CN1010663B - 用于焊接设备的焊丝给进运送装置 - Google Patents

Abstract

一种用于焊接设备的焊丝给进装置，特别适于装在操纵器上的气体保护电弧焊接工具。消除了先有技术焊丝在焊嘴出口处速度不稳定及因此引起的寿命问题。把决定进给的对焊丝不起滑动作用的主驱动机设于焊嘴的附近，一个或多个辅助驱动机隔一定距离设于主驱动机后面，把各驱动装置调节到恒定转速并调到不同的输送速度，带有机械滑动的一个或多个辅助驱动机作用于焊丝上。

Description

本发明涉及到一种用于焊接设备的焊丝给进运送装置，特别是用于装在操纵器上的气体保护电弧焊接工具。

对于焊接设备，特别是对于自动焊接机或焊接机械手，问题在于，尽管焊接工具有各种各样的运动，然而焊丝必须不断的以相等的速度和相等的力往焊咀输送和退出。这个问题尤其对于气体保护电弧焊接设备就更值一提。焊丝是由一个贮存器，大多数情况下是由一个滚轮中抽出的，然后通过一个较长的运送跨距输送到焊咀。当轨道焊接时，焊咀必须经常在空间跟踪复杂的轨道，同时焊丝的输送也应同步。焊丝输送的这种方向变化就使焊丝给进变得困难，并且在焊咀快速运动的情况下会导致焊丝给进系统振动。这些因素作用的结果，就使焊丝给进不再是一个常数，并因此损害焊接质量。

为了解决这个问题已经公知的是，对于手工操作的焊炬，运用两个相互独立的驱动机来输送焊丝。该后者，即在焊丝滚轮附近安置的驱动机是作为主驱动机设计的，它基本上决定了焊丝的给进。而前面的驱动机设置在焊咀附近并且作为小结构辅助驱动机集中在焊炬手柄内。因此，由软材料构成的焊丝在输送中的主要危险是折裂。实践证明，这种提出的给进装置不能满足不变的焊丝给进的要求。此外，当产生高电机负荷时还存有使这种设备的使用寿命下降。

在US-3293477中公开了一种推拉焊丝的驱动系统，该系统有两个驱动机，其中主驱动装置被设计成推丝驱动装置，被装在焊丝滚轮上，推丝和拉丝驱动装置所用的传动件相同，各驱动装置的滑动离合器都是设在焊丝驱动滚轮和电机轴之间，两个电机不是调到恒定转速，并且也不 具备不同的输送速度，辅助驱动装置的电机做为串激式电机或带串联电阻的并激式电机设计，以达到软特性曲线，这种电机无法做到调速，主驱动电机是作为并激式电机设计的，但是这种电机只有较硬的特性曲线，不具备调速特性。因此，这种驱动系统不能在所有的条件下恒速送进焊丝。如果送丝软管被机器人在空间中往复运动，则焊丝和软管壁之间的摩擦力会一直处于变化之中。由于上述电机特性和主驱动装置的设置，这就导致焊丝在焊咀处的出口速度摇摆不定。

由此，本发明的任务是，设计一个装置，它能有较长的寿命并保证一个根据速度和受力不同而固定的焊丝给进。

本发明解决这一任务的技术方案是通过下列措施而达到的，即把决定进给的不对焊丝起滑动作用的主驱动装置安置在焊咀的附近，而一个或数个辅助驱动装置总是隔一定距离安置在主驱动装置的后面，同时，把驱动装置调整到恒定转速，并调到不同的输送速度，带有机械滑动的一个或多个辅助驱动装置作用于焊丝上。

用本发明的运送装置，此时的焊丝就能够在满足所提出的要求下进行输送。同时，在有焊缝跟踪系统时可以建立一种最大可能的方法稳定性。此外，对于一种高的接通期限（一般为100%）这个全部输送系统可被最优化。

这个决定焊丝给进的最后受力和速度的主驱动机，按照本发明是安置在焊咀附近的。实际上是与焊咀有一距离，为的是在运送过程中在主驱动机和焊咀之间可能使焊丝运送时产生的阻碍能够调顺，并且要变化以适应每时的机械情况。在运用焊接机械手时，建议将主驱动机安置到机械手手部最近的运动构件上。

