CN110039161B - 一种带瓷环的剪力钉自动焊接单元、设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带瓷环的剪力钉自动焊接单元、设备及方法，包括阶梯状的支撑板，在支撑板的上层设有剪力钉料盒、瓷环料盒、取钉机械臂、瓷环翻转机构、缓存定位工装和视觉系统；在取钉机械臂的端部设有剪力钉和瓷环夹紧工装；瓷环翻转机构和缓存定位工装设置在剪力钉料盒和瓷环料盒的一侧；瓷环翻转机构用于翻转瓷环，缓存定位工装设置用于放置瓷环和剪力钉；视觉系统通过移动滑台机构安装在所述的支撑板的一侧，视觉系统用于扫描剪力钉料盒镊剪力钉位置和扫描瓷环料盒内的瓷环位置；在支撑板的下层设有送钉机械臂和焊枪升降机构，焊枪升降机构上连接有一个焊枪，送钉机械臂的端部设有剪力钉和瓷环组合夹具，用于将剪力钉和瓷环进行装配。

Description

一种带瓷环的剪力钉自动焊接单元、设备及方法

技术领域

本发明涉及剪力钉焊接设备领域，特别是一种带瓷环保护的剪力钉自动焊接单元、设备及方法。

背景技术

第三代非能动CAP1000/CAP1400型核电站结构模块上存在着许多剪力钉，其主要作用是将钢板和混凝土结合为一个整体，使二者共同抵抗外力作用。结构模块上的剪力钉在焊接的过程中，需用瓷环进行焊接保护以达到以下目的：

(1)焊接时使电弧热量集中于焊接区域；

(2)防止空气进入焊接区域从而降低熔化金属被氧化的程度；

(3)防止熔化金属流失,有助于焊缝在各种空间位置的成形。

当前，核电结构模块剪力钉焊接主要以电弧螺柱焊为主，即采用手持式电弧螺柱焊枪进行焊接，发明人发现焊接时工人需先划线，然后放置好瓷环再进行焊接，存在劳动强度过大，焊接质量不稳定的问题，且市面上现有的剪力钉自动焊接设备均只适用于无瓷环保护的剪力钉焊接。

发明内容

本发明的发明目的是为了解决现有技术中存在的剪力钉自动焊接设备只适用于无瓷环保护的剪力钉焊接以及核电结构模块剪力钉焊接采用手持式电弧螺柱焊枪进行焊接，存在劳动强度过大，焊接质量不稳定的问题，提出一种带瓷环的剪力钉自动焊接单元、设备及方法。

本发明的第一发明目的是提出一种带瓷环的剪力钉自动焊接单元，为了实现该目的，本发明采用的技术方案如下：

一种带瓷环的剪力钉自动焊接单元，包括阶梯状的支撑板，在支撑板的上层设有剪力钉料盒、瓷环料盒、取钉机械臂、瓷环翻转机构、缓存定位工装和视觉系统；在取钉机械臂的端部设有剪力钉和瓷环夹紧工装，取钉机械臂用于抓取剪力钉料盒和瓷环料盒内的剪力钉和瓷环；所述的瓷环翻转机构和缓存定位工装设置在剪力钉料盒和瓷环料盒的一侧；瓷环翻转机构用于翻转抓取的非正向瓷环，所述的缓存定位工装设置用于放置瓷环和剪力钉；所述的视觉系统通过移动滑台机构安装在所述的支撑板的一侧，所述的视觉系统用于扫描剪力钉料盒镊剪力钉位置和扫描瓷环料盒内的瓷环位置；在支撑板的下层设有送钉机械臂和焊枪升降机构，所述的焊枪升降机构上连接有一个焊枪，所述的送钉机械臂的端部设有剪力钉和瓷环组合夹具，用于将剪力钉和瓷环装配于焊枪上。

作为进一步的技术方案，所述的取钉机械臂和送钉机械臂的结构相同，各自包括底座、臂段一、臂段二，所述的底座固定在支撑板上，臂段一的一端通过第一旋转关节安装在底座上，臂段一的另一端与臂段二的一端通过第二旋转关节相连。

