CN106216926B - 车架机器人焊接系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人焊接系统，特别涉及一种车架机器人焊接系统。包括变位机头架、头端工装夹具、变位机尾架、机器人滑台行走机构、机器人焊接系统及尾端工装夹具，其中头端工装夹具和尾端工装夹具分别可转动地安装在变位机头架和变位机尾架的法兰盘上，用于装夹车架，所述机器人滑台行走机构设置于所述变位机头架和变位机尾架的一侧，所述机器人焊接系统设置于所述机器人滑台行走机构上、并且通过机器人滑台行走机构的驱动沿X轴作直线运动。本发明由伺服驱动的滑台行走机构可以做X轴直线运动，以及变位机带动工件的旋转，配合机器人焊枪来实现各种角度的焊接。

Description

车架机器人焊接系统

技术领域

本发明涉及一种机器人焊接系统，特别涉及一种车架机器人焊接系统。

背景技术

随着机器人在工业中的广泛应用，越来越多工厂开始使用机器人对板材组成的大型工件进行焊接。由于工件本身质量大，人工组对、焊接工序非常繁琐，也无法对工件进行翻转。人工手动也无法实现快速准确的焊接，目前普遍采用变位机配合机器人来进行焊接工作，即由变位机上的夹具将要焊接的工件固定，通过变位机调整工件的位置，使工件达到合适的的焊接姿态，来符合机器人的焊接要求。

焊接机器人按照预先设定好的程序运行，机器人夹持焊枪到达焊缝始端开始焊接，在焊接过程中变位机可以适时转动工件，使得工件上的焊缝有利于机器人的焊接作业。焊接结束，机器人复位。变位机带动工件适时翻转，以适应工件的准确焊接，并减少工件焊接带来的焊接变形。现有的焊接机器人焊接罐车车架一般是通过机器人滑台带动机器人行走配合变位机的旋转来实现罐体的焊接，这样机器人焊接精度及效率受罐车车架的组对精度影响较大，焊接精度会降低(机器人焊枪找不到焊缝)，相应的降低焊接效率。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种车架机器人焊接系统。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种车架机器人焊接系统，包括变位机头架、头端工装夹具、变位机尾架、机器人滑台行走机构、机器人焊接系统、焊接电源及尾端工装夹具，其中头端工装夹具和尾端工装夹具分别可转动地安装在变位机头架和变位机尾架的法兰盘上，用于装夹车架，所述机器人滑台行走机构设置于所述变位机头架和变位机尾架的一侧，所述机器人焊接系统设置于所述机器人滑台行走机构上、并且与焊接电源电连接，所述机器人焊接系统通过机器人滑台行走机构的驱动沿X轴作直线运动。

所述机器人滑台行走机构包括X轴滑轨、立柱及横梁，所述立柱的底端与X轴滑轨滑动连接，顶端设有横梁，所述机器人焊接系统设置于所述横梁上。

所述变位机尾架安装在变位机尾架移动滑台上，可沿靠近或远离所述变位机头架的方向移动。

所述头端工装夹具和尾端工装夹具结构相同，均包括工装夹具支撑板及安装在该工装夹具支撑板上的定位件、竖直压紧件和水平压紧件，所述定位件用于车架的X、Y轴向的定位，所述竖直压紧件用于车架竖直方向的压紧，所述水平压紧件用于车架水平方向的压紧。

所述定位件包括横向定位件和纵向定位件，通过横向定位件和纵向定位件实现车架的X、Y轴向的定位。

所述竖直压紧件包括竖向螺杆和压板，所述竖向螺杆的下端与所述工装夹具支撑板连接，上端穿过所述压板上设有的通孔、并且与螺母连接，使所述压板沿竖直方向压紧车架。

所述竖直压紧件为两个或多个，通过两个或多个所述竖直压紧件压紧车架的端部。

所述水平压紧件包括支撑座和横向螺杆，所述支撑座安装在所述工装夹具支撑板上，所述横向螺杆穿过所述支撑座上设有的通孔、并且沿水平方向压紧车架，所述横向螺杆通过螺母紧固。

所述机器人焊接系统包括机器人、焊枪及激光寻位跟踪装置，其中机器人安装在机器人滑台行走机构上，所述焊枪安装在所述机器人的执行端，所述激光寻位跟踪装置安装在所述焊枪上。

