一种用于镇压滚筒焊接的焊缝跟踪方法
阅读说明：本技术 一种用于镇压滚筒焊接的焊缝跟踪方法 (Welding seam tracking method for welding of pressing roller ) 是由 郭文松 任瑜 王旭峰 胡灿 王龙 贺小伟 邢剑飞 李刚 葛勇 赵鹏飞 成波 李 于 2021-09-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于镇压滚筒焊接的焊缝跟踪方法,该方法基于二维激光传感组件的焊缝跟踪系统,二维激光传感组件实时采集偏差数据并将其在数组中采用先进先出的存储算法和比较补偿方式进行处理,采用该先进先出的数据存储算法和比较补偿方式可对焊枪在Z轴和Y轴上的运行路径进行实时跟踪和补偿,如此将对焊枪焊接的每一步进行补偿修正,确保了焊枪与焊缝相距特定高度,也确保了焊枪能够沿焊缝移动,避免现有焊枪在焊接过程中易偏离焊缝致使焊缝直线度和镇压滚圆度存在偏差的现象,同时,利用该焊缝跟踪方法实现了镇压滚筒焊缝的智能焊接,无需人为参与,避免人工焊接存在效率低、质量差、劳动强度大、自动化程度低和对人体有害等问题。(The invention discloses a welding seam tracking method for welding a press roller, which is based on a welding seam tracking system of a two-dimensional laser sensing assembly, wherein the two-dimensional laser sensing assembly acquires deviation data in real time and processes the deviation data in an array by adopting a first-in first-out storage algorithm and a comparison compensation mode, the operation paths of a welding gun on a Z axis and a Y axis can be tracked and compensated in real time by adopting the first-in first-out data storage algorithm and the comparison compensation mode, so that each step of welding of the welding gun is compensated and corrected, the specific height between the welding gun and the welding seam is ensured, the welding gun can move along the welding seam is also ensured, the phenomenon that the existing welding gun is easy to deviate from the welding seam in the welding process so that the straightness and roundness of the welding seam of the press roller have deviation is avoided, meanwhile, the intelligent welding seam of the press roller is realized by utilizing the welding seam tracking method without human participation, the problems of low efficiency, poor quality, high labor intensity, low automation degree, harm to human bodies and the like of manual welding are solved.)
