CN104148837B - 机器人焊接中心 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人焊接中心，包括：用于固定所述暖气片的工装夹具；以及用于焊合所述焊缝的焊接机械手；所述工装夹具包括：两个相互平行的立柱，以及多组夹持头；每组夹持头为两个，用于固定所述暖气片的两端，且分别设置在两个所述立柱上；每组中的两个夹持头可同步旋转，以使所述暖气片沿自身长度方向的轴线旋转；所述焊接机械手包括：可自由移动的两个平台，以及多组焊枪；每组焊枪为两个，分别设置在两个所述平台上；每组焊枪分别与每组所述夹持头相对应，且每个焊枪沿自身轴线可旋转地安装在所述平台上。本发明的机器人焊接中心，能够进行大批量的暖气片焊缝焊接，成本低廉且焊接质量较高。

Description

机器人焊接中心

技术领域

本发明涉及焊接设备制造技术，具体涉及一种机器人焊接中心，属于水暖设备焊接制造技术领域。

背景技术

暖气分为水暖和气暖，通常我们所说的暖气片指的是水暖，就是利用壁挂炉或者锅炉加热循环水，再通过管材连接到暖气片，最终通过暖气片将适宜的热量输出，形成室内温差，最后进行热循环使整个室内温度均匀上升。钢制暖气片以造型美观、散热量大、热效率高、安装方便、造价低廉深受广大业主的喜爱。

现有技术中，暖气片主要依靠手工焊接完成；即，暖气片的片头与散热管定位点焊之后，通过手工焊接将片头与散热管之间的焊缝焊合。由于焊接工人的实际焊接水平各异，且现有技术下暖气片的焊缝并非是在一个平面上连续焊接而成，从而导致暖气片的焊缝质量较差、成本率较低，也对暖气片的品质和使用寿命造成了不利影响。

发明内容

本发明实施例提供一种可自动对暖气片的片头和散热管之间的焊缝进行焊接，能够大批量生产且焊接成品率较高的机器人焊接中心。

本发明实施例提供了一种机器人焊接中心，用于焊接暖气片上的焊缝，包括：用于固定所述暖气片的工装夹具；以及用于焊合所述焊缝的焊接机械手；

其中，所述工装夹具包括：两个相互平行的立柱，以及多组夹持头；其中每组夹持头为两个，分别设置在两个所述立柱上，用于固定所述暖气片的两端；每组中的两个夹持头同步旋转，以使所述暖气片沿自身长度方向的轴线旋转；

其中，所述焊接机械手包括：可自由移动的两个平台，以及多组焊枪；其中，每组焊枪为两个，分别设置在两个所述平台上；每组焊枪分别与每组所述夹持头相对应，且每个焊枪沿自身轴线可旋转地安装在所述平台上。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述机器人焊接中心还包括：用于驱动每个所述平台进行自由移动、所述夹持头和所述焊枪进行旋转的多个伺服电机，以及用于控制每个所述伺服电机的控制系统；

其中，每个所述伺服电机均与所述控制系统电连接。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述机器人焊接中心还包括：用于控制每个所述焊枪工作电流的焊接电源；其中，所述焊接电源的数量与所述焊枪的数量相同，且每个所述焊接电源均与所述控制系统电连接。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述机器人焊接中心还包括：用于给所述焊枪输送焊丝的送丝装置。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述送丝装置包括：送丝支架、三个送丝轮以及送丝电机；其中，所述送丝支架的顶面和两个侧面上分别设置有一个所述送丝轮；所述送丝支架上还设置有三个抽丝器，所述送丝电机驱动所述三个抽丝器以使所述送丝轮对所述焊枪进行送丝；所述送丝电机与所述控制系统电连接。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述机器人焊接中心还包括：支架；所述支架上设置有导轨，两个所述立柱均通过该导轨在所述支架上滑动，以相互靠近或远离；所述导轨上覆盖有伸缩式保护罩。

进一步的，在本发明的一个实施例中，每个所述夹持头具有：用于卡合所述暖气片的U型槽，以及用于使所述夹持头旋转的转轴；所述U型槽和所述转轴分别位于所述夹持头的两端；所述U型槽内还设置有用于将所述暖气片的端部夹紧在所述U型槽内的气动夹紧器。

