CN110480122A - 一种网架连杆自动焊接生产系统的钢管上下线单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网架连杆自动焊接生产系统的钢管上下线单元，设置在自动焊接单元四周范围内的设定位置，包括钢管工件托架、钢管上下线抓取码放机械臂和钢管上下线电控装置。本发明对钢管工件进行抓取作业时，钢管上下线控制器根据模式识别传感器反馈的钢管工件的端面位置信息与内置的标准钢管工件的端面位置信息进行对比、并计算偏移量，然后钢管上下线控制器根据计算的偏移量对钢管上下线抓取码放机械手的位置进行调整，自动化程度较高，能够实现准确将未焊接封板或锥头工件的钢管工件抓取并码放在焊接工作平台上、准确将已焊接封板或锥头工件的钢管工件抓取并码放在钢管工件托架上，特别适用于网架连杆自动焊接生产系统。

Description

一种网架连杆自动焊接生产系统的钢管上下线单元

技术领域

本发明涉及一种自动焊接系统的上下线单元，具体是一种适用于对网架连杆工件进行自动焊接的生产系统的钢管上下线单元，属于网架连杆制造技术领域。

背景技术

网架结构是由多根网架连杆按一定的网格形式通过节点连接而构成大跨度覆盖的空间结构，网架结构具有整体性好、空间刚度大、结构稳定的优点，不仅自身重量轻、现场施工工作量小、建设速度快，而且网架结构高度小、可有效利用空间，因此广泛应用于建筑行业。

用钢材制作的网架结构节点主要有十字板节点、焊接空心球节点及螺栓球节点三种形式。通过螺栓球节点和网架连杆构成的网架结构具有适应性强、不产生附加的节点偏心、可避免大量的现场焊接工作量、运输安装方便等优点，因此广泛应用于各类空间杆系结构。

针对螺栓球节点的网架连杆通常包括钢管管体、对称焊接在钢管管体两端的封板(钢管管体直径＜76mm)或锥头(钢管管体直径≥76mm)、以及内置在钢管管体内部的螺栓。封板或锥头的中心位置均设有可以允许螺栓的螺纹段伸出的通孔，与螺栓球节点进行连接安装时，在伸出封板或锥头的螺栓螺纹段上套上长形六角套筒(或称长形六角无纹螺母)，并以销子或紧固螺钉将螺栓与长形六角套筒连在一起，直接拧动长形六角套筒，通过销钉或紧固螺钉带动螺栓转动，从而使螺栓旋入球体，直至螺栓的螺栓头与封板或锥头的内侧面贴紧即完成安装。现有的钢管管体与封板或锥头的焊接工序通常是采用人工焊接的方式，即，先将封板或锥头预点焊在钢管管体上、然后再进行环形焊缝的焊接。这种传统的人工焊接的方式存在以下缺陷：

1.虽然预点焊可以采用工装定位的方式进行，但人工操作的方式依然会存在点焊偏差，无法准确保证封板或锥头的通孔与钢管管体的同轴，进而会影响产品质量，易造成安装偏心、网架连杆存在偏载受力等后续的安装问题；

2.虽然在预点焊的基础上再进行焊接，但环形焊缝的焊接，即使采用工装辅助旋转进行焊接的方式，人工焊接也通常难以保证焊缝的均匀性，进而无法对焊接变形进行有效控制；

3.人工操作的方式对人员的技能及熟练程度要求较高，环形焊缝焊接过程中难免会发生焊接间断，更加剧了发生焊接变形的程度，且操作人员的情绪等人为因素对焊接质量也存在影响。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种网架连杆自动焊接生产系统的钢管上下线单元，自动化程度较高，能够实现准确将未焊接封板或锥头工件的钢管工件抓取并码放在焊接工作平台上、准确将已焊接封板或锥头工件的钢管工件抓取并码放在钢管工件托架上，特别适用于网架连杆自动焊接生产系统。

