CN108356458B - 可旋转对称焊接的三轴实时跟踪焊接装置 - Google Patents

Abstract

一种可旋转对称焊接的三轴实时跟踪焊接装置，包括焊枪；激光跟踪装置；轴向驱动机构，用于驱动焊枪和/或激光跟踪装置相对设备本体沿X轴和/或Y轴和/或Z轴移动；旋转机构，至少用于驱动焊枪定位旋转，以切换焊接角度；该旋转机构包括连接轴向驱动机构的气缸支架组件，该气缸支架组件上设置有旋转气缸，焊枪连接旋转气缸的驱动轴，旋转气缸驱动焊枪定位旋转；激光跟踪装置相对固定连接气缸支架组件；焊枪和/或激光跟踪装置设置于旋转机构上；旋转机构设置于轴向驱动机构上，并在轴向驱动机构的作用下整体沿X轴和/或Y轴和/或Z轴移动。本发明可适应不同焊接角度需求、通过调节不同的焊接角度可至少节省一套设备。

Description

可旋转对称焊接的三轴实时跟踪焊接装置

技术领域

本发明涉及一种自动化焊接设备，特别涉及一种可旋转对称焊接的三轴实时跟踪焊接装置。

背景技术

目前冷柜焊接领域的薄板焊接都是只能按一定的角度沿着固定的轨迹单方向焊接，如：一块平板四条边的焊接由于焊接角度不同，所以往往需要配置四台焊接设备来满足焊接需求，有些特种冷柜的顶板是由多块平板和多条横梁焊接而成，这种特种冷柜的顶板横向焊接的焊缝就会达到很多条，而且需要对称焊接，按现有的焊接方式，若焊接设备只有两台的话，则需要交叉焊接，这样操作非常不方便，而且效率非常低，生产节拍很慢，并难以保证焊接的对称性。

中国专利文献号CN106271081A于2017年1月4日公布了一种三坐标直角机器人线激光焊缝自动跟踪系统及其跟踪方法，具体公开了：包括：三坐标直角机器人、工作台、线激光传感器、焊接电源、焊枪、焊接配套设备、焊枪夹持装置、嵌入式工业控制器和工件；所述工件放置在工作台上，工件的位置和倾斜角度可以手动调节，线激光传感器固定安装在焊枪末端，焊枪通过焊枪夹持装置安装在三坐标直角机器人的Z轴上，三坐标直角机器人通过其X轴固定安装在工作台上，嵌入式工业控制器通过以太网线与线激光传感器相连，焊枪和焊接配套设备通过电缆线与焊接电源相连接，线激光传感器和焊枪通过三坐标直角机器人的运动而改变空间位置；将线激光传感器中相机采集到的图像先经过预处理后，采用高斯核相关跟踪算法，得到当前帧图像中焊缝中心特征点的像素坐标值，将该坐标值转换成相机坐标系下的三维坐标值之后，把该值与初始值的偏差值通过TwinCAT软件实时发送给三坐标直角机器人，从而带动焊枪完成自动焊接。该结构的焊接设备智能实现焊枪的三维跟踪焊接，但不具备焊接角度自动调节的功能，导致该焊接设备智能适用于单一焊接角度的焊接要求，对于多个焊接角度的焊接要求则需要多套焊接设备完成，导致设备成本高；焊接过程中需要对产生进行转移，导致操作麻烦，工作效率低，而且难以保证焊接的对称性；因此，有必要做进一步改进。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种可旋转对称焊接的三轴实时跟踪焊接装置，其结构简单合理、操作方便、工作效率高、生产节拍快、焊接质量好、可适应不同焊接角度需求、通过调节不同的焊接角度可至少节省一套设备，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种可旋转对称焊接的三轴实时跟踪焊接装置，包括