进一步的，在本发明的一个实施例中，每个所述平台对应四台所述伺服电机；其中，所述四台伺服电机中的三台用以使该平台自由移动，另一台用以使该平台上的焊枪进行同步旋转。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述机器人焊接中心还包括：保护外壳；所述保护外壳为密闭的箱体，所述焊接机械手和所述工装夹具均设置于所述箱体内；所述箱体上设置有净化风机。

进一步的，在本发明的一个实施例中，所述保护外壳的一侧壁上设置有透明玻璃门；所述透明玻璃门为电动门，其上设置防夹传感器；所述防夹传感器与所述控制系统相连。

上述技术方案具有如下有益效果：由于本发明机器人焊接中心的工装夹具的特殊结构，多组暖气片能够同时固定在工装夹具上进行同步旋转，而且两个平台上固定的焊枪不仅可以自由移动，其上设置的焊枪与每个暖气片的焊缝相对应，工装夹具旋转暖气片时，焊枪能够自由移动以跟踪焊缝完成焊接操作。另外，在本发明中，由于焊枪是可旋转地设置在两个平台上的，焊接过程中，焊枪头能够摆动任意角度并且以最合适的角度进行焊接，大大提高了焊接质量。本发明的机器人焊接中心，不仅能够进行批量化的暖气片焊接，而且焊接质量高，适合大规模工业化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的机器人焊接中心结构图；

图2是本发明另一实施例的机器人焊接中心结构图；

图3是暖气片焊缝示意图；

图4是本发明实施例暖气片与夹持头的配合图；

图5是图3中F部分放大图；

图6是本发明另一实施例的机器人焊接中心的整体结构图；

图7是本发明实施例的送丝装置结构图；

图8是本发明实施例的夹持头结构图；

图9是本发明实施例的焊枪结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例的机器人焊接中心结构图。图3是暖气片焊缝示意图。图4是本发明实施例暖气片与夹持头的配合图。图5是图3中F部分放大图。如图1、图3、图4以及图5所示，本发明实施例的机器人焊接中心，一般应用于暖气片焊接领域，用于焊接暖气片的片头31和散热管30之间的焊缝F。待焊接的暖气片3包括：水平设置的至少两根散热管30(当然，部分异型材的散热管也可以看作为一根)以及该散热管30的两端设置的片头31。本实施例的机器人焊接中心用于将片头31与散热管30焊接在一起，以形成单个暖气片3。在采用本实施例的技术方案进行焊接之前，片头31需与散热管30点焊在一起，以保证焊接时片头31与散热管30之间具有均匀稳定的焊缝F。焊缝F的形状为分布在三维空间的类“∞”形结构。

本发明实施例的机器人焊接中心包括：工装夹具1和焊接机械手2。工装夹具1用于固定暖气片3。焊接机械手2用于焊合暖气片3上的焊缝。

工装夹具1包括：两个相互平行的左立柱11和右立柱12，以及多组夹持头10。每组夹持头10为两个，用于固定暖气片3的两端。一般情况下，每个夹持头10均用于卡紧暖气片3的片头31。每组中的两个夹持头10分别设置在左立柱11和右立柱12上，这两个夹持头10可同步旋转，以使暖气片3沿自身长度方向的轴线旋转。左立柱11和右立柱12一般情况下与水平面垂直并且两个立柱相互平行。由于每组夹持头10固定着暖气片3的两端，因此每组中的两个夹持头10同步旋转时，必然促使暖气片3沿暖气片自身长度方向的轴线旋转。通常情况下，暖气片3旋转的轴线处于水平面上，并且每个暖气片3的旋转轴线均互相平行，这样更加有利于批量加工。当然，每组夹持头10所固定的暖气片3之间的距离可以不等，但一般优选为：相邻的两个暖气片3之间的距离都是相同的。如图2所示，采用三组夹持头时，每组中的两个夹持头的旋转轴线分别为a、b、c，且旋转轴线a、b、c相互平行，且相邻的两条旋转轴线之间的距离相等，即旋转轴线a和b之间的距离等于旋转轴线b和c之间的距离。

焊接机械手2包括：左平台21、右平台22，以及多组焊枪20。左平台21和右平台22均可沿互相垂直的X、Y、Z坐标轴(如图1中X、Y、Z箭头所示)自由移动。具体的，左平台21可以采用三个互相垂直的丝杠配合伺服电机进行位置的精确移动，从而使左平台21可以自由移动至任何位置。右平台22的具体设置及移动方式与左平台21相同。即，左平台21内设置有用于使所述左平台21上的所有焊枪同步转动的左丝杠；右平台22内设置有用于使所述右平台22上的所有焊枪同步转动的右丝杠。