为了实现上述目的，本网架连杆自动焊接生产系统的钢管上下线单元设置在自动焊接单元四周范围内的设定位置，钢管上下线单元包括钢管工件托架、钢管上下线抓取码放机械臂和钢管上下线电控装置；

数量设置为至少两件的钢管工件托架分别设置在钢管上下线抓取码放机械臂工作范围内的设定钢管上线工作区域和钢管下线工作区域内；

钢管上下线抓取码放机械臂的末节上安装有钢管上下线抓取码放机械手，钢管上下线抓取码放机械臂至少包括可控制钢管上下线抓取码放机械手沿左右方向坐标移动的X坐标驱动总成、可控制钢管上下线抓取码放机械手沿前后方向坐标移动的Y坐标驱动总成和可控制钢管上下线抓取码放机械手沿竖直方向上下坐标移动的Z坐标驱动总成，钢管上下线抓取码放机械手对应钢管工件的两端对置设置为两件，钢管上下线抓取码放机械手底部设有沿左右方向伸出设置的托载机械指以及托载机械指控制机构，托载机械指上还设有定位夹持面，钢管上下线抓取码放机械手上还设有距离传感器和模式识别传感器；

钢管上下线电控装置包括钢管上下线控制器，钢管上下线控制器分别与钢管上下线抓取码放机械臂的坐标驱动总成、钢管上下线抓取码放机械手的距离传感器、模式识别传感器、托载机械指控制机构电连接，钢管上下线控制器与网架连杆自动焊接生产系统集中电控单元的中央控制器电连接；

对未焊接封板或锥头工件的钢管工件进行抓取作业时，钢管上下线控制器根据模式识别传感器反馈的钢管工件的端面位置信息与内置的标准钢管工件的端面位置信息进行对比、并计算偏移量，然后钢管上下线控制器根据计算的偏移量对钢管上下线抓取码放机械手的位置进行调整；对已焊接封板或锥头工件的钢管工件进行抓取作业时，钢管上下线控制器根据模式识别传感器反馈的钢管工件端部的封板或锥头工件的位置信息与内置的标准封板或锥头工件的位置信息进行对比、并计算偏移量，然后钢管上下线控制器根据计算的偏移量对钢管上下线抓取码放机械手的位置进行调整。

作为本发明的进一步改进方案，托载机械指的定位夹持面对应钢管工件的端面上设有压力传感器，压力传感器与钢管上下线控制器电连接；

对未焊接的钢管工件进行抓取作业时，两件钢管上下线抓取码放机械手的托载机械指同步动作对钢管工件进行夹持时，当压力传感器反馈夹实信号时，钢管上下线控制器将两件定位夹持面之间的间距尺寸与内置的标准钢管工件的长度尺寸进行对比并记录偏差值、然后输出至中央控制器，然后钢管上下线控制器控制钢管上下线抓取码放机械臂动作使抓取着钢管工件的钢管上下线抓取码放机械手坐标移动至焊接工作平台正上方的设定位置，使实际钢管工件的中分线与标准钢管工件的中分线共线设置。

作为本发明的一种实施方式，托载机械指是直销结构，直销结构中部设有定位夹持大径段，定位夹持面是定位夹持大径段面向钢管工件的端面，托载机械指控制机构是可控制直销结构的托载机械指进行轴向伸缩的伸缩控制机构。

作为本发明的另一种实施方式，托载机械指是顶部铰接连接于钢管上下线抓取码放机械臂末节的钩状摆臂结构，定位夹持面设置在钩状摆臂结构的弯钩中部，托载机械指控制机构是可控制钩状摆臂结构的托载机械指沿其铰接点进行摆动的摆动控制机构。

