CN110315254A - 基于双机器人的高压集水管柔性智能焊接工作站 - Google Patents

基于双机器人的高压集水管柔性智能焊接工作站 Download PDF

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Abstract

本发明属于焊接技术领域，特别涉及一种基于双机器人的高压集水管柔性智能焊接工作站。包括定位机构、第一焊接机器人、滑台、第二焊接机器人、上料机构、直角坐标机械手及滑台座，其中滑台可沿X轴方向滑动地安装在滑台座上，滑台座的一侧设有第一焊接机器人和用于定位主水管的定位机构，另一侧设有第二焊接机器人和用于存储分水管的上料机构，直角坐标机械手设置于滑台座的上方，且具有沿Y轴和Z轴方向移动的自由度及R轴方向旋转的自由度，直角坐标机械手用于输送分水管。本发明在主水管两侧采用双工位同时对分支管焊接的技术，大大降低了分支管在焊接过程中由于热膨胀对主水管造成的焊接畸形影响。

Description

基于双机器人的高压集水管柔性智能焊接工作站
技术领域
本发明属于焊接技术领域，特别涉及一种基于双机器人的高压集水管柔性智能焊接工作站。
背景技术
集水管主要应用于各大钢厂高压除鳞环境，目前集水管焊接主要采用人工方式，效率低下，对焊接工人的技术水平要求较高，焊接产生的烟尘对人身体的危害较大。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于双机器人的高压集水管柔性智能焊接工作站，以解决现有采用人工方式焊接集水管，效率低下，对焊接工人的技术水平要求较高，焊接产生的烟尘对人身体的危害较大的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于双机器人的高压集水管柔性智能焊接工作站，包括定位机构、第一焊接机器人、主滑台、第二焊接机器人、上料机构、直角坐标机械手、滑台座及控制柜，其中主滑台可沿X轴方向滑动地安装在滑台座上，所述滑台座的一侧设有第一焊接机器人和用于定位主水管的定位机构，另一侧设有第二焊接机器人和用于存储分水管的上料机构，所述直角坐标机械手设置于所述滑台座的上方，且具有沿Y轴和Z轴方向移动的自由度及绕R轴旋转的自由度，所述直角坐标机械手用于输送分水管，所述第一焊接机器人、第二焊接机器人、上料机构及直角坐标机械手均与控制柜连接。
所述定位机构包括定位底座及可沿Y轴方向滑动地设置于底座上的滑台板，所述滑台板的一端设有限位套，所述限位套内插设有可沿Z轴方向滑动的定位柱，所述滑台板的另一端设有限位块。
所述定位柱的上端设有把手，下端设有用于适应所述主水管上不同孔径的阶梯轴。
所述主滑台上设有用于支撑主水管的轮支撑组件,所述主滑台的两端设有用于压紧主水管的压紧组件。
所述主滑台的中间位置设有千斤顶，所述千斤顶位于两组所述轮支撑组件之间。
所述上料机构包括上料底座、上料台、直线驱动机构，其中上料台可沿X轴方向滑动地安装在上料底座上，所述上料台上设有多个定位槽，所述直线驱动机构设置于上料底座上，用于驱动上料台在上料底座上沿X轴方向滑动。
所述直线驱动机构包括上料滑轨、丝杠、丝母及驱动电机，其中上料滑轨和丝杠平行设置于上料底座上，所述上料台通过上料滑块与上料滑轨滑动连接，所述上料滑块通过丝母与丝杠螺纹连接，所述驱动电机设置于上料底座上、且输出轴通过联轴器与丝杠连接。
所述直角坐标机械手包括龙门架、Y轴导轨、Z轴导轨及机械手，其中龙门架的横梁上设有Y轴导轨，所述Z轴导轨与所述Y轴导轨滑动连接，所述机械手与所述Z轴导轨滑动连接。
所述滑台座的一侧设有位于所述第一焊接机器人和所述第二焊接机器人之间的挡光机构。
所述挡光机构包括挡光立柱、挡光屏及气缸，其中挡光屏与两个挡光立柱滑动连接，气缸沿竖直方向输出动力，所述气缸的输出端通过杠杆连接件与挡光屏连接。
