CN106216927B - 跨龙门罐体机器人焊接系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人焊接系统，特别涉及一种跨龙门罐体机器人焊接系统。包括龙门机构、机器人焊接系统及变位机，其中变位机用于装夹罐体及带动罐体转动；所述龙门机构设置于所述变位机的两侧，用于安装所述机器人焊接系统，实现所述机器人焊接系统沿XYZ轴的直线运动；所述机器人焊接系统安装在所述龙门机构上，用于完成罐体的焊接。本发明可以做X、Y、Z三轴的直线运动，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，实现全工件的覆盖，实现最大化的焊接可达性。

Description

跨龙门罐体机器人焊接系统

技术领域

本发明涉及一种机器人焊接系统，特别涉及一种跨龙门罐体机器人焊接系统。

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体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，这样机器人焊接的范围受影响较大，很大区域受局限不能可达，再者受工件(罐体，体积比较大)组对精度的影响，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跨龙门罐体机器人焊接系统。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种跨龙门罐体机器人焊接系统，包括龙门机构、机器人焊接系统、焊接电源及变位机，其中，

所述变位机用于装夹罐体及带动罐体转动；

所述龙门机构设置于所述变位机的两侧，用于安装所述机器人焊接系统，实现所述机器人焊接系统沿XYZ轴的直线运动；

所述机器人焊接系统安装在所述龙门机构上、并且与焊接电源电连接，所述机器人焊接系统用于完成罐体的焊接。

所述变位机包括变位机头端部分和变位机尾端部分，所述变位机头端部分和变位机尾端部分结构相同，均包括架体、一级工装及二级工装，所述一级工装可转动地安装在所述架体的法兰盘上，所述二级工装安装在所述罐体的端部、并且与所述一级工装连接。

所述二级工装的一端设有用于与所述一级工装连接的二级工装连接板，另一端的端面上设有上连接耳座和下连接耳座，所述上连接耳座和下连接耳座可反相作直线运动，以调整两者之间的间距。

所述变位机头端部分的架体内设有工件旋转驱动机构，所述工件旋转驱动机构包括相互连接的伺服电机和减速机，所述减速机的输出轴与所述一级工装连接。

所述一级工装的一端与所述减速机的输出法兰盘连接，另一端设有一级工装连接板，所述一级工装连接板与所述二级工装连接板搭接、并且通过铰链螺栓连接。

所述龙门机构包括X轴行走机构、Y轴行走机构、Z轴行走机构及龙门架，其中龙门架的两个立柱底端通过滚轮分别与两个X轴行走机构连接，所述龙门架的横梁上设有Y轴行走机构，所述Z轴行走机构与Y轴行走机构连接，所述机器人焊接系统与Z轴行走机构连接。

所述X轴行走机构、Y轴行走机构及Z轴行走机构均通过齿轮齿条驱动机构驱动实现直线运动，所述Y轴行走机构和Z轴行走机构通过导轨滑块机构导向，所述X轴行走机构通过平导轨和滚轮机构导向。

所述机器人焊接系统包括机器人、焊枪及激光跟踪系统，所述机器人安装在所述Z轴行走机构上，所述焊枪安装在所述机器人的执行端，所述激光跟踪系统安装在所述焊枪上，所述激光跟踪系统用于对工件的焊缝实时跟踪焊接。

所述跨龙门罐体机器人焊接系统进一步包括设置于所述龙门架上的清枪器，所述清枪器用于清理所述焊枪。

所述变位机为一组或并排的多组。

本发明的优点及有益效果是：

1.本发明采用激光跟踪系统，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，由伺服驱动的龙门系统可以做X、Y、Z三轴的直线运动，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。

2.本发明的行走机构为龙门式X(双驱)、Y、Z四轴行走机构，可配合机器人实现全工件的覆盖，实现最大化的焊接可达性。

3.本发明通过变位机带动工件的的转动来达到机器人焊接需要，同时采用一二级快速换型工装夹具，实现快速装夹工件。

4.本发明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。

5.本发明采用激光寻位+激光跟踪装置来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。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的侧视图；

