大直径焊管焊缝跟踪装置的制作方法

本实用新型属于焊管生产技术领域，具体涉及大直径焊管焊缝跟踪装置。

背景技术：

焊缝跟踪装置是焊管精焊机组的重要组成部分，直接关系到焊管的焊接质量。焊缝跟踪包括焊缝平移跟踪和焊枪高度跟踪两部分。其中平移跟踪用于保证焊接在坡口的中心位置进行，高度跟踪用于保证焊丝的干伸长保持不变，控制电弧稳定燃烧。焊缝跟踪装置主要包括激光跟踪传感器、PLC控制器和焊枪传动执行机构等。精焊内、外焊的焊枪分别安装在焊枪传动执行机构的内、外焊的二维驱动滑板上，随着驱动滑板移动实现对焊缝的跟踪。驱动滑板分为平移滑板和高度滑板，分别控制焊枪的位置跟踪与高度跟踪。

一般情况下，激光跟踪传感器与焊枪安装在同一个滑板上，激光跟踪传感器与焊枪一起运行，跟踪装置检测到的偏差可以近似等于焊枪的实际偏差。但是，由于激光跟踪传感器与焊枪在同一滑板上且位于焊管同一侧，激光跟踪传感器长期处于高温、高粉尘的环境中，尤其是当激光跟踪传感器内置于焊管内部时，其使用寿命受到较大影响。

技术实现要素：

本实用新型针对现有的焊缝跟踪装置，其激光跟踪传感器与焊枪安装在同一个滑板上且位于焊管同一侧，激光跟踪传感器使用寿命受限的不足，提供一种大直径焊管焊缝跟踪装置，其使用寿命大大延长。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：大直径焊管焊缝跟踪装置，包括激光跟踪传感器、PLC控制器和焊枪传动执行机构，PLC控制器分别与激光跟踪传感器和焊枪传动执行机构通信连接，激光跟踪传感器具有激光光源、过滤透镜和摄像机，焊枪传动执行机构包括由伺服电机驱动的焊枪平移滑台和焊枪高度滑台，所述焊枪平移滑台设置于焊管一侧，该跟踪装置还包括设置于焊管另一侧的由伺服电机驱动的传感器平移滑台，所述激光跟踪传感器安装在传感器平移滑台上。

本实用新型的大直径焊管焊缝跟踪装置，其设有额外的传感器平移滑台，激光跟踪传感器与焊枪设置于不同的滑台上，焊枪设置于焊管的一侧，激光跟踪传感器设置于焊管的另一侧，从而改善激光跟踪传感器的工作环境，提高激光跟踪传感器的使用寿命。在这种跟踪方式下，安装在传感器平移滑台上的激光跟踪传感器通过对外焊缝进行检测，将跟踪信号传送给PLC控制器，PLC控制器经过计算，发出命令控制传感器平移滑台运行，传感器平移滑台带动激光跟踪传感器移动，保证了对焊缝位置的定位与跟踪。焊枪平移滑台并非限制焊枪在水平面移动，而是限制焊枪在一个平面内移动，焊枪移动平面可以是水平面，也可以是与水平面成一定角度的面。

作为优选，所述焊枪传动执行机构包括内焊枪传动执行机构，所述传感器平移滑台设置于焊管外侧并与内焊枪位置对应。在焊管的生产中，不论是直缝焊管还是螺旋焊管，需要有内焊和外焊两道工序。焊管内侧相比外侧，环境更加恶劣，将原本与内焊枪共同设置于焊管内侧的内焊激光跟踪传感器设置在焊管外侧，改善内焊激光跟踪传感器的工作环境。对于外焊枪和外焊激光跟踪传感器，其仍可共同设置于焊管外侧；当内外焊距离较远时，内焊对外焊影响较小，对外焊激光跟踪传感器的工作环境影响较小，也可将外焊激光跟踪传感器设置于焊管内侧。

作为改进，所述传感器平移滑台和焊枪平移滑台上均设有用于采集跟踪偏差位置信号的编码器，所述编码器均通信连接PLC控制器。通过设置编码器，编码器检测伺服电机的转动圈数，可以实现跟踪偏差位置信号的采集。在传感器平移滑台实现对内焊点外侧焊缝进行跟踪时，内焊枪所在的内焊枪高度滑台也根据传感器平移滑台的偏差信号进行同步运行，保证内焊枪对焊缝的跟踪。