本发明的有优点及有益效果是：本发明为提高企业生产效率，降低企业用人成本，促进企业安全无事故生产，本发明基于双机器人的高压集水管柔性智能焊接工作站，解决了企业多种集水管和多种分支管相互配套焊接的问题。由于在主水管两侧采用双工位同时对分支管焊接的技术，大大降低了分支管在焊接过程中由于热膨胀对主水管造成的焊接畸形影响。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为本发明的轴测图；
图4为本发明中焊接工作台的结构示意图；
图5为本发明中定位机构的结构示意图；
图6为本发明中挡光机构的结构示意图；
图7为本发明中上料机构的结构示意图；
图8为本发明中上料机构的轴测图。
图中：1为定位机构，101为定位底座，102为限位块，103为滑台板，104为滑轨，105为定位柱，106为垫片，107为把手，108为限位套，109为阶梯轴，2为第一焊接机器人，3为主滑台，4为挡光机构，401为挡光立柱，402为挡光屏，403为气缸，404为杠杆连接件，5为第二焊接机器人，6为上料机构，601为上料底座，602为上料滑块，603为上料台，604为产品固定柱，605为上料滑轨，606为丝杠，607为驱动电机，608为护罩，7为控制柜，8为直角坐标机械手，9为滑台座，10为地脚板，11为主水管，12为清枪器，13为龙门架，14为Y轴导轨，15为Z轴导轨，16为压紧组件，17为轮支撑组件，18为千斤顶。
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1-3所示，本发明提供的一种基于双机器人的高压集水管柔性智能焊接工作站，包括定位机构1、第一焊接机器人2、主滑台3、第二焊接机器人5、上料机构6、控制柜7、直角坐标机械手8及滑台座9，其中主滑台3可沿X轴方向滑动地安装在滑台座9上，滑台座9的一侧设有第一焊接机器人2和用于定位主水管的定位机构1，另一侧设有第二焊接机器人5和用于存储分水管的上料机构6，直角坐标机械手8设置于滑台座9的上方，且具有沿Y轴和Z轴方向移动的自由度及绕R轴旋转的自由度，直角坐标机械手8用于输送分水管，第一焊接机器人2、第二焊接机器人5、上料机构6及直角坐标机械手8均与控制柜7连接。
如图4所示，主滑台3上设有用于支撑主水管的轮支撑组件17,主滑台3的两端设有用于压紧主水管的压紧组件16。主滑台3的中间位置设有千斤顶18，千斤顶18位于两组轮支撑组件17之间。主水管采用两端压紧中间液压气缸顶起的三点固定方式，防止主水管在焊接的过程中由于热应力释放不及时而发生的主水管形变。
如图5所示，定位机构1包括定位底座1及可沿Y轴方向滑动地设置于底座1上的滑台板103，滑台板103的一端设有限位套108，限位套108内插设有可沿Z轴方向滑动的定位柱105，滑台板103的另一端设有限位块102。
定位柱105的上端设有把手107，下端设有用于适应主水管上不同孔径的阶梯轴109。
如图1所示，滑台座9的一侧设有位于第一焊接机器人2和第二焊接机器人5之间的挡光机构4。挡光机构4采用立式向上抽拉的设计方法，焊接工作时将挡光板升起。
如图6所示，挡光机构4包括挡光立柱401、挡光屏402及气缸403，其中挡光屏402与两个挡光立柱401滑动连接，气缸403沿竖直方向输出动力，气缸403的输出端通过杠杆连接件404与挡光屏402连接。
如图7-8所示，上料机构6包括上料底座601、上料台603、直线驱动机构，其中上料台603可沿X轴方向滑动地安装在上料底座601上，上料台603上设有多个定位槽，直线驱动机构设置于上料底座601上，用于驱动上料台603在上料底座601上沿X轴方向滑动。
直线驱动机构包括上料滑轨605、丝杠606、丝母及驱动电机，其中上料滑轨605和丝杠606平行设置于上料底座601上，上料台603通过上料滑块602与上料滑轨605滑动连接，上料滑块602通过丝母与丝杠606螺纹连接，驱动电机607设置于上料底座601上、且输出轴通过联轴器与丝杠606连接。