作为本发明的优选方案，钢管上下线抓取码放机械臂是门架机械臂结构，且两件钢管上下线抓取码放机械手共用同一个门架机械臂。

与现有技术相比，本网架连杆自动焊接生产系统的钢管上下线单元是采用微电脑控制的单元，可实现完全自动化操作；由于钢管上下线抓取码放机械手上设有距离传感器和模式识别传感器，因此抓取作业时，钢管上下线控制器可根据模式识别传感器的反馈计算偏移量，然后钢管上下线控制器根据计算的偏移量对钢管上下线抓取码放机械手的位置进行调整，从而可实现准确将未焊接封板或锥头工件的钢管工件抓取并码放在焊接工作平台上、准确将已焊接封板或锥头工件的钢管工件抓取并码放在钢管工件托架上；由于托载机械指的定位夹持面对应钢管工件的端面上设有压力传感器，因此对未焊接的钢管工件进行抓取作业时，两件钢管上下线抓取码放机械手的托载机械指同步动作对钢管工件进行夹持时，当压力传感器反馈夹实信号时，钢管上下线控制器将两件定位夹持面之间的间距尺寸与内置的标准钢管工件的长度尺寸进行对比并记录偏差值、然后输出至中央控制器，然后钢管上下线控制器控制钢管上下线抓取码放机械臂动作使抓取着钢管工件的钢管上下线抓取码放机械手坐标移动至焊接工作平台正上方的设定位置、使实际钢管工件的中分线与标准钢管工件的中分线共线设置，中央控制器即可在后续的焊接封板或锥头工件时通过封板或锥头推送装置控制封板或锥头工件与钢管工件端面之间的焊接间距，从而可以保证焊接成品的总体长度尺寸，特别适用于网架连杆自动焊接生产系统。

附图说明

图1是网架连杆自动焊接生产系统的三维结构示意图；

图2是网架连杆自动焊接生产系统的俯视布局图；

图3是本发明钢管上下线抓取码放机械手的结构示意图；

图4是网架连杆自动焊接生产系统自动焊接单元的三维结构示意图；

图5是网架连杆自动焊接生产系统钢管径向夹持定位装置的结构示意图；

图6是网架连杆自动焊接生产系统钢管旋转驱动装置的结构示意图；

图7是网架连杆自动焊接生产系统封板或锥头供给托架的结构示意图；

图8是网架连杆自动焊接生产系统抽屉式工件盛放架与辅助转载架对接后工件码放托盘平移控制机构推拉工件码放托盘时的局部放大结构示意图；

图9是网架连杆自动焊接生产系统采用负压吸附结构的封板或锥头工件抓取码放机械手的结构示意图；

图10是网架连杆自动焊接生产系统螺栓自动置入单元的三维结构示意图；

图11是网架连杆自动焊接生产系统增加B坐标旋转总成的螺栓抓取码放机械手的结构示意图；

图12是网架连杆自动焊接生产系统每套焊枪装置采用一个焊枪时的结构示意图；

图13是网架连杆自动焊接生产系统每套焊枪装置采用两个对置焊枪时的结构示意图。

图中：1、钢管上下线单元，11、钢管工件托架，12、钢管上下线抓取码放机械臂，13、钢管上下线抓取码放机械手，131、托载机械指，132、托载机械指控制机构，2、自动焊接单元，21、焊接工作平台，22、钢管径向夹持定位装置，221、支撑底座，222、径向夹持定位机构，2221、径向夹持定位部件，2222、径向夹持伸缩控制部件，2223、夹持辊，23、钢管旋转驱动装置，231、伸缩滑移驱动部件Ⅰ，232、钢管旋转驱动电机，24、封板或锥头推送装置，241、伸缩滑移驱动部件Ⅱ，242、推送机构，243、推送部件，25、焊枪装置，251、焊枪，26、钢管工件托载架，3、封板或锥头供给单元，31、封板或锥头供给托架，311、辅助转载架，3111、平移导向机构Ⅰ，3112、工件码放托盘平移控制机构，3113、搭接卡扣部件，312、抽屉式工件盛放架，3121、平移导向机构Ⅱ，3122、工件码放托盘，3123、搭接连接部件，32、封板或锥头工件抓取码放机械臂，33、封板或锥头工件抓取码放机械手，4、螺栓自动置入单元，41、螺栓供给托架，42、螺栓抓取码放机械臂，43、螺栓抓取码放机械手，5、自动激光打码单元，6、钢管工件，7、封板或锥头工件。