所述机器人滑台行走机构上设有清枪器，所述清枪器用于对所述焊枪的清洗。

本发明的优点及有益效果是：

1.本发明的行走机构为机器人倒装滑台行走机构，可以在伺服电机的驱动下做X轴直线运动，配合机器人实现全工件的覆盖，实现最大化的焊接可达性。

2.本发明的变位机为伺服电机控制的单轴翻转变位机，头端固定，尾端滑动，用来兼容不同规格范围的工件，驱动机构为伺服电机高精密减速机，变位机上装有工装夹具，并通过工装夹具将工件固定，并通过变位机带动工件的的转动来实现机器人焊接需要的各种角度。

3.本发明采用激光激光寻位+跟踪装置，装在机器人焊枪上的专用激光跟踪能对工件的焊缝进行实时跟踪焊接，由伺服驱动的滑台行走机构可以做X轴直线运动，以及变位机带动工件的旋转，配合机器人焊枪来实现各种角度的焊接。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的左视图；

图4为本发明的轴测图；

图5为本发明中变位机装夹工件的结构示意图；

图6为本发明中变位机装夹工件的轴测图；

图7为本发明中变位机工装夹具的结构示意图；

图8为图7的俯视图；

图9为本发明中变位机工装夹具的轴测图；

图10为车架的结构示意图。

图中：1为变位机头架，2为头端工装夹具，21为头端定位件，211为头端横向定位件，212为头端纵向定位件a，213为头端纵向定位件b，22为头端竖直压紧件，221为头端竖直压紧件a，222为头端竖直压紧件b，23为头端水平压紧件，24为头端工装夹具支撑板，3为变位机尾架，4为焊接电源，5为清枪器，6为机器人滑台行走机构，61为X轴滑轨，62为立柱，63为横梁，7为机器人焊接系统，8为尾端工装夹具，81为尾端定位件，811为尾端横向定位件，812为尾端纵向定位件a，813为尾端纵向定位件b，82为尾端竖直压紧件，821为尾端竖直压紧件a，822为尾端竖直压紧件b，83为尾端水平压紧件，84为尾端工装夹具支撑板，9为车架，10为变位机尾架移动滑台。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1-3所示，本发明提供的一种车架机器人焊接系统，包括变位机头架1、头端工装夹具2、变位机尾架3、机器人滑台行走机构6、机器人焊接系统7、焊接电源及尾端工装夹具8，其中头端工装夹具2和尾端工装夹具8分别可转动地安装在变位机头架1和变位机尾架3的法兰盘上，用于装夹车架9。所述机器人滑台行走机构6设置于所述变位机头架1和变位机尾架3的一侧，所述机器人焊接系统7设置于所述机器人滑台行走机构6上、并且与焊接电源电连接，所述机器人焊接系统7通过机器人滑台行走机构6的驱动沿X轴作直线运动。

如图4所示，所述机器人滑台行走机构6包括X轴滑轨61、立柱62及横梁63，所述立柱62的底端与X轴滑轨61滑动连接，顶端设有横梁63，所述机器人焊接系统7设置于所述横梁63上。所述立柱62的底部设有齿轮齿条行走驱动机构，通过齿轮和齿条的啮合实现沿X轴的直线运动。

所述机器人滑台行走机构6为机器人倒装滑台行走机构，可以在伺服电机的驱动下做X轴直线运动，配合机器人实现全工件的覆盖，实现最大化的焊接可达性。通过机器人倒装滑台行走机构，配合变位机的旋转实现工件的不同的角度/位置，实现合适的焊接位置。

所述机器人焊接系统7包括机器人、焊枪及激光寻位跟踪装置，其中机器人安装在机器人滑台行走机构6的横梁63上，所述焊枪安装在所述机器人的执行端，所述激光寻位跟踪装置安装在所述焊枪上。

所述激光寻位跟踪装置用于纠正工件各个尺寸的偏差以及在焊接过程中出现的实时焊接变形。机器人激光寻位的过程是靠激光条束射出，扫射工件特征点，记录并计算该点位置，理论上讲激光条束的有效长度就是特征点允许的偏差范围。这样的话相关工装夹具的重复定位精度就不需要做的十分精密，因为激光寻位和跟踪有一定的纠偏能力。

所述机器人滑台行走机构6的立柱62上设有清枪器5，所述清枪器5用于对所述焊枪的清洗。

如图5-6所示，所述变位机尾架3通过滑块安装在变位机尾架移动滑台10上，所述变位机尾架3可沿靠近或远离所述变位机头架1的方向在变位机尾架移动滑台10上移动，以适应不同长度的车架9。

本发明中的变位机为伺服电机控制的单轴翻转变位机，头端固定，尾端滑动，用来兼容不同规格范围的工件，驱动机构为伺服电机高精密减速机，变位装有工装夹具，并通过工装夹具将工件固定，并通过变位机带动工件的转动来实现机器人焊接需要的各种角度。

