CN105935840B - 汽车b柱内饰自动切割与焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明汽车B柱内饰自动切割与焊接装置，是一种柔性的、融自动切割与自动焊接于一体的设备，由供布系统、供料系统、转运机器人、激光切割系统、超声波焊接系统和控制系统所构成，且各部分是相对独立的各个系统装置；本发明的自动切割与焊接装置采用机械定位夹紧装置，定位精准，激光切割与超声波焊接工序的一致性高，装配精度高，设备操作的灵活性好，能使汽车内饰工件一次成型，因而产品质量的稳定性能够得到保证；生产效率明显提高，不仅降低了劳动成本，而且改善了工作环境，生产过程更安全，实现了汽车内饰部件的自动化生产，能在汽车内饰部件制造企业推广应用，进而提高汽车工业生产的质量和效益。

Description

汽车B柱内饰自动切割与焊接装置

技术领域

本发明涉及加工设备的设计与制造技术领域，涉及对汽车内饰部件进行自动切割与焊接的机械设备，具体地说，是一种汽车B柱内饰自动切割与焊接装置。

背景技术

汽车内饰涉及许多部件或者工件，它们主要是由工程塑胶件加面层贴布形成的，例如保险带处遮盖板部件（见图13和14）。目前，所述汽车B柱内饰工程塑料件与面层贴布之间的多余布料的切割与焊接都是通过人力手工来完成的。在所述汽车B柱内饰的切割过程中，工人们手持汽车B柱内饰工件通过固定模具进行粗定位，然后利用激光切割机将工件周边或者孔内多余的布料切除；在所述汽车内饰的焊接过程中，工人们手持超声波焊接枪，将固定在模具内工程塑料件上的布料与工程塑胶件进行焊接。由于汽车B柱内饰制造的关键步骤——切割与焊接是由人力手工完成的，不仅生产效率低，而且产品的一致性难以保证，使产品的稳定性和质量无法得到保证。此外，人工成本较高，工作效率不可控，因此，汽车内饰的制造方式对汽车制造业形成一定的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种汽车B柱内饰自动切割与焊接装置，它是一种柔性的、融自动切割与自动焊接于一体的设备；整个装置由供布系统、供料系统、机器人、激光切割系统和超声波焊接系统构成，能自动完成汽车B柱内饰工件的切割与焊接；装配精度高，设备操作的灵活性好，能使汽车内饰工件一次成型，不仅产品的一致性好、质量稳定，而且能改善工人工作环境，提高生产效率，有利于在汽车内饰部件制造企业推广应用。

为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案。

一种汽车B柱内饰自动切割与焊接装置，含有由机器人安装底座与六轴机械手构成的转运机器人、成品输送带和余料输送带，其特征在于，还包括供布系统、供料系统、激光切割系统、超声波焊接系统和控制系统，所述供布系统、供料系统、转运机器人、激光切割系统、超声波焊接系统和控制系统是相对独立的各个系统装置；

所述供布系统含有框形结构的第一安装机架以及供布面板、步进电机、第一直线导轨和第一齿轮齿条机构：所述第一直线导轨由两条导轨与四个滑块套合组成设置在第一安装机架的上方；所述第一齿轮齿条机构由一条齿条与一个齿轮啮合组成设置在所述第一直线导轨的中间；供布面板通过螺接设置在第一直线导轨的滑块上，在所述供布面板的一端设置步进电机，在所述步进电机的输出轴上设有第一齿轮齿条机构的齿轮；

所述供料系统含有第二安装机架、夹具收纳柜和快换定位夹具：其中，第二安装机架为一个由方管焊接而成的中空箱形结构，在所述第二安装机架的上方设置夹具收纳柜，在所述第二安装机架的顶部设置快换定位夹具；

所述转运机器人含有机器人安装底座、六轴机械手及末端执行机构：其中，机器人安装底座设置在所述供料系统与所述激光切割系统之间的位置，六轴机械手设置在所述机器人安装底座上，在所述六轴机械手的前端设置一个末端执行机构；所述末端执行机构含有第一安装支架、定位机构、抖布机构和真空吸盘机构：第一安装支架为一个U型框架结构通过螺接方式设置在所述六轴机械手的前端，在第一安装支架的两端各设置一个定位机构，在第一安装支架的内侧设置抖布机构，在第一安装支架的上部设置若干个第一真空吸盘；所述定位机构、抖布机构和第一真空吸盘都通过螺接方式设置在所述第一安装支架上；所述抖布机构含有第二安装支架、伸缩气缸和第一手爪：第二安装支架为由一个U型悬臂框架与一块安装小板连接构成的组件；伸缩气缸采用耳环一体型的方式设置在所述第二安装支架上，所述伸缩气缸前端的活塞杆链接在所述第一手爪上，第一手爪的中部通过连接销设置在所述第二安装支架上，当伸缩气缸工作时，其活塞杆进行伸缩，使第一手抓围绕中部的连接销往复转动；

