CN106216814B - 一种弧焊机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接自动化装置技术领域，尤其是一种弧焊机器人。它包括机械手臂、焊枪及信号检测及采集装置；信号检测及采集装置包括具有前端口的外保护壳、套装于焊枪上的卡箍套、装设于外保护壳内的激光传感器和红外传感器及盖合于外保护壳的前端口上的保护盖；外保护壳、卡箍套和保护盖均由隔热材料制成，隔热材料包括基板和形成于基板表面的隔热涂层构成，基板为表面经过磷化处理的30CrMnSiA钢板，隔热涂层为以有机硅树脂、玻璃粉和聚碳硅烷为黏结剂并通过添加三氧化二铝、碳化硅、二氧化锆、氮化硼、二氧化硅以及碳纤维所形成的混合材料。本发明通过对信号检测及采集装置的外壳结构以及外壳材料的优化，使其能够具有良好的耐温性能，以保证传感器进行正常工作。

Description

一种弧焊机器人

技术领域

本发明涉及焊接自动化装置技术领域，尤其是一种弧焊机器人。

背景技术

弧焊机器人作为一种高度自动化的焊接设备，是提高焊接质量、降低成本、改善工作环境的重要手段之一；目前，利用弧焊机器人来替代手工焊接作业已经成为焊接制造业的发展趋势，其被广泛应用于诸如汽车制造、机械零部件加工、工程机械等诸多技术领域。

目前，现有的弧焊机器人虽然在结构以及功能方面得到了迅速的提升和改进，但仍然存在以下弊端：1、为提升焊接质量及焊接精度，通常会在机器人本体且靠近焊枪的位置设置传感器，以实现对焊缝的追踪以及焊接温度的检测与采集，然而，由于焊枪在进行焊接工作时，会在周围空间形成高温区域，传感器经常因受到高温的炙烤，而无法正常执行检测和数据采集功能，甚至经常导致机器人故障或焊接作业中断等问题；2、机器人处于闲置状态时，传感器容易受到生产车间内较为恶劣的环境因素(如其他机器人作业时所产生的焊渣飞溅、车间内温度高且灰尘大等等)的侵扰，从而影响传感器的使用寿命以及性能；3、机器人结构构造相对复杂、作业范围小、灵活性差、焊接效率低。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种弧焊机器人。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种弧焊机器人，它包括机械手臂、装设于机械手臂的末端的焊枪以及装设于焊枪上且信号检测端与焊枪的焊头呈平行分布状态的信号检测及采集装置；

所述信号检测及采集装置包括具有前端口的外保护壳、装设于外保护壳的底面上并套装于焊枪上的卡箍套、装设于外保护壳内且起到焊缝追踪功能的激光传感器、装设于外保护壳内且起到焊缝温度检测功能的红外传感器以及将激光传感器与红外传感器盖合于外保护壳内的保护盖；

所述保护盖包括一与外保护壳的前端口相对位的盖板部以及由盖板部的左右边沿向后弯折后形成翼板部，每个所述翼板部的上端均开设有一轴孔，所述外保护壳的左右侧壁上装设有对位插套于轴孔内的转轴，所述外保护壳的左右侧壁上且位于相对应的转轴的后端侧装设有第一拉杆，所述翼板部的中部且位于轴孔的前下方装设有第二拉杆，所述第一拉杆通过一拉簧与第二拉杆相连；

所述盖板部对位盖合于外保护壳的前端口上时，所述拉簧的延长线与焊枪的焊头的延长线之间的夹角为30°-60°；所述激光传感器和红外传感器的信号检测端与焊枪的焊头呈平行分布状态；

所述外保护壳、卡箍套和保护盖均由隔热材料制成，所述隔热材料包括基板和形成于基板表面的隔热涂层构成，所述基板为表面经过磷化处理的 30CrMnSiA钢板，所述隔热涂层为以有机硅树脂、玻璃粉和聚碳硅烷为黏结剂并通过添加三氧化二铝、碳化硅、二氧化锆、氮化硼、二氧化硅以及碳纤维所形成的混合材料。