所述头端工装夹具2和尾端工装夹具8结构相同，均包括工装夹具支撑板及安装在该工装夹具支撑板上的定位件、竖直压紧件和水平压紧件，所述定位件用于车架9的X、Y轴向的定位，所述竖直压紧件用于车架9竖直方向的压紧，所述水平压紧件用于车架9水平方向的压紧。

所述定位件包括横向定位件和纵向定位件，通过横向定位件和纵向定位件实现车架9的X、Y轴向的定位。

所述竖直压紧件包括竖向螺杆和压板，所述竖向螺杆的下端与所述工装夹具支撑板连接，上端穿过压板上设有的通孔、且通过螺母紧固，使所述压板沿竖直方向压紧车架9。

所述竖直压紧件为两个或多个，通过两个或多个所述竖直压紧件压紧车架9的端部。

所述水平压紧件包括支撑座和横向螺杆，所述支撑座安装在所述工装夹具支撑板上，所述横向螺杆穿过所述支撑座上设有的通孔、并且沿水平方向压紧车架9，所述横向螺杆通过螺母紧固。

下面分别对所述头端工装夹具2和尾端工装夹具8的结构作具体阐述。

如图7所示，所述头端工装夹具2包括头端工装夹具支撑板24及安装在该头端工装夹具支撑板24上的头端定位件21、头端竖直压紧件22和头端水平压紧件23，所述头端定位件21用于车架9的X、Y轴向的定位，所述头端竖直压紧件22用于车架9竖直方向的压紧，所述头端水平压紧件23用于车架9水平方向的压紧。

如图8-9所示，所述头端定位件21包括头端横向定位件211和头端纵向定位件，通过头端横向定位件211实现车架9的横向定位。所述头端纵向定位件包括头端纵向定位件a212和头端纵向定位件b213，所述头端纵向定位件a212和头端纵向定位件b213设置于车架9的端部，实现车架9的纵向定位。

所述头端竖直压紧件22包括头端竖直压紧件a221和头端竖直压紧件b222，所述头端竖直压紧件a221和头端竖直压紧件b222均包括竖向螺杆和压板，所述竖向螺杆的下端与所述头端工装夹具支撑板24连接，上端穿过压板上设有的通孔、且通过螺母紧固，使所述压板沿竖直方向压紧车架9。

所述头端竖直压紧件a221和头端竖直压紧件b222压紧车架9的端部。

所述头端水平压紧件23包括支撑座和横向螺杆，所述支撑座安装在所述头端工装夹具支撑板24上，所述横向螺杆穿过所述支撑座上设有的通孔、并且沿水平方向压紧车架9，所述横向螺杆通过螺母紧固。

如图7所示，所述尾端工装夹具8包括尾端工装夹具支撑板84及安装在该尾端工装夹具支撑板84上的尾端定位件81、尾端竖直压紧件82和尾端水平压紧件83，所述尾端定位件81用于车架9的X、Y轴向的定位，所述尾端竖直压紧件82用于车架9竖直方向的压紧，所述尾端水平压紧件83用于车架9水平方向的压紧。

如图8-9所示，所述尾端定位件81包括尾端横向定位件811和尾端纵向定位件，通过尾端横向定位件811实现车架9的横向定位。所述尾端纵向定位件包括尾端纵向定位件a812和尾端纵向定位件b813，所述尾端纵向定位件a812和尾端纵向定位件b813设置于车架9的端部，实现车架9的纵向定位。

所述尾端竖直压紧件82包括尾端竖直压紧件a821和尾端竖直压紧件b822，所述尾端竖直压紧件a821和尾端竖直压紧件b822均包括竖向螺杆和压板，所述竖向螺杆的下端与所述尾端工装夹具支撑板84连接，上端穿过压板上设有的通孔、且通过螺母紧固，使所述压板沿竖直方向压紧车架9。

所述尾端竖直压紧件a821和尾端竖直压紧件b822压紧车架9的端部。

所述尾端水平压紧件83包括支撑座和横向螺杆，所述支撑座安装在所述尾端工装夹具支撑板84上，所述横向螺杆穿过所述支撑座上设有的通孔、并且沿水平方向压紧车架9，所述横向螺杆通过螺母紧固。

本发明的焊接工装夹具安装在变位机的头箱和尾箱上，通过定位元件和压紧元件将工件定位并固定在变位机上，这样变位机就能带动工件做旋转运动，来配合机器人焊接。

本发明采用激光激光寻位跟踪装置，激光激光寻位跟踪装置装在机器人焊枪上，激光跟踪能对工件的焊缝进行实时跟踪焊接，由伺服电机驱动的滑台行走机构可以做X轴直线运动，以及变位机和工件的旋转，配合机器人焊枪来实现各种角度的焊接。

