CN103894747B - 一种大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置及自动焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够实现焊缝方向无盲区且用于大型组合梁钢主梁自动化焊接的大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置及自动化焊接方法，齿条固定在轨道一侧，行走小车与轨道滑块连接，轨道滑块与轨道滑动配合，减速器位于行走小车上且由行走电机驱动，减速器驱动行走齿轮，行走齿轮与齿条相匹配且带动行走小车在轨道上移动，行走小车与y轴调节机构连接，y轴调节机构与z轴调节机构连接，z轴调节机构与x轴调节机构连接，x轴调节机构连接至焊枪夹。

Description

一种大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置及自动焊接方法

技术领域

本发明涉及一种能够实现焊缝方向无盲区且用于大型组合梁钢主梁自动化焊接的大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置及自动化焊接方法，属特种焊接设备制造领域。

背景技术

近年来，大型组合梁因其优良的综合性能被广泛采用，其钢主梁总拼节段间环缝是最重要的焊缝之一，且数量较大。目前节段间顶、底板、腹板对接多采用手工焊接，焊接质量受个人情绪、焊接技能、体能状况等影响很大，无法确焊接质量的一致性、可靠性。

发明内容

设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种能够实现焊缝方向无盲区且用于大型组合梁钢主梁自动化焊接的大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置及自动化焊接方法。

设计方案：为实现上述设计目的。本申请为大型组合梁钢主梁总拼节段间的自动化焊接而设计，尤其对钢主梁腹板焊接时端部因顶、底板干涉，焊不到端部（约700mm需手工焊接）的问题，提出可行的解决方案，以确保焊接效率和焊缝质量的一致性。通过该焊接装置的开发发明，实现了钢主梁节段间环缝的无盲区自动化焊接。本发明提供钢主梁总拼的自动化焊接方法，包括：将待焊接的两个节段对接接口定位，满足焊接要求。将轨道式焊接机器人安装在与坡口对应的轨道上，所述轨道式焊接机器人包括能够在轨道上移动的行走小车、调节组件和安装有焊枪的焊枪夹，所述调节组件包括：与所述行走小车连接的y轴调节机构；与所述y轴调节机构连接的z轴调节机构；与所述z轴调节机构连接的x轴调节机构，所述x轴调节机构连接至所述焊枪夹；以及用于控制行走小车和调节组件的控制器，控制所述行走小车沿所述轨道移动，同时控制所述调节组件以使得在x轴、y轴、z轴方向上调节焊枪位置进行焊接。利用本发明，控制行走小车的位置本身就能够调节焊枪位置，控制调节组件又能够对焊枪进行x、y、z轴的三维度调节，使得在行走小车的小行程下，就可实现大范围的全方位自动化无盲区焊接，尤其是能够控制x轴调节机构与行走小车在X方向的行程差，在焊接的起始位置和/或结束位置进行位移补充，实现焊缝方向无盲区焊接。

技术方案1：一种大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置，齿条固定在轨道一侧，行走小车与轨道滑块连接，轨道滑块与轨道滑动配合，减速器位于行走小车上且由行走电机驱动，减速器驱动行走齿轮，行走齿轮与齿条相匹配且带动行走小车在轨道上移动，行走小车与y轴调节机构连接，y轴调节机构与z轴调节机构连接，z轴调节机构与x轴调节机构连接，x轴调节机构连接至焊枪夹。

技术方案2：一种大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置的焊接方法，将待焊接的两个工件对接并形成坡口，将轨道式焊接机器人安装在与坡口对应的轨道上，所述轨道式焊接机器人包括能够在轨道上移动的行走小车、调节组件和安装有焊枪的焊枪夹，所述调节组件包括与所述行走小车连接的y轴调节机构；与所述y轴调节机构连接的z轴调节机构；与所述z轴调节机构连接的x轴调节机构，所述x轴调节机构连接至所述焊枪夹；以及用于控制行走小车和调节组件的控制器，控制器控制行走小车沿轨道移动，同时控制器控制所述调节组件以使得在x轴、y轴、z轴方向上调节焊枪位置进行焊接。