用于焊丝的储存器，大多数为一个滚轮，可以安置在焊接设备上， 或者与焊接设备分开在外边安置。按照从贮存器到焊接设备的运送跨距的长度可设置一个或数个辅助驱动机。

至少主驱动机应由驱动电机调整到不变的转数上。辅助驱动的电机可以与主驱动电机单独调节到一个确定的规定转数上，或者与其同样的转数上。

实际上在两种情况下，每个辅助驱动机都是有滑动工作的。这种滑动可以根据驱动结构进行调节。

单个辅助驱动机的这种滑动作用在于，使焊丝从后边向主驱动机输送的力从来不会超过一个予先选定的最大值。例如，在一定的运动状态中的焊咀对于焊丝输送的摩擦阻力变得最小的这种情况。

另一方面，辅助驱动机的作用是当焊丝运送中较强的弯曲或类似的情况能使摩擦力提高时，使这种力的波动能得到平衡，并且不影响主驱动机。由此建议将滑动极限调整到某一作用力上，该力即至少是等于或者大于可能出现的、最大的与焊丝运送作用相反的摩擦力或者类似的力，该力即是阻力。采用这种方式就可保证，在主驱动机处的焊丝总是承受大致大小相同和方向相同力，并且输送力不会由拉力或压力而发生突变。

当调节主驱动机和辅助驱动机的转数时，建议驱动电动用一种可控制的离合器，这样会使，在主驱动机的进给速度发生变化的情况下辅助驱动机也随着调整，并且反之亦然。这样，对于所有驱动条件，驱动机的给进速度都保持在一个不变的关系。

关于驱动电机的转数调整，有很多可能的方案。对于辅助驱动机和主驱动机之间的焊丝运送中的阻力不是过分地波动的情况，把所有驱动机调整到相同的给进速度就足够了。对于另外的情况，特别是当 配合焊接机械手而采用的给进装置时，它要很快的和不断的改变运动，建议调整到不同的给进速度上。在已说明的实施例中，最好的方式是将用于给进驱动的辅助驱动机调整到高于主驱动机的给进速度。然而，辅助驱动机以略小于主驱动机的速度处于拉力驱动也是可能的。对于和焊接机械手配合运用的情况，证明有利的方案是，选择辅助驱动机的运送速度大约高于主驱动机的运送速度约10-40%。

该运送装置，按照独立权利要求可以用不同的驱动系统装备主驱动机和辅助驱动机。对于单个的辅助驱动机就采用一个旋转头，它除了结构简单和容易调整滑动状态以外，还具有的优点是，焊丝在通过辅助驱动机时能被校正，并且其园周面上的脏物能得到清除，采用这一方式还能够在没有另外准备的情况下对质量不好的焊丝进行再加工。旋转头还可将振动效应带入焊丝的输送中，这对于一种均匀的焊丝给进产生有利的影响，此外，还使得新焊丝的穿进变得容易。对于主驱动机，出于位置和重量的原因建议采用一个两轮一焊丝驱动，其中最好两个滚轮是被驱动的。然而，只有一个滚轮被驱动也是可能的。为了实现对转数的尽可能快的和刚性的常数控制，有利的方案是应用转速计控制的他激励直流电机。当然，也可使用任何其他的驱动电机，例如，园盘转轮，或者设置一种另外形式的转数控制。

本发明运送设备可以与极不同的焊接设备配合使用，例如，也可手工操作的焊接设备。它特别适合安装到自动焊接设备、焊接机械手和相类似的设备上。

首选由于与焊接机械手的联合，本发明使得焊丝的一种外置储存和焊接机械手的多路送丝成为可能。该焊丝可以以一个总储存处通过一个较长的跨距借助数个辅助驱动机运送到单独的焊接机械手。它还 有的优点是，焊丝可以将任意长度绕到滚轮上，至今，焊丝贮存器是通过焊接机械手所能承担的最大滚轮重量来限制的。此外，本发明还使准备时间缩减。

本发明通过附图中的实施例和简图加以说。分别表式如下：

图1    一个用于工业机械手焊接设备的运送装置;

图2    是图1中运送装置主驱动机的一个放大视图;

图3    是图2中箭头Ⅲ所指方向的一个视图;