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其是用于镇压滚筒焊接的焊缝跟踪方法。
背景技术
新疆是农业大省，也是农业机械制造大省，制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基，因此农业机械制造业也是新疆的重中之重，例如，采用具有播种功能的机械设备进行播种时需要用到镇压辊，利用该镇压辊的主要目的在于播种后利用其自身的重力或者外加的压力将土壤压紧实，使得土壤密度增大以利于保持土壤水分，便于种子发芽。
现有镇压辊通常包含镇压滚筒和主轴，镇压滚筒套设在主轴上，现有镇压滚筒为一柱形滚筒，其由铁皮卷制而成，连接处会生成一条焊缝，目前在新疆对镇压滚筒的焊接普遍依靠人工或者半自动化产品进行焊，如此存在的问题是：(1)人工焊接存在效率低、质量差、劳动强度大、自动化程度低和对人体有害等问题；(2)半自动化产品在实际焊接中由于设备精度和工艺的原因会导致焊枪运动轨迹与待焊焊缝出现偏差以及焊枪焊丝距离辊筒的高度产生偏差，进而影响镇压滚筒的圆度以及尺寸；目前，为了实现智能化焊接，现有也有相应的产品和方法，但其均不适用于镇压滚筒，主要原因在于其结构和操作复杂，成本高昂，一般的镇压辊生产企业只能望而却步，例如，申请号为201910933733.3的发明专利公开了一种激光识别焊缝位置并自动焊接的系统及焊接方法，其公开了利用激光传感器实时扫描焊缝轮廓信息并实时补正的方式，该份专利文献主要用于一些重大装备制造领取，例如汽车制造等，将其用于镇压滚筒焊缝焊接不仅浪费资源，也增加了使用成本，同时，该专利文献公开的技术方案主要是利用激光传感器实时扫描焊缝轮廓信息并实时补正的方式，其存在的问题是当激光传感器工作异常时将无法及时获知，由于镇压滚筒的焊缝长度有限，如不及时发现激光传感器工作异常情况将导致焊缝焊接出现偏差进而影响镇压滚筒的焊接质量，因此，基于上述问题，本申请设计了一种用于镇压滚筒焊接的焊缝跟踪方法。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供了一种用于镇压滚筒焊接的焊缝跟踪方法，利用该方法可解决现有对镇压滚筒8焊接中存在智能化程度低、对人体伤害大、效率低以及易出现焊缝直线度和镇压滚筒8圆度存在偏差的问题，同时，利用该方法可实现对镇压滚筒焊接过程中焊枪行径的每一步进行修正和补偿，提高了补偿精度，满足辊压滚筒的焊接需求。
本申请提供了一种用于镇压滚筒焊接的焊缝跟踪方法，包含基于二维激光传感组件1的焊缝跟踪系统，该焊缝跟踪系统包含二维激光传感组件1、焊枪2、位移补偿机构和控制器3，所述二维激光传感组件1和焊枪2均固设于所述位移补偿机构的下方并随位移补偿机构同步移动，所述二维激光传感组件1位于焊枪2的前端，所述位移补偿机构包含X轴方向驱动组件4、Y轴方向补偿组件5和Z轴方向补偿组件6，所述控制器3与所述二维激光传感组件1、焊枪2以及补偿组件电连接，所述方法包含：
S1：将二维激光传感组件1移动至镇压滚筒8焊缝的起始位置，并将该二维激光传感组件1输出的Z轴偏差数据即焊丝距离镇压滚筒8焊缝的高度信息和Y轴偏差数据即焊缝在Y方向的偏离信息初始值设为零，也即二维激光传感组件1输出的初始偏差数据为(H：0，Y:0)；
S2：启动X轴方向驱动组件4和二维激光传感组件1，所述二维激光传感组件1在X轴方向驱动组件4的带动下沿X轴移动，该二维激光传感组件1每隔距离d采集一位偏差数据(Hi，Yi)并将其按先进先出的算法保存至数组中，直至焊枪2移动至镇压滚筒8焊缝的起始位时，控制焊枪2起弧的同时，将从数组出口位溢出的偏差数据(H1i，Yi)分别与预设精度值P进行比较，当Hi＜P和Yi＜P，则此时Y轴方向补偿组件5和Z轴方向补偿组件6不做任何响应；当Hi>P，则控制Z轴方向补偿组件6带动焊枪2移动Hi距离以实现在Z轴方向的位移补偿，同时将数组内的所有H数据均补偿位移Hi；如果Yi>P，则控制Y轴方向补偿组件5带动焊枪2移动Yi距离以实现在Y轴方向的位移补偿，同时将数组内的所有Y数据均补偿位移Yi；
