CN108817694B - 一种激光焊接机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明属于激光加工技术领域，具体公开了一种激光焊接机器人，包括机架、激光焊接组件和防护组件，防护组件包括防护箱，防护箱左右两侧壁上均开设有通孔，防护箱左右侧壁上均转动连接有夹持机构，防护箱左右两侧壁之间转动连接有转轴，转轴两端分别通过传动机构与两个夹持机构连接，防护箱底壁上设有向下延伸的气筒，气筒内密封滑动连接有活塞，转轴的中部设有用于驱动活塞往复升降的曲柄滑块机构，气筒与防护箱内部连通有吸渣管，气筒上部连通有第一气管，气筒下部连通有第二气管。本方案转轴转动时通过曲柄滑块机构带动活塞往复升降，实现对防护箱内烟气和焊渣的处理，保护的生产环境。

Description

一种激光焊接机器人
技术领域
本发明属于激光加工技术领域，尤其涉及一种激光焊接机器人。
背景技术
激光焊接是利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，将材料熔化后形成特定熔池。它是一种新型的焊接方式，主要针对薄壁材料、精密零件的焊接，可实现点焊、对接焊、叠焊、密封焊等。
现在利用激光焊接技术对钢管进行焊接时，需要对焊接的钢管进行对齐和夹紧，这样才能不影响钢管焊接后的正常使用，焊接过程中需要转动钢管使钢管接口的一周都能被均匀的焊接上。焊接过程中，会产生灰尘微粒和烟雾，导致激光焊接装置周围的空气和环境变差，而且会影响到操作者的身体健康和操作时的可见度，不利于提高激光焊接的质量和效率的提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光焊接机器人，以解决焊接时产生灰尘和烟雾对生产环境造成污染的问题。
为了达到上述目的，本发明的基础方案为：一种激光焊接机器人，包括机架、激光焊接组件和防护组件，激光焊接组件包括激光焊接头和用于驱动激光焊接头的活动臂，所述活动臂固定连接在机架上，所述防护组件包括固定设置在机架上的防护箱，防护箱左右两侧壁上均开设有通孔，防护箱左右侧壁上均转动连接有用于夹紧工件的夹持机构，防护箱左右两侧壁之间转动连接有转轴，机架上设有用于驱动转轴转动的动力源，转轴两端分别通过传动机构与两个夹持机构连接，防护箱底壁上设有向下延伸的气筒，气筒内密封滑动连接有活塞，转轴的中部设有用于驱动活塞往复升降的曲柄滑块机构，气筒与防护箱内部连通有吸渣管，吸渣管内设有可由防护箱至气筒单向打开的第一单向阀，气筒上部连通有第一气管，第一气管内设有可由气筒至外部单向打开的第二单向阀，气筒下部连通有第二气管。
本基础方案的工作原理在于：将两个待焊接的钢管放入防护箱内，通过两个夹持机构将两个钢管分别夹紧，并使两个钢管的焊接口处正对且相抵，将第一气管与外部的烟气净化装置连接，将第二气管与钢管的端口正对。然后通过活动臂驱动激光焊接头靠近钢管的焊接口处，启动激光焊接头对钢管进行焊接，同时通过动力源带动转轴转动，转轴通过传动机构带动两个夹持机构转动，从而夹持机构带动钢管缓速转动，使激光焊接头能够完成对钢管一周的焊接。转轴转动时会通过曲柄滑块机构带动活塞在气筒内往复升降，活塞下降使气筒上部产生负压，从而通过吸渣管将焊接时产生的烟尘和焊渣等吸入气筒内，同时活塞下降使气筒下部的气体从第二气管中排出到钢管内，气体对钢管进行降温和对钢管内的焊渣进行清理，活塞上升时使气筒上部的烟尘从第一气管中排出到烟气净化装置内。
本基础方案的有益效果在于：本方案通过设置防护箱，使焊接作业在防护箱内进行，可以有效的避免焊接飞溅和烟气扩散的问题，保护了生产环境。本方案通过设置转轴和传动机构使两个夹持机构能够同速转动，保证了两个钢管的转速一致，使激光焊接头能够均匀的对钢管进行焊接，保证了焊接的质量；同时转轴转动时还能通过曲柄滑块机构带动活塞往复升降，使吸渣管将焊接产生的烟气和焊渣进行处理，保护了生产环境，也利于后期焊渣的清理；通过设置第二气管，使活塞往复升降时能够将气筒内的气体排出到钢管内，使气体对钢管进行降温，同时气体还能将钢管内的焊渣进行清理，避免焊渣粘附在钢管内，为后期焊渣的处理带来了便利，同时通过设置第一气管，可以将烟气排出到烟气净化装置内，实现烟气的净化处理。
进一步，所述夹持机构包括圆环状的转环，转环转动连接在防护箱的侧壁上，转环的内侧设有两个正对的气缸，两个气缸的活塞杆相向设置，两个活塞杆的端部均设有弧形状的夹持环，两个活塞杆的中部均固定连接有L形的支杆，支杆内部活动连接有活动杆，活动杆与支杆之间连接有弹性件，支杆内壁上固定连接有齿条，活动杆靠近支杆的一端转动连接有与齿条啮合的齿轮，活动杆远离支杆的一端转动连接有滚轮，滚轮与齿轮之间带传动，滚轮与防护箱开有通孔的侧壁相互垂直。如此设置，夹紧钢管时通过两个气缸带动两个夹持环向钢管靠近，两个滚轮先与钢管接触，两个夹持环继续靠近钢管，此时活动杆与支杆之间产生相对运动，使活动杆上的齿轮在齿条的作用下转动，从而齿轮带动滚轮转动，滚轮推动钢管运动，使两个待焊接的钢管相互靠近直到相抵，最后两个夹持环抵住钢管并将钢管夹紧。
进一步，所述曲柄滑块机构包括固定连接在转轴中部的曲轴，曲轴中部轴颈处转动连接有连杆，连杆远离曲轴的一端铰接有滑杆，滑杆与密封滑动连接在气筒的顶壁上，且滑杆下端与活塞固定连接。如此设置，曲轴构成曲柄，曲轴随着转轴转动时能够通过连杆和滑杆带动活塞往复升降，同时曲轴可以避免连杆与转轴之间的干涉，保证曲柄滑块机构的稳定运行。
进一步，防护箱内壁上设有弧形状的导向板。如此设置，使焊渣能够沿着导向板运动到吸渣管处，使焊渣在吸渣管的附近集中，便于焊渣的集中处理。