图4    是图1中辅助驱动机的一个放大视图;

图5    是图4中沿Ⅴ-Ⅴ截面线的一个剖面图;

图6    是一个具有外部多路供丝的数个焊接机械手的配置。

图1表明了一个六轴线工业机械手（1），在其手部（21）处装有一个焊接设备（2），此处是一个气体保护电弧焊接工具。焊丝（4）从焊咀（12）中穿出，该焊丝是通过一个运送装置（3）由安置在摇臂（20）上的一个焊丝滚轮（5）提供的。

该运送装置（3）由一个辅助驱动机（14）和一个主驱动机（7）组成。辅助驱动机（14）设置在工业机械手（1）的摇臂（20）上的焊丝滚轮（5）的附近，并且将焊丝（4）通过一个在空中自由的弹性软管状的焊丝导管（6）送到主驱动机（7），该主驱动机（7）安装在工业机械手（1）的手部（21）处。

工业机械手（1）可以在一定的位置通过焊咀（12）进行轨道焊接，并且使焊咀在往往有些复杂的通过空间的轨道上运动，同时运行速度可以变化。而焊丝输送段（6）必须跟随该轨道同步的运动，为此它要不断的改变曲率和承受扭曲载荷。这种形态的变化就导致不断改变的摩擦阻力和导致振动，这就对焊丝的不变的给进有影响。对 决定焊丝给进速度的主驱动机（7）来说，焊丝（4）应该与这些力的波动无关并且总以尽可能不变的力和速度输送。本来一旦这些力波动就导致用于主驱动机（7）的电机转数发生变化，由此引起焊丝（4）的给进速度发生变化。

输送装置（3）可平衡这些力的波动。主驱动机（7）和辅助驱动机（14）具有他激励电流电机（13、19），它们通过一个交流电-转速发电机来调节转送。此时，转数的规定值是这样调整的，即辅助驱动机（14）的输送速度比主驱动机（7）的焊丝给进速度高百分之10到40。两个驱动机（7、14）的电机（13、19）通过控制互相配合，以使主驱动机（7）的转数的某种变化引起辅助驱动机（14）一个相似的转数变化。采用这种方式，可使标定的运送速度的差别在所有运行状态得以保持。

辅助驱动机（14）通过一个旋转头（15）（比较图4和5）对焊丝（4）起作用。焊丝（4）由此通过电机（19）的钻有孔的轴进行运送。该旋转头（15）由两个滚轮（16，17）构成，它们将焊丝（4）在其中间夹持住。滚轮（16，17）位于焊丝（4）的两边倾斜配置，同时它们的轴线是交叉的。滚轮（16，17）的轴在旋转头（15）的滚轮框架（18）上相对于焊丝（4）进行调整，并用弹簧压紧。旋转头（15）的滚轮框架（18）由电机（19）带动旋转，由此，处于可自由旋转的滚轮（16，17）就围绕焊丝（4）运转起来，同时它们本身也被带动旋转。通过倾斜安置的滚轮（16，17）的这种旋转的滚压运动焊丝（4）也就按箭头方向（参看图4）被运送了。

旋转头（15）借助于其滚轮（16，17））输送焊丝（4） 同时有滑动。可传递的最大摩擦力，也就是滑动极限，是通过滚轮（16，17）的弹簧加载调整的。这种滑动极限是这样调整的，即所施加的摩擦力至少等于，最好是基本上大于最大的摩擦阻力，该最大的摩擦阻力在焊丝输送段（6）中对焊丝给进发生作用。

这样的结果是，由于辅助驱动机（14）克服了焊丝输送段（6）中摩擦阻力的波动，因而主驱动机（7）能从相当程度恒定的力和速度运送。例如，一旦在焊丝输送段（6）的跨距间阻力变得最小值时，辅助驱动机（14）的滑动作用使得焊丝（4）向主驱动机（7）输送的力不会超过予先确定的最大值，以及进而使得主驱动机（7）的过度给进，或者使在焊丝输送段（6）中有运送间隙的焊丝（4）折裂和褶皱。这种辅助驱动机（14）的滑动根据主驱动机（7）的给进状况确定。