作为进一步的技术方案，所述的剪力钉和瓷环夹紧工装，包括一个夹持架，所述的夹持架包括夹持部一和夹持部二，所述的夹持部一连接剪力钉夹爪，夹持部二连接瓷环夹爪，夹持部一和夹持部二之间成一定的角度，两者之间的角度可调；

作为进一步的技术方案，所述的剪力钉和瓷环组合夹具，包括一个支撑架，所述的支撑架包括支撑部一和支撑部二，所述的支撑部一连接有一个夹爪，支撑部二设有一个圆孔。

作为进一步的技术方案，瓷环翻转机构包括驱动电机，所述的驱动电机驱动一个支撑杆夹具，支撑杆夹具用于撑持非正向瓷环，抓取的正向瓷环由剪力钉和瓷环夹紧工装直接放置于缓存定位工装上，抓取的非正向瓷环则送于瓷环翻转机构将其翻转180°后再将其放置于缓存定位工装。

作为进一步的技术方案，所述的缓存定位工装包括至少一个安装架，每个安装架包括上夹持板和下夹持板，上夹持板设有一个与剪力钉杆配合的半圆形定位槽，下夹持板端部设有一个与剪力钉杆及瓷环部配合的半圆形定位槽。

本发明的第二发明目的是提供一种带瓷环的剪力钉自动焊接设备，由龙门架、导轨、焊接工作台和前面所述的焊接单元组成；所述的导轨设置在所述的焊接工作台上，所述的龙门架能沿着所述的导轨移动，所述的焊接单元固定在所述的龙门架上。

作为进一步的技术方案，在所述的龙门架的一侧设有导轨，焊接单元的支撑板背面设有滑块，所述的滑块可沿着所述的导轨移动，实现焊接单元在龙门架上的移动。

本发明的第三发明目的是提供一种基于上述焊接设备的焊接方法，包括以下步骤：

1)将瓷环及剪力钉分别放入剪力钉料盒及瓷环料盒中；

2)移动滑台机构带动视觉系统从左向右移动扫描下方剪力钉料盒及瓷环料盒内工件的位置，并将位置信息传递给取钉机械臂的控制系统；

3)取钉机械臂上的剪力钉和瓷环夹紧工装分别拾取料盒中的剪力钉和瓷环，然后取钉机械臂上的检测装置检测瓷环方向是否正确。

4)拾取的瓷环方向正确，则剪力钉和瓷环夹紧工装将剪力钉和瓷环分别放置到缓存定位工装上，瓷环方向错误，则将瓷环放置到瓷环翻转机构上进行翻转动作；

5)送钉机械臂上的剪力钉和瓷环组合夹具拾取剪力钉和瓷环后，装配至焊枪位置；

6)焊枪升降机构带动焊枪下降，钢板检测装置检测到钢板后，触发焊枪焊接信号进行焊接作业。

7)焊接完成后机器横向移动一定位置以使焊枪脱开已焊接剪力钉即脱扣，脱扣完成后焊枪升降机构带动焊枪自动上升到零位，回零完成后机器移动到下一个焊接位置，等待下一个焊接件安装到位，到位后重复以上焊接动作。

本发明与现有技术相比所具有的优点及效果：

1)本发明中的取钉机械臂与视觉系统相互配合，可自动识别并准确抓取存料盒中杂乱无章放置的工件。

2)通过瓷环翻转机构，可以将抓取的反向瓷环调正，保证剪力钉和瓷环组合的正确性。

3)通过缓存定位工装可自动完成剪力钉和瓷环的穿孔工序，并通过送钉机械臂组合夹具自动安装至焊枪固定位置进行焊接，保证了焊接的稳定性。

4)本发明中剪力钉的焊接，除需人工定时向存料盒内添加工件，其余全过程均为自动化操作，大大降低了工人的劳动强度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1本发明中带瓷环的剪力钉自动焊接设备整体结构示意图；