S3：执行上述步骤S2，直至二维激光传感组件1到达镇压滚筒8焊缝终点时，二维激光传感组件1输出偏差数据(Hi：null，Yi：null)；当控制器3判断数组内所有数据均为字符串null时，控制器3控制焊枪2灭弧、二维激光传感组件1停止检测及输出数据；
S4：控制器3驱动X轴方向驱动组件4带动焊枪2和二维激光传感组件1回到焊接起始点。
作为本申请的优选方案，在步骤S1之前，还包含：在控制器3内设置多位数组，该数组位数为二维激光传感组件1和焊枪2之间的距离D与焊枪2运枪方法中相邻两路径在X轴上的距离d之间的比值。
作为本申请的优选方案，在步骤S3中，所述偏差数据(Hi，Yi)按先进先出的算法进入数组的具体方式包含：当采集到第一组偏差数据((H1，Y1)时，将其放入数组入口的第一位，当采集到第二组偏差数据(H2，Y2)时，则将位于数组入口第一位的第一组偏差数据(H1，Y1)移放至数组入口的第二位，并将当前采集的第二组偏差数据(H2，Y2)放入数组入口的第一位，依次类推，当采集第n组偏差数据(Hn，Yn)时，则将其他位的偏差数据依次移位并将当前采集的第n组偏差数据(Hn，Yn)放入数组入口，同时，将从数组出口溢出的偏差数组(Hi，Yi)与预设精度值P进行比较。
作为本申请的优选方案，在步骤S1中，所述数组位数为整数；和/或，所述焊枪2采用“三角形”的运枪路径，所述焊枪2每运行一次“三角形”运枪路径则所述二维激光传感组件1启动一次。
作为本申请的优选方案，所述焊缝的起点至终点的方向为X轴正方向；和/或，所述二维激光传感组件1和焊枪2之间的距离D的取值范围在15-20cm之间。
与现有技术相比，本申请中该用于镇压滚筒焊接的焊缝跟踪方法的优势在于：
(1)在控制器中设置多位数组，由于数组的位数由D/d决定，也即二维激光传感组件1在距离D内采集偏差数据的位数或数量一定，因此，在一个距离D内，当数组中溢出或存入的偏差数据异常时，将确定出二维激光传感组件1工作异常，因此通过设置多位数组的方式可实现对二维激光传感组件1的工作状态进行监控，避免其工作异常进而影响焊接精度和准确度；
(2)利用二维激光传感组件1实时采集偏差数据并将采集的偏差数据在数组中采用先进先出的存储算法和比较补偿方式进行处理，采用先进先出的数据存储算法和比较补偿方式可实现对焊枪2在Z轴和Y轴上的运行路径进行实时跟踪和补偿，如此将实现对焊枪2焊接的每一步进行补偿修正，提高了焊接精度，满足辊压滚筒8的焊接需求，避免现有焊枪2在焊接过程中易偏离焊缝致使焊缝直线度和镇压滚筒8圆度存在偏差的现象，同时，本申请中利用该焊缝跟踪方法实现了镇压滚筒8焊缝的智能焊接，无需人为参与，避免现有采用人工焊接存在效率低、质量差、劳动强度大、自动化程度低和对人体有害等问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的二维激光传感组件和焊枪之间的连接结构示意图。
图2为本发明实施例提供的焊缝跟踪系统的结构示意图。
图3为本发明实施例提供的焊缝跟踪系统控制结构图。
图4为本发明实施例提供的焊缝跟踪方法流程图。
图5为本发明实施例提供的采用焊缝跟踪方法焊接镇压滚筒的原理图。
附图标记
二维激光传感组件1，焊枪2，控制器3，X轴方向驱动组件4，Y轴方向补偿组件5，Z轴方向补偿组件6，支撑架7，镇压滚筒8，遮光板9。
具体实施方式
