CN104191059A - 一种异型管件焊接设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异型管件焊接设备，包括工作台、高频感应加热单元、影像测量单元、机械定位夹紧单元、安装于机械定位夹紧单元后方的排风扇和控制箱，机械定位单元设置于工作台台面中部，PLC控制器安装于控制箱内。本发明适用于软焊料钎焊方法装配较小尺寸异型管件，采用影像测量定位，解决了定位基准不理想情况下无法获得较高装配精度的问题，同时可以便捷地补偿焊接加热过程及夹紧力导致的误差，提高焊接精度，并且能够有效避免装卸时零件薄壁处发生磕碰变形。
Description
技术领域
本发明属于焊接装备，具体涉及一种异型管件焊接设备。
背景技术
将异型管件通过焊接进行装配的加工工艺，可制造出形状和位置复杂的零部件，满足能源、汽车和电器等领域的特殊应用。对于密封性要求高，但是承载能力要求低的较小尺寸异型管件焊接组件，一般在专用焊接设备上通过软焊料钎焊方法进行加工。
焊接设备加热方式根据零件材料、尺寸及焊接要求等条件确定，如高频感应加热、激光加热、气体火焰加热等。高频感应加热相对其它方式具有清洁、安全等优点，特别适用于使用软焊料钎焊方式对较小尺寸零件的加工。
焊接装配加工所用装备多采用工装夹具定位方式保证焊接后零部件尺寸。但是，冷塑加工成型的异型管件难以具备理想的定位基准，仅依靠机械定位方式难以精确保证装配尺寸。此外，当装配薄壁零件时，若通过工装夹具严格保证定位精度，在装卸过程中极易因磕碰等原因导致零件变形。因而，改进定位方式对于保证加工精度有着显著的意义。影像测量是结合光学成像和图像处理的新兴技术，能够以非接触方式高效、精确地获取目标位置、尺寸和形状特征，在电子、机械等工业和科研领域正在得到愈加广泛的应用。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种异型管件焊接设备。
本发明的技术方案是：
一种异型管件焊接设备，包括工作台、高频感应加热单元、影像测量单元、机械定位夹紧单元、安装于机械定位夹紧单元后方的排风扇和控制箱机械定位夹紧单元设置于工作台台面中部，PLC控制器安装于控制箱内，所述高频感应加热单元包括安装于工作台下方的高频机、冷水机、导轨、焊接头、感应加热线圈和推动气缸，导轨安装在台面上焊接头安装于导轨上，安装于工作台台面上的推动气缸的活塞杆与焊接头连接；冷水机安装于工作台侧面；所述影像测量单元包括包括相机支架、照相机和光源，相机支架固定于台面上，照相机设置于相机支架上，相机支架和控制箱分别设置于台面两侧，光源安装于控制箱的靠近机械定位单元一侧的外壁上；所述机械定位夹紧单元包括常规管件定位块、异型管件定位块、夹紧气缸、夹紧气缸支架、夹紧块、压杆气缸和压杆；常规管件定位块安装于台面中部前侧，异型管件定位块纵向安装于常规管件定位块的后侧；夹紧气缸通过夹紧气缸支架安装于常规管件定位块上方，夹紧气缸的活塞杆连接夹紧块，夹紧块外形呈月牙形，且夹紧块的凹部朝向常规管件定位块；异型管件定位块截面呈凹字型，远离常规管件定位块的一端上顶面安装有压杆气缸，压杆气缸的活塞杆与压杆的中部连接块连接；压杆包括一端均形成有安装孔的两块侧板，两个侧板分别位于异型管件定位块的两侧，并通过安装孔和螺栓与异型管件定位块安装有压杆气缸的一端连接；两个侧板中部之间设置有中部连接块，两个侧板的另一端之间设置有端部连接块；常规管件定位块前方设置有通过齿轮传动机构和丝杠实现异型管件定位块位置移动的调整旋钮、夹紧气缸开关和压紧气缸开关。
所述高频机、焊接头、常规管件定位块和异型管件定位块均内置回路与水冷机连接。
所述常规管件定位块上顶面形成与常规管件外形相匹配的凹槽。
