筒段环缝搅拌摩擦焊焊缝实时调整系统及调整方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及大型薄壁筒形件焊接工艺技术领域，具体地，涉及一种筒段环缝搅拌摩擦焊焊缝实时调整系统及调整方法。
【背景技术】
[0002]在航天产品中的大型薄壁筒形件环缝对接搅拌摩擦焊的过程中，产品处于水平放置状态，且沿着轴线转动，由于工件本身的弱刚性特征、焊接端面车削的误差、焊接对接装配误差以及焊接过程中顶锻力导致工件的微变型，都会导致焊缝实际对中的轨迹与理论轨迹存在一定的偏差，对稳定高质量地完成筒段环缝搅拌摩擦焊造成了不利的影响。目前，大多数搅拌摩擦焊焊接过程虽已采用数控编程方式实现自动运行，同时也涌现出了一批机械式与光电式跟踪系统，但都存在自动修正、动态跟踪响应与补偿精度不理想的不足。
【发明内容】
[0003]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种筒段环缝搅拌摩擦焊焊缝实时调整系统及调整方法的控制方法。
[0004]根据本发明的一个方面，提供一种筒段环缝搅拌摩擦焊焊缝实时调整系统，其特征是，包括2D激光线传感器、测量数据采集与分析模块、实时调整模块、伺服控制单元、进给传动单元和焊接执行机构调整平台，所述2D激光线传感器的激光线射向待焊筒段的焊接装配轮廓，并将测量出的轮廓数据传送至所述测量数据采集与分析模块，所述测量数据采集与分析模块将数据进行分析计算后传送至所述实时调整模块，所述实时调整模块计算出所述待焊筒段应该调整的轴向转动位移量和转动速度，并以脉冲信号的形式传送至所述伺服控制单元，所述伺服控制单元将所述脉冲信号转换成驱动信号传送至所述进给传送单元，所述进给传送单元带动所述焊接执行机构调整平台调整焊接搅拌头与对接焊缝中心位置实时重合。
[0005]优选地，所述2D激光线传感器安装在搅拌摩擦焊的焊接执行机构上，所述2D激光线传感器的激光方向与搅拌摩擦焊的焊接方向相同。
[0006]优选地，所述2D激光线传感器安装在搅拌摩擦焊的焊接执行机构的端面正上方。
[0007]根据本发明的一个方面，提供一种筒段环缝搅拌摩擦焊焊缝实时调整系统的调整方法，其特征是，包括如下步骤:
[0008](1)所述2D激光线传感器的激光线射向待焊筒段的焊接装配轮廓；
[0009](2)所述2D激光线传感器并将测量出的轮廓数据传送至所述测量数据采集与分析模块；
[0010](3)所述测量数据采集与分析模块将数据进行分析计算后传送至所述实时调整模块；
[0011](4)所述实时调整模块计算出所述待焊筒段应该调整的轴向转动位移量和转动速度，并以脉冲信号的形式传送至所述伺服控制单元；
[0012](5)所述伺服控制单元将所述脉冲信号转换成驱动信号传送至所述进给传送单元;
[0013](6)所述进给传送单元带动所述焊接执行机构调整平台调整焊接搅拌头与对接焊缝中心位置实时重合。
[0014]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0015]实时扫描的筒段对接环缝的轮廓图像作为整个系统的输入，根据焊缝的微小变形实时改变焊接搅拌头，实时调整焊接精度，满足航天产品大型薄壁筒段的搅拌摩擦焊焊缝跟踪的要求。
【附图说明】
[0016]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0017]图1为本发明的结构原理示意图；
[0018]图2是2D激光线传感器在伺服焊接执行机构上的安装位置示意图。
[0019]图中:1为支撑托辊，2为待焊筒段，3为条状激光光束，4为2D激光线传感器，5为伺服焊接执行机构，501为端盖，502为搅拌头，6为数据采集与分析模块，7为数控系统实时调整模块，8为伺服控制单元，9为进给传动单元，10为焊接执行机构调整平台。
【具体实施方式】
[0020]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0021]参见附图1、2，建立XYZ座标系，待焊筒段的轴向为X轴，径向的水平方向为Y轴，径向的竖直方向为Z轴。
[0022]参见附图1，筒段环缝搅拌摩擦焊焊缝实时调整系统包括:待焊筒段2、2D激光线传感器4、伺服焊接执行结构5、数据采集与分析模块6、数控系统实时调整模块7、伺服控制单元8、进给传动单元9、焊接执行机构调整平台10。