直角坐标机械手8包括龙门架13、Y轴导轨14、Z轴导轨15及机械手，其中龙门架13的横梁上设有Y轴导轨14，Z轴导轨15与Y轴导轨14滑动连接，机械手与Z轴导轨15滑动连接，机械手可绕旋转轴(R轴)旋转。
主滑台3的两侧设有清枪站，用于对焊枪进行定期自动清洗。
本发明提供的一种用于高压除鳞集水管的双机器人柔性智能焊接工作站，包括三大单元，生产流程显示单元、焊接工艺控制单元和水管位置控制单元，三大单元均由PLC中央控制器操控，生产流程显示单元包括HMI显示器，用于生产过程中各环节功能显示、报警显示及生产状态显示等，HMI显示器和PLC中央控制器通过ProfiNet通信；焊接工艺控制单元包括第一焊接机器人1和第二焊接机器人5，通过对不同集水管焊接电流、电压以及焊接角度等调整，来满足焊接工艺的要求，第一焊接机器人1与第一焊机通过DeviceNet通信，第二焊接机器人5与第二焊机通过DeviceNet通信，第一焊接机器人1和第二焊接机器人5与PLC中央控制器通过ProfiNet通信。上料机构、直角坐标机械手8和主滑台3形成水管控制单元，主滑台3上将开口朝上的主水管采用人工加机械的方式固定指定位置，并用定位机构1检测确保主水管摆放在指定位置，PLC控制直角坐标机械手8的手爪抓取上料台中的分支管，并通过直角坐标机械手8的Z轴和Y轴，将分支管放在主水管对应的开孔处。上料台由一台伺服电机控制，伺服电机与PLC中央控制器通过ProfiNet通信，直角坐标机械手三个坐标轴分别由一台伺服电机控制，每台伺服电机都与PLC中央控制器通过ProfiNet通信，主滑台3由一台伺服电机控制，伺服电机与PLC中央控制器通过ProfiNet通信。工作站的电源控制柜8，负责整个工作站的电源供给。
本发明的工作过程如下：
(1)代加工水管的参数，主水管直径分水管直径 基座直径两种及将基座或带基座的分水管焊接到主水管上。上料机构6上共计摆放72根料(8行*9列)，36根直径的料(4行*9列)，36根直径的料(4行*9列)，基座或带基座的分水管长度不定。
(2)天车将主水管吊放在主滑台3上，采用定位机构1中的定位柱105对主水管进行定位。定位柱105的端部采用台阶分段式设计，一个定位柱105可以定位多种主水管。
(3)操作人员通过的显示器控制面板，先对待焊接的水管进行参数设定。以焊接基座带分水管为例，主水管直径主水管上同侧开孔数量30个，开孔直径开孔中心距离70mm，基座直径基座带分水管的总长度500mm。焊接工艺参数事先在机器人控制器中设好，直接针对主水管直径、分支管直径选定即可。按下启动键，工作站开始工作。
(4)PLC控制直角坐标机械手8的Z轴向下运动抓取上料台603上第一根分水管，抓紧第一根分水管后，PLC控制直角坐标机械手8的Z轴向上运动，Z轴向右运动到主滑台3上方，Z轴向下运动，将第一根分水管插入主水管对应的第一个孔位，R轴旋转0度，第一焊接机器人1和第二焊接机器人5在主水管两侧先将分水管点焊到主水管上，然后第一焊接机器人1和第二焊接机器人5逆时针对分水管进行弧焊焊接，焊接三遍。第一焊接机器人1和第二焊接机器人5手臂归位，PLC控制直角坐标机械手8的手爪沿Z轴向上运动、向左运动、再向下运动到上料台603爪取第二根水管。主滑台3向前运动4*70＝280mm，即主滑台3上第五个开孔位置。PLC控制直角坐标机械手8的手爪沿Z轴向上运动、向右运动、向下运动，将第二根分水管插入主水管的第五个开孔位置，焊接方法同第一根，手爪归位。将第三根分水管插入主水管第十个开孔位置，焊接方法同第一根。以此类推，将第七根分水管插入主水管第三十个开孔位置，焊接方法同第一根。
(5)PLC控制上料台603伺服电机向前运动100mm，手爪将第八根分水管插入主水管第二个开孔位置，焊接方法同第一根。直到将三十根分水管全部焊接完成。
本发明基于双机器人的高压集水管柔性智能焊接工作站，解决了企业多种主水管和多种分支管相互配套焊接的问题。由于在主水管两侧采用双工位同时对分支管焊接的技术，大大降低了分支管在焊接过程中由于热膨胀对主水管造成的焊接畸形影响。