作为改进，所述内焊枪高度滑台上设有用于检测内焊枪距焊管内表面高度的激光测距传感器，所述激光测距传感器通信连接PLC控制器。由于激光跟踪传感器安装在焊管外侧，与内焊机头不在同一水平位置，在平移方向上可以指导内焊滑板进行跟踪，但检测的距焊管表面距离已无法代表内焊枪的实际高度，因此内焊枪的高度跟踪需要增加另外的传感器来实现。通过在内焊枪所在的高度滑台上安装激光测距传感器，激光测距传感器可以把检测到的距离信号转化为的模拟量信号，传送给PLC控制器，通过数字滤波与计算，可以得到内焊枪的实际高度，通过与设定的预置参数进行比较，进行比例积分调节，实现内焊枪的高度自动跟踪。

作为改进，该跟踪装置还包括与PLC控制器通信连接的用于控制内焊枪传动执行机构的十字手柄，所述十字手柄上设有急停按钮。在焊接过程中焊缝跟踪可以使用自动跟踪与手动跟踪两种模式，并可以自由切换。在自动跟踪模式下，内焊枪滑台的运行完全由PLC控制器进行控制，自动对焊接位置和焊枪高度进行调节。在需要时，可以通过旋钮将控制模式切换到手动。在手动模式下，操作人员通过十字手柄对机头的平移和高度滑板进行操作，实现焊缝的手动跟踪。

作为改进，所述焊管为螺旋焊管，所述传感器平移滑台与水平面成一夹角，所述夹角与焊管的成型角相适配使得焊缝坡口垂直于激光线。当生产螺旋焊管时，焊缝坡口与水平面成一定角度，焊缝坡口与水平面所成角度由成型角决定，传感器平移滑台与水平面成一夹角，当传感器平移滑台移动时，激光线可始终垂直于焊缝坡口并位于坡口中心。

作为改进，还包括电气柜，所述PLC控制器设置于电气柜中，所述电气柜上设有分别与PLC控制器通信连接的指示灯、操作按钮和触摸屏。

作为改进，所述指示灯包括运行指示灯、通讯指示灯和设置于电气柜上表面的用于焊偏报警提醒的报警灯。

作为改进，所述焊枪平移滑台为弧形平移滑台，所述弧形平移滑台包括与焊管弧面相应的弧形导轨。不同于一般的焊缝跟踪装置，本装置没有采用常见的由水平滑块带动焊枪进行左右方向的焊缝跟踪方式．而是采用了弧形滑架的跟踪方式，使焊枪绕焊管中心轴偏转的跟踪方式来保证焊枪始终与焊缝垂直，确保焊接质量。用水平滑块带动焊枪左右运动的跟踪方式，无法真正实现焊枪始终垂直对准焊缝，从而可能造成漏焊等缺陷。

作为改进，所述弧形平移滑台还包括弧形导轨上安装的由第一伺服电机通过传动齿圈带动的第一滑块，所述焊枪高度滑台包括垂直滑架，所述垂直滑架上安装有由第二伺服电机带动的第二滑块，所述第二滑块与焊枪相连接，所述弧形平移滑台中安装传动齿圈的齿圈座与内焊枪高度滑台中安装垂直滑架的垂直滑架座相连接，所述第一伺服电机、第二伺服电机均与PLC控制器通信连接。

本实用新型的有益效果是：大直径焊管焊缝跟踪装置，其设有额外的传感器平移滑台，激光跟踪传感器与焊枪设置于不同的滑台上，焊枪设置于焊管的一侧，激光跟踪传感器设置于焊管的另一侧，从而改善激光跟踪传感器的工作环境，提高激光跟踪传感器的使用寿命。进一步地，内焊枪平移滑台为弧形平移滑台，可以保证内焊枪始终与焊缝垂直，确保焊接质量。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的焊缝跟踪装置的结构框图。

图2是本实用新型实施例二的焊缝跟踪装置的结构框图。

图3是本实用新型实施例二的传感器平移滑台的结构示意图。

图4是本实用新型实施例二的传感器平移滑台的另一角度的结构示意图。

图5是本实用新型实施例二的焊枪传动执行机构的结构示意图。

图6是本实用新型实施例二的弧形平移滑台的结构示意图。

图7是本实用新型实施例二的电气柜上指示灯、操作按钮和触摸屏的布局图。

图中，0、焊管，01、焊缝；

1、激光跟踪传感器，11、绝缘件；

2、PLC控制器；

3、焊枪传动执行机构，31、焊枪平移滑台，32、焊枪高度滑台；311、弧形导轨，312、第一滑块，313、传动齿圈；

4、传感器平移滑台，40、编码器；

5、手柄5；

6、电气柜，61、指示灯，62、操作按钮，63、触摸屏。

7、支架，71、转轴，72、定位板，73、定位柱。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本实用新型的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