本实施例提供了一种用于镇压滚筒焊接的焊缝跟踪方法，该焊缝跟踪方法包含基于二维激光传感组件1的焊缝跟踪系统，该焊缝跟踪系统包含二维激光传感组件1、焊枪2、位移补偿机构和控制器3；二维激光传感组件1和焊枪2均固定在连接座上，且二维激光传感组件1位于焊枪2的前端，本实施例优选二维激光传感组件1和焊枪2之间的距离D的取值范围在15-20cm之间，参见图1，本实施例中，为了避免焊枪2工作中产生的弧光对二维激光传感组件1产生影响，优选在二维激光传感组件1与焊枪2之间设有遮光板9；位移补偿机构和控制器3均固定在支撑架7上，其中，位移补偿机构包含X轴方向驱动组件4、Y轴方向补偿组件5和Z轴方向补偿组件6，本实施例中，X轴方向驱动组件4、Y轴方向补偿组件5和Z轴方向补偿组件6三者之间两两相互垂直，具体地，X轴方向驱动组件4包含基座A、同步带A和可驱动同步带A水平(横向)移动的电机A，同步带A和电机A均设置在基座A上，Y轴方向补偿机构包含基座B、同步带B和可驱动同步带B纵向移动的电机B，同步带B和电机B均设置在基座B上，其中基座B相对于同步带A垂直设置且可随所述同步带A水平(沿X轴)移动，Z轴方向补偿机构包含基座C、同步带C和可驱动同步带C上下移动的电机C，同步带C和电机C均固设于基座C上，基座C相对于同步带B垂直设置并可随同步带B纵向(Y轴)移动，固定有二维激光传感组件1和焊枪2的连接座固设与同步带C上，参见图2，在实际使用时，通过X轴方向驱动组件4可带动Y轴方向补偿机构、Z轴方向补偿机构以及二维激光传感组件1和焊枪2同步水平(横向)移动(镇压滚筒8的焊缝方向，焊缝的起点至终点的方向为X轴正方向)，通过Y轴方向补偿机构可带动Z轴方向补偿机构、二维激光传感组件1和焊枪2同步纵向移动，通过Z轴方向补偿机构可带动二维激光传感组件1和焊枪2同步上下移动，也即利用位移补偿机构可带动二维激光传感组件1和焊枪2同步移动的同时，还可实现在Y轴和Z轴方向的位移补偿；控制器3与二维激光传感组件1、焊枪2以及补偿组件之间采用现有传统通讯方式电连接，参见图3。
本实施例中，二维激光传感组件1包含二维激光传感器和激光处理器，本实施例优选该二维激光传感组件1为现有常用的图像采集和处理产品
本实施例中，焊缝跟踪方法包含以下步骤，参见图4：
S1：将二维激光传感组件1移动至镇压滚筒8焊缝的起始位置，此时位于二维激光传感组件1后端的焊枪2相距镇压滚筒8焊缝起始位置为D，将该二维激光传感组件1输出的Z轴偏差数据即焊丝距离镇压滚筒8焊缝的高度信息和Y轴偏差数据即焊缝在Y方向的偏离信息初始值设为零，也即二维激光传感组件1输出的初始偏差数据为(H：0，Y:0)；
本实施例中，在该S1步骤之前还包含在控制器3内设置多位数组和精度值P，该数组位数为二维激光传感组件1和焊枪2之间的距离D与焊枪2运枪方法中相邻两路径在X轴上的距离d之间的比值取整，本实施例中，多位数组内的数据在初始状态下为零(空)，本实施例中，优选焊枪2采用“三角形”的运枪路径，参见图5，每个“三角形”的运枪路径为A-B-C-D-E，其中，相邻两路径枝江的距离d为AE之间的距离，焊枪2每运行一次“三角形”运枪路径则二维激光传感组件1启动一次；精度值P为根据试验获取的焊缝焊接过程中焊枪在上下和左右方向便宜的最小位移，在该最小位移内焊枪偏移时对焊缝焊接精度影响最小。
S2：启动X轴方向驱动组件4中的电机A和二维激光传感组件1，二维激光传感组件1在同步带A的带动下沿X轴移动，该二维激光传感组件1每隔距离d采集一位偏差数据(Hi，Yi)并将其按先进先出的算法保存至数组中，直至焊枪2移动至镇压滚筒8焊缝的起始位时，控制焊枪2起弧的同时，由于此时二维激光传感组件1和焊枪2均移动了位移D，且二维激光传感组件1采集了D/d次的偏差数据，因此数组内的位数均存储有采集的偏差数据，后续采集的偏差数据存储时需要将数组中多余的偏差数据溢出才可继续存储，本实施例优选将位于数组出口的偏差数据在采集下一次偏差数据之前溢出，且将位溢出的偏差数据(H1i，Yi)分别与预设的精度值P进行比较，当Hi＜P和Yi＜P，则此时Y轴方向补偿组件5和Z轴方向补偿组件6不做任何响应；当Hi>P，则启动Z轴方向补偿组件6中的电机C驱动同步带C带动焊枪2移动Hi距离以实现在Z轴方向的位移补偿，同时将数组内的所有H数据均补偿位移Hi；如果Yi>P，则启动Y轴方向补偿组件5中的电机B驱动同步带B带动焊枪2移动Yi距离以实现在Y轴方向的位移补偿，同时将数组内的所有Y数据均补偿位移Yi；也即在本实施例中，二维激光传感组件1位于焊枪2的前端，其采集的偏差数据为焊枪2还未焊接的位置，也即焊枪2与二维激光传感组件1距离D内的偏差数据，当焊枪2移动至该距离D的起始位置时，二维激光传感组件1将采集下一组D内的偏差数据，而且，本实施例将采集的偏差数据在数组内采用先进先出(逐个溢出)的算法和比较补偿方式进行处理，如此将实现对焊枪2焊接的每一步进行补偿修正，不仅可确保焊枪2与焊缝相距特定高度，也可确保焊枪2能够沿焊缝移动，避免现有焊枪2在焊接过程中易偏离焊缝致使焊缝直线度和镇压滚筒8圆度存在偏差的现象。