进一步，所述动力源为伺服电机，控制灵敏，便于实现转速的改变。
附图说明
图1是本发明一种激光焊接机器人实施例的剖视图；
图2是图1中A处的放大图；
图3是图1的右视图；
图4是图1中B处的剖视图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
附图标记说明：防护箱1、激光焊接头2、钢管3、转环4、滑块5、气缸6、夹持环7、支撑板8、气筒9、滑杆10、曲轴11、转轴12、伺服电机13、支杆14、弹簧15、齿条16、滚轮17、齿轮18、带轮19、第一带轮20、第一气管21、第二气管22、吸渣管23、导向板24。
如图1至图3所示，一种激光焊接机器人，包括机架、焊接组件和防护组件。焊接组件包括激光焊接头2和活动臂(激光焊接头2与活动臂均属于现有技术，本实施例中不再赘述)，激光焊接头2固定连接在活动臂上，所述活动臂能够驱动激光焊接头2升降和前后左右运动。防护组件包括防护箱1，防护箱1固定连接在机架上，且防护箱1位于激光焊接头2的正下方，防护箱1的顶壁上开设有供激光焊接头活动的作业口。防护箱1的左右两侧壁上均开设有供钢管3穿过的通孔，防护箱1左右两侧的外侧壁上均转动连接有用于夹紧工件的夹持机构，防护箱1左右两侧壁之间转动连接有转轴12，转轴12的两端均延伸至防护箱1外侧，转轴12两端分别通过传动机构与两个夹持机构连接，机架上固定连接有伺服电机13，伺服电机13的输出轴与转轴12固定连接。防护箱1内左右两侧均固定连接有支撑板8。
夹持机构包括圆环状的转环4，防护箱1的左右两侧壁上均开设有环形滑槽，两个转环4靠近防护箱1的一侧均设有多个与环形滑槽配合的滑块5，滑块5滑动连接在环形滑槽中。转环4的内侧固定连接有两个正对的气缸6，两个气缸6的活塞杆相向设置，两个气缸6的活塞杆的端部均固定连接有用于夹持钢管3的弧形状的夹持环7。活塞杆的中部固定连接有L形的支杆14，支杆14的一部分与活塞杆相互平行，支杆14的内部开设有空腔，空腔内滑动连接有活动杆，活动杆的端部位于空腔外，且活动杆位于空腔外的端部转动连接有滚轮17，滚轮17与防护箱1开有通孔的侧壁相互垂直。活动杆远离滚轮17的一端与空腔内壁之间连接有弹簧15，初始状态下，弹簧15使滚轮17位于夹持环7远离气缸6的一侧，空腔内壁的上固定连接有齿条16，活动杆上转动连接有与齿条16啮合的齿轮18，齿轮18和滚轮17的中心处均固定连接有带轮19，两个带轮19之间连接有皮带，且齿轮18与带轮19之间设有单向轴承。
传动机构包括固定连接在转轴12端部的第一带轮20，转环4相当于第二带轮，第一带轮20与转环4之间连接有皮带，且转环4与第一带轮20之间的传动比为4，转轴12转动通过第一带轮20和皮带带动转环4转动，且第一带轮20的转速为转环4转速的四倍。
曲柄滑块机构包括固定连接在转轴12中部的曲轴11，曲轴11将转轴12分为左右两部分，曲轴11的中部轴颈处转动连接有连杆，连杆远离曲轴11的一端铰接有滑杆10。防护箱1底壁上设有向下延伸的气筒9，气筒9内密封滑动连接有活塞，滑杆10密封滑动连接在气筒9的顶壁上，滑杆10下端与活塞固定连接。气筒9上部与防护箱1内部之间连通有吸渣管23，吸渣管23的上端与防护箱1内部的底壁平齐，吸渣管23的上端呈上宽下窄的锥形状，吸渣管23内设有可由防护箱1至气筒9单向打开的第一单向阀，气筒9上部连通有第一气管21，第一气管21内设有可由气筒9至外部单向打开的第二单向阀，气筒9下部连通有第二气管22，第一气管21的端部可拆卸连接有烟气净化装置，第二气管22的端部设有滤网，滤网可以防止焊渣通过。如图4所示，防护箱1右侧的内壁上设有弧形状的导向板24。
具体实施时，将两个待焊接的钢管3放入防护箱1内，并使钢管3位于支撑板8上，然后启动气缸6，气缸6带动两个夹持环7向钢管3靠近，由于初始状态下，弹簧15使滚轮17位于夹持环7远离气缸6的一侧，所以滚轮17会预先接触到钢管3，滚轮17接触到钢管3后，气缸6继续驱动夹持环7向钢管3靠近，从而活动杆与支杆14之间发生相对运动，使齿轮18在齿条16的作用下转动，齿轮18通过带轮19和皮带带动滚轮17转动，滚轮17转动通过摩擦力带动钢管3运动，使两个钢管3相互靠近，直到两个钢管3的焊接口相抵，两个夹持环7将钢管3夹紧后停止气缸6，钢管3焊接的准备工作完成。
然后通过活动臂驱动激光焊接头2从作业口伸入防护箱1内，并使激光焊接头2对准钢管3的焊接口。启动激光焊接头2对钢管3进行焊接，同时启动伺服电机13，伺服电机13带动转轴12转动，转轴12转动通过第一带轮20和皮带带动转环4转动，且第一带轮20的转速为转环4转速的四倍，转环4转动带动钢管3转动，使激光焊接头2能够完成对钢管3一周的焊接。转轴12转动时通过曲轴11、连杆和滑杆10带动活塞往复升降，活塞下降使气筒9上部产生负压，从而通过吸渣管23将焊接时产生的烟尘和焊渣等吸入气筒9内，活塞下降使气筒9下部的气体从第二气管22中排出到钢管3内，从而气体对钢管3进行降温和对钢管3内的焊渣进行清理，活塞上升使气筒9上部的烟尘从第一出气管排出到烟气净化装置，对焊接烟气净化后再排出。焊接完成后，停止电机和激光焊接头2，通过活动臂驱动激光焊接头2从防护箱1中离开，然后启动气缸6使活塞杆复位，从而使夹持环7松开钢管3。需要清理气筒9上部的焊渣时，将第一气管21与抽风机连接，启动抽风机将气筒9内的焊渣吸出。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (4)