图2、图3为焊接单元结构示意图；

图4为剪力钉和瓷环夹紧工装示意图；

图5为剪力钉和瓷环组合夹具示意图；

图6为瓷环翻转机构和缓存定位工装示意图；

图中：1龙门架、2导轨、3焊接工作台、4焊接单元、401剪力钉料盒、402移动滑台机构、403视觉系统、404剪力钉和瓷环夹紧工装、405取钉机械臂、406支撑板、407瓷环料盒、408送钉机械臂、409剪力钉和瓷环组合夹具、410焊枪升降机构、411焊枪、412瓷环翻转机构、413缓存定位工装。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种带瓷环的剪力钉自动焊接单元、设备及方法。

实施例1

本申请的一种典型的实施方式中，如图2-图3所示，带瓷环的剪力钉自动焊接单元，包括阶梯状的支撑板，在支撑板的上层上设有剪力钉料盒401、瓷环料盒407、取钉机械臂405、瓷环翻转机构412和缓存定位工装413，在取钉机械臂的端部设有剪力钉和瓷环夹紧工装404；

在支撑板的下层设有送钉机械臂408和焊枪升降机构410，所述的焊枪升降机构410上连接有一个焊枪411，所述的送钉机械臂408的端部设有剪力钉和瓷环组合夹具。

剪力钉自动焊接单元还包括一个视觉系统，所述的视觉系统通过移动滑台机构402安装在所述的支撑板406的一侧，所述的视觉系统用于扫描剪力钉料盒镊剪力钉位置和扫描瓷环料盒内的瓷环位置；这里的视觉系统采用现有的系统，具体的包括图像摄取装置，图像摄取装置将被剪力钉和瓷环的位置信号转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制取钉机械臂405的动作。

移动滑台机构402带动视觉系统403从左向右移动扫描下面的剪力钉料盒401及瓷环料盒407内工件的位置；取钉机械臂405上的剪力钉和瓷环夹紧工装404分别拾取剪力钉和瓷环，然后将剪力钉和瓷环分别放置到缓存定位工装413上。送钉机械臂408上的剪力钉和瓷环组合夹具409拾取剪力钉和瓷环后，装配至焊枪411位置。

取钉机械臂和送钉机械臂的结构相同，各自包括底座、臂段一、臂段二，所述的底座固定在支撑板上，臂段一的一端通过第一旋转关节安装在底座上，臂段一的另一端与臂段二的一端通过第二旋转关节相连；所述的第一旋转关节、第二旋转关节的旋转角度由对应的控制系统控制；具体的参考现有机械臂的设计及控制方法，该机械臂结构本身不属于本发明的创新点，机械臂可以直接购买，采用现有的结构，因此，在此不进行赘述了。

如图4所示，剪力钉和瓷环夹紧工装，包括一个夹持架，所述的夹持架包括夹持部一和夹持部二，所述的夹持部一连接剪力钉夹爪，夹持部二连接瓷环夹爪，夹持部一和夹持部二之间成一定的角度，两者之间的角度可调；剪力钉夹爪和瓷环夹爪各自包括两个小爪，两个小爪之间的距离可以通过气缸等进行调节，小爪的设计类似于人的手指，具体的参考现有机械臂中手指的调节方式即可。

夹持部一和夹持部二采用例如支撑杆的形式，两者之间的角度可以自动控制，例如两者之间可以通过旋转关节相连，通过调节旋转关节的角度实现两者之间的角度调节，见附图4。

如图5所示，剪力钉和瓷环组合夹具，包括一个支撑架，所述的支撑架包括支撑部一和支撑部二，所述的支撑部一连接有一个夹爪，支撑部二设有一个圆孔，该圆孔在工作时套装在缓存定位工装上的剪力钉下端并挡住套入其中的瓷环不使其掉落，夹爪夹持住剪力钉头部下端；夹爪的设计可以采用仿制人手的设计方法；夹爪各自包括两个小爪，两个小爪之间的距离可以通过气缸等进行调节，具体的参考现有机械臂中手指的调节方式即可；小爪的设计类似于人的手指。