所述激光切割系统包含第三安装机架、第一控制系统和激光枪头：其中，第三安装机架为框架支撑结构；第一控制系统设置在所述第三安装机架的内部，在所述第三安装机架的上端设置激光枪头，由所述激光枪头对安装在机器人前端末端执行机构上的待加工工件进行切割；

所述超声波焊接系统含有第四安装机架、加工工件夹装机构、传动机构、焊接机构、下料机构、成品输送带、第二控制系统、余料输送带和余料收集箱：其中，第四安装机架是传动机构的框架支撑结构，传动机构为一个平台结构，在该平台结构上设有第一单轴机器人和两条第二直线导轨；在所述第一单轴机器人和第二直线导轨的上方设置一块主安装板，在所述主安装板上设置加工工件夹装机构；在所述传动机构的中间设置焊接机构；在所述传动机构后端的两边各设置一个下料机构，在所述传动机构后端下方的箱体内设置第二控制系统；在所述传动机构的后面设置一个成品输送带；在所述传动机构前端的下方设置余料输送带并在所述余料输送带的前面放置一个余料收集箱；

所述加工工件夹装机构含有主安装板及两套工件工装夹具；每套工件工装夹具含有副安装板、浮动安装板、顶升气缸以及若干个推进气缸、压爪气缸、第二手爪、定位块、弹簧和直线轴承；其中，两套工件工装夹具的两块副安装板对称地安装在主安装板的两边，在所述副安装板的上方设置浮动安装板；在所述浮动安装板的前端设置顶升气缸、推进气缸及两个压爪气缸：所述顶升气缸竖直安装在浮动安装板上，能使两组第二手爪的前一组实现Z轴运动；所述推进气缸水平安装在浮动安装板上，能使两组第二手爪的前一组实现X轴运动；所述压爪气缸水平安装在浮动安装板上，能使两组第二手爪的前一组实现Y轴运动；在所述浮动安装板的后端设置第二手爪后一组、若干定位块及两个压爪气缸：所述第二手爪后一组围绕待加工工件的中孔分布、竖直安装在浮动安装板上；所述定位块通过螺接方式设置在浮动安装板上；所述第二手爪含有第三安装支架、限位块、手指及第二弹簧：第三安装支架通过螺接方式竖直安装在推进气缸与压爪气缸上，限位块为安装在第三安装支架上的N型框架结构，手指通过连接销设置在第三安装支架上，在限位块的框架结构中设有第二弹簧；所述压爪气缸、第二手爪及定位块能将待加工工件精确定位及夹紧便于后续焊接；

所述焊接系统含有龙门架、第二齿轮齿条机构、第三直线导轨及两套焊接机构：其中，N型框架结构的龙门架通过螺接方式安装在传动机构台面的中间；第二齿轮齿条机构的齿条通过螺钉侧向安装在龙门架上端的竖直面上，第二齿轮齿条机构的齿轮通过连接键设置在焊接机构上；第三直线导轨含有两根导轨及若干滑块，所述两根导轨侧向安装在龙门架上且分布在所述第二齿轮齿条机构导轨的上下两侧，所述若干滑块分为两组分别设置焊接机构；

所述下料机构设置有两套，每套各含有悬臂安装架、横移无杆气缸、气缸安装座、放料气缸、吸盘安装座和第二真空吸盘：其中，悬臂安装架为由矩形方管焊接而成的呈倒“L”型的框架结构，横移无杆气缸通过螺接方式侧向安装在悬臂安装架上端的竖直面上，能使第二真空吸盘实现X轴移动；气缸安装座为由碳钢板焊接而成的L型结构，放料气缸通过螺接方式竖直倒置安装在所述气缸安装座的水平板上，能使第二真空吸盘实现Z轴移动；吸盘安装座安装在放料气缸活塞杆的末端，第二真空吸盘安装在所述吸盘安装座的下端，且左右及前后对称设置四个。

进一步，所述快换定位夹具由快换安装面板、尼龙定位组件及把手构成：所述尼龙定位组件是与待加工工件产品外型的弧度相匹配加工而成的并通过螺接方式设置在快换安装面板上，所述快换安装面板的左右两端各设置一个把手。