具体实施方式

网架连杆自动焊接生产系统是数字化控制系统，可以与数字工厂的数字总线无缝连接实现集中数字化管理。下面结合网架连杆自动焊接生产系统及附图对本发明做进一步说明(以下以钢管工件6的长度方向为左右方向进行描述)。

如图1、图2所示，网架连杆自动焊接生产系统包括钢管上下线单元1、自动焊接单元2、封板或锥头供给单元3、螺栓自动置入单元4和集中电控单元。

所述的钢管上下线单元1设置在自动焊接单元2四周范围内的设定位置，如图2所示，钢管上下线单元1设置在自动焊接单元2的正后方，钢管上下线单元1包括钢管工件托架11、钢管上下线抓取码放机械臂12和钢管上下线电控装置；

钢管工件托架11用于盛放未焊接封板或锥头工件7的钢管工件6半成品或已焊接封板或锥头工件7的钢管工件6成品，数量设置为至少两件的钢管工件托架11分别设置在钢管上下线抓取码放机械臂12工作范围内的设定钢管上线工作区域和钢管下线工作区域内；

钢管上下线抓取码放机械臂12的末节上安装有钢管上下线抓取码放机械手13，钢管上下线抓取码放机械臂12至少包括可控制钢管上下线抓取码放机械手13沿左右方向坐标移动的X坐标驱动总成、可控制钢管上下线抓取码放机械手13沿前后方向坐标移动的Y坐标驱动总成和可控制钢管上下线抓取码放机械手13沿竖直方向上下坐标移动的Z坐标驱动总成，如图3所示，钢管上下线抓取码放机械手13底部设有可穿入钢管工件6端部内的托载机械指131以及托载机械指控制机构132，托载机械指131上还设有定位夹持面，托载机械指131可以采用如图3所示的可穿入钢管工件6端部内的直销结构，托载机械指控制机构132可以配合采用直销伸缩控制结构，或者托载机械指131也可以采用可摆动并穿入钢管工件6端部内的钩状摆臂结构，托载机械指控制机构132也可以配合采用摆臂摆动控制结构，钢管上下线抓取码放机械手13上还设有距离传感器；钢管上下线抓取码放机械臂12可以采用多关节机械臂结构、或者采用门架机械臂结构、或者采用Delta机械臂结构等其他形式的机械臂，由于多关节机械臂和Delta机械臂的控制是集中控制，其精准的坐标控制较复杂，需经过工业控制计算机大量的计算、软件控制程序复杂，且制造成本较高，电脑控制负担重，易出现故障，同时通常只能一个机械臂装载一个机械手，而门架机械臂结构采用分体控制，即几个坐标系分别控制，控制相对简单、直接，不易出现故障，且较容易实现针对钢管工件6两端位置的钢管上下线抓取码放机械手13共用同一个机械臂，进而简化机构设置即控制的复杂程度，因此钢管上下线抓取码放机械臂12优选采用门架机械臂结构；

钢管上下线电控装置包括钢管上下线控制器，钢管上下线控制器分别与钢管上下线抓取码放机械臂12的坐标驱动总成、钢管上下线抓取码放机械手13的距离传感器、托载机械指控制机构132电连接。