优选地，所述基板的厚度为1mm，所述隔热涂层的厚度为900-1000μm。

优选地，所述隔热涂层的成分按重量组份计：有机硅树脂10份、聚碳硅烷20份、玻璃粉5-10份、三氧化二铝0.1-5份、碳化硅0.1-5份、二氧化锆0.1-8份、氮化硼0.1-20份、二氧化硅0.5份、碳纤维0.1-1份。

优选地，所述隔热材料的制备方法为：

S1、将有机硅树脂、玻璃粉、聚碳硅烷、三氧化二铝、碳化硅、二氧化锆、氮化硼、二氧化硅以及碳纤维按比例混合后形成混合料浆；

S2、将混合料浆在磨砂机上进行研磨，以使混合料浆的颗粒细度在 40-50μm之间；

S3、利用空气喷涂机在空气压力为0.4MPa且喷枪口径在0.8-1mm的条件下将研磨后的混合料浆喷涂在表面经过磷化处理的30CrMnSiA钢板上；

S4、喷涂完毕后，在室温下放置48h，然后在200℃下烘烤2h，以使混合料浆在30CrMnSiA钢板上固化成膜，即形成涂覆于基板上的隔热涂层；

S5、将基板连同隔热涂层放置于马弗炉中由室温逐渐加热到600℃并在 600℃下保温2h，然后随马弗炉再冷却至室温。

优选地，所述机械手臂包括：

一卡盘；

一第一旋转驱动马达，所述第一旋转驱动马达设于卡盘的上表面上且第一旋转驱动马达的动力轴上套装有一旋转盘；

一第一U型摆座，所述第一U型摆座装设于旋转盘上，所述第一旋转驱动马达通过旋转盘带动第一U型摆座在X-Z轴平面内相对于卡盘作旋转运动；

一第二旋转驱动马达，所述第二旋转驱动马达嵌装于第一U型摆座的座口侧壁内且第二旋转驱动马达的动力轴贯穿于第一U型摆座的座口分布；

一第二U型摆座，所述第二U型摆座的底部形成有第一轴联臂，所述第一轴联臂的底端卡装于第一U型摆座的座口内并套接第二旋转驱动马达的动力轴，所述第二旋转驱动马达通过第一轴联臂带动第二U型摆座在X-Y轴平面内相对于第一U型摆座作摆动运动；

一第三旋转驱动马达，所述第三旋转驱动马达嵌装于第二U型摆座的座口侧壁内且第三旋转驱动马达的动力轴贯穿于第二U型摆座的座口分布；

一第四旋转驱动马达，所述第四旋转驱动马达的外壳底面上形成有第二轴联臂，所述第二轴联臂的底端卡装于第二U型摆座的座口内并套接第三旋转驱动马达的动力轴，所述第三旋转驱动马达通过第二轴联臂带动第四旋转驱动马达在X-Y轴平面内相对于第二U型摆座作摆动运动；

一第三U型摆座，所述第三U型摆座装设于第四旋转驱动马达的动力轴上，所述第四旋转驱动马达驱动第三U型摆座在Y-Z轴平面内作旋转运动；

和

一第五旋转驱动马达，所述第五旋转驱动马达嵌装于第三U型摆座的座口侧壁内且第五旋转驱动马达的动力轴贯穿于第三U型摆座的座口分布；

所述焊枪的末端设置有一固定座，所述固定座位于第三U型摆座的座口内并套接第五旋转驱动马达的动力轴，所述第五旋转驱动马达通过固定座带动焊枪和信号检测及采集装置在X-Y轴平面内相对于第三U型摆座同步进行摆动运动。

由于采用了上述方案，本发明通过对信号检测及采集装置的外壳结构以及外壳材料的优化，使其能够具有良好的耐温性能，以保证传感器进行正常工作。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构示意图；

