准确性，实现对焊缝的实时跟踪。

 焊缝跟踪自动化焊接系统第二实施例：

应用焊缝跟踪自动化焊接系统第一实施例的发明构思，焊缝跟踪自动化焊接系统第二实施例与第一实施例的不同指出在于，焊缝跟踪自动化焊接系统第二实施例的行进机构包括第二驱动单元和车轮组，第二驱动单元与控制系统电连接，车轮组安装在移动台车的本体的底部，且车轮组与第二驱动单元的输出端连接。将行进机构设置呈车轮式结构，能够提高移动台车的移动速度，并提高移动台车的机动性以及能够减小移动台车移动时产生的噪音。

 综上可见，本实用新型提供的焊缝跟踪自动化焊接系统具有识别范围广且对焊缝跟踪精度高的优点。

最后需要强调的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种变化和更改，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。