进一步，所述第一单轴机器人设置在所述传动机构的正中间，所述第二直线导轨含两根导轨及四个滑块，设置在所述第一单轴机器人的两侧。

进一步，所述工件工装夹具含有一块副安装板、一个顶升气缸、两个推进气缸、浮动安装板、四个压爪气缸、两组第二手爪、四个定位块、四个弹簧及四个直线轴承。

进一步，所述副安装板与所述浮动安装板之间通过四个直线轴承连接。

进一步，所述定位块是与待加工工件外型弧度相匹配的尼龙结构件。

进一步，所述加工工件夹装机构的副安装板与浮动安装板通过四个直线轴承连接，在所述直线轴承上套接有弹簧，使所述副安装板与浮动安装板之间形成软连接。

进一步，所述焊接机构含有第一安装板、横移伺服电机、第二单轴机器人、第二安装板、旋转伺服电机及焊接枪头：其中，第一安装板通过螺钉安装在第三直线导轨的滑块上，横移伺服电机设置在第一安装板上，其输出轴穿过第一安装板通过连接键设置第二齿轮齿条机构的齿轮，第二单轴机器人通过螺钉竖直安装在第一安装板上，能使焊接枪头实现Z轴移动；第二安装板安装在第二单轴机器人的下端，旋转伺服电机通过螺钉水平安装在第二安装板上，其输出轴穿过第二安装板与焊接枪头连接，能使焊接枪头实现X轴旋转。

本发明汽车B柱内饰自动切割与焊接装置的积极效果是：

（1）提供了一种汽车内饰的自动切割与焊接装置，这是一种柔性的、融自动切割与自动焊接于一体的设备，由供布系统、供料系统、机器人、激光切割系统和超声波焊接系统实现了汽车内饰部件的自动化生产。

（2）采用机械定位夹紧装置，定位精准，激光切割与超声波焊接工序的一致性高，装配精度高，设备操作的灵活性好，能使汽车内饰工件一次成型，因而产品质量的稳定性能够得到保证；生产效率明显提高，不仅降低了劳动成本，而且改善了工作环境，生产过程更安全。

（3）能在汽车内饰部件制造企业推广应用，能提高汽车工业生产的质量和效益。

附图说明

图1是本发明汽车B柱内饰自动切割与焊接装置的结构示意图。

图2为供布系统的结构示意图。

图3为供料系统的结构示意图。

图4为转运机器人的结构示意图。

图5为末端执行机构的结构示意图。

图6为抖布机构的结构示意图。

图7为激光切割系统的结构示意图。

图8为超声波焊接系统的结构示意图。

图9为加工工件装夹机构的结构示意图。

图10为传动机构的结构示意图。

图11为焊接系统的结构示意图。

图12为下料机构的结构示意图。

图13为B柱内饰正面示意图。

图14为B柱内饰反面示意图。

图15为快换定位夹具的结构示意图。

图16为第二手爪的结构示意图。

图17为焊接机构的结构示意图。

图中的标号分别为：

1、供布系统； 2、供料系统；

3、转运机器人； 4、激光切割系统；

5、超声波焊接系统； 6、第一安装机架；

7、供布面板； 8、步进电机；

9、第一直线导轨； 10、第一齿轮齿条机构；

11、第二安装机架； 12、夹具收纳柜；

13、快换定位夹具； 14、待加工工件；

15、机器人安装底座； 16、六轴机械手；

17、末端执行机构； 18、第一安装支架；

19、定位机构； 20、抖布机构；

21、第一真空吸盘； 22、第二安装支架；

23、伸缩气缸； 24、第一手爪；

25、第三安装机架； 26、第一控制系统；

27、激光枪头； 28、第四安装机架；

29、加工工件夹装机构； 30、传动机构；

31、焊接系统； 32、下料机构；

33、成品输送带； 34、第二控制系统；

35、余料输送带； 36、余料收集箱；

37、主安装板； 38、副安装板；

39、顶升气缸； 40、推进气缸；

41、压爪气缸； 42、第二手爪；

43、定位块； 44、弹簧；

45、第一单轴机器人； 46、第二直线导轨；

47、龙门架； 48、第二齿轮齿条机构；

49、第三直线导轨； 50、横移伺服电机；

51、第二单轴机器人； 52、旋转伺服电机；

53、焊接枪头； 54、悬臂安装架；

55、横移无杆气缸； 56、气缸安装座；

57、放料气缸； 58、吸盘安装座；

59、第二真空吸盘； 60、快换安装面板；

61、尼龙定位组件； 62、把手；

63、浮动安装板； 64、直线轴承；

65、第三安装支架； 66、限位块；

67、手指； 68、第二弹簧；

69、焊接机构； 70、第一安装板；

71、第二安装板。

具体实施方式

以下结合附图介绍本发明汽车B柱内饰自动切割与焊接装置的具体实施方式。但是需要指出的是，本发明的实施不限于以下的实施方式。

参见图1。一种汽车B柱内饰自动切割与焊接装置，含有供布系统1、供料系统2、转运机器人3、激光切割系统4、超声波焊接系统5和控制系统，所述供布系统1、供料系统2、转运机器人3、激光切割系统4、超声波焊接系统5和控制系统是为相对独立的各个系统装置，按彼此的设置位置和连接关系构成本发明的自动切割与焊接装置。

以下按各个系统装置一一解释。本发明在实施中所涉及的部件如有市场成熟产品的，原则上采用现有的外购设备，例如：六轴机械手16、真空吸盘、各种气缸、激光切割机、各种伺服电机、单轴机器人、输送带等。