本发明与背景技术相比，一是实现了在大型组合梁钢主梁总拼节段间的自动化焊接，减少了人为因素对焊接质量的影响，推动了行业进步，为大型组合梁总拼自动化焊接提供了借鉴；本发明通过控制行走小车的位置本身就能够调节焊枪位置，控制调节组件又能够对焊枪进行x、y、z轴的三维度调节，使得在行走小车的小行程下，就可实现大范围的全方位全自动无盲区焊接，尤其是能够控制x轴调节机构与行走小车在X方向的行程差，在焊接的起始位置和/或结束位置进行位移补充，实现焊缝方向无盲区焊接。

附图说明

图1为根据本发明实施例的方法中使用的轨道式焊接机器人安装在轨道上的俯视图；

图2示出了图1所示的轨道式焊接机器人的侧视图；

图3示出了图1所示的轨道式焊接机器人的前视图，为清楚起见，省略了第一和第二角摆器以及焊枪夹；

图4示出了图1所示的轨道式焊接机器人的变形例的侧视图；

图5示出了图4所示的轨道式焊接机器人的前视图，为清楚起见，省略了第一和第二角摆器以及焊枪夹。

附图标记说明

1-轨道 10-齿条 11-轨道滑块

2-行走小车 21-行走电机 22-减速器

23-行走齿轮 24-转接板 241-转接板

25-控制器 26-把手

3-y轴调节机构 31-y轴调节电机 32-y轴丝杠

4-z轴调节机构 41-z轴调节电机

42-z轴丝杠 43-z轴导轨 44-z轴滑块

5-x轴调节机构 50-x轴连接框架 51-x轴调节电机

52-x轴丝杠 53-x轴导轨 54-x轴滑块

61-第一角摆器 62-第二角摆器 63-弯板

7-焊枪夹

100-磁座组件 200-工位

具体实施方式

实施例1：一种大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置，齿条10固定在轨道1一侧，行走小车2与轨道滑块11连接，轨道滑块11与轨道1滑动配合，减速器22位于行走小车2上且由行走电机21驱动，减速器22驱动行走齿轮23，行走齿轮23与齿条12相匹配且带动行走小车2在轨道1上移动，行走小车2与y轴调节机构3连接，y轴调节机构3与z轴调节机构4连接，z轴调节机构4与x轴调节机构5连接，x轴调节机构5连接至焊枪夹7。

图1为根据本发明实施例的方法中使用的轨道式焊接机器人安装在轨道上的俯视图，图2示出了图1所示的轨道式焊接机器人的侧视图，图3示出了图1所示的轨道式焊接机器人的前视图，为清楚起见，省略了第一和第二角摆器以及焊枪夹。图中各元件的结构仅是示意性的。

如图1至图3所示，本发明实施例的方法中使用的轨道式焊接机器人包括能够在轨道1上移动的行走小车2、调节组件和安装有焊枪的焊枪夹7。调节组件包括：与行走小车2连接的y轴调节机构3；与y轴调节机构3连接的z轴调节机构4；与z轴调节机构4连接的x轴调节机构5，x轴调节机构5连接至焊枪夹7；以及控制器25，其可以控制行走小车2和调节组件。

本实施例中，为方便说明，以轨道1的方向为X向直线轨道，定义了调节组件的各组成结构的调节方向。实际上，轨道1可以为任意方位、任意形状（如直线型、圆形、曲线形等）的刚性轨道或柔性轨道。轨道1可以利用支撑结构安装在适当位置，例如图示的工位200，支撑结构是本领域常见的结构，例如图示的磁座组件100，在此不再赘述。行走小车还可以具有把手26。在图示的例子中，控制器25安装在行走小车2上，当然其还可以安装在其他任意位置。