焊枪，焊接工序的执行元件；

激光跟踪装置，实时扫描焊缝，以确保焊接精度；

其特征在于：还包括

轴向驱动机构，用于驱动焊枪和/或激光跟踪装置相对设备本体沿X轴和/或Y轴和/或Z轴移动；

旋转机构，至少用于驱动焊枪定位旋转，以切换焊接角度；该旋转机构包括连接轴向驱动机构的气缸支架组件，该气缸支架组件上设置有旋转气缸，焊枪连接旋转气缸的驱动轴，旋转气缸驱动焊枪定位旋转；所述激光跟踪装置相对固定连接气缸支架组件；

所述焊枪和/或激光跟踪装置设置于旋转机构上；所述旋转机构设置于轴向驱动机构上，并在轴向驱动机构的作用下整体沿X轴和/或Y轴和/或Z轴移动。

所述气缸支架组件上设置有定位控制组件，该定位控制组件包括定位气缸和定位轴；所述定位气缸的缸体固定于气缸支架组件上，定位气缸的杆体连接一根以上定位轴，并驱动一根以上的定位轴往复移动；所述焊枪通过一旋转支架连接旋转气缸的驱动轴，旋转气缸通过旋转支架驱动焊枪转动，该旋转支架上设有与定位轴插接的定位孔；当旋转气缸驱动焊枪旋转时，定位气缸驱动定位轴脱离定位孔；当焊枪完成旋转后，定位气缸驱动定位轴移动，使相应的定位轴与定位孔插接，实现旋转支架的定位转动。

所述焊枪与旋转支架之间设置有用于调节焊枪X轴和/或Y轴位置的轴向调节组件，焊枪通过该轴向调节组件连接旋转支架；所述轴向调节组件包括用于调节焊枪X轴和/或Y轴位置的调节滑台和用于固定焊枪于调节滑台上的安装套。

所述旋转机构还包括Y轴行程补偿组件，该Y轴行程补偿组件包括无杆气缸、补偿支架和行程滑块，无杆气缸设置于补偿支架上，行程滑块滑动在补偿支架上，无杆气缸连接行程滑块，并驱动行程滑块沿Y轴滑动，气缸支架组件固定连接行程滑块。

所述轴向驱动机构包括用于驱动旋转机构沿X轴移动的X轴驱动组件、用于驱动旋转机构沿Y轴移动的Y轴驱动组件、及用于驱动旋转机构沿Z轴移动的Z轴驱动组件；所述X轴驱动组件设置于设备本体上，Y轴驱动组件设置于X轴驱动组件上，Z轴驱动组件设置于Y轴驱动组件上，旋转机构设置于Z轴驱动组件上。

所述X轴驱动组件包括X轴支架座、X轴驱动电机和X轴驱动齿轮；所述X轴驱动电机设置于X轴支架座上；所述X轴驱动电机的电机轴连接X轴驱动齿轮，并驱动X轴驱动齿轮转动；所述X轴驱动齿轮与设备本体上的X轴齿条相齿接，该X轴齿条沿X轴延伸；所述X轴驱动电机工作时，在X轴驱动齿轮与X轴齿条的相互作用下，X轴驱动组件整体沿X轴移动。

所述Y轴驱动组件包括Y轴支架座、Y轴驱动电机、Y轴连接块、主动轮、同步带和从动轮；所述Y轴支架座与X轴支架座固接；所述Y轴驱动电机设置于Y轴支架座上；所述Y轴驱动电机的电机轴连接主动轮，并驱动主动轮转动；所述同步带绕设于主动轮和从动轮外侧，主动轮与从动轮相互远离以张紧同步带；所述从动轮转动在Y轴支架座上；所述Y轴连接块滑动在Y轴支架座上，并分别与同步带和Z轴驱动组件固接；Y轴驱动电机工作时，在主动轮和从动轮的相互作用下，同步带通过Y轴连接块带动Z轴驱动组件沿Y轴移动。

所述Y轴支架座上设置有第一限位传感器和第二限位传感器，Y轴连接块相对Y轴支架座移动至一定位置时与第一限位传感器或第二限位传感器触碰。

所述Z轴驱动组件包括Z轴支架座、Z轴驱动电机、滚珠丝杆、丝杆螺母和Z轴连接架；所述Z轴支架座与Y轴连接块固接；所述Z轴驱动电机设置于Z轴支架座上：所述滚珠丝杆转动在Z轴支架座上，Z轴驱动电机的电机轴连接滚珠丝杆，并驱动滚珠丝杆转动；所述丝杆螺母与滚珠丝杆螺接，并滑动在Z轴支架座上；所述Z轴连接架分别与丝杆螺母和补偿支架固接。