如图4所示，所述的自动焊接单元2包括焊接工作平台21、钢管径向夹持定位装置22、钢管旋转驱动装置23、封板或锥头推送装置24、焊枪装置25和自动焊接电控装置；

焊接工作平台21是长度方向沿左右方向设置的长平台结构；

钢管径向夹持定位装置22至少左右对称设置为两套，如图5所示，钢管径向夹持定位装置22包括安装在焊接工作平台21上的支撑底座221和安装在支撑底座221上的径向夹持定位机构222，径向夹持定位机构222包括对置设置的径向夹持定位部件2221和径向夹持伸缩控制部件2222，径向夹持定位部件2221包括夹持面，夹持面上均布设有多个滚动设置的夹持辊2223、且夹持辊2223的滚动中轴线沿左右方向设置，径向夹持定位部件2221在夹持状态时可以合毕并通过夹持面上的夹持辊2223夹持柱面结构；对置设置的径向夹持定位部件2221可以采用双向控制同步夹持的方式、即对置设置的径向夹持定位部件2221同步移动进行夹持，也可以采用单向控制夹持的方式、即一件可移动的径向夹持定位部件2221向另一件定位安装的径向夹持定位部件2221移动进行夹持；夹持面可以采用与钢管工件6外径尺寸配合的弧面结构，也可以采用V形面结构，由于V形面结构的夹持面可以夹持不同外径尺寸的钢管工件6，因此夹持面优选采用V形面结构；为了便于钢管工件6的置入，径向夹持定位部件可以采用沿前后方向的水平夹持方式、或者采用沿上下方向的竖直夹持方式，即，采用水平夹持方式时如5图所示，夹持面前后对置设置、且径向夹持定位部件2221沿前后方向滑移配合安装在支撑底座221上，采用竖直夹持方式时，夹持面上下对置设置、且径向夹持定位部件2221沿上下方向滑移配合安装在位于支撑底座221上的支撑立柱上，鉴于在非夹持状态时需对置入的钢管工件6进行让位以便于置入，而采用水平夹持方式的上下方向置入钢管工件6时钢管上下线抓取码放机械臂12的运行轨迹设计更简单、机构设计更合理，因此径向夹持定位部件优选采用沿前后方向的水平夹持方式；径向夹持伸缩控制部件2222可以采用气缸或液压缸的伸缩结构，也可以采用电动螺旋杆的伸缩结构等其他伸缩控制结构，径向夹持伸缩控制部件2222的伸缩端与径向夹持定位部件2221安装连接、机体端与支撑底座221安装连接；

钢管旋转驱动装置23整体通过伸缩滑移驱动部件Ⅰ231滑移配合安装在焊接工作平台21上，钢管旋转驱动装置23包括用于对钢管工件6进行锁紧的钢管锁紧机构和控制钢管锁紧机构旋转的钢管旋转驱动电机232；伸缩滑移驱动部件Ⅰ231可以采用液压缸的伸缩结构、也可以采用电动螺旋杆的伸缩结构等其他伸缩控制结构；钢管锁紧机构可以采用如同径向夹持定位机构222的、具有夹持辊2223的开合夹持锁紧结构，此时伸缩滑移驱动部件Ⅰ231可以采用沿前后方向伸缩滑移的方式，而钢管旋转驱动电机232可以直接与夹持辊2223通过传动结构连接即可实现通过控制夹持辊2223的旋转带动钢管工件6的旋转；钢管锁紧机构也可以采用与钢管工件6同轴设置的、具有卡爪的数控卡盘结构，此时如图6所示，伸缩滑移驱动部件Ⅰ231采用沿左右方向伸缩滑移的方式，钢管旋转驱动电机232可以直接采用中空电机，数控卡盘同轴固定安装在中空电机的中空转子套内，数控卡盘可以采用滑环的方式取电、也可以采用内置电池的方式取电，控制数控卡盘的卡爪卡紧钢管工件6后即可通过控制中空电机的旋转带动钢管工件6的旋转；

封板或锥头推送装置24左右对置设置为两套，两套封板或锥头推送装置24安装在焊接工作平台21上，为了适用于不同长度尺寸的钢管工件6，至少一套封板或锥头推送装置24通过伸缩滑移驱动部件Ⅱ241沿左右方向滑移配合安装在焊接工作平台21上，封板或锥头推送装置24包括沿左右方向坐标控制伸缩设置的推送机构242和同轴安装在推送机构242伸缩端端部的推送部件243，推送机构242滚动配合安装在封板或锥头推送装置24的机体上、且推送部件243的几何中心轴与径向夹持定位部件2221的夹持几何中心轴同轴设置；推送部件243可以配合封板或锥头工件抓取码放机械手33采取用于夹持抓取封板或锥头工件7的夹持抓取机械手结构、也可以配合封板或锥头工件抓取码放机械手33采取用于同心定位顶靠的锥形顶尖结构，推送机构242和伸缩滑移驱动部件Ⅱ241可以采用液压缸的伸缩结构、也可以采用电动螺旋杆的伸缩结构等其他伸缩控制结构；

