U肋内部仰位焊接系统用焊缝跟踪装置的制作方法

本发明涉及桥梁维修技术领域，具体涉及一种u肋内部仰位焊接系统用焊缝跟踪装置。

背景技术：

钢结构桥梁至今已有200余年的历史，其发展与材料技术、制造技术、结构设计密切相关。在结构设计上，早期采用钢桁架或钢板梁形式。20世纪中期开始，随着正交异性薄钢箱梁结构设计水平日趋成熟及焊接技术的提升，钢箱梁结构以其高度低、自重轻、刚度大、极限承载力大、易于加工制造且结构连续好等特点，已成为钢桥桥面板的主要结构形式。

正交异性桥面板主要由钢结构面板以及其焊接的横梁、纵助构成，横梁主要为横隔板，纵助主要为u肋结构。由于u肋能够提供较大的抗扭刚度和抗弯刚度，能够改善整个桥面板的受力状态，因此成为现代正交异性桥面板的最常用的截面形式。

但是，已经建成的钢结构桥梁，由于u肋处于顶板下方，在u肋内焊技术开发之前，u肋与面板连接均为外侧单面焊接，致使已建成通车的桥梁在运行一段时间后，产生了大量的面板与u肋连接处开裂的情况。为了改变这一现状，增加已建成正交异性板结构钢桥的抗疲劳性能、延长钢桥服役寿命，需对面板与u肋之间的焊缝进行补焊。考虑到已建成的桥梁因结构和安全性问题，不可拆卸至工厂进行维修加固，因此需在已建成的桥梁现场，对桥梁中u肋与顶板连接内侧进行增补内焊缝。

在实施内焊侧焊缝增补的过程中，焊枪需根据焊接情况的变化进行调整，由此需要实时了解焊接焊缝的情况，基于此，亟需一种对u肋内部仰位焊接系统配置一套焊缝跟踪系统，从而实现达到或高于设计要求的焊接质量。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种适用于狭小空间的u肋内部仰位焊接系统用焊缝跟踪装置，。

为实现上述目的，本发明所设计的u肋内部仰位焊接系统用焊缝跟踪装置，用于对u肋与面板之间内角焊缝的位置变化进行焊缝跟踪，所述焊缝跟踪装置与焊枪安装在基座上，所述焊缝跟踪装置包括摆动杆及传感器，所述摆动杆的一端与待焊接的内角焊缝相抵触，所述摆动杆另一端与检测所述摆动杆与内角焊缝相抵触一端的位移变化的传感器接触。

作为优选方案，所述摆动杆的中部设有与安装所述传感器的基座连接的万向节。

作为优选方案，所述基座绕所述摆动杆的另一端设有多个二次摆动件，所述二次摆动件一侧与所述摆动杆接触、另一侧与对应的所述传感器感应点接触。

作为优选方案，所述二次摆动件通过销轴可转动地安装到所述基座上，所述二次摆动件上与所述摆动杆末端接触的面和与所述传感器感应点接触的面之间相互垂直。

作为优选方案，所述基座中绕所述摆动杆的轴向均匀布置四个所述二次摆动件及分别与所述二次摆动件对应的四个所述传感器，四个二次摆动件均匀分布在摆动杆周向上，以分别从四个方向上传递并检测所述摆动杆端部的位移变化。

作为优选方案，所述摆动杆与内角焊缝相抵触的一端固定设有半球状的接触头。

作为优选方案，所述摆动杆与内角焊缝相抵触的一端设有滚轮。

作为优选方案，所述焊缝跟踪装置安装在沿所述u肋长度方向运动的行走机构上，所述传感器通过信号线连接至焊枪控制装置以输出焊缝位置信号。

本发明的有益效果是：本发明的u肋内部仰位焊接系统用焊缝跟踪装置结构简单、反应灵敏，满足既有桥梁u肋狭小空间尺寸的内角增补焊接仰位焊缝跟踪操作空间要求。

附图说明

图1为采用本发明优选实施例的u肋内部仰位焊接系统用焊缝跟踪装置的焊接系统的主视图。

图2为图1中的焊接系统去掉u肋及面板后的主视图。

图3为图1中的焊接系统侧视图。

图4为本发明优选实施例的焊缝跟踪装置的主视图。

图5为图4中的焊缝跟踪装置的立体图。

图6为图4中的焊缝跟踪装置的剖视图。

图中各部件标号如下：焊枪10、焊缝跟踪装置20(其中，接触头21、摆动杆22、万向节23、基座24、二次摆动件25、传感器26)、焊枪姿态调整装置30、视频监控组件40、行走机构50、焊枪控制装置60。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