1.一种激光焊接机器人，其特征在于：包括机架、激光焊接组件和防护组件，激光焊接组件包括激光焊接头和用于驱动激光焊接头的活动臂，所述活动臂固定连接在机架上，所述防护组件包括固定设置在机架上的防护箱，防护箱左右两侧壁上均开设有通孔，防护箱左右侧壁上均转动连接有用于夹紧工件的夹持机构，防护箱左右两侧壁之间转动连接有转轴，机架上设有用于驱动转轴转动的动力源，转轴两端分别通过传动机构与两个夹持机构连接，防护箱底壁上设有向下延伸的气筒，气筒内密封滑动连接有活塞，转轴的中部设有用于驱动活塞往复升降的曲柄滑块机构，气筒与防护箱内部连通有吸渣管，吸渣管内设有可由防护箱至气筒单向打开的第一单向阀，气筒上部连通有第一气管，第一气管内设有可由气筒至外部单向打开的第二单向阀，气筒下部连通有第二气管；所述夹持机构包括圆环状的转环，转环转动连接在防护箱的侧壁上，转环的内侧设有两个正对的气缸，两个气缸的活塞杆相向设置，两个活塞杆的端部均设有弧形状的夹持环，两个活塞杆的中部均固定连接有L形的支杆，支杆内部活动连接有活动杆，活动杆与支杆之间连接有弹性件，支杆内壁上固定连接有齿条，活动杆靠近支杆的一端转动连接有与齿条啮合的齿轮，活动杆远离支杆的一端转动连接有滚轮，滚轮与齿轮之间带传动，滚轮与防护箱开有通孔的侧壁相互垂直。
2.根据权利要求1所述的一种激光焊接机器人，其特征在于：所述曲柄滑块机构包括固定连接在转轴中部的曲轴，曲轴中部轴颈处转动连接有连杆，连杆远离曲轴的一端铰接有滑杆，滑杆密封滑动连接在气筒的顶壁上，且滑杆下端与活塞固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种激光焊接机器人，其特征在于：防护箱内壁上设有弧形状的导向板。
4.根据权利要求3所述的一种激光焊接机器人，其特征在于：所述动力源为伺服电机。
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Application publication date: 20181116

Assignee: INSTITUTE OF LASER AND OPTOELECTRONICS INTELLIGENT MANUFACTURING, WENZHOU University

Assignor: Wenzhou University

Contract record no.: X2020330000103

Denomination of invention: A laser welding robot

Granted publication date: 20200421

License type: Common License

Record date: 20201125

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Granted publication date: 20200421