所述的齿轮传动机构包括通过皮带连接的小皮带轮和大皮带轮，所述调整旋钮通过齿轮传动机构与安装于台面下方的丝杠传动，小皮带轮一侧与调整旋钮连接，另一侧与驱动电机连接，丝杠与大皮带轮连接，异型管件定位块与丝杠上的螺母固定连接。
所述夹紧气缸开关与夹紧气缸形成闭合回路，压紧气缸开关和压紧气缸之间形成闭合回路。
本发明的有益效果是：
本发明采用影像测量方式可以在异型管件定位基准不理想情况下实现精确定位；通过优化工装夹具结构，保证影像测量系统能够获取所需图像，同时，在零件薄壁处保留足够操作空间，有效避免装卸过程中发生磕碰变形；采用高频感应加热方式具有能源供给方便、安全、现场环境友好等优点；基于PLC的控制系统可以便捷、可靠地实现对影像测量系统、显示屏、气缸以及电机等元器件的控制和集成；循环水冷可以减少加热过程中工装温升导致装配误差；通过排风装置可以使焊接过程中焊料所产生烟尘进入车间排风管道，保证作业环境清洁、健康。
附图说明
图1是本发明一种异型管件焊接设备的结构示意图；
图2是本发明中机械定位夹紧单元的结构示意图；
图3是本发明中压杆的结构示意图
图4是本发明中调整旋钮传动结构示意图；
图5是本发明影像测量实现定位原理示意图。
其中：
1 工作台 2 台面
3 控制箱 4 PLC控制器
5 高频机 6 冷水机
7 导轨 8 焊接头
9 感应加热线圈 10 推动气缸
11 相机支架 12 照相机
13 光源 14 常规管件定位块
15 异型管件定位块 16 夹紧气缸
17 夹紧气缸支架 18 夹紧块
19 压杆气缸 20 压杆
21 中部连接块 22 侧板
23 安装孔 24 端部连接块
25 常规管件 26 异型管件
27 凹槽 28 调整旋钮
29 夹紧气缸开关 30 压紧气缸开关
31 齿轮传动机构 32 丝杠
33 螺母 34 驱动电机
35 排风扇 36 小皮带轮
37 大皮带轮 38 皮带。
具体实施方式
下面结合说明书附图及实施例对本发明一种异型管件焊接设备进行详细说明：
如图1所示，一种异型管件焊接设备，包括工作台1、高频感应加热单元、影像测量单元、机械定位夹紧单元、安装于机械定位夹紧单元后方的排风扇35和控制箱3，机械定位夹紧单元设置于工作台1的台面2中部，PLC控制器4安装于控制箱3内；
所述高频感应加热单元包括安装于工作台1下方的高频机5、冷水机6、导轨7、焊接头8、感应加热线圈9和推动气缸10，其中，导轨7安装在台面2上，焊接头8安装于导轨7上，安装于工作台1的台面2上的推动气缸10的活塞杆与焊接头8连接；冷水机6安装于工作台1侧面；
PLC控制器4控制电磁阀实现推动气缸10的活塞杆11往复运动；焊接头8上的感应加热线圈9根据焊接零件结构确定，保证加热均匀快速且对零件无损；
所述影像测量单元包括相机支架11、照相机12和光源13，相机支架11固定于台面2上，照相机12设置于相机支架11上，相机支架11和控制箱3分别设置于台面2两侧，光源13安装于控制箱3的靠近机械定位单元一侧的外壁上；
照相机12和光源13分别安装在待焊接工件两侧，照相机12实现工件位置图像捕获，安装于控制箱8内的PLC控制器4对照相机12捕获图像进行分析、测量及通讯等。
如图2、3所示，所述机械定位夹紧单元包括常规管件定位块14、异型管件定位块15、夹紧气缸16、夹紧气缸支架17、夹紧块18、压杆气缸19和压杆20。
常规管件定位块14安装于台面2中部前侧，异型管件定位块15纵向安装于常规管件定位块14的后侧，异型管件定位块15和常规管件定位块14的相对安装位置根据异型管件26和常规管件25的具体尺寸确定，以满足定位要求；
夹紧气缸16通过夹紧气缸支架17安装于常规管件定位块14上方，夹紧气缸16的活塞杆连接夹紧块18，夹紧块18外形呈月牙形，且夹紧块18的凹部朝向常规管件定位块14；
异型管件定位块15截面呈凹字型，远离常规管件定位块14的一端上顶面安装有压杆气缸19，压杆气缸19的活塞杆与压杆20的中部连接块21连接；