（续见图2）所述供布系统1含有第一安装机架6以及供布面板7、步进电机8、第一直线导轨9和第一齿轮齿条机构10。所述第一安装机架6采用金属结构的框形结构支架，在支架下面设置支撑脚。在支架的上方设置供布面板7、步进电机8、第一直线导轨9和第一齿轮齿条机构10：所述第一直线导轨9由两条导轨与四个滑块套合组成，设置在第一安装机架6的上方；所述第一齿轮齿条机构10由一条齿条与一个齿轮啮合组成，设置在第一直线导轨9的中间；所述供布面板7通过螺钉连接在第一直线导轨9的滑块上，在供布面板7的一端通过螺钉设置步进电机8，在所述步进电机8的输出轴上设置第一齿轮齿条机构10的齿轮。操作时，可由人工将汽车B柱内饰布料挂在所述供布面板7上，由步进电机8驱动齿轮及与齿轮啮合的第一齿轮齿条机构10做圆周运动，带动供布面板7在第一直线导轨9上移动。

（续见图3）所述供料系统2含有第二安装机架11、夹具收纳柜12和快换定位夹具13。所述第二安装机架11为一个由方管焊接而成的中空箱形结构；在所述第二安装机架11的上方设置由铝质型材通过螺钉连接组成的夹具收纳柜12（所述夹具收纳柜12形成的箱形内腔可用于存放针对不同产品所用的快换定位夹具13）；在所述第二安装机架12的顶部通过螺钉安装快换定位夹具13（所述快换定位夹具13内可放置待加工工件14）。

所述快换定位夹具13可采用含有主办与副板的结构，所述主办与副板通过螺钉连接，在所述副板上带有把手以方便拆卸时提取。可根据待加工工件14不同的外型专门设计单独的定位夹具，以便对不同的加工工件进行快速拆卸换型安装。本实施例中，所述快换定位夹具13由快换安装面板60、尼龙定位组件61及把手62构成：所述尼龙定位组件61是与待加工工件14外型的弧度相匹配加工而成的并通过螺接设置在所述快换安装面板60上，所述快换安装面板60的左右两端各设置一个把手62，以便人工更换针对不同产品设置的快换定位夹具13（参见图15）。

（续见图4）所述转运机器人3含有机器人安装底座15、六轴机械手16及末端执行机构17。这里的机器人安装底座15、六轴机械手16、第一真空吸盘21采用现有的外购设备。将所述机器人安装底座15设置在所述供料系统2与所述激光切割系统4地位置之间，将所述六轴机械手16通过螺接安装在机器人安装底座15上，在六轴机械手16的前端设置一个末端执行机构17（续见图5）。所述末端执行机构17含有第一安装支架18、定位机构19、抖布机构20和真空吸盘机构21：所述第一安装支架18为一个“U”型框架结构，通过螺接设置在所述六轴机械手16前端；在所述第一安装支架18的两端各设置一个定位机构19，所述定位机构19是与待加工工件14外型的弧度相匹配的、能对待加工工件14进行精确定位的组件（有点类似前面所说的尼龙定位组件61）；在所述第一安装支架18的内侧设置抖布机构20，在所述第一安装支架18的上部设置四个第一真空吸盘21；所述定位机构19、抖布机构20和第一真空吸盘21都通过螺接方式安装在第一安装支架18上。

所述抖布机构20（续见图6）含有第二安装支架22、伸缩气缸23和第一手爪24。所述第二安装支架22为由一个U型悬臂框架及一个安装小板通过螺接构成的组件；所述伸缩气缸23采用耳环一体型的方式通过螺接与所述第二安装支架22相连接：伸缩气缸23前端的活塞杆通过螺接连接在所述第一手爪24上，第一手爪24的中部通过连接销设置在第二安装支架22上。当伸缩气缸23工作时活塞杆进行伸缩，第一手抓24围绕中部的连接销往复转动。

所述激光切割系统4（续见图7）包含第三安装机架25、第一控制系统26和激光枪头27。这里的激光切割系统4采用现有的外购设备。第三安装机架25采用金属框架支撑结构；将第一控制系统26设置在所述第三安装机架25的内部，在所述第三安装机架25的上端设置激光枪头27；由所述激光枪头27对安装在机器人3前端末端执行机构17上的待加工工件14进行切割。

所述超声波焊接系统5（续见图8）含有第四安装机架28、加工工件夹装机构29、传动机构30、焊接机构31、下料机构32、成品输送带33、第二控制系统34、余料输送带35和余料收集箱36。这里涉及的成品输送带33和余料输送带35采用现有的外购设备。所述传动机构30为一个平台结构，第四安装机架28是所述传动机构30的框架形式的支撑结构。在传动机构30的台面上设置一个第一单轴机器人45和两条第二直线导轨46：所述第一单轴机器人45设置在所述传动机构30的正中间，所述第二直线导轨46含两根导轨及四个滑块，设置在所述第一单轴机器人45的两侧；在所述第一单轴机器人45和第二直线导轨46的上方通过螺接的方式设置一块主安装板37，在所述主安装板37上设置加工工件夹装机构29。这里涉及的第一单轴机器人45采用现有的外购设备（参见图10）。