本发明实施例公开的工件的自动化焊接方法，包括：将待焊接的两个工件对接并形成坡口，将轨道式焊接机器人安装在轨道1上，利用控制器25控制行走小车2沿轨道1移动，同时控制调节组件以使得在x轴、y轴、z轴方向上调节焊枪位置进行焊接。

利用本发明，控制行走小车的位置本身就能够调节焊枪位置，控制调节组件又能够对焊枪进行x、y、z轴的三维度调节，使得在行走小车的小行程下，就可实现大范围的全方位自动化无盲区焊接。

例如，坡口可以为双面V型坡口，包括一侧的深V型坡口和另一侧的浅V型坡口，深V型坡口的深度大于浅V型坡口的深度，深V型坡口的跨度（即最大截面宽度）小于浅V型坡口的跨度。此时，使用轨道式焊接机器人先焊接深V型坡口，再焊接浅V型坡口。

此外，控制器25可以控制行走小车2，使得在X方向上行走小车2的位置与焊缝起始位置和/或结束位置隔开一距离，然后控制器25控制x轴调节机构5以使焊枪到达该距离的范围内。这样，依靠x轴调节机构与行走小车在X方向的行程差，可以在焊接的起始位置和结束位置进行位移补充，实现焊缝方向无盲区焊接，而且轨道的长度可以缩短。

此外，调节组件还可以包括第一角摆器61，x轴调节机构5经由第一角摆器61连接至焊枪夹7。控制器25控制第一角摆器61以使焊枪进行摆动焊接。

此外，调节组件还可以包括第二角摆器62，x轴调节机构5经由第二角摆器62和第一角摆器61连接至焊枪夹7。在焊枪直立情况下能够进行焊接的位置，控制器25控制第一角摆器61以使焊枪垂直于焊缝进行摆动焊接，而在焊枪直立情况下无法进行焊接的位置，控制器可以控制第二角摆器62以使焊枪摆成一角度非垂直接近焊缝，同时控制第一角摆器61以使焊枪进行摆动焊接。焊枪直立情况下无法进行焊接的位置可以包括焊缝的起始位置和/或结束位置等。这样，可以加强无盲区焊接的作用。

在设置第二角摆器62的情况下，可以利用控制器25控制行走小车，使得在X方向上行走小车2的位置与焊缝起始位置和/或结束位置隔开一距离，然后控制器25控制x轴调节机构5和第二角摆器62以使焊枪以非垂直焊缝的方式到达该距离的范围内。可见在这种情况下，焊缝的起始位置和/或结束位置为依靠x轴调节机构5仍无法使焊枪到达的位置，此时，需要依靠x轴调节机构5和第二角摆起62才能使得焊枪非垂直接近焊缝。这样可以在行走小车的更小行程下实现更大范围的无盲区焊接，进一步加强无盲区焊接的作用。

例如，如图2和图3所示，第二角摆器62的输出轴可以连接弯板63的一端，弯板63的另一端连接第一角摆器61。这种连接方式简单高效。当然，还可以想到其他连接方式。

行走小车2可以包括行走电机21和减速器22，减速器22的输出轴上的行走齿轮23与轨道1上的齿条10啮合。当然，还可以采取其他结构。

y轴调节机构3可以包括y轴调节电机31和y轴丝杠32，y轴丝杠32的末端连接z轴调节机构4，y轴调节电机31带动y轴丝杠32转动以使z轴调节机构4垂直于轨道1移动。当然，还可以采取其他结构。

