CN110064824A - 一种用于大面板工件的剪力钉焊接单元、装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大面板工件的剪力钉焊接单元、装置及工作方法，包括第一板件、安装在第一板件上用于容纳剪力钉的第一储料盒、安装在第一板件上用于容纳磁环的第二储料盒；所述第一储料盒的两侧分别安装有第一机械手和第一视觉系统，所述第二储料盒的两侧分别安装有第二机械手和第二视觉系统；所述第一板件上安装有剪力钉工装、磁环工装和第三视觉系统，所述剪力钉工装和磁环工装位于第一机械手和第二机械手之间；所述第一板件上还安装有第三机械手、第四机械手和焊枪，所述焊枪位于第三机械手和第四机械手之间；焊接范围能够依据核电结构模块单面板的最大尺寸确定，能够满足大面板工件上剪力钉的焊接。

Description

一种用于大面板工件的剪力钉焊接单元、装置及工作方法

技术领域

本申请涉及剪力钉焊接领域，具体的说是一种用于大面板工件的剪力钉焊接单元、装置及工作方法。

背景技术

第三代非能动CAP1000/CAP1400型核电站单机组结构模块子模块数量多达二百多个，单机组结构模块所需剪力钉总数约为40万颗，并且其子模块的待焊接区域的面积大。

发明人发现，目前现有的剪力钉焊接设备只适用于小尺寸无瓷环剪力钉的焊接，且焊接工件的面积普遍较小，对于核电结构模块所需的大面板工件、大尺寸有瓷环的剪力钉无法适用；现有的剪力钉焊接过程中通常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。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种用于大面板工件的剪力钉焊接单元、装置及工作方法，以解决现有剪力钉焊接设备无法进行带瓷环的大尺寸剪力钉焊接到大面板工件的问题，解决焊接过程焊接质量不稳定的问题。

本发明的第一发明目的是提供一种用于大面板工件的剪力钉焊接单元，为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于大面板工件的剪力钉焊接单元，包括第一板件、安装在第一板件上用于容纳剪力钉的第一储料盒、安装在第一板件上用于容纳磁环的第二储料盒；所述第一储料盒的两侧分别安装有第一机械手和第一视觉系统，所述第二储料盒的两侧分别安装有第二机械手和第二视觉系统；所述第一板件上安装有剪力钉工装、磁环工装和第三视觉系统，所述剪力钉工装和磁环工装位于第一机械手和第二机械手之间；所述第一板件上还安装有第三机械手、第四机械手和焊枪，所述焊枪位于第三机械手和第四机械手之间；所述第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手的动作互不干涉。

上述焊接单元，通过设置在同一板件上的四个机械手协同工作，将剪力钉和瓷环分别取出并进行组合，只需要定期向储料盒中添加剪力钉和瓷环，即可完成自动的抓取和组合。

作为进一步的技术方案，所述第一板件包括第二板件和第三板件，所述第二板件的一端与第三板件的一端垂直连接，所述剪力钉工装和磁环工装均安装在第二板件上，所述第一机械手用于从第一储料盒中取出剪力钉并放置在剪力钉工装上，所述第二机械手用于从第二储料盒内取出磁环并放置在磁环工装上。

作为进一步的技术方案，所述第一板件包括第二板件和第三板件，所述第二板件的一端与第三板件的一端垂直连接，所述剪力钉工装和磁环工装均安装在第二板件上，所述第一机械手用于从第一储料盒中取出剪力钉并放置在剪力钉工装上，所述第二机械手用于从第二储料盒内取出磁环并放置在磁环工装上。

作为进一步的技术方案，所述焊枪通过升降机构安装在第一板件上，所述升降机构带动焊枪沿竖直方向做往返运动。

本发明的第二发明目的是提供一种用于大面板工件的剪力钉焊接装置，包括上述的剪力钉焊接单元。

作为进一步的技术方案，还包括龙门架、导轨和工作台，所述导轨有两个，分别安装在焊接工作台的两侧，呈平行设置，所述龙门架包括机架和安装在机架两端的支腿，两端的支腿分别与两条导轨滑动配合；所述剪力钉焊接单元通过滑动副安装在机架上，沿机架水平滑动。

本发明的第三发明目的是提供一种用于大面板工件的剪力钉焊接装置的工作方法，为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