具体的，左平台21和右平台22的结构相同。以左平台21的其中一种结构为例，左平台21包括：竖直移动支架211、前后移动支架212以及左右移动支架213。左右移动支架213沿Y轴相对支架4进行移动。前后移动支架212设置在左右移动支架213上，相对左右移动支架213沿X轴移动；竖直移动支架211设置在前后移动支架212上，相对前后移动支架212沿Z轴移动。当然，所有的焊枪20均是固定在竖直移动支架211上的。

以左平台为例，每个平台对应四台所述伺服电机。四台所述伺服电机中的三台用以使该平台自由移动，另一台用以使该平台上的焊枪20进行同步旋转。即，三台伺服电机用于分别控制竖直移动支架211、前后移动支架212以及左右移动支架213在X、Y、Z轴方向的移动，另一台伺服电机用于控制夹持头20相对竖直移动支架211的旋转动作。

每组焊枪20为两个，分别设置在左平台21和右平台22上。每组焊枪20分别与每组夹持头10相对应，且每个焊枪20沿自身轴线可旋转地安装在左平台21或右平台22上。由于焊枪20可旋转地安装在左平台21或右平台22上，所以焊枪20的自由端其角度可调。然焊枪20可以通过设置于左平台21的电机而被带动旋转，从而保证左平台21的所有焊枪20能够实现相同的动作。右平台22和右平台22的焊枪20也能实现与左平台21和左平台21的焊枪对称的动作。

本发明的机器人焊接中心在进行焊接作业时，每组暖气片3均沿自身的长度方向的轴线按照预定速率进行旋转。每组焊枪20通过两个平台的自由移动，使焊枪20对准待焊接的焊缝F。左平台21和右平台22自由移动以使每个焊枪20与焊缝F之间保持固定的距离(根据焊接工艺的不同，距离也有所不同，一般采用二氧化碳保护焊)，同时焊枪20相对其所在的平台旋转，从而使焊枪20的焊接端以不同的角度进行焊接；当然，每组焊枪20中的两个焊枪的运动是相对对称的，这样更有利于控制系统的简单化。

在上述实施例的基础上对焊枪进行进一步描述。如图9，本实施例的焊枪20包括枪体200和焊接头201，枪体200的一端连接有焊接头201，另一端可旋转地安装在左平台21或右平台22上。焊接头201的延长线与枪体200的延长线具有一定的夹角a，一般为30-90度，优选角度为45-75度。

在采用上述实施例的机器人焊接中心对暖气片3上的焊缝进行焊接时，为提高焊接质量，焊枪头201在对焊缝F的轨迹进行焊接时，焊枪头201可以左右轻微摆动，以形成如图5所示的“之”字形焊缝，这样不仅提高了焊接质量，而且也降低了焊接头201与焊缝的对齐精度，也降低了制造难度，节约了成本。

在上述实施例的基础上对机器人焊接中心进行进一步描述。如图2所示，本实施例的机器人焊接中心还包括：支架4；该支架4上设置有导轨40。左立柱11和右立柱12均通过导轨40在支架上4滑动，以相互远离或靠近。机器人焊接中心还可包括用于驱动所述左平台和/或所述右平台的多个伺服电机。具体的，支架4上设置有一台专用伺服电机，该专用伺服电机连接丝杠，以使左平台11或右平台12相互靠近或远离，从而可以调节每组夹持头10中两个夹持头之间的相对距离，从而使工装夹具1可以夹持固定多种不同型号规格的暖气片3。

在上述实施例的基础上，进一步的，本实施例的机器人焊接中心还包括：用于驱动每个平台进行自由移动、以及驱动每个夹持头10和焊枪20进行旋转的多个伺服电机，以及用于控制每个伺服电机的控制系统。每个伺服电机均与该控制系统电连接。在本实施例中，控制系统一般采用可编程控制器(PLC)或者微处理器，用于控制各个部件的运动速率和运动轨迹；同时，本实施例的控制系统还可与多种传感器互连，以根据这些传感器反馈的信息调整相应部件的运动情况。

具体的，本实施例中的伺服电机，均能够对自身的运动进行检测，并能够将检测到的实际运行信息反馈给控制系统，控制系统根据每个电机反馈到的信息，进一步调整和平衡每个电机的运动状态，从而使各个电机能够非常精准的满足焊接过程所需的精准运动。