（续见图8）在所述传动机构30台面的中间设置焊接机构31；在所述传动机构30台面后端的两边各设置一套下料机构32，在所述传动机构30后端下方的箱体内设置第二控制系统34；在所述传动机构30的后面（以拼接形式）放置一个成品输送带33；在所述传动机构30前端的下方设置余料输送带35并在所述余料输送带35的前面放置一个余料收集箱36。

所述加工工件夹装机构29（续见图9）含有主安装板37及两套工件工装夹具；每套工件工装夹具含有一块副安装板38、一个顶升气缸39、两个推进气缸40、四个压爪气缸41、两组第二手爪42、四个定位块43、四个弹簧44、浮动安装板63及四个直线轴承64。两套工件工装夹具的两块副安装板38对称地安装在所述主安装板37的两边，形成两套加工工件装夹装置。为防止六轴机械手16放料进入定位块43时硬碰硬，在加工工件夹装机构29中的副安装板38的上方设置浮动安装板63，所述副安装板38与所述浮动安装板63之间通过四个直线轴承64和四个弹簧44连接从而起到缓冲作用。将所述第二手爪42的末端设计为圆弧边，并在第二手爪42内设置弹簧，使第二手爪42即可向内紧压余边布料不至于待加工工件14的边缘隆起影响美观，也不至于压伤布料与塑胶件。在所述浮动安装板63的前端设置顶升气缸39、推进气缸40及两个压爪气缸41：所述顶升气缸39竖直安装在浮动安装板63上，能使两组第二手爪42的前一组实现Z轴运动；所述推进气缸40水平安装在浮动安装板63上，能使两组第二手爪42的前一组实现X轴运动，所述压爪气缸41水平安装在浮动安装板63上，能使两组第二手爪42的前一组实现Y轴运动。在所述浮动安装板63的后端设置第二手爪42后一组、四个定位块43及两个压爪气缸41：所述第二手爪42后一组围绕在加工工件的中孔分布、竖直安装在浮动安装板63上，所述定位块43是与在加工工件外型弧度相匹配加工而成的尼龙结构件，通过螺钉设置在浮动安装板63上。所述第二手爪42含有第三安装支架65、限位块66、手指67及第二弹簧68：所述第三安装支架65通过螺接竖直安装在推进气缸40与压爪气缸41上，所述限位块66为安装在第三安装支架65上的N型框架结构，所述手指67通过连接销设置在第三安装支架65的顶端，在限位块66的N型框架结构内设有第二弹簧68（参见图16）。所述压爪气缸41、第二手爪42及定位块43能将待加工工件14精确定位及夹紧，以便后续进行焊接。

所述焊接系统31（参见图11）含有龙门架47、第二齿轮齿条机构48、第三直线导轨49及两套焊接机构69。这里涉及的直线导轨、焊接机构69可采用现有的外购设备。所述龙门架47为N型框架结构，通过螺接的方式安装在传动机构30台面的中间（参见图8）；第二齿轮齿条机构48的齿条通过螺钉侧向安装在龙门架47上端的竖直面上，第二齿轮齿条机构48的齿轮通过连接键设置在焊接机构69上；第三直线导轨49含有两根导轨及八个滑块，所述两根导轨通过螺钉侧向安装在龙门架47上且分布在第二齿轮齿条机构48导轨的上下两侧；所述八个滑块分为两组分别设置焊接机构69。所述两套焊接机构69的每一套含有第一安装板70、横移伺服电机50、第二单轴机器人51、第二安装板71、旋转伺服电机52及焊接枪头53：第一安装板70通过螺钉安装在第三直线导轨49的滑块上，横移伺服电机50设置在第一安装板70上，横移伺服电机50的输出轴穿过第一安装板70通过连接键设置第二齿轮齿条机构48的齿轮，第二单轴机器人51通过螺钉竖直安装在第一安装板70上，能使焊接枪头53实现Z轴移动；将第二安装板71安装在第二单轴机器人51的下端，旋转伺服电机52通过螺钉水平安装在第二安装板71上，其输出轴穿过第二安装板71与焊接枪头53连接，能使焊接枪头53实现X轴旋转（参见图17）。