[0023]待焊筒段2水平放置于支撑托辊1上，并由相应的工装保证其圆度，在对大直径弱刚性筒段进行环缝搅拌摩擦焊的过程中，首先安装于伺服焊接执行结构5上的2D激光线传感器4通过发射条状激光光束3对焊接进给路径上的焊缝装配轮廓进行预先扫描测量并返回对接焊缝轮廓数据；数据采集与分析模块6对测量所得的数据进行分析处理得到工件对接缝隙中心位置与壁板高低位置，同时经过计算得到实际焊缝轨迹数据传输并传输给数控系统实时调整模块7 ;数控系统实时调整模块7根据实际工件对接缝隙中心位置与理论中心位置误差，同时结合目前搅拌头的焊接进给速度，计算出X伺服进给轴需要调整的位移量与速度，调整信息换算成X轴的伺服电机所需转角与转速的脉冲信号经信号线传递给伺服控制单元8 ;由伺服控制单元8中的伺服控制器将脉冲信号处理得到X轴伺服电机的驱动信号并输入给伺服电机；最终由进给传动单元9带动焊接执行机构调整平台10作出水平机械位移的快速跟踪响应使搅拌头502轨迹与实际工件对接缝隙中心位置重合。
[0024]参见附图2，2D激光线传感器4采用螺纹连接方式安装于端盖501的正90°上端面上，与搅拌头502处于焊接进给方向的串行方向，伺服控制单元8最终驱动传动单元9带动焊接结构调整平台10主要实现X轴方向的水平位移的快速调整，并不涉及其他轴。
[0025]筒段环缝搅拌摩擦焊焊缝实时调整方法，包括如下步骤:
[0026](1)所述2D激光线传感器的激光线射向待焊筒段的焊接装配轮廓；
[0027](2)所述2D激光线传感器并将测量出的轮廓数据传送至所述测量数据采集与分析模块；
[0028](3)所述测量数据采集与分析模块将数据进行分析计算后传送至所述实时调整模块；
[0029](4)所述实时调整模块计算出所述待焊筒段应该调整的轴向转动位移量和转动速度，并以脉冲信号的形式传送至所述伺服控制单元；
[0030](5)所述伺服控制单元将所述脉冲信号转换成驱动信号传送至所述进给传送单元;
[0031](6)所述进给传送单元带动所述焊接执行机构调整平台调整焊接搅拌头与对接焊缝中心位置实时重合。
[0032]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【主权项】
1.一种筒段环缝搅拌摩擦焊焊缝实时调整系统，其特征在于，包括2D激光线传感器、测量数据采集与分析模块、实时调整模块、伺服控制单元、进给传动单元和焊接执行机构调整平台，所述2D激光线传感器的激光线射向待焊筒段的焊接装配轮廓，并将测量出的轮廓数据传送至所述测量数据采集与分析模块，所述测量数据采集与分析模块将数据进行分析计算后传送至所述实时调整模块，所述实时调整模块计算出所述待焊筒段应该调整的轴向转动位移量和转动速度，并以脉冲信号的形式传送至所述伺服控制单元，所述伺服控制单元将所述脉冲信号转换成驱动信号传送至所述进给传送单元，所述进给传送单元带动所述焊接执行机构调整平台调整焊接搅拌头与对接焊缝中心位置实时重合。2.根据权利要求1所述的筒段环缝搅拌摩擦焊焊缝实时调整系统，其特征在于，所述2D激光线传感器安装在搅拌摩擦焊的焊接执行机构上，所述2D激光线传感器的激光方向与搅拌摩擦焊的焊接方向相同。3.根据权利要求2所述的筒段环缝搅拌摩擦焊焊缝实时调整系统，其特征在于，所述2D激光线传感器安装在搅拌摩擦焊的焊接执行机构的端面正上方。4.一种如权利要求1至3中任一项所述的筒段环缝搅拌摩擦焊焊缝实时调整系统的调整方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)所述2D激光线传感器的激光线射向待焊筒段的焊接装配轮廓； (2)所述2D激光线传感器并将测量出的轮廓数据传送至所述测量数据采集与分析模块； (3)所述测量数据采集与分析模块将数据进行分析计算后传送至所述实时调整模块； (4)所述实时调整模块计算出所述待焊筒段应该调整的轴向转动位移量和转动速度，并以脉冲信号的形式传送至所述伺服控制单元； (5)所述伺服控制单元将所述脉冲信号转换成驱动信号传送至所述进给传送单元； (6)所述进给传送单元带动所述焊接执行机构调整平台调整焊接搅拌头与对接焊缝中心位置实时重合。
【专利摘要】本发明涉及大型薄壁筒形件焊接工艺技术领域，提供了一种筒段环缝搅拌摩擦焊焊缝实时调整系统，包括2D激光线传感器、测量数据采集与分析模块、实时调整模块、伺服控制单元、进给传动单元和焊接执行机构调整平台。本发明还公开了焊缝实时调整方法。本发明以实时扫描的筒段对接环缝的轮廓图像作为整个系统的输入，根据实际焊缝轨迹的微小变形实时调整焊接搅拌头的坐标位置，以实现搅拌头轨迹与实际工件对接缝隙中心位置重合，从而满足航天产品大型薄壁筒段的搅拌摩擦焊焊缝跟踪的要求。
【IPC分类】B23K101/04, B23K20/26, B23K20/12
【公开号】CN105234553
【申请号】CN201510707960
【发明人】钟珂珂, 李中权, 张小龙, 袁勇, 金永乔, 吴小伟
【申请人】上海航天精密机械研究所
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年10月27日