进一步的，本发明实施例的机器人焊接中心还包括：用于控制每个焊枪20工作电流的焊接电源；其中，该焊接电源的数量与焊枪20的数量相同，且每个焊接电源均与控制系统电连接。焊接电源即焊机，用于给焊接过程中熔断焊丝提供电力，由于焊机在启动时会对供电系统很大的扰动，所以本实施例的机器人焊接中心在启动焊接电源时，按照预先设定顺序依次启动每一个焊接电源。

进一步的，导轨40上覆盖有伸缩式保护罩45，用于防治在进行焊接工艺时，滴落的焊渣阻塞所述导轨。伸缩式保护罩45一般采用耐高温的防火材料制成，如石棉或防火棉等。

在本发明的一个实施例中，更为优选的，支架4上还设置有可沿导轨滑动的机械底座(图中未标注和显示)，左立柱11和右立柱12分别固定在两个机械底座上。两个机械底座可相互靠近和远离，以使左立柱11和右立柱12之间的距离可调。另外，需要说明的是，本实施例中的左平台21和右平台21在Y轴(Y箭头所在轴)的移动也可以通过上述的机械底座来实现。具体实施方式为，左平台21和右平台22分别固定在两个机械底座上。在这种情况下，左平台21相对于左立柱11在Y轴方向固定设置，右平台22相对于右立柱12在Y轴方向固定设置，这样可以降低系统的复杂性，但是限制了左平台21和右平台22的工作自由度。即，左平台21和右平台22的远离和靠近，以及左立柱11和右立柱12远离和靠近，是同步的。

在上述实施例的基础上对焊机器人焊接中心进行进一步描述。如图6所示，本实施例的机器人焊接中心还包括：保护外壳5；保护外壳5为密闭的箱体，焊接机械手2和工装夹具1均设置于该箱体内。保护外壳5的一侧壁上设置有透明玻璃门50。该透明玻璃门50与工装夹具1相对应(也可以说，工装夹具1靠近透明玻璃门50设置)。当透明玻璃门50打开时，操作人员能够方便地将暖气片3固定在工装夹具1上。透明玻璃门50一般采用电机驱动，并设置有专用传感器且和整个机器人焊接中心的控制电路相关联。在焊接过程中，透明玻璃门50自动关闭，而在焊接开始前和结束后会自动打开，以方便在工装夹具1上安装和拆卸暖气片3。

进一步的，本实施例的箱体上方设置有净化风机，该净化风机包括排风机和烟气过滤器。该排风机的吸气端设置有烟气过滤器，以使焊接过程中产生的烟气经烟气过滤器过滤后排出室外；避免了焊接烟气对操作人员的健康损害。排出的烟气可连接专用的空气净化设备，以进一步去除有害物质，满足环保的需求。烟气过滤器一般采用亚高效过滤器。

进一步的，透明玻璃门50为电动门，其上设置防夹传感器；该防夹传感器与所述控制系统相连。由于透明玻璃门50采用电驱动的方式打开或关闭，在操作人员定位好暖气片后，透明玻璃门50自动关闭，以启动焊接流程；在焊接结束后，透明玻璃门自动打开，以方便操作人员取下暖气片并且装入下一批待焊接的暖气片。而且，整个焊接过程中产生的烟气不与操作人员直接接触而通过烟气过滤器排出，焊接过程中操作人员可以透过透明玻璃门观察到焊接的全过程，当焊接过程出现意外时，也能够及时停止焊接过程。当防夹传感器检测到异常时，也能够及时反馈给控制系统，以使透明玻璃门50迅速打开。防夹传感器一般采用光学传感器、距离传感器或压力传感器中任意一种以上的组合。

在上述实施例的基础上，进一步的，本实施例的工装夹具包括三组所述夹持头10。三组夹持头的设计，能够使工装夹具一次性的固定三组暖气片，固定完成后，使焊接机械手同时对三组暖气片3进行焊接。在设置三组夹持头时，操作工人可以迅速地在工装夹具上对三组暖气片进行安装或拆卸，并且三组夹持头的设计使整个设备的复杂度、刚度、工作效率之间达到了很好的平衡，因此不仅保证了工作效率，也方便了设备的制造。