如图1至3所示，z轴调节机构4可以包括：z轴连接框架40；固定至z轴连接框架40上的z轴调节电机41、z轴丝杠42和z轴导轨43；以及与z轴丝杠42和z轴导轨43连接的z轴滑块44。z轴调节电机41带动z轴丝杠42转动以使z轴滑块44相对于z轴导轨43移动。z轴连接框架40可以连接至y轴调节机构3，同时z轴滑块44连接x轴调节机构5，这样z轴连接框架40和y轴调节机构3在Z向上无相对位移。图4和图5中示出了调节组件的变形例，其中采用了不同的z轴调节机构4，不同处在于，z轴滑块44连接至y轴调节机构3，z轴连接框架40连接x轴调节机构5。此时，z轴滑块44和y轴调节机构3在Z向上无相对位移。当然，还可以采取其他结构。

x轴调节机构5可以包括：x轴连接框架50；固定至x轴连接框架50上的x轴调节电机51、x轴丝杠52和x轴导轨53；以及与x轴丝杠和x轴导轨53连接的x轴滑块54，x轴调节电机51带动x轴丝杠52转动以使x轴滑块54沿x轴导轨53移动，x轴连接框架50连接z轴调节机构4，x轴滑块54连接至焊枪夹7。当然，还可以采取其他结构。

x轴调节电机51的输出轴末端可以安装电机齿轮510，x轴丝杠52的一端可以安装丝杠齿轮520，电机齿轮510啮合介轮511，介轮511啮合丝杠齿轮520。这样，无需为x轴调节电机51设置联轴器，x轴调节电机可以安装在x轴连接框架50内侧，从而减小x轴调节机构5的尺寸，即在x轴调节机构5尽可能短的情况下，增大其有效移动行程。

轨道1上可以安装能够沿轨道1滑动的轨道滑块11，行走小车2的下部可以具有转接板24，转接板24与轨道滑块11可拆卸地连接。这样的结构使得焊接机器人与轨道之间的拆装极为方便，仅通过转接板与嵌入轨道的轨道滑块的连接和拆卸，就可实现整个焊接机器人与轨道的连接和拆卸，而无需像现有技术那样每次都通过轨道的一侧插入焊接机器人。

如图1所示，转接板24与轨道滑块11可以用连接栓241连接。这种方式非常简便。

本实施例中，以集成化的控制器25为例进行了说明，当然控制器可为若干个，针对不同受控部件可以设置不同结构、不同位置的控制器。控制器还可以连接外部的独立控制台。

实施例2：在实施例1的基础上，一种大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置的焊接方法，将待焊接的两个工件对接并形成坡口，将轨道式焊接机器人安装在与坡口对应的轨道1上，所述轨道式焊接机器人包括能够在轨道1上移动的行走小车2、调节组件和安装有焊枪的焊枪夹7，所述调节组件包括与所述行走小车2连接的y轴调节机构3；与所述y轴调节机构3连接的z轴调节机构4；与所述z轴调节机构4连接的x轴调节机构5，所述x轴调节机构5连接至所述焊枪夹7；以及用于控制行走小车和调节组件的控制器25，控制器25控制行走小车2沿轨道1移动，同时控制器25控制所述调节组件以使得在x轴、y轴、z轴方向上调节焊枪位置进行焊接。

需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。

Claims (22)

1.一种大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置，其特征是：齿条（10）固定在轨道（1）一侧，行走小车（2）与轨道滑块（11）连接，轨道滑块（11）与轨道（1）滑动配合，减速器（22）位于行走小车（2）上且由行走电机（21）驱动，减速器（22）驱动行走齿轮（23），行走齿轮（23）与齿条（12）相匹配且带动行走小车（2）在轨道（1）上移动，行走小车（2）与y轴调节机构（3）连接，y轴调节机构（3）与z轴调节机构（4）连接，z轴调节机构（4）与x轴调节机构（5）连接，x轴调节机构（5）连接至焊枪夹（7）；x轴调节机构（5）经由第二角摆器（62）和第一角摆器（61）连接至焊枪夹（7），在焊枪直立情况下能够进行焊接的位置，控制器（25）控制第一角摆器（61）以使焊枪垂直于焊缝进行摆动焊接，而在焊枪直立情况下无法进行焊接的位置，控制器控制第二角摆器（62）以使焊枪摆成一角度非垂直接近焊缝，同时控制第一角摆器（61）以使焊枪进行摆动焊接。