本发明采用电气集成控制系统：

1)系统由机器人系统、变位机系统与焊接系统功能组成，几者之间通过通信接口进行通信及相关动作的链接，共同完成对工件的焊接工作。

2)系统通过单元操作台来启动，当焊接完成需要清理焊枪时，机器人可自动运动到清枪器位置自动清理焊枪，机器人通过总线与焊机连接，可控制焊机的启停，焊接参数的调用通过程序号来实现。设备全程由机器人来控制，焊接工艺和流程需要通过示教者来编译规划。

4)系统设有传感器，具备自动检测故障并报告故障代码的能力。

5)整个焊接系统预留TCP/IP通讯接口，可以与上位系统进行集成，在焊接系统对应的工位一体机上直接显示，实现与生产任务相关联。

本发明的操作使用流程是：

操作工将工件移至变位机上的工装上，将工装与工件连接固定好，操作人员按下操作盒上的启动按钮，焊接机器人按照预先设定好的程序运行，机器人夹持焊枪到达焊缝始端开始自动寻位焊接焊接，焊接工件结束，机器人复位，操作人员装卸下工件，并将新工件装到变位机上。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非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作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种车架机器人焊接系统，其特征在于，包括变位机头架(1)、头端工装夹具(2)、变位机尾架(3)、机器人滑台行走机构(6)、机器人焊接系统(7)、焊接电源及尾端工装夹具(8)，其中头端工装夹具(2)和尾端工装夹具(8)分别可转动地安装在变位机头架(1)和变位机尾架(3)的法兰盘上，用于装夹车架(9)，所述机器人滑台行走机构(6)设置于所述变位机头架(1)和变位机尾架(3)的一侧，所述机器人焊接系统(7)设置于所述机器人滑台行走机构(6)上、并且与焊接电源电连接，所述机器人焊接系统(7)通过机器人滑台行走机构(6)的驱动沿X轴作直线运动；

所述头端工装夹具(2)和尾端工装夹具(8)结构相同，均包括工装夹具支撑板及安装在该工装夹具支撑板上的定位件、竖直压紧件和水平压紧件，所述定位件用于车架(9)的X、Y轴向的定位，所述竖直压紧件用于车架(9)竖直方向的压紧，所述水平压紧件用于车架(9)水平方向的压紧；

所述定位件包括横向定位件和纵向定位件，通过横向定位件和纵向定位件实现车架(9)的X、Y轴向的定位；

所述竖直压紧件包括竖向螺杆和压板，所述竖向螺杆的下端与所述工装夹具支撑板连接，上端穿过所述压板上设有的通孔、并且与螺母连接，使所述压板沿竖直方向压紧车架(9)；

所述水平压紧件包括支撑座和横向螺杆，所述支撑座安装在所述工装夹具支撑板上，所述横向螺杆穿过所述支撑座上设有的通孔、并且沿水平方向压紧车架(9)，所述横向螺杆通过螺母紧固；

所述工装夹具支撑板上设置有滑槽，所述定位件、竖直压紧件和水平压紧件通过螺栓固定到所述滑槽上，可调节在滑槽上的固定位置；

所述工装夹具支撑板上设置有两条所述滑槽，所述滑槽的长度与所述工装夹具支撑板的长度相适配。

2.根据权利要求1所述的车架机器人焊接系统，其特征在于，所述机器人滑台行走机构(6)包括X轴滑轨(61)、立柱(62)及横梁(63)，所述立柱(62)的底端与X轴滑轨(61)滑动连接，顶端设有横梁(63)，所述机器人焊接系统(7)设置于所述横梁(63)上。

3.根据权利要求1所述的车架机器人焊接系统，其特征在于，所述变位机尾架(3)安装在变位机尾架移动滑台上，可沿靠近或远离所述变位机头架(1)的方向移动。

4.根据权利要求1所述的车架机器人焊接系统，其特征在于，所述竖直压紧件为两个或多个，通过两个或多个所述竖直压紧件压紧车架(9)的端部。

5.根据权利要求1所述的车架机器人焊接系统，其特征在于，所述机器人焊接系统(7)包括机器人、焊枪及激光寻位跟踪装置，其中机器人安装在机器人滑台行走机构(6)上，所述焊枪安装在所述机器人的执行端，所述激光寻位跟踪装置安装在所述焊枪上。

6.根据权利要求5所述的车架机器人焊接系统，其特征在于，所述机器人滑台行走机构(6)上设有清枪器(5)，所述清枪器(5)用于对所述焊枪的清洗。