还包括用于为焊接工作供应焊丝的送丝机，该送丝机设置于轴向驱动机构上，轴向驱动机构驱动送丝机相对设备本体沿X轴和/或Y轴和/或Z轴移动。

本发明通过设置旋转机构，使焊枪可随意旋转达到切换焊接角度的效果，进而适用于需要反向焊接的智能焊接设备，当需要反向焊接时，只需要控制旋转机构工作，对焊枪进行旋转即可切换不同的焊接角度，通过本操作方式至少可节省一套焊接设备的成本，其结构简单，操作便捷，焊接效率高，焊接质量好，生产节拍快，适应性和实用性强；

为避免焊接过程中，焊枪受力偏移，旋转机构中具有定位控制组件，其通过定位气缸驱动定位轴移动，并对应插接旋转支架，以限制旋转支架转动，进而有效保证焊枪的稳定性；具体工作是：焊枪旋转过程中，定位气缸则控制定位轴脱离旋转支架上的定位孔；焊枪完成旋转或工作中，定位气缸则控制定位轴持续与定位孔插接，进而有效限制旋转支架转动，保证焊枪工作中不同误旋转，确保焊接效果；

通过设置轴向驱动机构可最终驱动焊枪和/或激光跟踪装置相对设备本体沿X轴和/或Y轴和/或Z轴移动，确保焊枪精准的沿指定的焊接轨迹移动，提高焊接质量；具体是，由激光跟踪装置对焊缝进行实时扫描，并及时反馈相应的信号至设备的控制系统中，控制系统根据实际需要控制轴向驱动机构工作，使焊枪始终沿焊缝移动，确保焊接质量。

附图说明

图1为本发明一实施例的工作状态示意图。

图2和图3分别为本发明一实施例的组装结构示意图。

图4为图3中C处的放大示意图。

图5为本发明一实施例中旋转机构的分解图。

图6为本发明一实施例中X轴驱动组件的结构示意图。

图7为本发明一实施例中Y轴驱动组件的结构示意图。

图8为本发明一实施例中Z轴驱动组件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

参见图1-图3，本发明涉及的待焊接产品为特种冷柜B，三轴实时跟踪焊接装置A用于为特种冷柜B进行焊接操作；

其中可旋转对称焊接的三轴实时跟踪焊接装置A，包括

送丝机1，用于为焊接工作供应焊丝；

焊枪12，焊接工序的执行元件；

激光跟踪装置7，实时扫描焊缝，以确保焊接精度；

轴向驱动机构，用于驱动焊枪12和/或激光跟踪装置7相对设备本体沿X轴和/或Y轴和/或Z轴移动；

旋转机构5，至少用于驱动焊枪12定位旋转，以切换焊接角度；该旋转机构5包括连接轴向驱动机构的气缸支架组件，该气缸支架组件上设置有旋转气缸15，焊枪12连接旋转气缸15的驱动轴15.1，旋转气缸15驱动焊枪12定位旋转；激光跟踪装置7相对固定连接气缸支架组件；

焊枪12和/或激光跟踪装置7设置于旋转机构5上；旋转机构5设置于轴向驱动机构上，并在轴向驱动机构的作用下整体沿X轴和/或Y轴和/或Z轴移动。

本焊接设备通过设置旋转机构5，使焊枪12可随意旋转达到切换焊接角度的效果，进而适用于需要反向焊接的智能焊接设备，当需要反向焊接时，只需要通过按钮控制旋转机构工作，对焊枪12进行旋转即可切换不同的焊接角度，通过本操作方式至少可节省一套焊接设备的成本，其结构简单，操作便捷，焊接效率高，焊接质量好，生产节拍快，适应性和实用性强；此外，通过设置轴向驱动机构可最终驱动焊枪12和激光跟踪装置7相对设备本体沿X轴、Y轴和Z轴移动，确保焊枪12精准的沿指定的焊接轨迹移动，提高焊接质量；具体是，由激光跟踪装置7对焊缝进行实时扫描，并及时反馈相应的信号至设备的控制系统中，控制系统根据实际需要控制轴向驱动机构工作，使焊枪12始终沿焊缝移动，确保焊接质量。