2.根据权利要求1所述的大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置，其特征是：轨道（1）的方向为X向直线轨道，定义了调节组件的各组成结构的调节方向。

3.根据权利要求1所述的大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置，其特征是：控制器（25）安装在行走小车（2）上。

4.根据权利要求1所述的大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置，其特征是：行走小车（2）设有把手（26）。

5.根据权利要求1所述的大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置，其特征是：x轴调节机构（5）经由第一角摆器（61）连接至焊枪夹（7），控制器（25）控制第一角摆器（61）以使焊枪进行摆动焊接。

6.根据权利要求1所述的大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置，其特征是：在设置第二角摆器（62）的情况下，利用控制器（25）控制行走小车，使得在X方向上行走小车（2）的位置与焊缝起始位置和/或结束位置隔开一距离，然后控制器（25）控制x轴调节机构（5）和第二角摆器（62）以使焊枪以非垂直焊缝的方式到达该距离的范围内。

7.根据权利要求1或6所述的大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置，其特征是：第二角摆器（62）的输出轴连接弯板（63）的一端，弯板（63）的另一端连接第一角摆器（61）。

8.根据权利要求1所述的大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置，其特征是：x轴调节机构（5）包括x轴连接框架（50）；固定至x轴连接框架（50）上的x轴调节电机（51）、x轴丝杠（52）和x轴导轨（53），以及与x轴丝杠和x轴导轨（53）连接的x轴滑块（54），x轴调节电机（51）带动x轴丝杠（52）转动以使x轴滑块（54）沿x轴导轨（53）移动，x轴连接框架（50）连接z轴调节机构（4），x轴滑块（54）连接至焊枪夹（7）。

9.根据权利要求1所述的大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置，其特征是：x轴调节电机（51）的输出轴末端安装电机齿轮（510），x轴丝杠（52）的一端安装丝杠齿轮（520），电机齿轮（510）啮合介轮（511），介轮（511）啮合丝杠齿轮（520）。

10.根据权利要求1所述的大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置，其特征是：行走小车（2）的下部具有转接板（24），转接板（24）与轨道滑块（11）可拆卸地连接。

11.根据权利要求10所述的大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置，其特征是：转接板（24）与轨道滑块（11）用连接栓（241）连接。

12.根据权利要求1所述的大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置，其特征是：z轴调节机构（4）包括z轴连接框架（40）；固定至z轴连接框架（40）上的z轴调节电机（41）、z轴丝杠（42）和z轴导轨（43），以及与z轴丝杠（42）和z轴导轨（43）连接的z轴滑块（44），z轴调节电机（41）带动z轴丝杠（42）转动以使z轴滑块（44）相对于z轴导轨（43）移动，z轴连接框架（40）连接至y轴调节机构（3），同时z轴滑块（44）连接x轴调节机构（5），这样z轴连接框架（40）和y轴调节机构（3）在Z向上无相对位移。

13.一种如权利要求1所述的大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置的焊接方法，其特征是：将待焊接的两个工件对接并形成坡口，将轨道式焊接机器人安装在与坡口对应的轨道（1）上，所述轨道式焊接机器人包括能够在轨道（1）上移动的行走小车（2）、调节组件和安装有焊枪的焊枪夹（7），所述调节组件包括与所述行走小车（2）连接的y轴调节机构（3）；与所述y轴调节机构（3）连接的z轴调节机构（4）；与所述z轴调节机构（4）连接的x轴调节机构（5），所述x轴调节机构（5）连接至所述焊枪夹（7）；以及用于控制行走小车和调节组件的控制器（25），控制器（25）控制行走小车（2）沿轨道（1）移动，同时控制器（25）控制所述调节组件以使得在x轴、y轴、z轴方向上调节焊枪位置进行焊接。

14.根据权利要求13所述的大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置的焊接方法，其特征是：控制器（25）控制所述行走小车，使得在X方向上所述行走小车的位置与焊缝起始位置和/或结束位置隔开一距离，然后至少控制所述x轴调节机构以使焊枪到达所述距离的范围内。