图2是本发明实施例的信号检测及采集装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1和图2所示，本实施例提供的一种弧焊机器人，它包括机械手臂、装设于机械手臂的末端的焊枪10以及装设于焊枪10上且信号检测端与焊枪 10的焊头呈平行分布状态的信号检测及采集装置；其中，信号检测及采集装置包括具有前端口的外保护壳20、装设于外保护壳20的底面上并套装于焊枪 10上的卡箍套30、装设于外保护壳20内且起到焊缝追踪功能的激光传感器 40、装设于外保护壳20内且起到焊缝温度检测功能的红外传感器50以及将激光传感器40与红外传感器50盖合于外保护壳20内的保护盖60；本实施例的保护盖60包括一与外保护壳20的前端口相对位的盖板部601以及由盖板部601的左右边沿向后作90°弯折后形成翼板部602，在每个翼板部602的上端均开设有一轴孔(图中未标注)，相应地在外保护壳20的左右侧壁上装设有对位插套于轴孔内的转轴(图中未标注)，在外保护壳20的左右侧壁上且位于相对应的转轴的后端侧装设有第一拉杆201，在每个翼板部602的中部且位于轴孔的前下方装设有第二拉杆6021，第一拉杆201通过一拉簧70与第二拉杆6021相连；当盖板部601对位盖合于外保护壳20的前端口上时，拉簧70的延长线与焊枪10的焊头的延长线之间的夹角为30°-60°；而激光传感器40和红外传感器50的信号检测端则始终与焊枪10的焊头呈平行分布状态；以此，当本台机器人处于闲置状态时，为避免信号检测及采集装置受到焊接场所内部环境或者其他作业机器人的干扰，可利用保护盖60与外保护壳 20之间的轴连关系，通过拉簧70所产生的拉力(相对于外保护壳20，此时拉力的方向为前下方至后上方)使盖板部601牢牢的盖合于外保护壳20的前端口上，从而将激光传感器40和红外传感器50封装于外保护壳20；而当本台机器人处于焊接作业时，则可将保护盖60相对于外保护壳20进行一定角度的翻转，从而利用拉簧70所产生的拉力(相对于外保护壳20，此时拉力的方向为前上方至后下方)使保护盖60保持打开状态，以为红外传感器50和激光传感器40提供工作空间，焊枪10进行焊接作业时，激光传感器40能够同步地进行焊缝追踪以及信息采集，而红外传感器50也能够进行焊缝温度的检测和采集。

同时，外保护壳20、卡箍套30和保护盖60均由隔热材料制成，以能够对传感器起到强力的耐高温保护作用，以避免传感器因受到高温的炙烤，而无法正常执行检测和数据采集功能，甚至导致机器人故障或焊接作业中断等问题的发生，本实施例的隔热材料包括基板和形成于基板表面的隔热涂层构成，其中，基板采用表面经过磷化处理的30CrMnSiA钢板，而隔热涂层则为以有机硅树脂、玻璃粉和聚碳硅烷为黏结剂并通过添加三氧化二铝、碳化硅、二氧化锆、氮化硼、二氧化硅以及碳纤维所形成的混合材料。通过对隔热涂层的材料成分的改进能够使隔热材料具备良好的隔热性能；经试验测试，在基板的厚度为1mm，隔热涂层的厚度为900-1000μm的条件下，隔热材料的隔热效果可达到1500℃以上，而且隔热材料中的氮化硼和碳纤维则能够有效改善涂层的耐热性，减少涂层因受热而开裂。

作为一个优选方案，本实施例的隔热涂层的成分按重量组份计：有机硅树脂10份、聚碳硅烷20份、玻璃粉5-10份、三氧化二铝0.1-5份、碳化硅 0.1-5份、二氧化锆0.1-8份、氮化硼0.1-20份、二氧化硅0.5份、碳纤维 0.1-1份。

作为一个优选方案，本实施例的隔热材料的制备方法为：

S1、将有机硅树脂、玻璃粉、聚碳硅烷、三氧化二铝、碳化硅、二氧化锆、氮化硼、二氧化硅以及碳纤维按比例混合后形成混合料浆；

S2、将混合料浆在磨砂机上进行研磨，以使混合料浆的颗粒细度在 40-50μm之间；

S3、利用空气喷涂机在空气压力为0.4MPa且喷枪口径在0.8-1mm的条件下将研磨后的混合料浆喷涂在表面经过磷化处理的30CrMnSiA钢板上；

S4、喷涂完毕后，在室温下放置48h，然后在200℃下烘烤2h，以使混合料浆在30CrMnSiA钢板上固化成膜，即形成涂覆于基板上的隔热涂层；

S5、将基板连同隔热涂层放置于马弗炉中由室温逐渐加热到600℃并在 600℃下保温2h，然后随马弗炉再冷却至室温。

采用划格法测试涂层的附着力并利用体式显微镜对涂层表面进行观察以对其进行性能评估，然后再氧-乙炔下烧灼，观察不同火焰温度下烧蚀4s后涂层的烧蚀形貌，最后在激光束辐照下进行抗激光烧蚀测试以监测涂层的温升过程，通过上述实验手段可以发现，隔热材料在激光照射后温度上升较为缓慢，峰值温度较低(在246℃左右)，以此，可以确定隔热材料具有明显的耐烧蚀隔热效果。