如图1至图6所示，本实用新型的大直径焊管焊缝跟踪装置，包括激光跟踪传感器、PLC控制器和焊枪传动执行机构，PLC控制器分别与激光跟踪传感器和焊枪传动执行机构通信连接，激光跟踪传感器具有激光光源、过滤透镜和摄像机，焊枪传动执行机构包括由伺服电机驱动的焊枪平移滑台和焊枪高度滑台，所述焊枪平移滑台设置于焊管一侧，该跟踪装置还包括设置于焊管另一侧的由伺服电机驱动的传感器平移滑台，所述激光跟踪传感器安装在传感器平移滑台上。

本实用新型的大直径焊管焊缝跟踪装置，其设有额外的传感器平移滑台，激光跟踪传感器与焊枪设置于不同的滑台上，焊枪设置于焊管的一侧，激光跟踪传感器设置于焊管的另一侧，从而改善激光跟踪传感器的工作环境，提高激光跟踪传感器的使用寿命。在这种跟踪方式下，安装在传感器平移滑台上的激光跟踪传感器通过对外焊缝进行检测，将跟踪信号传送给PLC控制器，PLC控制器经过计算，发出命令控制传感器平移滑台运行，传感器平移滑台带动激光跟踪传感器移动，保证了对焊缝位置的定位与跟踪。本实用新型的焊缝跟踪装置尤其适用于大直径高壁厚的螺旋焊管。

实施例一

如图1所示，本实用新型的大直径焊管0焊缝01跟踪装置，包括激光跟踪传感器1、PLC控制器2和焊枪传动执行机构3，PLC控制器2分别与激光跟踪传感器1和焊枪传动执行机构3通信连接，激光跟踪传感器1具有激光光源、过滤透镜和摄像机，焊枪传动执行机构3包括由伺服电机驱动的焊枪平移滑台31和焊枪高度滑台32，所述焊枪平移滑台31设置于焊管0一侧，该跟踪装置还包括设置于焊管0另一侧的由伺服电机驱动的传感器平移滑台4，所述激光跟踪传感器1安装在传感器平移滑台4上。

激光跟踪传感器1的原理与现有技术相同，在此不做赘述。在工作时，激光跟踪传感器1检测焊管0上焊缝01位置并将检测到的信息传递给PLC控制器2，PLC控制器2处理信号并指示焊枪传动执行机构3运行，焊枪传动执行机构3带动焊枪移动以保证焊枪相对焊缝01坡口的位置，确保焊接质量；同时，PLC控制器2根据激光跟踪传感器1的信号指示传感器平移滑台4运行，传感器平移滑台4带动激光跟踪传感器1移动，保证激光跟踪传感器1处于合适位置。

实施例二

如图2至图7所示，大直径焊管0焊缝01跟踪装置，包括激光跟踪传感器1、PLC控制器2、焊枪传动执行机构3、手柄5、操作按钮62和触摸屏63。PLC控制器2分别与其它部件连接。可通过手柄5、触摸屏63和操作按钮62进行操作。

所述焊枪传动执行机构3包括内焊枪传动执行机构3，所述传感器平移滑台4设置于焊管0外侧并与内焊枪位置对应。在焊管0的生产中，不论是直缝焊管0还是螺旋焊管0，需要有内焊和外焊两道工序。焊管0内侧相比外侧，环境更加恶劣，将原本与内焊枪共同设置于焊管0内侧的内焊激光跟踪传感器1设置在焊管0外侧，改善内焊激光跟踪传感器1的工作环境。对于外焊枪和外焊激光跟踪传感器1，其仍可共同设置于焊管0外侧；当内外焊距离较远时，内焊对外焊影响较小，对外焊激光跟踪传感器1的工作环境影响较小，也可将外焊激光跟踪传感器1设置于焊管0内侧。

所述传感器平移滑台4和焊枪平移滑台31上均设有用于采集跟踪偏差位置信号的编码器40，所述编码器40均通信连接PLC控制器2。通过设置编码器40，编码器40检测伺服电机的转动圈数，可以实现跟踪偏差位置信号的采集。在传感器平移滑台4实现对内焊点外侧焊缝01进行跟踪时，内焊枪所在的内焊枪高度滑台32也根据传感器平移滑台4的偏差信号进行同步运行，保证内焊枪对焊缝01的跟踪。

所述内焊枪高度滑台32上设有用于检测内焊枪距焊管0内表面高度的激光测距传感器，所述激光测距传感器通信连接PLC控制器2。由于激光跟踪传感器1安装在焊管0外侧，与内焊机头不在同一水平位置，在平移方向上可以指导内焊滑板进行跟踪，但检测的距焊管0表面距离已无法代表内焊枪的实际高度，因此内焊枪的高度跟踪需要增加另外的传感器来实现。通过在内焊枪所在的高度滑台上安装激光测距传感器，激光测距传感器可以把检测到的距离信号转化为的模拟量信号，传送给PLC控制器2，通过数字滤波与计算，可以得到内焊枪的实际高度，通过与设定的预置参数进行比较，进行比例积分调节，实现内焊枪的高度自动跟踪。