15.根据权利要求13所述的大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置的焊接方法，其特征是：所述调节组件还包括第一角摆器（61），所述x轴调节机构（5）经由所述第一角摆器（61）连接至所述焊枪夹（7），控制所述第一角摆器（61）以使焊枪进行摆动焊接。

16.根据权利要求13所述的大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置的焊接方法，其特征是：所述调节组件还包括第二角摆器（62）和第一角摆器（61），所述x轴调节机构（5）经由所述第二角摆器（62）和第一角摆器（61）连接至所述焊枪夹（7），在焊枪直立情况下能够进行焊接的位置，控制所述第一角摆器以使焊枪垂直于焊缝进行摆动焊接，而在焊枪直立情况下无法进行焊接的位置，控制所述第二角摆器以使焊枪摆成一角度非垂直接近焊缝，同时控制所述第一角摆器以使焊枪进行摆动焊接。

17.根据权利要求13所述的大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置的焊接方法，其特征是：所述焊枪直立情况下无法进行焊接的位置包括焊缝的起始位置和/或结束位置。

18.根据权利要求16所述的大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置的焊接方法，其特征是：控制所述行走小车，使得在X方向上所述行走小车的位置与焊缝起始位置和/或结束位置隔开一距离，然后所述控制器控制所述x轴调节机构和所述第二角摆器以使焊枪以非垂直焊缝的方式到达所述距离的范围内。

19.根据权利要求16所述的大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置的焊接方法，其特征是：所述第二角摆器（62）的输出轴连接弯板（63）的一端，所述弯板（63）的另一端连接所述第一角摆器（61）。

20.根据权利要求13所述的大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置的焊接方法，其特征是：所述行走小车（2）包括行走电机（21）和减速器（22），所述减速器（22）的输出轴上的行走齿轮（23）与所述轨道（1）上的齿条（10）啮合；和/或所述y轴调节机构（3）包括y轴调节电机（31）和y轴丝杠（32），所述y轴丝杠（32）的末端连接所述z轴调节机构（4），所述y轴调节电机（31）带动所述y轴丝杠（32）转动以使所述z轴调节机构（4）垂直于所述轨道（1）移动；和/或所述z轴调节机构（4）包括：z轴连接框架（40）；固定至所述z轴连接框架（40）上的z轴调节电机（41）、z轴丝杠（42）和z轴导轨（43）；以及与所述z轴丝杠（42）和z轴导轨（43）连接的z轴滑块（44），所述z轴调节电机（41）带动所述z轴丝杠（42）转动以使所述z轴滑块（44）相对于所述z轴导轨（43）移动，所述z轴连接框架（40）连接至所述y轴调节机构（3）同时所述z轴滑块（44）连接所述x轴调节机构（5），或者所述z轴滑块（44）连接至所述y轴调节机构（3）同时所述z轴连接框架（40）连接所述x轴调节机构（5）。

21.根据权利要求13所述的大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置的焊接方法，其特征是：所述x轴调节机构（5）包括：x轴连接框架（50）；固定至所述x轴连接框架（50）上的x轴调节电机（51）、x轴丝杠（52）和x轴导轨（53）；以及与所述x轴丝杠和x轴导轨（53）连接的x轴滑块（54），所述x轴调节电机（51）带动所述x轴丝杠（52）转动以使所述x轴滑块（54）沿所述x轴导轨（53）移动，所述x轴连接框架（50）连接所述z轴调节机构（4），所述x轴滑块（54）连接至所述焊枪夹（7）。

22.根据权利要求21所述的大型组合梁钢主梁总拼自动化焊接装置的焊接方法，其特征是：所述x轴调节电机（51）的输出轴末端安装电机齿轮（510），所述x轴丝杠（52）的一端安装丝杠齿轮（520），所述电机齿轮（510）啮合介轮（511），所述介轮（511）啮合所述丝杠齿轮（520）。