具体的，支撑部一和支撑部二采用例如支撑杆的形式，其上下平行，见附图5。

如图6所示，瓷环翻转机构包括驱动电机，所述的驱动电机驱动一个支撑杆夹具，支撑杆夹具用于撑持非正向瓷环，将其翻转180°；其具体结构包括支撑杆，在支撑杆上设有一个撑持部，用于固定住瓷环，实现翻转。具体的，取钉机械臂405上的剪力钉和瓷环夹紧工装404有可能拾取反方向的瓷环，此时取钉机械臂405把瓷环放置到瓷环翻转机构412上进行翻转动作，然后再将翻正的瓷环放置到缓存定位工装413上。

如图6所示，缓存定位工装包括至少一个安装架，每个安装架包括上夹持板和下夹持板，上夹持板设有一个与剪力钉杆部配合的半圆形定位槽，下夹持板端部设有一个与剪力钉杆部及瓷环部配合的半圆形定位槽；在图6中，安装架设置两个，两个安装架左右对称设置，图中表示的是已经放置上剪力钉和瓷环的结构示意图。瓷环翻转机构设置在缓存定位工装的上方，共用一个支撑板；在其他实施例中，安装架的安装数量可以根据实际需要进行设置。

实施例2

本实施例提供一种带瓷环的剪力钉自动焊接设备，由龙门架1、导轨2、焊接工作台3和实施例1中所述的焊接单元4组成；所述的导轨2设置在所述的焊接工作台3上，所述的龙门架1能沿着所述的导轨2移动，所述的焊接单元固定在所述的龙门架上。

作为进一步的技术方案，在所述的龙门架的一侧也设有导轨，焊接单元的支撑板背面设有滑块，所述的滑块可沿着所述的导轨移动，实现焊接单元在龙门架上的移动；且该导轨与上述的导轨2的设置方向相互垂直，导轨2沿着x轴方向设置，则该导轨沿着Y轴方向设置。通过龙门架1的移动方向与焊接单元的移动方向相互垂直，使得焊接单元可以移动到焊接工作台3的任一位置。

实施例3

本实施例提供了一种带瓷环的剪力钉自动焊接装置的使用方法，如下：

1)人工将瓷环及剪力钉分别放入剪力钉料盒401及瓷环料盒407中。

2)移动滑台机构402带动视觉系统403从左向右移动扫描下方剪力钉料盒401及瓷环料盒407内工件的位置，并将位置信息传递给取钉机械臂405；

3)取钉机械臂405上的剪力钉和瓷环夹紧工装404分别拾取料盒中的剪力钉和瓷环，然后机械臂405上的检测装置检测瓷环方向是否正确。

4)拾取的瓷环方向正确，则剪力钉和瓷环夹紧工装404将剪力钉和瓷环分别放置到缓存定位工装413上，瓷环方向错误，则将瓷环放置到瓷环翻转机构412上进行翻转动作。

5)送钉机械臂408上的剪力钉和瓷环组合夹具409拾取剪力钉和瓷环后，装配至焊枪411位置。

6)焊枪升降机构410带动焊枪下降，钢板检测装置检测到钢板后，触发焊枪焊接信号进行焊接作业。

7)焊接完成后机器横向移动一定位置以使焊枪脱开已焊接的剪力钉即脱扣，脱扣完成后焊枪升降机构410带动焊枪自动上升到零位，回零完成后机器移动到下一个焊接位置，等待下一个焊接件安装到位，到位后重复以上焊接动作。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种带瓷环的剪力钉自动焊接单元，其特征在于，包括阶梯状的支撑板，在支撑板的上层设有剪力钉料盒、瓷环料盒、取钉机械臂、瓷环翻转机构、缓存定位工装和视觉系统；在取钉机械臂的端部设有剪力钉和瓷环夹紧工装，取钉机械臂用于抓取剪力钉料盒和瓷环料盒内的剪力钉和瓷环；所述的瓷环翻转机构和缓存定位工装设置在剪力钉料盒和瓷环料盒的一侧；瓷环翻转机构用于翻转瓷环，所述的缓存定位工装设置用于放置瓷环和剪力钉；所述的视觉系统通过移动滑台机构安装在所述的支撑板的一侧，所述的视觉系统用于扫描剪力钉料盒的剪力钉位置和扫描瓷环料盒内的瓷环位置；在支撑板的下层设有送钉机械臂和焊枪升降机构，所述的焊枪升降机构上连接有一个焊枪，所述的送钉机械臂的端部设有剪力钉和瓷环组合夹具，用于将剪力钉和瓷环进行装配。