为最大限度地优化整个机器人的结构，增加其作业范围以及焊接作业的灵活性，本实施例的机械手臂包括：

一卡盘80；

一座设于卡盘80的上表面上的第一旋转驱动马达90，且第一旋转驱动马达90的动力轴上套装有一旋转盘100；

一装设于旋转盘100上的第一U型摆座110，第一旋转驱动马达90通过旋转盘100带动第一U型摆座110在X-Z轴平面内相对于卡盘80作旋转运动；

一嵌装于第一U型摆座110的座口侧壁内的第二旋转驱动马达120，第二旋转驱动马达120的动力轴贯穿于第一U型摆座110的座口分布；

一底部形成有第一轴联臂130的第二U型摆座140，第一轴联臂130的底端卡装于第一U型摆座110的座口内并套接第二旋转驱动马达120的动力轴，第二旋转驱动马达120通过第一轴联臂130带动第二U型摆座140在X-Y轴平面内相对于第一U型摆座140在180°的角度范围内作摆动运动；

一嵌装于第二U型摆座140的座口侧壁内的第三旋转驱动马达150，第三旋转驱动马达150的动力轴贯穿于第二U型摆座140的座口分布；

一外壳底面上形成有第二轴联臂160的第四旋转驱动马达170，第二轴联臂160的底端卡装于第二U型摆座140的座口内并套接第三旋转驱动马达150 的动力轴，第三旋转驱动马达150通过第二轴联臂160带动第四旋转驱动马达170在X-Y轴平面内相对于第二U型摆座140在180°的角度范围内作摆动运动；

一装设于第四旋转驱动马达170的动力轴上的第三U型摆座180，第四旋转驱动马达170驱动第三U型摆座180在Y-Z轴平面内作旋转运动；

和

一嵌装于第三U型摆座180的座口侧壁内的第五旋转驱动马达190，第五旋转驱动马达190的动力轴贯穿于第三U型摆座180的座口分布；并且在焊枪10的末端设置有一固定座101，固定座101位于第三U型摆座180的座口内并套接第五旋转驱动马达190的动力轴，第五旋转驱动马达190通过固定座101带动焊枪10和信号检测及采集装置在X-Y轴平面内相对于第三U型摆座180在在180°的角度范围内同步进行摆动运动。

以此，可使得焊枪10相对于卡盘80可实现不同位置、不同角度的焊接作业，极大地扩展的焊枪10的作业半径；通过对各个旋转驱动马达的集中控制，可增强整个机器人的灵活性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种弧焊机器人，其特征在于：它包括机械手臂、装设于机械手臂的末端的焊枪以及装设于焊枪上且信号检测端与焊枪的焊头呈平行分布状态的信号检测及采集装置；

所述信号检测及采集装置包括具有前端口的外保护壳、装设于外保护壳的底面上并套装于焊枪上的卡箍套、装设于外保护壳内且起到焊缝追踪功能的激光传感器、装设于外保护壳内且起到焊缝温度检测功能的红外传感器以及将激光传感器与红外传感器盖合于外保护壳内的保护盖；

所述保护盖包括一与外保护壳的前端口相对位的盖板部以及由盖板部的左右边沿向后弯折后形成翼板部，每个所述翼板部的上端均开设有一轴孔，所述外保护壳的左右侧壁上装设有对位插套于轴孔内的转轴，所述外保护壳的左右侧壁上且位于相对应的转轴的后端侧装设有第一拉杆，所述翼板部的中部且位于轴孔的前下方装设有第二拉杆，所述第一拉杆通过一拉簧与第二拉杆相连；

所述盖板部对位盖合于外保护壳的前端口上时，所述拉簧的延长线与焊枪的焊头的延长线之间的夹角为30°-60°；所述激光传感器和红外传感器的信号检测端与焊枪的焊头呈平行分布状态；