进一步说，参见图4和图5，气缸支架组件由旋转安装板8、安装角板13和激光安装板20组成，旋转安装板8为倒置的T形板，安装角板13设置两块并分别固定于旋转安装板8两侧，激光安装板20固定于旋转安装板8一侧；气缸支架组件中的旋转安装板8上固接有定位控制组件，该定位控制组件包括定位气缸9、定位连接板10和定位轴12；定位气缸9的缸体固定于气缸支架组件中的旋转安装板8上，定位气缸9的杆体通过定位连接板10连接两根定位轴12，并驱动两根定位轴12同时同步往复移动，两根定位轴12分别通过导向轴11设置于定位连接板10两端，且沿Z轴延伸，安装角板13上设置有直线轴承14，定位轴12滑动式贯穿相应的直线轴承14；焊枪12通过一异形的旋转支架16连接旋转气缸15的驱动轴15.1，旋转气缸15通过旋转支架16驱动焊枪12转动，该旋转支架16上设有与定位轴12插接的定位孔16.1；当旋转气缸15驱动焊枪12旋转时，定位气缸9驱动定位轴12上移使其脱离定位孔16.1，确保焊枪12顺利旋转；当焊枪12完成旋转后，定位气缸9驱动定位轴12下移，使相应的定位轴12与定位孔16.1插接，实现旋转支架16的定位转动。

进一步说，焊枪12与旋转支架16之间设置有用于调节焊枪12X轴和Y轴位置的轴向调节组件，焊枪12通过该轴向调节组件连接旋转支架16；轴向调节组件包括用于调节焊枪12X轴和Y轴位置的调节滑台7和用于固定焊枪12于调节滑台7上的安装套18，通过调节焊枪12的位置可满足不同的焊接要求。

进一步说，旋转机构5还包括Y轴行程补偿组件，该Y轴行程补偿组件包括无杆气缸6、补偿支架22和行程滑块23，无杆气缸6设置于补偿支架22上，行程滑块23滑动在补偿支架22上，无杆气缸6连接行程滑块23，并驱动行程滑块23沿Y轴滑动，气缸支架组件中的旋转安装板8固定连接行程滑块23。

进一步说，轴向驱动机构包括用于驱动旋转机构5沿X轴移动的X轴驱动组件2、用于驱动旋转机构5沿Y轴移动的Y轴驱动组件3、及用于驱动旋转机构5沿Z轴移动的Z轴驱动组件4；X轴驱动组件2滑动在设备本体上，Y轴驱动组件3固定在X轴驱动组件2上，Z轴驱动组件4滑动在Y轴驱动组件3上，旋转机构5固定在Z轴驱动组件4上；送丝机1固定在轴向驱动机构中的X轴驱动组件2上，工作时，轴向驱动机构驱动送丝机1相对设备本体沿X轴移动。

进一步说，参见图6，X轴驱动组件2包括X轴支架座31、X轴驱动电机32和X轴驱动齿轮33；X轴驱动电机32设置于L形的X轴支架座31顶部；X轴驱动电机32的电机轴连接X轴驱动齿轮33，并驱动X轴驱动齿轮33转动；X轴驱动齿轮33与设备本体上的X轴齿条(图中未标示)相齿接，该X轴齿条沿X轴延伸；X轴驱动电机32工作时，在X轴驱动齿轮33与X轴齿条的相互作用下，X轴驱动组件2整体沿X轴移动，Y轴驱动组件3、Z轴驱动组件4和旋转机构5随动。

