[发明专利]一种变压器用波纹管自动焊接设备及其焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于应用在变压器用波纹管焊接技术领域，涉及到一种变压器用波纹管焊接设备和方法。

背景技术

金属波纹管因其具有在压力、轴向力、横向力或弯矩作用下均能产生相应位移的特点，并具有耐压、真空密封、耐腐蚀、温度稳定和使用寿命长等诸多的优点，因此在变压器领域得到越来越广泛的应用。

在生产实践中，变压器用波纹管是由多段波纹管与撑圈焊接形成，还经常与其他元器件(如法兰等)焊为一体，组成波纹管类组件。波纹管元件在轴向和径向的偏差都在20mm以上，焊接质量难以保证。传统的手工焊接工艺存在自动化程度低、工人劳动强度高、生产效率低、废品率高等缺点。因此，利用先进的控制方法，实现变压器用波纹管的自动焊接，是变压器用波纹管生产的一项重大技术革新，将极大地提高波纹管的焊接质量和生产效率。

目前的自动焊接设备，大多采用非接触式CCD图像传感系统，获取焊缝附近的图像信息，再由计算机进行图像处理以获得焊缝跟踪所需要的控制信息，这种方法的图像处理过程比较繁琐，并且难以达到自动焊接过程的实时性和精度要求，因此对于变压器用波纹管的自动焊接不太适用。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种基于激光测量技术的波纹管自动焊接设备及其焊接方法，在激光测量技术的基础上实现了波纹管焊缝位置的实时测量和跟踪。它是应用激光轮廓测量仪跟踪检测焊缝的位置坐标，可以实现测量和跟踪过程的同步运行，确保波纹管的自动焊接质量。

本发明变压器用波纹管焊缝自动焊接设备包括回转工作台、二维数控平台、激光轮廓测量仪、R轴、焊接机床及控制系统，所述回转工作台固定在机床工作台面上，R轴一端滑动安装在焊接机床的床身上，另一端两侧分别安装有激光轮廓测量仪和沿R轴滑动的二维数控平台，在二维数控平台上滑动连接有焊枪，所述激光轮廓测量仪的激光与焊枪轴线平行，所述回转工作台、二维数控平台及焊接机床床身分别通过电机连接控制系统的控制器，激光轮廓测量仪与控制系统的工控机连接。

所述的二维数控平台包括第一滑块和与其垂直滑动连接的第二滑块，第一滑块与R轴滑动连接。所述的R轴与机床床身间、第一滑块与R轴间、第一滑块与第二滑块间、焊枪与第二滑块间的滑动连接均采用丝杠丝母结构，所述各丝杠均与其驱动电机连接。所述的第一滑块、第二滑块、机床床身的丝杠两端分别设有限位开关。

所述控制器的控制方法，包括如下步骤：

①焊缝图像预处理，设定初始测量区域；

②提取焊接特征点；

③根据最小二乘法直线拟合原理求解焊接坐标；

④根据求解的焊接坐标控制各电机的运动。

变压器用波纹管焊缝自动焊接设备提取焊接特征点，包括如下步骤：

①先将焊缝调整到预先设定的测量区域内，根据焊缝的特征，分别分出四种不同类型的焊缝，即一个拐点、两个拐点、三个拐点和多于三个拐点的情况，根据这四种不同情况分别求取焊缝位置坐标；

②分析图像，由1394通讯协议获取整条轮廓数据；

③已队列方式存储数据。

本发明的自动焊接方法包括如下步骤：

①安装工件；

②启动控制系统；

③对枪：当焊枪与焊缝之间距离较大时，调整R轴和机床床身构成的H轴，当R轴和床身二者之间距离较小时，调整第一滑块和第二滑块，控制焊枪的位置，将焊枪对准焊缝的同时，保证第一滑块和第二滑块处于行程中间位置；

④确认焊接角度、工件规格及焊接参数后，开始焊接加工；

⑤移至下一条焊缝，进行焊接加工；

⑥全部焊缝焊接完成后，退出焊枪，拆卸工件。

本发明具有如下优点：

(1)本发明通过控制器的控制机械系统协同作用，实现了波纹管的自动焊接。可以提高波纹管的生产效率，确保焊接质量的一致性。

(2)本发明采用激光轮廓测量仪，对波纹管轴截面形状的在线实时测量，实现了波纹管焊接缝隙的精确跟踪。为焊接过程的自适应控制提供了技术基础。且激光轮廓测量仪可以远距离、高速度、高精度、非接触地测量焊缝信息，而且具有适用范围广，不受被测材料性质限制等特点。

(3)本发明针对变压器波纹管焊缝的几何形状偏差、接缝装配间隙误差以及焊件焊接过程中的热变形，采用焊接自适应控制方法，该方法可以实现焊缝位置的在线实时测量，特别是实现了焊缝位置的实时计算，并且充分考虑到系统可能存在的各种干扰的影响，确保了波纹管自动焊接过程运动控制的平稳性和可靠性。