该跟踪装置还包括与PLC控制器2通信连接的用于控制内焊枪传动执行机构3的手柄5，所述手柄5上设有急停按钮。在焊接过程中焊缝01跟踪可以使用自动跟踪与手动跟踪两种模式，并可以自由切换。在自动跟踪模式下，内焊枪滑台的运行完全由PLC控制器2进行控制，自动对焊接位置和焊枪高度进行调节。在需要时，可以通过旋钮将控制模式切换到手动。在手动模式下，操作人员通过手柄5对机头的平移和高度滑板进行操作，实现焊缝01的手动跟踪。

参见图3和图4，所述焊管0为螺旋焊管0，所述传感器平移滑台4与水平面成一夹角，所述夹角与焊管0的成型角相适配使得焊缝01坡口垂直于激光线。当生产螺旋焊管0时，焊缝01坡口与水平面成一定角度，焊缝01坡口与水平面所成角度由成型角决定，传感器平移滑台4与水平面成一夹角，当传感器平移滑台4移动时，激光线可始终垂直于焊缝01坡口并位于坡口中心。

传感器平移滑台4安装于一支架7上，并且，其侧面与支架7通过转轴71连接从而可以调节其相对水平面的角度。支架7上安装定位板72，定位板72上端开设螺纹孔，螺纹孔中设有定位柱73，定位柱73的数量为两根，两根定位柱73位于传感器平移滑台4下方且抵触传感器平移滑台4，两根定位柱73分别位于转轴71的两侧，从而对传感器平移滑台4进行定位。传感器平移滑台4包括导轨、滑块、伺服电机等，相对现有技术仅增加了编码器40，故传感器平移滑台4的具体结构在此不做赘述。

激光跟踪传感器1通过一绝缘件11安装于传感器平移滑台4上，本实施例中，绝缘件11为绝缘木棒，木棒具有一定弹性，确保激光跟踪传感器1可牢固固定。用于安装绝缘木棒的绝缘安装件，其一端开设供绝缘木棒穿过的通孔，并且通孔向外延伸形成贯穿槽，且通孔向内延伸一小段。绝缘安装件垂直于贯穿槽方向开设安装孔，安装孔中设有螺栓，从而将绝缘木棒与绝缘安装件夹紧。

参见图7，该跟踪装置还包括电气柜6，所述PLC控制器2设置于电气柜6中，所述电气柜6上设有分别与PLC控制器2通信连接的指示灯61、操作按钮62和触摸屏63。

所述指示灯61包括运行指示灯61、通讯指示灯61和设置于电气柜6上表面的用于焊偏报警提醒的报警灯。

参见图5和图6，所述焊枪平移滑台31为弧形平移滑台，所述弧形平移滑台包括与焊管0弧面相应的弧形导轨311。不同于一般的焊缝01跟踪装置，本装置没有采用常见的由水平滑块带动焊枪进行左右方向的焊缝01跟踪方式．而是采用了弧形滑架的跟踪方式，使焊枪绕焊管0中心轴偏转的跟踪方式来保证焊枪始终与焊缝01垂直，确保焊接质量。用水平滑块带动焊枪左右运动的跟踪方式，无法真正实现焊枪始终垂直对准焊缝01，从而可能造成漏焊等缺陷。

所述弧形平移滑台还包括弧形导轨311上安装的由第一伺服电机通过传动齿圈313带动的第一滑块312，所述焊枪高度滑台32包括垂直滑架，所述垂直滑架上安装有由第二伺服电机带动的第二滑块，所述第二滑块与焊枪相连接，所述弧形平移滑台中安装传动齿圈313的齿圈座与内焊枪高度滑台32中安装垂直滑架的垂直滑架座相连接，所述第一伺服电机、第二伺服电机均与PLC控制器2通信连接。本实施例中的弧形平移滑台，不同于现有技术中设置于焊管0外侧，而是设置于焊管0内侧，并且，为适应螺旋焊管0的焊缝01，其移动方式并非水平移动，而是垂直于焊缝01移动，弧形平移滑台相对水平面倾斜移动。

在其它实施例中，传感器平移滑台4也可以是弧形平移滑台，从而确保焊缝01处于激光线的中心，焊缝01跟踪更加精确。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本实用新型包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本实用新型的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。