压杆20包括一端均形成有安装孔23的两块侧板22，两个侧板22分别位于异型管件定位块15的两侧，并通过安装孔23和螺栓与异型管件定位块15安装有压杆气缸19的一端连接；从而避免与异型管件26发生干涉，两个侧板中部之间设置有中部连接块21，两个侧板22的另一端之间设置有端部连接块24；
压杆气缸19的活塞杆往复运动时，可使压杆20以安装孔23中心为轴线旋转。压杆20在旋转过程中，可通过端部连接块24实现对异型管件26的压紧。
常规管件25和异型管件26是被焊接在一起的被焊接件，本实施例将常规管件25设定为规则柱状管件，异型管件26设定为折线形状。
常规管件定位块14前方依次设置有通过齿轮传动机构31和丝杠32实现异型管件定位块15位置移动的调整旋钮28、夹紧气缸开关29和压紧气缸开关30。
所述高频机5、焊接头8、常规管件定位块14和异型管件定位块15均内置回路与水冷机6连接，减少工装在焊接加热时温度升高导致的热变形，提高焊接精度。
所述常规管件定位块14上顶面形成与常规管件25外形相匹配的凹槽27。常规管件25通过常规管件定位块14实现定位。
如图4所示，所述的齿轮传动机构31包括通过皮带38连接的小皮带轮36和大皮带轮37，所述调整旋钮28通过齿轮传动机构31与安装于台面2下方的丝杠32传动，小皮带轮36一侧与调整旋钮28连接，另一侧与驱动电机34连接，丝杠32与大皮带轮37连接，异型管件定位块15与丝杠32上的螺母33固定连接。
异型管件定位块15的位置可通过驱动电机34调整，也可以通过拧动调整旋钮28调整，进而实现异型管件26的位置，使其定位到焊接尺寸所需位置。异型管件定位块15位置调整机构采用丝杠传动方式实现，驱动电机34驱动旋转或调整旋钮15在旋转时，通过齿轮传动机构31带动丝杠32旋转，使丝杠32上的螺母33上下移动，由于异型管件定位块15与丝杠32上的螺母33固定连接，从而实现其垂直位置调整。
所述夹紧气缸开关29与夹紧气缸16形成闭合回路，压紧气缸开关30和压紧气缸19之间形成闭合回路。
如图5所示，通过影像测量实现定位的原理，本实施例将常规管件25设定为规则柱状管件，异型管件26设定为折线形状。常规管件25上有装配孔，异型管件26在异型管件定位块15的作用下可沿装配孔移动调整位置。设异型管件26上最外端上一点为特征点A，常规管件25管中心为特征点C，则两者之间相对位置关系可以通过距离|AC|和角度γ确定。因而，在影像测量系统中编制测量程序获取点A和点C的坐标，以及线段AB的角度，则可以计算得出距离|AC|和角度γ。根据测量结果，调整两个工件的位置使其定位至焊接后可获取满足尺寸要求的位置，然后进行加工，可提高减少定位不准带来的装配误差。影像测量系统可根据工件大小，采取单摄像头成像或双摄像头成像的方法，保证测量及定位精度。
影像测量系统采用背光源，使成像和测量稳定。测量结果传递给PLC控制器，并在显示屏上显示，实现在线检测。
本发明进行的焊接过程为：
（ⅰ）首先在异型管件26焊接端均匀涂抹软钎料，并将该端插入常规管件25上装配孔（未图示）内；
（ⅱ）将常规管件25放置在常规管件定位块14上的凹槽27内，并调整位置使异型管件26在异型管件定位块15上初步定位；
（ⅲ）打开压紧气缸开关30和夹紧气缸开关29，使压杆20上的端部连接块24和夹紧块18分别压紧异型管件26和常规管件25；
（ⅳ）开启影像测量单元，旋转调整按钮28，观察影像测量结果使异型管件26定位至所需位置。若位置调整过程不理想，关闭压紧气缸开关30和夹紧气缸开关29，使压杆20上的端部连接块24和夹紧块18松开，重复ⅰ~ⅳ步，直至满足定位要求；
（ⅴ）移动焊接头8至待焊接部位，开启高频机5，溶化钎料后进行焊接，焊接完成后，关闭高频机5，停止高频加热，焊接头8回到初始位置；