（续见图8）在所述传动机构30台面后端的两边各设置一套下料机构32。每套下料机构32含有悬臂安装架54、横移无杆气缸55、气缸安装座56、放料气缸57、吸盘安装座58和第二真空吸盘59（参见图12）。这里涉及的横移无杆气缸55、放料气缸57和第二真空吸盘59可采用现有的外购设备。所述悬臂安装架54为由矩形方管焊接而成的呈倒“L”型的框架结构，横移无杆气缸55通过螺接侧向安装在所述悬臂安装架54上端的竖直面上，能使第二真空吸盘59实现X轴移动；所述气缸安装座56为由碳钢板焊接而成的L型结构，所述放料气缸57通过螺接的方式竖直倒置安装在所述气缸安装座56的水平板上，能使第二真空吸盘59实现Z轴移动；所述吸盘安装座58通过螺接的方式安装在放料气缸57活塞杆的末端，第二真空吸盘59通过螺接的方式安装在所述吸盘安装座58的下方，且左右及前后对称设置四个第二真空吸盘59。

控制系统为一个箱型结构，内部装有开关电源、驱动器、继电器、PLC以及断路器等。

最后，通过调试本发明的自动切割与焊接装置的控制系统调整机器人的轨迹以适应切割不同待加工工件14的外型；通过控制系统调试焊接设置以适合不同待加工工件14的焊接点位和焊接求。

本发明汽车B柱内饰自动切割与焊接装置的工作（操作）方法为：

（1）操作人员在安全区域将布料挂在供布系统1的供布面板7上，步进电机8转动带动第一齿轮齿条机构10的齿轮转动，第一齿轮齿条机构10的齿轮在与之啮合的第一齿轮齿条机构10的齿条上滚动，带动供布面板7在第一直线导轨9上水平移动，使供布面板7进入工作区域。这时，注塑机将布料拾取进行注塑，由于汽车B柱内饰产品加工工艺的需要，注塑成型后的汽车B柱内饰工件上附有布料的边余，而且汽车内饰工件的内孔有包边的要求，所以需要切割边余，进行内包边的焊接；注塑后生产出待切割与需要包边焊接的待加工工件14，并将待加工工件14放置于供料系统2的快换定位夹具13内。

（2）转运机器人3的六轴机械手16将末端执行机构17移动到供料系统2上方，末端执行机构17上的真空吸盘机构21在快换定位夹具13内拾取待加工工件14，转运机器人3转动，将待加工工件14置于激光切割系统4的激光枪头27正下方。六轴机械手16带着待加工工件14沿调试好的切割轨迹移动，由激光枪头27对待加工工件14边缘多余的布料进行切割及对产品内孔的布料进行留边切割并在行程中保留一定的缺口以方便后续包边焊接工序。

由于布料材质的原因，激光切割后的布料可能发生粘连，所以本装置设计有抖布机构20：在抖布机构20伸缩气缸23的作用下，加工工件装夹机构29的第二手爪42围绕支点成摇杆运动，使多余的布料发生抖动而自然脱落；切割脱落下的多余布料通过余料输送带35输送至余料收集箱36内。

（3）六轴机械手16将完成切割的待加工工件14再放置于加工工件装夹机构29内行进精确定位，加工工件装夹机构29的顶升气缸39与推进气缸40伸出，而压爪气缸41缩回，使得第二手爪42将切割后留边并保留一定缺口的布料向加工工件内部压住；在第一单轴机器人45的作用下，待加工工件14被移至焊接机构31下方。由于待加工工件14需要焊接的点位在曲面上，需要实现XYZ三轴的移动，所以，传动机构30中的第一单轴机器人45实现X轴移动，焊接机构31中的第二齿轮齿条机构48实现Y轴移动，第二单轴机器人51实现Z轴移动。

另外，为了使焊接效果更好，应尽量使激光枪头27垂直于曲面，所以，设置激光枪头27通过旋转伺服电机52的带动可以绕X轴进行旋转。由第二控制系统34控制第一单轴机器人45和第二单轴机器人51以及横移伺服电机50和旋转伺服电机52，使超声波焊接系统5的焊接枪头53能按调试点位进行焊接。

（4）焊接完成的汽车内饰成品由第二单轴机器人51移送至下料机构32下方，此时，下料机构32的放料气缸57伸出，第二真空吸盘59拾取汽车内饰成品后复位，横移无杆气缸55后移，使汽车内饰成品位于成品输送带33的上方；此时，放料气缸57再次伸出，破坏第二真空吸盘59的真空作用，使汽车内饰成品落在成品输送带33上，整个汽车内饰的自动切割与焊接工序完成——全自动化生产完成。

Claims (5)

1.一种汽车B柱内饰自动切割与焊接装置，含有由机器人安装底座(15)与六轴机械手(16)构成的转运机器人(3)、成品输送带(33)和余料输送带(35)，其特征在于，还包括供布系统(1)、供料系统(2)、激光切割系统(4)、超声波焊接系统(5)和控制系统，所述供布系统(1)、供料系统(2)、转运机器人(3)、激光切割系统(4)、超声波焊接系统(5)和控制系统是相对独立的各个系统装置；