图4为本发明的轴测视图；

图5为本发明中变位机装夹工件的结构示意图；

图6为本发明中变位机头端部分的结构示意图；

图7为本发明中变位机尾端部分的结构示意图；

图8为发明中变位机头架的结构示意图；

图9为图8中的A-A剖视图；

图10为本发明中Z轴行走机构的结构示意图；

图11为图10的左视图；

图12为图11中的I处放大图；

图13为本发明中机器人焊接系统的结构示意图。

图中：1为龙门机构，11为X轴行走机构，12为Y轴行走机构，13为Z轴行走机构，131为上缓冲组件，132为Z轴行走零位座，133为Z轴竖梁，134为Z轴轨道，135为Z轴齿条，136为下缓冲组件，137为走线孔堵板，138为圆形过线板，139为焊丝盘支架，1310为开口销，1311为Z轴升降限位轴，14为龙门架，2为机器人焊接系统，21为机器人，22为焊枪，23为激光器，24为监控镜头，3为变位机，31为变位机头端部分，311为变位机头架，312为头端一级工装，313为头端二级工装，314为头端上连接耳座，315为头端下连接耳座，316为伺服电机，317为减速机，32为变位机尾端部分，321为变位机尾架，322为尾端一级工装，323为尾端二级工装，324为尾端上连接耳座，325为尾端下连接耳座，4为清枪器，5为罐体。

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1-4所示，本发明提供的一种跨龙门罐体机器人焊接系统，包括龙门机构1、机器人焊接系统2、焊接电源及变位机3，其中，所述变位机3用于装夹罐体5及带动罐体5转动；所述龙门机构1设置于所述变位机3的两侧，用于安装所述机器人焊接系统2，实现所述机器人焊接系统2沿XYZ轴的直线运动；所述机器人焊接系统2安装在所述龙门机构1上、并与焊接电源电连接，用于完成罐体5的焊接。

所述龙门机构1包括X轴行走机构11、Y轴行走机构12、Z轴行走机构13及龙门架14，其中龙门架14的两个立柱底端通过滚轮分别与两个X轴行走机构11连接，所述龙门架14的横梁上设有Y轴行走机构12，所述Z轴行走机构13与Y轴行走机构12连接，所述机器人焊接系统2与Z轴行走机构13连接。

所述X轴行走机构11、Y轴行走机构12及Z轴行走机构13均通过齿轮齿条驱动机构驱动实现直线运动，所述龙门架14通过两个立柱底部的滚轮在两个X轴行走机构11的轨道上行走，实现X轴的直线运动。所述Y轴行走机构12和Z轴行走机构13均通过导轨滑块机构导向，实现Y轴和Z轴的直线运动。

下面对Z轴行走机构13进行详细阐述。

如图10-12所示，所述Z轴行走机构13包括上缓冲组件131、Z轴竖梁133、Z轴轨道134、Z轴齿条135及下缓冲组件136，其中Z轴轨道134和Z轴齿条135均沿竖直方向安装在Z轴竖梁133上，所述机器人焊接系统2通过Z轴滑块与Z轴轨道134滑动连接，所述机器人焊接系统2通过伺服电机及减速机驱动沿Z轴轨道134行走，所述减速机输出轴设有Z轴驱动齿轮与Z轴齿条135啮合。所述Z轴轨道134的两端分别设有上缓冲组件131和下缓冲组件136，所述Z轴竖梁133的上端设有Z轴行走零位座132和Z轴升降限位轴1311。

所述龙门机构1为龙门式X(双驱)YZ四轴行走机构，可配合机器人实现全工件的覆盖，实现最大化的焊接可达性。所述龙门机构1的XYZ轴均采用伺服电机和减速机驱动，减速机均为精密减速机，不仅旋转精度高而且产品性能稳定具有自动锁紧功能，不会发生卡滞、震动、窜动等异常情况。

所述龙门机构1通过龙门式X(双驱)YZ四轴行走机构，配合机器人实现工件的不同的角度/位置，实现合适的焊接位置。

如图5所示，所述变位机3包括变位机头端部分31和变位机尾端部分32，所述变位机头端部分31和变位机尾端部分32结构相同，均包括架体、一级工装及二级工装，所述一级工装可转动地安装在所述架体的法兰盘上，所述二级工装安装在所述罐体5的两端，罐体5两端的所述二级工装分别与相对应的所述一级工装连接。

所述二级工装的一端设有用于与所述一级工装连接的二级工装连接板，另一端的端面上设有上连接耳座和下连接耳座，所述上连接耳座和下连接耳座可沿反相作直线运动，实现上连接耳座和下连接耳座之间间距的调整。

所述变位机头端部分31的架体内设有工件旋转驱动机构，所述一级工装的一端与所述工件旋转驱动机构连接，另一端设有一级工装连接板，所述一级工装连接板与所述二级工装连接板搭接、并且通过铰链螺栓连接。