将待焊接的工件放置在工作台上两条导轨之间，剪力钉焊接单元在龙门架的带动下调整到合适位置；

第一视觉系统识别位于第一储料盒内的剪力钉，第二视觉系统识别位于第二储料盒内的磁环；

第一机械手配合第一视觉系统从第一储料盒中夹取一个剪力钉然后将剪力钉放置在剪力钉工装上，第二机械手配合第二视觉系统从第二储料盒中夹取一个磁环放置在磁环工装上；

第三视觉系统识别位于剪力钉工装上的剪力钉和位于磁环工装上的磁环；

第三机械手配合第三视觉系统取下位于剪力钉工装上的剪力钉，第四机械手配合第三视觉系统取下位于磁环工装上的磁环，第三机械手和第四机械手在第三视觉系统的配合下将磁环和剪力钉进行组合，组合后安装至焊枪上；

焊枪将组合后的剪力钉焊接在工件上。

作为进一步的技术方案，在所述一个剪力钉焊接完毕后，第一板件带动焊枪横向移动一定距离使焊枪脱扣。

作为进一步的技术方案，所述焊枪在安装磁环和剪力钉后，通过升降机构将焊枪下降到工件的待焊接处，焊接完成后进行脱扣，脱扣完成后，焊枪通过升降机构回复到初始位置。

作为进一步的技术方案，当一个剪力钉脱扣完成后，调整龙门架在导轨上的位置、调整第一板件在龙门架上的位置，进行下一设定位置的剪力钉焊接。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

本发明利用龙门架纵向移动、剪力钉焊接单元横向移动来进行焊枪位置的调整，其焊接范围能够依据核电结构模块单面板的最大尺寸确定，能够满足大面板工件上剪力钉的焊接。

本发明中的剪力钉储运装置应用于剪力钉自动焊接设备上，除需人工定时向承载板的通孔内添加剪力钉外，其余过程均能自动完成，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为本发明剪力钉焊接单元的结构示意图；

图2为本发明剪力钉焊接装置的结构示意图；

附图标记：1、龙门架，2、导轨，3、工作台，4、剪力钉焊接单元，401、第一机械手，402、第一储料盒，403、第一视觉系统，404、第二机械手，405、第二储料盒，406、第二视觉系统，407、第一板件，408、第三机械手，409、第四机械手，410、升降机构，411、瓷环工装，412、第三视觉系统，413、剪力钉工装。

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。

正如背景技术中所介绍的，现有的只适用于小尺寸无瓷环剪力钉的焊接，且焊接工件的面积普遍较小，对于核电结构模块所需的大面板工件、大尺寸有瓷环的剪力钉无法适用；并且现有的剪力钉焊接过程中通常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。为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种用于大面板工件的剪力钉焊接单元、装置及工作方法，包括第一板件、安装在第一板件上用于容纳剪力钉的第一储料盒、安装在第一板件上用于容纳磁环的第二储料盒；所述第一储料盒的两侧分别安装有第一机械手和第一视觉系统，所述第二储料盒的两侧分别安装有第二机械手和第二视觉系统；所述第一板件上安装有剪力钉工装、磁环工装和第三视觉系统，所述剪力钉工装和磁环工装位于第一机械手和第二机械手之间；所述第一板件上还安装有第三机械手、第四机械手和焊枪，所述焊枪位于第三机械手和第四机械手之间；所述第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手的动作互不干涉。

实施例1

本申请的一种典型的实施方式中，提出的是一种剪力钉焊接单元，整体结构如图1所示，剪力钉焊接单元4，其包括第一板件407，第一板件包括水平设置的第二板件和竖直设置的第二板件，第二板件上安装有第一机械手401、第二机械手404、第一储料盒402、第二储料盒405、瓷环工装411、剪力钉工装413、第一视觉系统403、第二视觉系统406和第三视觉系统412，所述第一机械手401用于从第一储料盒402中取出剪力钉并放置在剪力钉工装413上，所述第二机械手404用于从第二储料盒405内取出磁环并放置在磁环工装上；

第三板件上安装有第三机械手408、第四机械手409和升降架构，升降机构410的输出端安装有焊枪，第三机械手408用于抓取剪力钉工装413上的剪力钉，所述第四机械手409用于抓取磁环工装上的磁环，第三机械手408和第四机械手409将剪力钉和磁环进行组合后安装在焊枪上。

此外，第一视觉系统403用于三维扫描第一储料盒402中剪力钉的摆放位置，并辅助第一机械手401完成自动拾取剪力钉的动作；第二视觉系统406用于三维扫描第二储料盒405中瓷环的摆放情况，并辅助第二机械手404完成自动拾取瓷环的动作；第三视觉系统412用于识别剪力钉工装413和瓷环工装411上剪力钉和瓷环的放置方向，保证第三机械手408和第四机械手409分别正确抓取剪力钉和瓷环，并辅助第三机械手408和第四机械手409将剪力钉和瓷环进行组合。

当然，不难理解的是，所述第一机械手401和第二机械手404的位置并不固定，按照机械手的动作范围和夹取放置剪力钉或瓷环的动作轨迹对机械手的安装位置进行规划，以保证该机械手的动作与其他机械手动作不发生干涉；