本实施例中，将位于数组出口的偏差数据在采集下一次偏差数据之前溢出能够实现对焊枪当前焊接点进行位移补偿或修正后再进行焊接，也即焊枪当前焊接点已被修正，下一个焊接点正在被修正，提高了焊接精度和准确度。
本实施例中，偏差数据(Hi，Yi)按先进先出的算法进入数组的具体方式包含：本实施例为了更好的说明，优选D/d＝n，
初始时，二维激光传感组件1位于焊缝起始端，启动后其将采集到第一组偏差数据((H1，Y1)，并将该偏差数据放入数组入口的第一位，当采集到第二组偏差数据(H2，Y2)时，则将位于数组入口第一位的第一组偏差数据(H1，Y1)移放至数组入口的第二位，并将当前采集的第二组偏差数据(H2，Y2)放入数组入口的第一位，以此类推，当采集第n组偏差数据(Hn，Yn)时，则将其他位的偏差数据依次移位并将当前采集的第n组偏差数据(Hn，Yn)放入数组入口，与此同时，由于数组位数只有n组，为了能够存储后续采集的偏差数据，此时需将位于数组出口端的偏差数据(H1，Y1)将溢出，并将该溢出的偏差数组与预设精度值P比较处理，在采集到第n组偏差数据时，焊枪2也移动至焊缝起始位，二维激光传感组件1后续采集到第n+1组偏差数据(Hn+1，Yn+1)将是第二组距离D内的偏差数据，将第n+1组偏差数据(Hn+1，Yn+1)放入数组入口时，其他位偏差数据将依次移位，后续采集到的偏差数据依次循环上述方式，直至焊枪2到达焊缝终点。
S3：执行上述步骤S2，直至二维激光传感组件1到达镇压滚筒8焊缝终点时(二位激光传感器移动至距离焊缝终点D的位置)，二位激光传感器检测不到焊缝信息，此时输出偏差数据(Hi：null，Yi：null)；当控制器3判断数组内所有数据均为字符串null时，说明焊枪2移动至镇压滚筒8焊缝终点位，此时控制器3控制焊枪2灭弧、传感器停止检测及输出数据。
S4：控制器3启动X轴方向驱动组件4中的电机A驱动传动带A带动焊枪2和二维激光传感组件1回到焊接起始点。
综上可知，本实施例通过在控制器内设置D/d位数组的方式，不仅方便数据的存储和计算，也便于检查二维激光传感组件1是否存在异常，具体使用时，当二维激光传感组件1移动距离D后数组内溢出或存储的偏差数据少于D/d位时，说明二维激光传感组件1工作异常，如果二维激光传感组件1工作异常将无法采集或完整采集偏差数据进而无法对焊接的每一点进行补偿，从而影响焊接效率和精度，现有传统技术中采用的对焊缝偏移信息实时采集实时补正的方式，当二维激光传感组件1工作异常漏采偏差数据时将无法及时获知，从而降低焊接精度和准确度。
也即，本实施例中该用于镇压滚筒焊接的焊缝跟踪方法在基于二维激光传感组件1的焊缝跟踪系统的基础上，利用二维激光传感组件1实时采集偏差数据并将采集的偏差数据在数组中采用先进先出的存储算法和比较补偿方式进行处理，设置数组及采用该先进先出的数据存储算法和比较补偿方式可实现对焊枪2在Z轴和Y轴上的运行路径进行实时跟踪和补偿，如此不仅可对二维激光传感组件1的工作状态进行监控，而且将实现对焊枪2焊接的每一步进行补偿修正，提高了补偿精度和准确度，确保了焊枪2与焊缝相距特定高度，也确保了焊枪2能够沿焊缝移动，因此，采用本实施例中该用于镇压滚筒焊接的焊缝跟踪方法可避免现有焊枪2在焊接过程中易偏离焊缝致使焊缝直线度和镇压滚筒8圆度存在偏差的现象，同时，利用本实施例中的该焊缝跟踪方法实现了镇压滚筒8焊缝的智能焊接，无需人为参与，避免现有采用人工焊接存在效率低、质量差、劳动强度大、自动化程度低和对人体有害等问题。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未做过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。