进一步说，参见图7，Y轴驱动组件3包括Y轴支架座41、Y轴驱动电机42、Y轴连接块43、主动轮44、同步带45和从动轮46；Y轴支架座41与X轴支架座31固接；Y轴驱动电机42固定于Y轴支架座41上；Y轴驱动电机42的电机轴连接主动轮44，并驱动主动轮44转动；同步带45绕设于主动轮44和从动轮46外侧，主动轮44与从动轮46相互远离以张紧同步带45；从动轮46转动在Y轴支架座41上；Y轴连接块43滑动在Y轴支架座41上，并分别与同步带45和Z轴驱动组件4固接；Y轴驱动电机42工作时，在主动轮44和从动轮46的相互作用下，同步带45通过Y轴连接块43带动Z轴驱动组件4沿Y轴移动，旋转机构5随动。

进一步说，Y轴支架座41上设置有第一限位传感器47和第二限位传感器48，Y轴连接块43相对Y轴支架座41移动至每端的极限位置时与相应的第一限位传感器47或第二限位传感器48触碰，限位传感器被触碰后，Y轴驱动电机42停止工作，并等待下一步指令。

进一步说，参见图8，Z轴驱动组件4包括Z轴支架座51、Z轴驱动电机52、滚珠丝杆53、丝杆螺母54和Z轴连接架55；Z轴支架座51与Y轴连接块43固接；Z轴驱动电机52固定于Z轴支架座51上：滚珠丝杆53转动在Z轴支架座51上，Z轴驱动电机52的电机轴连接滚珠丝杆53，并驱动滚珠丝杆53转动；丝杆螺母54与滚珠丝杆53螺接，并滑动在Z轴支架座51上；Z轴连接架55分别与丝杆螺母54和补偿支架22固接。

上述为本发明的优选方案，显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (3)

1.一种可旋转对称焊接的三轴实时跟踪焊接装置，包括

焊枪(12)，焊接工序的执行元件；

激光跟踪装置(7)，实时扫描焊缝，以确保焊接精度；

轴向驱动机构，用于驱动焊枪(12)和/或激光跟踪装置(7)相对设备本体沿X轴和/或Y轴和/或Z轴移动；

旋转机构(5)，至少用于驱动焊枪(12)定位旋转，以切换焊接角度；该旋转机构(5)包括连接轴向驱动机构的气缸支架组件，该气缸支架组件上设置有旋转气缸(15)，焊枪(12)连接旋转气缸(15)的驱动轴(15.1)，旋转气缸(15)驱动焊枪(12)定位旋转；所述激光跟踪装置(7)相对固定连接气缸支架组件；

所述焊枪(12)和/或激光跟踪装置(7)设置于旋转机构(5)上；所述旋转机构(5)设置于轴向驱动机构上，并在轴向驱动机构的作用下整体沿X轴和/或Y轴和/或Z轴移动；

所述气缸支架组件上设置有定位控制组件，该定位控制组件包括定位气缸(9)和定位轴(12)；所述定位气缸(9)的缸体固定于气缸支架组件上，定位气缸(9)的杆体连接一根以上定位轴(12)，并驱动一根以上的定位轴(12)往复移动；所述焊枪(12)通过一旋转支架(16)连接旋转气缸(15)的驱动轴(15.1)，旋转气缸(15)通过旋转支架(16)驱动焊枪(12)转动，该旋转支架(16)上设有与定位轴(12)插接的定位孔(16.1)；当旋转气缸(15)驱动焊枪(12)旋转时，定位气缸(9)驱动定位轴(12)脱离定位孔(16.1)；当焊枪(12)完成旋转后，定位气缸(9)驱动定位轴(12)移动，使相应的定位轴(12)与定位孔(16.1)插接，实现旋转支架(16)的定位转动；

所述焊枪(12)与旋转支架(16)之间设置有用于调节焊枪(12)X轴和/或Y轴位置的轴向调节组件，焊枪(12)通过该轴向调节组件连接旋转支架(16)；所述轴向调节组件包括用于调节焊枪(12)X轴和/或Y轴位置的调节滑台(7)和用于固定焊枪(12)于调节滑台(7)上的安装套(18)；