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 (10)

1.一种基于双机器人的高压集水管柔性智能焊接工作站，其特征在于，包括定位机构(1)、第一焊接机器人(2)、主滑台(3)、第二焊接机器人(5)、上料机构(6)、直角坐标机械手(8)、滑台座(9)及控制柜(7)，其中主滑台(3)可沿X轴方向滑动地安装在滑台座(9)上，所述滑台座(9)的一侧设有第一焊接机器人(2)和用于定位主水管的定位机构(1)，另一侧设有第二焊接机器人(5)和用于存储分水管的上料机构(6)，所述直角坐标机械手(8)设置于所述滑台座(9)的上方，且具有沿Y轴和Z轴方向移动的自由度及绕R轴旋转的自由度，所述直角坐标机械手(8)用于输送分水管，所述第一焊接机器人(2)、第二焊接机器人(5)、上料机构(6)及直角坐标机械手(8)均与控制柜(7)连接。
2.根据权利要求1所述的基于双机器人的高压集水管柔性智能焊接工作站，其特征在于，所述定位机构(1)包括定位底座(1)及可沿Y轴方向滑动地设置于底座(1)上的滑台板(103)，所述滑台板(103)的一端设有限位套(108)，所述限位套(108)内插设有可沿Z轴方向滑动的定位柱(105)，所述滑台板(103)的另一端设有限位块(102)。
3.根据权利要求2所述的基于双机器人的高压集水管柔性智能焊接工作站，其特征在于，所述定位柱(105)的上端设有把手(107)，下端设有用于适应所述主水管上不同孔径的阶梯轴(109)。
4.根据权利要求1所述的基于双机器人的高压集水管柔性智能焊接工作站，其特征在于，所述主滑台(3)上设有用于支撑主水管的轮支撑组件(17),所述主滑台(3)的两端设有用于压紧主水管的压紧组件(16)。
5.根据权利要求4所述的基于双机器人的高压集水管柔性智能焊接工作站，其特征在于，所述主滑台(3)的中间位置设有千斤顶(18)，所述千斤顶(18)位于两组所述轮支撑组件(17)之间。
6.根据权利要求1所述的基于双机器人的高压集水管柔性智能焊接工作站，其特征在于，所述上料机构(6)包括上料底座(601)、上料台(603)、直线驱动机构，其中上料台(603)可沿X轴方向滑动地安装在上料底座(601)上，所述上料台(603)上设有多个定位槽，所述直线驱动机构设置于上料底座(601)上，用于驱动上料台(603)在上料底座(601)上沿X轴方向滑动。
7.根据权利要求6所述的基于双机器人的高压集水管柔性智能焊接工作站，其特征在于，所述直线驱动机构包括上料滑轨(605)、丝杠(606)、丝母及驱动电机，其中上料滑轨(605)和丝杠(606)平行设置于上料底座(601)上，所述上料台(603)通过上料滑块(602)与上料滑轨(605)滑动连接，所述上料滑块(602)通过丝母与丝杠(606)螺纹连接，所述驱动电机(607)设置于上料底座(601)上、且输出轴通过联轴器与丝杠(606)连接。
8.根据权利要求1所述的基于双机器人的高压集水管柔性智能焊接工作站，其特征在于，所述直角坐标机械手(8)包括龙门架(13)、Y轴导轨(14)、Z轴导轨(15)及机械手，其中龙门架(13)的横梁上设有Y轴导轨(14)，所述Z轴导轨(15)与所述Y轴导轨(14)滑动连接，所述机械手与所述Z轴导轨(15)滑动连接。
9.根据权利要求1所述的基于双机器人的高压集水管柔性智能焊接工作站，其特征在于，所述滑台座(9)的一侧设有位于所述第一焊接机器人(2)和所述第二焊接机器人(5)之间的挡光机构(4)。
10.根据权利要求9所述的基于双机器人的高压集水管柔性智能焊接工作站，其特征在于，所述挡光机构(4)包括挡光立柱(401)、挡光屏(402)及气缸(403)，其中挡光屏(402)与两个挡光立柱(401)滑动连接，气缸(403)沿竖直方向输出动力，所述气缸(403)的输出端通过杠杆连接件(404)与挡光屏(402)连接。
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