针对既有桥梁，在已建成的桥梁现场解决u肋内部仰位焊接遇到的狭小密闭空间、不可视、远距离的焊缝姿态调整难题，提供一种u肋内部仰位焊接系统，提供可靠稳定的u肋仰位焊接系统，从而在内焊缝增补过程达到高于设计要求的焊接质量。

请参阅图1和图2，本发明优选实施例的u肋内部仰位焊接系统的结构示意图。本发明优选实施例的u肋内部仰位焊接系统，用于从u肋内部对所述u肋与面板之间焊缝进行补焊，包括焊枪10、焊缝跟踪装置20、焊枪姿态调整装置30、视频监控组件40、行走机构50及焊枪控制装置60。焊枪10固定安装在焊枪姿态调整装置30上。焊缝跟踪装置20设置在焊枪10的前方，用以监测u肋与所述面板之间的焊缝的位置。焊枪姿态调整装置30设置在行走机构50上，用以调整所述焊枪10的角度、高度及垂直于u肋长度方向的横向位置。焊缝跟踪装置20、焊枪姿态调整装置30及视频监控组件40安装在行走机构50上，行走机构50在动力驱动下在u肋内沿u肋长度方向运动。视频监控组件40以所述焊枪10为拍摄对象，并通过信号线与焊枪控制装置60连接，视频监控组件40发送拍摄的视频数据至焊枪控制装置60并接收来自焊枪控制装置60的拍摄角度调整信号。焊枪控制装置60通过信号线分别与焊缝跟踪装置20及焊枪姿态调整装置30连接，焊枪控制装置60接收来自焊缝跟踪装置20的焊缝位置信号并根据接收到的焊缝位置信号发送焊枪位置调节信号给焊枪姿态调整装置30。

请参阅图3，焊枪10对u肋与面板增补内焊缝的焊接机构，焊枪10可以是单侧设置(两侧使用一把焊枪10分别焊接)，也可是双侧设置(两侧使用不同的焊枪10来实现两侧焊缝同时焊接)。

请结合图4、图5和图6，焊缝跟踪装置20与焊枪10固定于同一的基础(行走机构50)上。焊缝跟踪装置20包括接触头21、摆动杆22、万向节23及基座24，两轴位移检测装置24，接触头21固定在摆动杆22的一端，摆动杆22的中部通过万向节23与基座24连接。基座24内安装有二次摆动件25及传感器26，二次摆动件25受摆动杆22的另一端的触发摆动进而激发传感器26。

接触头21设置在焊缝跟踪系统20的前端，用于接触u肋与面板接触角的焊缝边部。

摆动杆22的一端上固定连接有接触头21，摆动杆22随接触头21一同绕万向节23摆动，在摆动杆22的另一端与基座24中的二次摆动件25相接触。

万向节23处在摆动杆22的中间，可以使摆动杆22以万向节23处为转动的支点相对基座24转动，以配合摆动杆22的一端的接触头21的横向和纵向运动并将其位移传递到基座24内的摆动杆22的另一端。

基座24为焊缝跟踪系统20安装基础，基座24安装到行走机构50上。

二次摆动件25通过销轴安装在基座24内部，将摆动杆22一端接触头21的位移传递到基座24内部的另一端后，摆动杆22的另一端的触发二次摆动件25绕销轴转动，从而二次摆动件25激发与之对应的传感器26的触头。在图示实施例中，环绕摆动杆22的末端布置4个二次摆动件25，每一二次摆动件25旁对应设置有一个传感器26。4个二次摆动件25均匀分布在摆动杆22周向上，用于从两个相互垂直的轴向上检测摆动杆22的位移变化。在图示实施中，二次摆动件25呈l形，与摆动杆22末端接触的面(摆动杆触发面)和与传感器26的感应点接触的面(传感器感应面)之间相互垂直。