本发明的焊接工装夹具采用一、二级快速换型工装夹具；一级工装与变位机连接，二级工装通过定位螺栓与罐体相连，一、二级工装之间通过定位销和螺栓连接到一起。

所述焊接工装夹具的使用方法：

1)首先在罐体5两端的固定位置焊接两块定位连接板(工艺用)；

2)在准备工位将二级工装与罐体通过定位连接板连接到一起；

3)将罐体5吊装到变位机上方，通过一级工装上的快速定位销实现快速准确定位，通过铰链螺栓实现快速固定，上料工序完成。

所述变位机头端部分31的具体结构，如图6所示。所述变位机头端部分31包括变位机头架311、头端一级工装312及头端二级工装313，所述头端一级工装312可转动地安装在所述变位机头架311的法兰盘上，所述头端二级工装313安装在所述罐体5的端部，所述头端二级工装313与所述头端一级工装311连接。

所述头端二级工装313的一端设有用于与所述头端一级工装312连接的头端二级工装连接板，另一端的端面上设有头端上连接耳座314和头端下连接耳座315，所述头端上连接耳座314和头端下连接耳座315可沿反相作直线运动，以调整头端上连接耳座314和头端下连接耳座315之间的间距。

所述变位机头架311内设有工件旋转驱动机构，所述头端一级工装312的一端与所述工件旋转驱动机构连接，另一端设有用于与所述头端二级工装连接板连接搭接的头端一级工装连接板。

如图8-9所示，所述变位机头架311内设有工件旋转驱动机构，所述工件旋转驱动机构包括相互连接的伺服电机316和减速机317，所述头端一级工装312的一端与所述减速机317的输出轴连接，另一端设有用于与所述头端二级工装连接板搭接的头端一级工装连接板，所述头端一级工装连接板和头端二级工装连接板通过铰链螺栓固定连接。

所述变位机尾端部分32的具体结构，如图7所示。所述变位机尾端部分32包括变位机尾架321、尾端一级工装322及尾端二级工装323，所述尾端一级工装322可转动地安装在所述变位机尾架321的法兰盘上，所述尾端二级工装323安装在所述罐体5的端部，所述尾端二级工装323与所述尾端一级工装322连接。

所述尾端二级工装323的一端设有用于与所述尾端一级工装322连接的尾端二级工装连接板，另一端的端面上设有尾端上连接耳座324和尾端下连接耳座325，所述尾端上连接耳座324和尾端下连接耳座325可沿反相作直线运动，以调整尾端上连接耳座324和尾端下连接耳座325之间的间距。

所述尾端一级工装33的一端设有用于与所述尾端二级工装连接板搭接的尾端一级工装连接板，所述尾端一级工装连接板和尾端二级工装连接板搭接后，通过铰链螺栓固定连接。

所述变位机3为伺服电机控制的单轴翻转变位机，变位机头端部分31和变位机尾端部分32均固定，驱动机构为伺服电机和高精密减速机。所述变位机3装有工件，通过所述变位机3带动工件的的转动来达到机器人焊接需要。

如图13所示，所述机器人焊接系统2包括机器人21、焊枪22及激光跟踪系统，所述机器人21安装在所述Z轴行走机构13上，所述焊枪22安装在所述机器人21的执行端，所述激光跟踪系统安装在所述焊枪22上。所述激光跟踪系统包括激光器23和监控镜头24，监控镜头24的作用是通过监控显示器监控焊缝。所述激光跟踪系统的作用是用来对工件的焊缝实时跟踪焊接。当焊缝发生偏移，在一定范围内能够实时的发出路径修正信号，使机器人焊接系统2能够及时修正焊接路线，满足焊接的需求。

所述机器人焊接系统2的目的是根据程序的指示，按照提前设置好的路线对工件进行焊接。

所述激光跟踪系统具有激光寻位和激光跟踪的功能，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。

所述跨龙门罐体机器人焊接系统进一步包括设置于所述龙门架14上的清枪器4，所述清枪器4用于清理所述焊枪22。所述清枪器4为市购产品，购置于斯图加特航空自动化(青岛)有限公司，型号为SN132。

所述变位机3为一组或并排的多组。本发明的一实施例中，所述变位机3为一组，所述龙门架14的跨度为4.5米。本发明的另一实施例中，所述变位机3为并排的两组，所述龙门架14的跨度为8.5米。

本发明的电气集成控制包括以下几点：

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。

3)机器人系统包括本体运动轨迹规划试教和双驱外部轴运动控制。根据加工工件的外观尺寸，规划焊接轨迹，双驱外部轴可以扩展机器人的可达范围。

4)激光跟踪系统由激光传感器、中央处理单元和外部通讯组成。激光传感器识别正在焊接的焊缝，将焊缝位置数据传送到中央处理单元，经过处理后控制机器人的偏移，实现对焊缝的跟踪。