将剪力钉工装413和瓷环工装411安装在水平设置的第二板件上，在剪力钉工装413上设置相应的承载凹槽或夹具，保证在第一板件407带动焊接单元整体移动时，放置在剪力钉工装413上的剪力钉不会滑脱。同样的，在瓷环工装411上也设置相应的承载凹槽或夹具，对瓷环进行暂时固定，并方便位于第三板件上的机械手的夹持。

需要特别指出的是，所述的第一机械手401、第二机械手404、第三机械手408和第四机械手409均为六轴机器人，末端安装有可调大小夹具，从而适用于大尺寸剪力钉的拾取；所述的第一视觉系统403、第二视觉系统406、第三视觉系统412均能够进行三维扫描，第一视觉系统403能够自动识别第一储料盒402中剪力钉的分布及位置，保证第一机械手401抓取和放置的准确性，第二视觉系统406能够自动识别第二储料盒405中瓷环的分布及位置，保证第二机械手404抓取和放置的准确性，第三视觉系统412能够自动识别剪力钉工装413和瓷环工装411上放置的剪力钉和瓷环的放置方向，保证机械手抓取工件方向不变，并能辅助瓷环与剪力钉的组合，通过第三视觉系统412保证剪力钉穿越瓷环孔时的准确性。

进一步优选的，所述第一储料盒402的两侧分别安装第一机械手401和第一视觉系统403，所述第二储料盒405的两侧分别安装有第二机械手404和第二视觉系统406。

通过将机械手和视觉系统设置在储料盒的两侧，保证机械手的夹取动作时不会遮挡视觉系统，从而避免视觉系统实时精确地扫描剪力钉和瓷环的位置，保证了机械手动作的准确性。

进一步的，第一板件407上安装有剪力钉工装413、磁环工装和第三视觉系统412，所述剪力钉工装413和磁环工装位于第一机械手401和第二机械手404之间，第三视觉系统412能够同时扫描剪力钉工装413和瓷环工装411。

通过将剪力钉工装413和瓷环工装411设置在相互靠近的位置，通过一个视觉系统既能实现扫描，减少了视觉系统的设置数量；并且通过一个视觉系统扫描需要进行组合的剪力钉和瓷环，方便第三视觉系统412对两个工件的位置掌握，相较于采用两个视觉系统，减少了数据传递的过程，从而提高了剪力钉和瓷环的识别精度和机械手的动作准确度。

进一步的，所述焊枪位于第三机械手408和第四机械手409之间。

通过将焊枪设置在第三机械手408和第四机械手409之间，在两个机械手分别抓取剪力钉和瓷环之后在焊枪附近进行组合，组合后能够第一时间安装到焊枪上，缩短了剪力钉安装的路径，减少了非焊接的时间，从而提高了剪力钉焊接效率。

实施例2

本实施例还提供了一种用于大面板工件的剪力钉焊接装置，如图2所示，其包括实施例1所述的剪力钉焊接单元4，还包括龙门架1、导轨2和工作台3，所述导轨2有两个，分别安装在焊接工作台3的两侧，呈平行设置，所述龙门架1包括机架和安装在机架两端的支腿，两端的支腿分别与两条导轨2滑动配合；所述剪力钉焊接单元4通过滑动副安装在机架上，沿机架水平滑动。

所述导轨2的长度、龙门架1的跨度依据工件的大小能够做相应变化，以设置在龙门架1上的剪力钉焊接单元4的焊枪能够到达工件所有需要焊接的位置为准，龙门架1的高度，即支腿的高度依据工件厚度和剪力钉的长度做适应性变化，以保证剪力钉的精确焊接。

实施例3

本实施例提供了实施例2中公开的剪力钉焊接装置的工作方法：

向第一储料盒402和第二储料盒405中分别添加剪力钉和瓷环；

将待焊接的工件放置在工作台3上两条导轨2之间，剪力钉焊接单元4在龙门架1的带动下调整到合适位置；

第一视觉系统403识别位于第一储料盒402内的剪力钉，第二视觉系统406识别位于第二储料盒405内的磁环；

第一机械手401配合第一视觉系统403从第一储料盒402中夹取一个剪力钉然后将剪力钉放置在剪力钉工装413上，第二机械手404配合第二视觉系统406从第二储料盒405中夹取一个磁环放置在磁环工装上；

第三视觉系统412识别位于剪力钉工装413上的剪力钉和位于磁环工装上的磁环；

第三机械手408配合第三视觉系统412取下位于剪力钉工装413上的剪力钉，第四机械手409配合第三视觉系统412取下位于磁环工装上的磁环，第三机械手408和第四机械手409在第三视觉系统412的配合下将磁环和剪力钉进行组合，组合后安装至焊枪上；