具体的，如图8所示，每个夹持头10具有：用于卡合暖气片3的U型槽101，以及用于是夹持头10相对于左立柱11或右立柱12旋转的转轴102。U型槽101和转轴102分别位于夹持头10的两端，转轴102的旋转轴线垂直于左立柱或右立柱。U型槽101内设置有气动夹紧器103，气动夹紧器103用于将暖气片3的端部夹紧在U型槽101内。

在上述实施例的基础上，进一步的，如图2所示，本实施例的机器人焊接中心还包括送丝装置6。图7示出了放大的送丝装置6。送丝装置6包括送丝电机、丝盘支架60和多个送丝轮。送丝轮的数量与焊枪的数量相同，用于给每个焊枪输送焊丝。焊枪20为三组六个的情况下，送丝装置6为两套。多个送丝轮均可旋转地安装在丝盘支架上，丝盘支架与透明玻璃门位于工装夹具的两侧，且位于保护外壳内，保护外壳与丝盘支架相连的侧面上开设有检查口，以方便送丝轮的更换。

更为优选的，丝盘支架60的顶面和两个侧面上均设置有送丝轮，分别为第一送丝轮61、第二送丝轮62和第三送丝轮63，三个送丝轮通过轴固定在丝盘支架60上。由于优选采用三组焊枪20，左平台21或右平台22上均设置有三个焊枪20，丝盘支架60上的三个送丝轮通过同一个送丝电机给三个焊枪20送焊丝66。每个送丝电机带动三个抽丝器65，以达到同步送丝的目的。每个送丝电机均与控制系统电连接。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种机器人焊接中心，用于焊接暖气片上的焊缝，其特征在于，包括：用于固定所述暖气片的工装夹具；以及用于焊合所述焊缝的焊接机械手；

其中，所述工装夹具包括：两个相互平行的立柱，以及多组夹持头；其中，每组夹持头为两个，分别设置在两个所述立柱上，用于固定所述暖气片的两端；每组中的两个夹持头同步旋转，以使所述暖气片沿自身长度方向的轴线旋转；

其中，所述焊接机械手包括：可自由移动的两个平台，以及多组焊枪；其中，每组焊枪为两个，分别设置在两个所述平台上；每组焊枪分别与每组所述夹持头相对应，且每个焊枪沿自身轴线可旋转地安装在所述平台上；

所述机器人焊接中心还包括：用于驱动每个所述平台进行自由移动、所述夹持头和所述焊枪进行旋转的多个伺服电机，以及用于控制每个所述伺服电机的控制系统；

其中，每个所述伺服电机均与所述控制系统电连接；

所述机器人焊接中心还包括：用于控制每个所述焊枪工作电流的焊接电源；其中，所述焊接电源的数量与所述焊枪的数量相同，且每个所述焊接电源均与所述控制系统电连接；

所述机器人焊接中心还包括：用于给所述焊枪输送焊丝的送丝装置；

所述送丝装置包括：送丝支架、三个送丝轮以及送丝电机；其中，所述送丝支架的顶面和两个侧面上分别设置有一个所述送丝轮；所述送丝支架上还设置有三个抽丝器，所述送丝电机驱动所述三个抽丝器以使所述送丝轮对所述焊枪进行送丝；所述送丝电机与所述控制系统电连接；

所述机器人焊接中心还包括：支架；所述支架上设置有导轨，两个所述立柱均通过该导轨在所述支架上滑动，以相互靠近或远离；所述导轨上覆盖有伸缩式保护罩；

每个所述夹持头具有：用于卡合所述暖气片的U型槽，以及用于使所述夹持头旋转的转轴；所述U型槽和所述转轴分别位于所述夹持头的两端；所述U型槽内还设置有用于将所述暖气片的端部夹紧在所述U型槽内的气动夹紧器。

2.根据权利要求1所述的机器人焊接中心，其特征在于，每个所述平台对应四台所述伺服电机；其中，所述四台伺服电机中的三台用以使该平台自由移动， 另一台用以使该平台上的焊枪进行同步旋转。

3.根据权利要求1或2所述的机器人焊接中心，其特征在于，所述机器人焊接中心还包括：保护外壳；所述保护外壳为密闭的箱体，所述焊接机械手和所述工装夹具均设置于所述箱体内；所述箱体上设置有净化风机。

4.根据权利要求3所述的机器人焊接中心，其特征在于，所述保护外壳的一侧壁上设置有透明玻璃门；所述透明玻璃门为电动门，其上设置防夹传感器；所述防夹传感器与所述控制系统相连。