所述供布系统(1)含有框形结构的第一安装机架(6)以及供布面板(7)、步进电机(8)、第一直线导轨(9)和第一齿轮齿条机构(10)：所述第一直线导轨(9)由两条导轨与四个滑块套合组成设置在第一安装机架(6)的上方；所述第一齿轮齿条机构(10)由一条齿条与一个齿轮啮合组成设置在所述第一直线导轨(9)的中间；供布面板(7)通过螺接设置在第一直线导轨(9)的滑块上，在所述供布面板(7)的一端设置步进电机(8)，在所述步进电机(8)的输出轴上设有第一齿轮齿条机构(10)的齿轮；

所述供料系统(2)含有第二安装机架(11)、夹具收纳柜(12)和快换定位夹具(13)：其中，第二安装机架(11)为一个由方管焊接而成的中空箱形结构，在所述第二安装机架(11)的上方设置夹具收纳柜(12)，在所述夹具收纳柜(12)的顶部设置快换定位夹具(13)；所述快换定位夹具(13)由快换安装面板(60)、尼龙定位组件(61)及把手(62)构成：所述尼龙定位组件(61)是与待加工工件(14)产品外型的弧度相匹配加工而成的并通过螺接方式设置在快换安装面板(60)上，所述快换安装面板(60)的左右两端各设置一个把手(62)；

所述转运机器人(3)含有机器人安装底座(15)、六轴机械手(16)及末端执行机构(17)：其中，机器人安装底座(15)设置在所述供料系统(2)与所述激光切割系统(4)之间的位置，六轴机械手(16)设置在所述机器人安装底座(15)上，在所述六轴机械手(16)的前端设置一个末端执行机构(17)；所述末端执行机构(17)含有第一安装支架(18)、定位机构(19)、抖布机构(20)和第一真空吸盘(21)：第一安装支架(18)为一个U型框架结构通过螺接方式设置在所述六轴机械手(16)的前端，在第一安装支架(18)的两端各设置一个定位机构(19)，在第一安装支架(18)的内侧设置抖布机构(20)，在第一安装支架(18)的上部设置若干个第一真空吸盘(21)；所述定位机构(19)、抖布机构(20)和第一真空吸盘(21)都通过螺接方式设置在所述第一安装支架(18)上；所述抖布机构(20)含有第二安装支架(22)、伸缩气缸(23)和第一手爪(24)：第二安装支架(22)为由一个U型悬臂框架与一块安装小板连接构成的组件；伸缩气缸(23)采用耳环一体型的方式设置在所述第二安装支架(22)上，所述伸缩气缸(23)前端的活塞杆链接在所述第一手爪(24)上，第一手爪(24)的中部通过连接销设置在所述第二安装支架(22)上，当伸缩气缸(23)工作时，其活塞杆进行伸缩，使第一手爪(24)围绕中部的连接销往复转动；

所述激光切割系统(4)包含第三安装机架(25)、第一控制系统(26)和激光枪头(27)：其中，第三安装机架(25)为框架支撑结构；第一控制系统(26)设置在所述第三安装机 架(25)的内部，在所述第三安装机架(25)的上端设置激光枪头(27)，由所述激光枪头(27)对安装在机器人(3)前端末端执行机构(17)上的待加工工件(14)进行切割；

所述超声波焊接系统(5)含有第四安装机架(28)、加工工件夹装机构(29)、传动机构(30)、焊接系统(31)、下料机构(32)、成品输送带(33)、第二控制系统(34)、余料输送带(35)和余料收集箱(36)：其中，第四安装机架(28)是传动机构(30)的框架支撑结构，传动机构(30)为一个平台结构，在该平台结构上设有第一单轴机器人(45)和两条第二直线导轨(46)，所述第一单轴机器人(45)设置在所述传动机构(30)的正中间，所述第二直线导轨(46)含两根导轨及四个滑块，设置在所述第一单轴机器人(45)的两侧；在所述第一单轴机器人(45)和第二直线导轨(46)的上方设置一块主安装板(37)，在所述主安装板(37)上设置加工工件夹装机构(29)；在所述传动机构(30)的中间设置焊接系统(31)；在所述传动机构(30)后端的两边各设置一个下料机构(32)，在所述传动机构(30)后端下方的箱体内设置第二控制系统(34)；在所述传动机构(30)的后面设置一个成品输送带(33)；在所述传动机构(30)前端的下方设置余料输送带(35)并在所述余料输送带(35)的前面放置一个余料收集箱(36)；