所述外保护壳、卡箍套和保护盖均由隔热材料制成，所述隔热材料包括基板和形成于基板表面的隔热涂层构成，所述基板为表面经过磷化处理的30CrMnSiA钢板，所述隔热涂层为以有机硅树脂、玻璃粉和聚碳硅烷为黏结剂并通过添加三氧化二铝、碳化硅、二氧化锆、氮化硼、二氧化硅以及碳纤维所形成的混合材料；

其中，所述隔热涂层的成分按重量组份计：有机硅树脂10份、聚碳硅烷20份、玻璃粉5-10份、三氧化二铝0.1-5份、碳化硅0.1-5份、二氧化锆0.1-8份、氮化硼0.1-20份、二氧化硅0.5份、碳纤维0.1-1份。

2.如权利要求1所述的一种弧焊机器人，其特征在于：所述基板的厚度为1mm，所述隔热涂层的厚度为900-1000μm。

3.如权利要求1所述的一种弧焊机器人，其特征在于：所述隔热材料的制备方法为：

S1、将有机硅树脂、玻璃粉、聚碳硅烷、三氧化二铝、碳化硅、二氧化锆、氮化硼、二氧化硅以及碳纤维按比例混合后形成混合料浆；

S2、将混合料浆在磨砂机上进行研磨，以使混合料浆的颗粒细度在40-50μm之间；

S3、利用空气喷涂机在空气压力为0.4MPa且喷枪口径在0.8-1mm的条件下将研磨后的混合料浆喷涂在表面经过磷化处理的30CrMnSiA钢板上；

S4、喷涂完毕后，在室温下放置48h，然后在200℃下烘烤2h，以使混合料浆在30CrMnSiA钢板上固化成膜，即形成涂覆于基板上的隔热涂层；

S5、将基板连同隔热涂层放置于马弗炉中由室温逐渐加热到600℃并在600℃下保温2h，然后随马弗炉再冷却至室温。

4.如权利要求1至3任一所述的一种弧焊机器人，其特征在于：所述机械手臂包括：

一卡盘；

一第一旋转驱动马达，所述第一旋转驱动马达设于卡盘的上表面上且第一旋转驱动马达的动力轴上套装有一旋转盘；

一第一U型摆座，所述第一U型摆座装设于旋转盘上，所述第一旋转驱动马达通过旋转盘带动第一U型摆座在X-Z轴平面内相对于卡盘作旋转运动；

一第二旋转驱动马达，所述第二旋转驱动马达嵌装于第一U型摆座的座口侧壁内且第二旋转驱动马达的动力轴贯穿于第一U型摆座的座口分布；

一第二U型摆座，所述第二U型摆座的底部形成有第一轴联臂，所述第一轴联臂的底端卡装于第一U型摆座的座口内并套接第二旋转驱动马达的动力轴，所述第二旋转驱动马达通过第一轴联臂带动第二U型摆座在X-Y轴平面内相对于第一U型摆座作摆动运动；

一第三旋转驱动马达，所述第三旋转驱动马达嵌装于第二U型摆座的座口侧壁内且第三旋转驱动马达的动力轴贯穿于第二U型摆座的座口分布；

一第四旋转驱动马达，所述第四旋转驱动马达的外壳底面上形成有第二轴联臂，所述第二轴联臂的底端卡装于第二U型摆座的座口内并套接第三旋转驱动马达的动力轴，所述第三旋转驱动马达通过第二轴联臂带动第四旋转驱动马达在X-Y轴平面内相对于第二U型摆座作摆动运动；

一第三U型摆座，所述第三U型摆座装设于第四旋转驱动马达的动力轴上，所述第四旋转驱动马达驱动第三U型摆座在Y-Z轴平面内作旋转运动；

和

一第五旋转驱动马达，所述第五旋转驱动马达嵌装于第三U型摆座的座口侧壁内且第五旋转驱动马达的动力轴贯穿于第三U型摆座的座口分布；

所述焊枪的末端设置有一固定座，所述固定座位于第三U型摆座的座口内并套接第五旋转驱动马达的动力轴，所述第五旋转驱动马达通过固定座带动焊枪和信号检测及采集装置在X-Y轴平面内相对于第三U型摆座同步进行摆动运动。