[发明专利]一种圆筒自动化焊接设备及方法

权利要求书

1.一种圆筒自动化焊接设备，其特征在于，包括焊接滑台(2)、激光传感器(3)、焊接竖杆(4)、焊枪(5)、圆筒支撑轮(7)、圆筒驱动轮(8)、编码器(9)、驱动电机(10)、上位机(11)和控制器(12)，圆筒支撑轮(7)和圆筒驱动轮(8)平行，圆筒驱动轮(8)与驱动电机(10)连接，编码器(9)同轴安装于圆筒驱动轮(8)上，焊接滑台(2)设置于圆筒支撑轮(7)和圆筒驱动轮(8)的一侧，焊接竖杆(4)设置于焊接滑台(2)上，焊枪(5)和激光传感器(3)设置于焊接竖杆(4)上，上位机(11)与控制器(12)连接，焊接滑台(2)、激光传感器(3)、编码器(9)和驱动电机(10)均与控制器(12)电连接；

所述圆筒自动化焊接设备的工作过程如下：

调整设备：将待焊接圆筒(6)放置在圆筒支撑轮(7)和圆筒驱动轮(8)上，调整焊接滑台(2)的滑动方向为靠近和远离待焊接圆筒(6)的方向，将激光传感器(3)调节到和待焊接圆筒(6)的中心在同一高度，调整激光传感器(3)的线光源和待焊接圆筒(6)的轴线垂直，调整焊枪(5)至焊接位；

获取进给量：圆筒驱动轮(8)驱动待焊接圆筒(6)旋转；在待焊接圆筒(6)旋转的过程中，激光传感器(3)对圆筒外轮廓进行测量；根据激光传感器(3)的测量结果，获取焊枪(5)和焊接滑台(2)的进给量；

圆筒焊接：圆筒驱动轮(8)驱动待焊接圆筒(6)旋转，焊枪(5)对待焊接圆筒(6)进行焊接，焊枪(5)对待焊接圆筒(6)进行焊接时，焊枪(5)和焊接滑台(2)根据进给量进行移动；

激光传感器(3)对圆筒外轮廓进行测量时，包括如下过程：

数据采集：设置激光传感器(3)采样频率和驱动电机(10)的转速，圆筒驱动轮(8)驱动待焊接圆筒(6)旋转，激光传感器(3)从待焊接圆筒(6)上的起始采样点开始连续采样，当待焊接圆筒(6)转过一圈后采样停止，得到一组待焊接圆筒(6)外轮廓点云数据；

坐标变换：通过坐标变换将得到的待焊接圆筒(6)外轮廓点云数据转换到与待焊接圆筒(6)平行的一平面内，坐标原点为圆筒支撑轮(7)与圆筒驱动轮(8)的中垂面和激光传感器(3)同高度水平线之间的交点；

数据拟合：根据坐标变换的结果，利用椭圆拟合算法拟合出待焊接圆筒(6)的外轮廓；

获取焊枪(5)和焊接滑台(2)的进给量的过程包括：计算偏差：将每一角度对应的激光传感器(3)的测量值减去拟合外轮廓的理论值得到外轮廓上这一点的偏差值；

根据所述偏差值，计算焊枪(5)和焊接滑台(2)的进给量；

焊枪(5)的进给量通过焊接滑台(2)的进给量来控制，焊枪(5)距离待焊接圆筒(6)的距离f满足以下关系：

其中：f为焊枪(5)距离待焊接圆筒(6)的距离，为待求量；d为激光传感器(3)测得的待焊接圆筒(6)距离激光传感器(3)的距离；c为焊枪直的部分离激光传感器的水平距离；e为焊枪倾斜部分的长度，R为待焊接圆筒(6)半径，a为焊枪倾斜部分与待焊接圆筒(6)圆心连线和竖直方向之间的夹角；

焊接滑台(2)的进给量Δ＝f×sin(a)；

焊枪(5)对待焊接圆筒(6)进行焊接时，焊接滑台(2)按照滑台进给量Δ做进给运动，待焊接圆筒(6)从起始点旋转一周，焊接完成。

2.根据权利要求1所述的一种圆筒自动化焊接设备，其特征在于，焊接竖杆(4)采用伸缩杆。

3.根据权利要求1所述的一种圆筒自动化焊接设备，其特征在于，焊枪(5)和焊接竖杆(4)之间通过铰链连接。