焊枪将组合后的剪力钉焊接在工件上；

所述焊枪在安装磁环和剪力钉后，通过升降机构410将焊枪下降到工件的待焊接处，焊接完成后第一板件407带动焊枪横向移动一定距离使焊枪脱扣，脱扣完成后，焊枪通过升降机构410回复到初始位置；

当一个剪力钉脱扣完成后，调整龙门架1在导轨2上的位置、调整第一板件407在龙门架1上的位置，进行下一设定位置的剪力钉焊接。

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 (10)

1.一种用于大面板工件的剪力钉焊接单元，其特征在于，包括第一板件、安装在第一板件上用于容纳剪力钉的第一储料盒、安装在第一板件上用于容纳磁环的第二储料盒；

所述第一储料盒的两侧分别安装有第一机械手和第一视觉系统，所述第二储料盒的两侧分别安装有第二机械手和第二视觉系统；

所述第一板件上安装有剪力钉工装、磁环工装和第三视觉系统，所述剪力钉工装和磁环工装位于第一机械手和第二机械手之间；

所述第一板件上还安装有第三机械手、第四机械手和焊枪，所述焊枪位于第三机械手和第四机械手之间；

所述第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手的动作互不干涉。

2.如权利要求1所述的用于大面板工件的剪力钉焊接单元，其特征在于，所述第一板件包括第二板件和第三板件，所述第二板件的一端与第三板件的一端垂直连接，所述剪力钉工装和磁环工装均安装在第二板件上，所述第一机械手用于从第一储料盒中取出剪力钉并放置在剪力钉工装上，所述第二机械手用于从第二储料盒内取出磁环并放置在磁环工装上。

3.如权利要求2所述的用于大面板工件的剪力钉焊接单元，其特征在于，所述第三机械手、第四机械手和焊枪均安装在第三板件上，所述第三机械手用于抓取剪力钉工装上的剪力钉，所述第四机械手用于抓取磁环工装上的磁环，第三机械手和第四机械手将剪力钉和磁环进行组合后安装在焊枪上。

4.如权利要求1所述的用于大面板工件的剪力钉焊接单元，其特征在于，所述焊枪通过升降机构安装在第一板件上，所述升降机构带动焊枪沿竖直方向做往返运动。

5.一种用于大面板工件的剪力钉焊接装置，其特征在于，包括权利要求1-4任一所述的适用于大面板工件的剪力钉焊接单元。

6.如权利要求5所述的用于大面板工件的剪力钉焊接装置，其特征在于，还包括龙门架、导轨和工作台，所述导轨有两个，分别安装在焊接工作台的两侧，呈平行设置，所述龙门架包括机架和安装在机架两端的支腿，两端的支腿分别与两条导轨滑动配合；所述剪力钉焊接单元通过滑动副安装在机架上，沿机架水平滑动。

7.一种如权利要求5-6任一项所述的用于大面板工件的剪力钉焊接装置的工作方法，其特征在于，

将待焊接的工件放置在工作台上两条导轨之间，剪力钉焊接单元在龙门架的带动下调整到合适位置；

第一视觉系统识别位于第一储料盒内的剪力钉，第二视觉系统识别位于第二储料盒内的磁环；

第一机械手配合第一视觉系统从第一储料盒中夹取一个剪力钉然后将剪力钉放置在剪力钉工装上，第二机械手配合第二视觉系统从第二储料盒中夹取一个磁环放置在磁环工装上；

第三视觉系统识别位于剪力钉工装上的剪力钉和位于磁环工装上的磁环；

第三机械手配合第三视觉系统取下位于剪力钉工装上的剪力钉，第四机械手配合第三视觉系统取下位于磁环工装上的磁环，第三机械手和第四机械手在第三视觉系统的配合下将磁环和剪力钉进行组合，组合后安装至焊枪上；

焊枪将组合后的剪力钉焊接在工件上。

8.如权利要求7所述的工作方法，其特征在于，在所述一个剪力钉焊接完毕后，第一板件带动焊枪横向移动一定距离使焊枪脱扣。

9.如权利要求8所述的工作方法，其特征在于，所述焊枪在安装磁环和剪力钉后，通过升降机构将焊枪下降到工件的待焊接处，焊接完成后进行脱扣，脱扣完成后，焊枪通过升降机构回复到初始位置。

10.如权利要求8或9所述的工作方法，其特征在于，当一个剪力钉脱扣完成后，调整龙门架在导轨上的位置、调整第一板件在龙门架上的位置，进行下一设定位置的剪力钉焊接。