传感器26用于直接检测对应的二次摆动件25，二次摆动件25的位移通过传感器26转化为电信号，而后将电信号通过信号线输送至焊枪控制装置60。传感器26可使用位移或者压力两种方式进行感应。

焊接前焊缝跟踪装置20运动至u肋与面板接触角焊缝处(焊缝跟踪装置20固定在行走机构50上，与焊枪10处于同一条直线的位置，即焊缝跟踪装置20的接触头21在焊枪10之前感知焊缝的位置)，通过接触头21的位移，传递到摆动杆22，摆动杆22产生角度偏转，通过万向节23转化为另一空间位置的位移，从而传递到基座24内的二次摆动件25(l块)推动传感器26探头伸缩，传感器26通过将产生的位移变化信号转化为电信号，然后由信号线将信号输送至焊枪控制装置60。焊枪控制装置60通过计算转化成对焊枪10的焊枪姿态调整装置30的控制信号，驱动焊枪姿态调整装置30完成焊枪横移、高度、角度等三个位置的调整，使焊枪10正对角焊缝从而进行焊接。在整个焊接过程中，焊缝跟踪装置20始终处于工作状态，反馈位移信号给焊枪控制装置60，焊枪控制装置60进行运算控制焊枪姿态调整装置30调整位置，从而在整个焊接过程中使焊枪10正对角焊缝。

视频监控组件40安装在行走机构50上，并以焊枪10为拍摄对象。视频监控组件40实时采集焊接过程中的焊枪10的姿态信息。

行走机构50实现焊枪10在焊接方向前后位置调节，图示实施例中行走机构50由小车执行，保证焊枪10的焊接速度与小车行走速度一致。

焊枪控制装置60分别通过信号线与焊缝跟踪装置20(传感器26)、焊枪姿态调整装置30(角度调节驱动电机、高度调节驱动电机及横移驱动电机)及视频监控组件40相连，实时接收焊缝跟踪装置20传输的焊缝位置信息并分析焊枪姿态是否与当前焊接环境相符，若不符合，则按应匹配的焊枪姿态的参数进行调节。

本发明的u肋内部仰位焊接系统用焊缝跟踪装置的工作方式如下：

在焊接前的准备工作中，调整焊枪10和焊缝跟踪装置20的位置，将焊枪10向上倾斜对准u肋与面板之间待焊接的焊缝，并使焊缝跟踪装置20的球状接触头21与u肋内焊缝相抵触。

焊接开始后，行走机构50开始沿u肋的长度方向移动。当u肋待焊接的内焊缝发生位置偏移时，与之相抵触的接触头21会发生相应的位移变化，并通过摆动杆22传递到二次摆动件25。摆动杆22通过万向节23与基座24连接，基座24内设的4个二次摆动件25均匀分布在摆动杆22远离接触头21一端的四周，用于在上、下、左和右四个周向上分解接触头21的位移变化。任意相邻的2个二次摆动件25与位移/压力传感器26连接(也可以3个或4个都位移/压力传感器26连接)，将接触头21在两个相邻周向上分解的位移变化转换为电信号，并将电信号传输至焊枪控制装置60。焊枪控制装置60根据接收到的电信号，通过运算判断u肋焊缝的位置变化，对焊枪10作相同位移的调整，使焊枪始终对准u肋待焊接的内焊缝，进而实现对桥梁u肋内角焊缝的自动化跟踪。

本发明的u肋内部仰位焊接系统用焊缝跟踪装置结构简单、尺寸小巧、反应灵敏、抗干扰性强、响应速度快、跟踪及时，且满足既有桥梁u肋狭小空间尺寸(小于200mm*200mm*200mm)的内角增补焊接仰位焊缝跟踪操作空间要求，利用球状接触头对焊缝的位置进行实时跟踪捕捉，使焊枪的枪头和焊缝的相对位置恒定，实现对既有桥梁u肋内角焊缝的自动化跟踪，提高焊接生产效率，保证焊接质量。

本发明的以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。