所述旋转机构(5)还包括Y轴行程补偿组件，该Y轴行程补偿组件包括无杆气缸(6)、补偿支架(22)和行程滑块(23)，无杆气缸(6)设置于补偿支架(22)上，行程滑块(23)滑动在补偿支架(22)上，无杆气缸(6)连接行程滑块(23)，并驱动行程滑块(23)沿Y轴滑动，气缸支架组件固定连接行程滑块(23)；

所述轴向驱动机构包括用于驱动旋转机构(5)沿X轴移动的X轴驱动组件(2)、用于驱动旋转机构(5)沿Y轴移动的Y轴驱动组件(3)、及用于驱动旋转机构(5)沿Z轴移动的Z轴驱动组件(4)；所述X轴驱动组件(2)设置于设备本体上，Y轴驱动组件(3)设置于X轴驱动组件(2)上，Z轴驱动组件(4)设置于Y轴驱动组件(3)上，旋转机构(5)设置于Z轴驱动组件(4)上；

其特征在于：所述X轴驱动组件(2)包括X轴支架座(31)、X轴驱动电机(32)和X轴驱动齿轮(33)；所述X轴驱动电机(32)设置于X轴支架座(31)上；所述X轴驱动电机(32)的电机轴连接X轴驱动齿轮(33)，并驱动X轴驱动齿轮(33)转动；所述X轴驱动齿轮(33)与设备本体上的X轴齿条相齿接，该X轴齿条沿X轴延伸；所述X轴驱动电机(32)工作时，在X轴驱动齿轮(33)与X轴齿条的相互作用下，X轴驱动组件(2)整体沿X轴移动；

所述Y轴驱动组件(3)包括Y轴支架座(41)、Y轴驱动电机(42)、Y轴连接块(43)、主动轮(44)、同步带(45)和从动轮(46)；所述Y轴支架座(41)与X轴支架座(31)固接；所述Y轴驱动电机(42)设置于Y轴支架座(41)上；所述Y轴驱动电机(42)的电机轴连接主动轮(44)，并驱动主动轮(44)转动；所述同步带(45)绕设于主动轮(44)和从动轮(46)外侧，主动轮(44)与从动轮(46)相互远离以张紧同步带(45)；所述从动轮(46)转动在Y轴支架座(41)上；所述Y轴连接块(43)滑动在Y轴支架座(41)上，并分别与同步带(45)和Z轴驱动组件(4)固接；Y轴驱动电机(42)工作时，在主动轮(44)和从动轮(46)的相互作用下，同步带(45)通过Y轴连接块(43)带动Z轴驱动组件(4)沿Y轴移动；

所述Y轴支架座(41)上设置有第一限位传感器(47)和第二限位传感器(48)，Y轴连接块(43)相对Y轴支架座(41)移动至一定位置时与第一限位传感器(47)或第二限位传感器(48)触碰。

2.根据权利要求1所述可旋转对称焊接的三轴实时跟踪焊接装置，其特征在于：所述Z轴驱动组件(4)包括Z轴支架座(51)、Z轴驱动电机(52)、滚珠丝杆(53)、丝杆螺母(54)和Z轴连接架(55)；所述Z轴支架座(51)与Y轴连接块(43)固接；所述Z轴驱动电机(52)设置于Z轴支架座(51)上：所述滚珠丝杆(53)转动在Z轴支架座(51)上，Z轴驱动电机(52)的电机轴连接滚珠丝杆(53)，并驱动滚珠丝杆(53)转动；所述丝杆螺母(54)与滚珠丝杆(53)螺接，并滑动在Z轴支架座(51)上；所述Z轴连接架(55)分别与丝杆螺母(54)和补偿支架(22)固接。

3.根据权利要求1或2所述可旋转对称焊接的三轴实时跟踪焊接装置，其特征在于：还包括用于为焊接工作供应焊丝的送丝机(1)，该送丝机(1)设置于轴向驱动机构上，轴向驱动机构驱动送丝机(1)相对设备本体沿X轴和/或Y轴和/或Z轴移动。

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