焊枪装置25左右对置设置为两套，焊枪装置25包括焊枪支撑架、焊枪251和坐标控制伸缩设置的焊枪伸缩控制机构，焊枪251通过焊枪伸缩控制机构安装在焊枪支撑架上，焊丝通过焊丝送丝机构穿入焊枪251内；焊枪装置25可以独立设置安装在地面上、即焊枪支撑架是落地式结构，焊枪装置25也可以直接安装在封板或锥头推送装置24的机体上、即焊枪支撑架固定安装在封板或锥头推送装置24的机体上；焊枪伸缩控制机构可以采用电动螺旋杆伸缩控制结构、也可以采用齿轮齿条结构的伸缩控制结构等其他伸缩控制结构，通过坐标控制焊枪伸缩控制机构的动作可以实现焊枪251的准确坐标定位焊接；每套焊枪装置25的焊枪251可以设置为一个，即如图12所示，一个焊枪251配合钢管旋转驱动装置23控制钢管工件6周向旋转一周实现完整环形焊缝的一次焊接成型；为了进一步降低焊接变形量，可以对置设置焊枪251，即每套焊枪装置25的焊枪251也可以沿钢管工件6的径向方向对置设置为两个，即如图13所示，两个焊枪251配合钢管旋转驱动装置23控制钢管工件6周向旋转半周实现完整环形焊缝的一次焊接成型；

自动焊接电控装置包括自动焊接控制器、钢管径向夹持定位控制回路、钢管旋转驱动控制回路、封板或锥头推送控制回路和焊接控制回路，自动焊接控制器分别与径向夹持伸缩控制部件2222、伸缩滑移驱动部件Ⅰ231、钢管锁紧机构、钢管旋转驱动电机232、伸缩滑移驱动部件Ⅱ241、焊枪伸缩控制机构、焊枪251电连接。

所述的封板或锥头供给单元3设置在自动焊接单元2四周范围内的设定位置，如图2所示，封板或锥头供给单元3设置在自动焊接单元2的前方，封板或锥头供给单元3包括封板或锥头供给托架31、封板或锥头工件抓取码放机械臂32、封板或锥头工件抓取码放机械手33和封板或锥头供给电控装置；

封板或锥头供给托架31设置在封板或锥头工件抓取码放机械臂32工作范围内的设定封板或锥头上线工作区域内，封板或锥头供给托架31内部是多层结构，每层平面内均布设有多个封板或锥头工件码放工位，封板或锥头工件7整齐定位码放在封板或锥头工件码放工位上；

封板或锥头工件抓取码放机械臂32的末节上安装有封板或锥头工件抓取码放机械手33，封板或锥头工件抓取码放机械臂32至少包括可控制封板或锥头工件抓取码放机械手33沿左右方向坐标移动的X坐标驱动总成、可控制封板或锥头工件抓取码放机械手33沿前后方向坐标移动的Y坐标驱动总成和可控制封板或锥头工件抓取码放机械手33沿竖直方向上下坐标移动的Z坐标驱动总成；如图9所示，封板或锥头工件抓取码放机械手33可以采取用于负压吸附抓取封板或锥头工件7内表面或外表面的吸盘结构、也可以采取用于夹持抓取封板或锥头工件7外周的夹持抓取机械手结构；同前所述，封板或锥头工件抓取码放机械臂32也优选采用门架机械臂结构，如此设置可以实现针对钢管工件6两端位置的封板或锥头工件抓取码放机械手33共用同一个门架机械臂；

封板或锥头供给电控装置包括封板或锥头供给控制器、封板或锥头抓取码放回路，封板或锥头供给控制器分别与封板或锥头工件抓取码放机械臂32、封板或锥头工件抓取码放机械手33电连接。