5)系统设有传感，具备自动检测故障并报告故障代码的能力。

6)整个集成系统预留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。同时焊接应通过该接口可以进行与上位机系统的数据互联，具体通讯格式双方协商。

本发明的操作使用流程是：

将二级工装安装在罐体工件上，并固定和吊装罐体工件至变位机上，并将一级工装与二级工装连接固定好，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，焊接工件结束，机器人复位，操作人员装卸下罐体工件，并将新罐体工件装到变位机上。

本发明采用激光跟踪系统，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，由伺服驱动的龙门系统可以做X、Y、Z三轴的直线运动，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。

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 (9)

1.一种跨龙门罐体机器人焊接系统，其特征在于，包括龙门机构(1)、机器人焊接系统(2)、焊接电源及变位机(3)，其中，

所述变位机(3)用于装夹罐体(5)及带动罐体(5)转动；

所述龙门机构(1)设置于所述变位机(3)的两侧，用于安装所述机器人焊接系统(2)，实现所述机器人焊接系统(2)沿XYZ轴的直线运动；

所述机器人焊接系统(2)安装在所述龙门机构(1)上、并且与焊接电源电连接，所述机器人焊接系统(2)用于完成罐体(5)的焊接；

所述变位机(3)包括变位机头端部分(31)和变位机尾端部分(32)，所述变位机头端部分(31)和变位机尾端部分(32)结构相同，均包括架体、一级工装及二级工装，所述一级工装可转动地安装在所述架体的法兰盘上，所述二级工装安装在所述罐体(5)的端部、并且与所述一级工装连接；

所述二级工装的一端设有用于与所述一级工装连接的二级工装连接板，所述一级工装的一端设有一级工装连接板，所述一级工装连接板上设置有定位销，所述一级工装连接板与所述二级工装连接板搭接、所述一级工装连接板与所述二级工装连接板通过所述定位销实现定位，并且通过铰链螺栓连接。

2.根据权利要求1所述的跨龙门罐体机器人焊接系统，其特征在于，相对于所述二级工装连接板，所述二级工装的另一端的端面上设有上连接耳座和下连接耳座，所述上连接耳座和下连接耳座可反相作直线运动，以调整两者之间的间距。

3.根据权利要求2所述的跨龙门罐体机器人焊接系统，其特征在于，所述变位机头端部分(31)的架体内设有工件旋转驱动机构，所述工件旋转驱动机构包括相互连接的伺服电机(316)和减速机(317)，所述减速机(317)的输出轴与所述一级工装连接。

4.根据权利要求3所述的跨龙门罐体机器人焊接系统，其特征在于，相对于所述一级工装连接板，所述一级工装的另一端与所述减速机(317)的输出法兰盘连接。

5.根据权利要求1所述的跨龙门罐体机器人焊接系统，其特征在于，所述龙门机构(1)包括X轴行走机构(11)、Y轴行走机构(12)、Z轴行走机构(13)及龙门架(14)，其中龙门架(14)的两个立柱底端通过滚轮分别与两个X轴行走机构(11)连接，所述龙门架(14)的横梁上设有Y轴行走机构(12)，所述Z轴行走机构(13)与Y轴行走机构(12)连接，所述机器人焊接系统(2)与Z轴行走机构(13)连接。

6.根据权利要求5所述的跨龙门罐体机器人焊接系统，其特征在于，所述X轴行走机构(11)、Y轴行走机构(12)及Z轴行走机构(13)均通过齿轮齿条驱动机构驱动实现直线运动，所述Y轴行走机构(12)和Z轴行走机构(13)通过导轨滑块机构导向，所述X轴行走机构(11)通过平导轨和滚轮机构导向。

7.根据权利要求5所述的跨龙门罐体机器人焊接系统，其特征在于，所述机器人焊接系统(2)包括机器人(21)、焊枪(22)及激光跟踪系统，所述机器人(21)安装在所述Z轴行走机构(13)上，所述焊枪(22)安装在所述机器人(21)的执行端，所述激光跟踪系统安装在所述焊枪(22)上，所述激光跟踪系统用于对工件的焊缝实时跟踪焊接。

8.根据权利要求7所述的跨龙门罐体机器人焊接系统，其特征在于，所述跨龙门罐体机器人焊接系统进一步包括设置于所述龙门架(14)上的清枪器(4)，所述清枪器(4)用于清理所述焊枪(22)。

9.根据权利要求1-8任一项所述的跨龙门罐体机器人焊接系统，其特征在于，所述变位机(3)为一组或并排的多组。