所述加工工件夹装机构(29)含有主安装板(37)及两套工件工装夹具；每套工件工装夹具含有副安装板(38)、浮动安装板(63)、顶升气缸(39)以及若干个推进气缸(40)、压爪气缸(41)、第二手爪(42)、定位块(43)、弹簧(44)和直线轴承(64)；其中，两套工件工装夹具的两块副安装板(38)对称地安装在主安装板(37)的两边，在所述副安装板(38)的上方设置浮动安装板(63)；在所述浮动安装板(63)的前端设置顶升气缸(39)、推进气缸(40)及两个压爪气缸(41)：所述顶升气缸(39)竖直安装在浮动安装板(63)上，能使两组第二手爪(42)的前一组实现Z轴运动；所述推进气缸(40)水平安装在浮动安装板(63)上，能使两组第二手爪(42)的前一组实现X轴运动；所述压爪气缸(41)水平安装在浮动安装板(63)上，能使两组第二手爪(42)的前一组实现Y轴运动；在所述浮动安装板(63)的后端设置第二手爪(42)后一组、若干定位块(43)及两个压爪气缸(41)：所述第二手爪(42)后一组围绕待加工工件(14)的中孔分布、竖直安装在浮动安装板(63)上；所述定位块(43)通过螺接方式设置在浮动安装板(63)上；所述第二手爪(42)含有第三安装支架(65)、限位块(66)、手指(67)及第二弹簧(68)：第三安装支架(65)通过螺接方式竖直安装在推进气缸(40)与压爪气缸(41)上，限位块(66)为安装在第三安装支架(65)上的N型框架结构，手指(67)通过连接销设置在第三安装支架(65)上，在限位块(66)的框架结构中设有第二弹簧(68)；所述压爪气缸(41)、第二手爪(42)及定位块(43)能将待加工工件(14)精确定位及夹紧便于后续焊接；

所述焊接系统(31)含有龙门架(47)、第二齿轮齿条机构(48)、第三直线导轨(49)及两套焊接机构(69)：其中，N型框架结构的龙门架(47)通过螺接方式安装在传动机构(30)台面的中间；第二齿轮齿条机构(48)的齿条通过螺钉侧向安装在龙门架(47)上 端的竖直面上，第二齿轮齿条机构(48)的齿轮通过连接键设置在焊接机构(69)上；第三直线导轨(49)含有两根导轨及若干滑块，所述两根导轨侧向安装在龙门架(47)上且分布在所述第二齿轮齿条机构(48)导轨的上下两侧，所述若干滑块分为两组分别设置焊接机构(69)；

所述下料机构(32)设置有两套，每套各含有悬臂安装架(54)、横移无杆气缸(55)、气缸安装座(56)、放料气缸(57)、吸盘安装座(58)和第二真空吸盘(59)：其中，悬臂安装架(54)为由矩形方管焊接而成的呈倒“L”型的框架结构，横移无杆气缸(55)通过螺接方式侧向安装在悬臂安装架(54)上端的竖直面上，能使第二真空吸盘(59)实现X轴移动；气缸安装座(56)为由碳钢板焊接而成的L型结构，放料气缸(57)通过螺接方式竖直倒置安装在所述气缸安装座(56)的水平板上，能使第二真空吸盘(59)实现Z轴移动；吸盘安装座(58)安装在放料气缸(57)活塞杆的末端，第二真空吸盘(59)安装在所述吸盘安装座(58)的下端，且左右及前后对称设置四个。

2.根据权利要求1所述的汽车B柱内饰自动切割与焊接装置，其特征在于，所述工件工装夹具含有一块副安装板(38)、一个顶升气缸(39)、两个推进气缸(40)、浮动安装板(63)、四个压爪气缸(41)、两组第二手爪(42)、四个定位块(43)、四个弹簧(44)及四个直线轴承(64)；所述副安装板(38)与所述浮动安装板(63)之间通过四个直线轴承(64)连接。

3.根据权利要求1所述的汽车B柱内饰自动切割与焊接装置，其特征在于，所述定位块(43)是与待加工工件(14)外型弧度相匹配的尼龙结构件。

4.根据权利要求1所述的汽车B柱内饰自动切割与焊接装置，其特征在于，所述加工工件夹装机构(29)的副安装板(38)与浮动安装板(63)通过四个直线轴承(64)连接，在所述直线轴承(64)上套接有弹簧(44)，使所述副安装板(38)与浮动安装板(63)之间形成软连接。

5.根据权利要求1所述的汽车B柱内饰自动切割与焊接装置，其特征在于，所述焊接机构(69)含有第一安装板(70)、横移伺服电机(50)、第二单轴机器人(51)、第二安装板(71)、旋转伺服电机(52)及焊接枪头(53)：其中，第一安装板(70)通过螺钉安装在第三直线导轨(49)的滑块上，横移伺服电机(50)设置在第一安装板(70)上，其输出轴穿过第一安装板(70)通过连接键设置第二齿轮齿条机构(48)的齿轮，第二单轴机器人(51)通过螺钉竖直安装在第一安装板(70)上，能使焊接枪头(53)实现Z轴移动；第二安装板(71)安装在第二单轴机器人(51)的下端，旋转伺服电机(52)通过螺钉水平安装在第二安装板(71)上，其输出轴穿过第二安装板(71)与焊接枪头(53)连接，能使焊接枪头(53)实现X轴旋转。