2.如权利要求1所述的一种带瓷环的剪力钉自动焊接单元，其特征在于，所述的取钉机械臂和送钉机械臂的结构相同，各自包括底座、臂段一、臂段二，所述的底座固定在支撑板上，臂段一的一端通过第一旋转关节安装在底座上，臂段一的另一端与臂段二的一端通过第二旋转关节相连；所述的第一旋转关节、第二旋转关节的旋转角度由对应的控制系统控制。

3.如权利要求1所述的一种带瓷环的剪力钉自动焊接单元，其特征在于，所述的剪力钉和瓷环夹紧工装，包括一个夹持架，所述的夹持架包括夹持部一和夹持部二，所述的夹持部一连接剪力钉夹爪，夹持部二连接瓷环夹爪，夹持部一和夹持部二之间成一定的角度，两者之间的角度可调。

4.如权利要求1所述的一种带瓷环的剪力钉自动焊接单元，其特征在于，所述的剪力钉和瓷环组合夹具，包括一个支撑架，所述的支撑架包括支撑部一和支撑部二，所述的支撑部一连接有一个夹爪，支撑部二设有一个圆孔。

5.如权利要求1所述的一种带瓷环的剪力钉自动焊接单元，其特征在于，瓷环翻转机构包括驱动电机，驱动电机驱动一个支撑杆夹具，支撑杆夹具用于撑持非正向瓷环。

6.如权利要求1所述的一种带瓷环的剪力钉自动焊接单元，其特征在于，所述的缓存定位工装包括至少一个安装架，每个安装架包括上夹持板和下夹持板，上夹持板设有一个与剪力钉杆部配合的半圆形定位槽，下夹持板端部设有一个与剪力钉杆部及瓷环部配合的半圆形定位槽。

7.一种带瓷环的剪力钉自动焊接设备，其特征在于，由龙门架、导轨、焊接工作台和权利要求1-6任一所述的焊接单元组成；所述的导轨设置在所述的焊接工作台上，所述的龙门架能沿着所述的导轨移动，所述的焊接单元固定在所述的龙门架上。

8.如权利要求7所述的一种带瓷环的剪力钉自动焊接设备，其特征在于，在所述的龙门架的一侧设有导轨，焊接单元的支撑板背面设有滑块，所述的滑块可沿着所述的导轨移动，实现焊接单元在龙门架上的移动。

9.一种基于权利要求7-8任一所述的带瓷环的剪力钉自动焊接设备的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将瓷环及剪力钉分别放入剪力钉料盒及瓷环料盒中；

2)移动滑台机构带动视觉系统从左向右移动扫描下方剪力钉料盒及瓷环料盒内工件的位置，并将位置信息传递给取钉机械臂的控制系统；

3)取钉机械臂上的剪力钉和瓷环夹紧工装分别拾取料盒中的剪力钉和瓷环，然后取钉机械臂上的检测装置检测瓷环方向是否正确；

4)拾取的瓷环方向正确，则剪力钉和瓷环夹紧工装将剪力钉和瓷环分别放置到缓存定位工装上，瓷环方向错误，则将瓷环放置到瓷环翻转机构上进行翻转动作；

5)送钉机械臂上的剪力钉和瓷环组合夹具拾取缓存定位工装上的剪力钉和瓷环后，装配至焊枪位置；

6)焊枪升降机构带动焊枪下降，钢板检测装置检测到钢板后，触发焊枪焊接信号进行焊接作业；

7)焊接完成后机器横向移动一定位置以使焊枪脱扣，脱扣完成后焊枪升降机构带动焊枪自动上升到零位，回零完成后机器移动到下一个焊接位置，等待下一个焊接件安装到位，到位后重复以上焊接动作。

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