[发明专利]一种控制焊接烟尘进风口姿态和空间位移的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于材料连接技术领域，涉及一种环境净化设备，尤其涉及一种控制焊接烟尘进风口姿态和空间位移的装置及方法。

背景技术

在焊接生产过程中，会产生大量烟尘，尤其在大规模机械加工场合如造船、锅炉、汽车等加工车间。焊接烟尘中含有Fe₂O₃、SiO₂、MnO、HF、CO、CO₂、O₃、NO_X等有害物质，这些有害物质会产生各种病理反应如胸闷、肺气肿、哮喘、中枢神经紊乱，严重影响了焊工的健康。

当前针对焊接烟尘处理的技术主要侧重于烟尘的吸收技术，如专利（CN102309903A）、专利（CN101966634A）、专利（CN102527182A）分别使用具有喷吸油粉装置的焊接烟尘净化器、高负压焊接烟尘净化装置、抽吸式的净化装置来净化环境。在大部分焊接过程中，烟尘的发生源是移动的，需要实时跟踪并调整净化装置的进风口姿态，才能有效消除焊接烟尘，但以上述专利为代表的技术手段中，除尘装置不能实时移动。

为了使焊接烟尘吸收装置能够实时改变姿态，早在1985年，专利（CN85102406）将吸收装置与面罩连在一起，虽有自然跟踪的优点，但整个面罩重量较大（达到了8KG），焊工难以适应长时间的操作；专利（CN201685048U、CN201711684U）提出基于可编程控制器的吸气口三维跟踪装置，但装置运行路径是事先设定的，如果焊接路径中途发生变化，则可能会失去跟踪目标；尽管专利（CN102049636A）提出了基于多个弧光传感器信号的焊接烟尘进风口移动方法，但该方法容易受到干扰，即需要严格校准不同焊接方法和规范时弧光传感器的参考值，否则会影响进风口姿态的设定值。

可见，焊接烟尘净化装置的进风口空间姿态和位移控制是关键技术之一，但仍然存在着跟踪困难、装备复杂的缺点，因此需要寻求可靠的、操作简易的进风口姿态控制技术，这对有效提高焊接烟尘处理的效率、净化焊接操作环境有着重要意义。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种控制焊接烟尘进风口姿态和空间位移的装置及方法，该装置操作简单、原理可靠、成本低廉；同时解决焊接生产场合除尘装置的进风口对焊接烟尘产生位移的跟踪问题，提高空气净化效率，从而改善焊接生产的空气质量、保护焊接操作人员的健康。

技术方案：本发明所述的一种控制焊接烟尘进风口姿态和空间位移的装置，包括固定有进风口及其级联管道的机械手，所述机械手上设置有导引头和控制装置，所述导引头分别与面罩及控制装置连接，当面罩移动时，引起导引头相对于面罩的空间角度和位移发生变化，根据这些变化量，控制装置调整进风口的空间角度和位移。

进一步完善上述技术方案，所述机械手由机械小臂、机械中臂、机械大臂、主旋转电机和行走小车五个关节构成，所述机械小臂、机械中臂和机械大臂依次连接，机械大臂设置在主旋转电机上，主旋转电机设置在行走小车上。

进一步，所述机械小臂上设置有第一角度传感器。

进一步完善上述技术方案，所述导引头包括球形突出部、圆台、活塞、活塞导杆、第二角度传感器和活塞位移传感器，所述球型突出部与机械小臂的端部通过球铰结构连接，其顶端设置有凹槽，活塞通过圆台被封闭在凹槽内，可在凹槽内往复运动，所述凹槽底端与球型突出部底端之间开有贯通孔，所述活塞导杆设置在贯通孔内，一端与活塞底面固定连接，另一端与面罩通过球铰连接，所述活塞的上表面设置有穿过圆台的导针，所述第二角度传感器与活塞位移传感器设置在圆台上，所述活塞位移传感器通过测量导针的移动距离达到测量活塞导杆移动距离的目的。

为了减轻焊工的负担，所述活塞与圆台及凹槽底面之间分别设置有上弹簧、下弹簧。所述上弹簧和下弹簧可根据面罩的自重设计，使焊工所需手持力很小，仅需稳住面罩的角度即可。

同时，可设计较长的活塞导杆，利用杠杆效应，使焊工拖拽面罩时，仅需很小的力，就能改变第二角度传感器、活塞位移传感器的输出。

上述装置的控制方法，包括如下步骤：

首先，控制装置对第二角度传感器和活塞位移传感器的输出进行采样，并根据设定的目标值，确定导引头的在x、y、z轴上的位移改变量；

然后，控制装置控制各机械手关节的驱动电机移动导引头，使第二角度传感器和活塞位移传感器的输出达到目标值；

最后，控制装置继续调整各机械手关节的驱动电机，使机械小臂2上的第一角度传感器10输出趋近于其目标值，实现进风口的空间姿态和位移的控制。