主驱动机（7）具有一个两滚轮焊丝驱动装置（8）（参看图2和3），其中两个滚轮（9）是被驱动的。焊丝（4）是通过一个位于两个相对安置的滚轮（9）间的输入咀（10）送入的，在两个滚轮（9）之间把焊丝夹住，并通过它们继续将焊丝往输出咀（11）运送。在使用所示的两个滚轮焊丝驱动（8）的情况下，辅助驱动机（14）和主驱动机（7）之间的运送速度的不同最好调整到大约20%。

用快速运行的辅助驱动机（14）代替前面描述的给进传动装置时，摩擦力的波动也可以通过一个有轨运输得以平衡。然而该辅助驱动机（14）是以一个大约低于主驱动机（7）10-40%的运送速度运转，因此，通过焊丝输送段（6）中各种波动力的平衡作用就煞住了主驱动机（7）处的焊丝进给。

图6表明了一个与图1中实施例相对应的运送装置（3）的变型。焊丝滚轮（5）为所有的焊接机械手（1）在总贮存处（22）贮放。焊丝（4）对于单个的焊接机械手（1）是借助于数个辅助驱动机（14）并通过一个较长的跨距进行输送的。但是这些单独的焊接机械手（1）也还具有一个主驱动机和一个辅助驱动机（7.14），根据附图1-5中的实施例，焊丝（4）被送给它们。

靠近焊接机械手（1）的辅助驱动机（14）和到总贮存处（22）运送跨度间的辅助驱动机（14）最好是相同结构的，并且以相同的转速和相同的滑动运转。

对此在变型方案中还有可能的是，在辅助驱动机（14）传动链内部将转数和/或滑动分等级，同样，对于这些单独的辅助驱动机（14）可以设计成不同的结构，例如，其中只有靠近焊接机械手（1）的辅助驱动机（14）是转数可调节的，并且其控制是与主驱动机（7）相偶合的。当其余的辅助驱动机（14）具有其余的打滑式驱动系统时，仅在一个辅助驱动机（14）需有一个转动头（15）。

单个辅助驱动机（14）的滑动也起到降低两个驱动机（7.14）的电机负载的作用。对于一种长期的，首先也应考虑到高的开启时间这一重要的运行安全性，最好推荐一个焊接过程的参数检测。这样，对应于每道焊缝的电机电流也得到监视，所以，运送装置（3）的控制铂件和驱动电机得到自保护。同时，焊接工具的状况，特别是焊炬和接触管以及焊丝给进的状况都得到监护。采用这些措施。运送装置（3）的一种可能的封闭，例如通过在一个确定的时间里固定一个最大的电流负载加以信号化，并同时关断电源。

Claims (6)

1、用于焊接设备(2)的焊丝进给的运送装置(3)，其中，焊丝由一个贮存器借助至少两个驱动装置(7，14)通过焊丝导向机构(6)进行输送，决定进给的、不对焊丝起滑动作用的主驱动装置(7)设置在焊咀(12)的附近，而一个或数个辅助驱动装置(14)总是间隔一定距离安置在主驱动装置的后面，其特征在于：驱动装置(7，14)被调整到恒定转速并被调到不同的运送速度，作用在焊丝(4)上有一个或若干个带有机械滑动器辅助驱动装置(14)。

2、按照权利要求1的运送装置，其特征在于：两个驱动装置（7，14）具有调速他激直流电机（13，19）。

3、按照权利要求1的运送装置，其特征在于：辅助驱动装置（14）具有一个带可调弹性安置的滚轮（16，17）的旋转头（15），主驱动装置（7）的结构设计成双滚轮焊丝驱动装置（8），其中的两个滚轮（9）最好均被驱动。

4、按照权利要求1的运送装置，其特征在于：辅助驱动装置（14）的运送速度高于主驱动装置（7）的运送速度10-40%。

5、按照权利要求1至4的任一项权力要求的运送装置，其特征在于：主驱动装置（7）安置在一个多轴工业机器人（1）的手部（21），而辅助驱动装置（14）安置于其摇臂（20）上。

6、按照权利要求5的运送装置，其特征在于：焊丝（4）的贮存器（5）安置于工业机器人（1）之外并与其有段距离，通过若干个具有对应分级转速和/或滑动的辅助驱动装置（14）向工业机器人（1）输送焊丝（4）。

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