（ⅵ）关闭压紧气缸开关30和夹紧气缸开关29，使压杆20上的端部连接块24和夹紧块18松开，取下焊接完成工件（异型管件26和常规管件25焊接组合后），放入冷却液中。
在此过程中，影像测量系统可以将定位时测量数据上传至工艺信息采集系统，实现过程监控。采用影像测量定位，可以便捷地补偿焊接加热过程及夹紧力导致的误差，提高焊接精度。
Claims (5)
1.一种异型管件焊接设备，包括工作台（1）、高频感应加热单元、影像测量单元、机械定位夹紧单元、安装于机械定位夹紧单元后方的排风扇（35）和控制箱（3），机械定位夹紧单元设置于工作台（1）台面（2）中部，PLC控制器（4）安装于控制箱（3）内，其特征在于：所述高频感应加热单元包括安装于工作台（1）下方的高频机（5）、冷水机（6）、导轨（7）、焊接头（8）、感应加热线圈（9）和推动气缸（10），导轨（7）安装在台面（2）上焊接头（8）安装于导轨（7）上，安装于工作台（1）台面（2）上的推动气缸（10）的活塞杆与焊接头（8）连接；冷水机（6）安装于工作台（1）侧面；所述影像测量单元包括包括相机支架（11）、照相机（12）和光源（13），相机支架（11）固定于台面（2）上，照相机（12）设置于相机支架（11）上，相机支架（11）和控制箱（3）分别设置于台面（2）两侧，光源（13）安装于控制箱（3）的靠近机械定位单元一侧的外壁上；所述机械定位夹紧单元包括常规管件定位块（14）、异型管件定位块（15）、夹紧气缸（16）、夹紧气缸支架（17）、夹紧块（18）、压杆气缸（19）和压杆（20）；常规管件定位块（14）安装于台面（2）中部前侧，异型管件定位块（15）纵向安装于常规管件定位块（14）的后侧；夹紧气缸（16）通过夹紧气缸支架（17）安装于常规管件定位块（14）上方，夹紧气缸（16）的活塞杆连接夹紧块（18），夹紧块（18）外形呈月牙形，且夹紧块（18）的凹部朝向常规管件定位块（14）；异型管件定位块（15）截面呈凹字型，远离常规管件定位块（14）的一端上顶面安装有压杆气缸（19），压杆气缸（19）的活塞杆与压杆（20）的中部连接块（21）连接；压杆（20）包括一端均形成有安装孔（23）的两块侧板（22），两个侧板（22）分别位于异型管件定位块（15）的两侧，并通过安装孔（23）和螺栓与异型管件定位块（15）安装有压杆气缸（19）的一端连接；两个侧板中部之间设置有中部连接块（21），两个侧板（22）的另一端之间设置有端部连接块（24）； 常规管件定位块（14）前方设置有通过齿轮传动机构（31）和丝杠（32）实现异型管件定位块（15）位置移动的调整旋钮（28）、夹紧气缸开关（29）和压紧气缸开关（30）。
2.根据权利要求1所述的一种异型管件焊接设备，其特征在于：所述高频机（5）、焊接头（8）、常规管件定位块（14）和异型管件定位块（15）均内置回路与水冷机（6）连接。
3.根据权利要求1所述的一种异型管件焊接设备，其特征在于：所述常规管件定位块（14）上顶面形成与常规管件（25）外形相匹配的凹槽（27）。
4.根据权利要求1所述的一种异型管件焊接设备，其特征在于：所述的齿轮传动机构（31）包括通过皮带（38）连接的小皮带轮（36）和大皮带轮（37），所述调整旋钮（28）通过齿轮传动机构（31）与安装于台面（2）下方的丝杠（32）传动，小皮带轮（36）一侧与调整旋钮（28）连接，另一侧与驱动电机（34）连接，丝杠（32）与大皮带轮（37）连接，异型管件定位块（15）与丝杠（32）上的螺母（33）固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种异型管件焊接设备，其特征在于：所述夹紧气缸开关（29）与夹紧气缸（16）形成闭合回路，压紧气缸开关（30）和压紧气缸（19）之间形成闭合回路。
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