所述的螺栓自动置入单元4对应封板或锥头推送装置24的位置设置在焊接工作平台21的左端和/或右端位置，如图10所示，螺栓自动置入单元4包括螺栓供给托架41、螺栓抓取码放机械臂42、螺栓抓取码放机械手43和螺栓自动置入电控装置；

螺栓供给托架41设置在螺栓抓取码放机械臂42工作范围内的设定螺栓抓取工作区域内，螺栓供给托架41上均布设有多个螺栓码放工位，螺栓整齐定位码放在螺栓码放工位上；

螺栓抓取码放机械臂42的末节上安装有螺栓抓取码放机械手43，螺栓抓取码放机械臂42至少包括可控制螺栓抓取码放机械手43沿左右方向坐标移动的X坐标驱动总成、可控制螺栓抓取码放机械手43沿前后方向坐标移动的Y坐标驱动总成和可控制螺栓抓取码放机械手43沿竖直方向上下坐标移动的Z坐标驱动总成；螺栓抓取码放机械手43可以采取用于负压吸附抓取螺栓的吸盘结构、也可以采取用于夹持抓取螺栓的夹持抓取机械手结构，为便于螺栓置入钢管工件6内部、防止因螺栓抓取码放机械手43尺寸较大造成无法置入，螺栓抓取码放机械手43上对应钢管工件6的端部设有导料槽板，导料槽板可以直接倾斜设置安装在螺栓抓取码放机械手43上，当导料槽板穿入钢管工件6内部时螺栓抓取码放机械手43松开螺栓，即螺栓可以通过自身重力自行滑入钢管工件6内；由于需向钢管工件6内部置入两个螺栓，且由于通常螺栓的长度大于钢管工件6的内径尺寸，因此螺栓通常在钢管工件6内部无法调头，因此在将两个螺栓置入钢管工件6内部时需保证两个螺栓的螺纹端分别面向钢管工件6的左右两端，即可以两个螺栓的螺栓头背靠背成对设置的方式、或方向相反并排成对设置的方式置入，因此在螺栓供给托架41内的螺栓均是以上述两种方式整齐摆放的情况下，可以采用螺栓抓取码放机械手43一次抓取一对螺栓并通过导料槽板直接置入钢管工件6内的方式，但这样一方面会造成对螺栓供给托架41内的螺栓定位摆放有较高要求，另一方面，若螺栓供给托架41采用多层结构，则会造成因螺栓抓取码放机械臂42需要具有足够的行程尺寸而设置较大的尺寸、且抓取码放效率会逐渐较低，因此可以采用如图10所示的两个机械臂交接置入的方式，即一个机械臂负责抓取螺栓并将其放置在导料槽板上、另一个机械臂负责抓取导料槽板并将导料槽板上的螺栓置入钢管工件6内，如图11所示，负责置入的机械臂上的机械手可以增加可沿Y坐标轴旋转的B坐标旋转总成，即机械手将导料槽板穿入钢管工件6内后控制B坐标旋转总成使导料槽板倾斜设定角度，螺栓即可以通过自身重力自行滑入钢管工件6内；同前所述，螺栓抓取码放机械臂42也优选采用门架机械臂结构；

螺栓自动置入电控装置包括螺栓自动置入控制器、螺栓抓取码放回路，螺栓自动置入控制器分别与螺栓抓取码放机械臂42、螺栓抓取码放机械手43电连接。

所述的集中电控单元包括中央控制器、计数回路、工件上下线控制回路、自动焊接控制回路，中央控制器分别与钢管上下线单元1的钢管上下线控制器、自动焊接单元2的自动焊接控制器、封板或锥头供给单元3的封板或锥头供给控制器、螺栓自动置入单元4的螺栓自动置入控制器电连接。

网架连杆自动焊接生产系统的工作过程如下：

a)钢管上线：整齐码放有经上道定尺截断工序截断处理过的标准长度钢管工件6的钢管工件托架11被叉车或AGV托载运输车运输至钢管上线工作区域内的设定坐标位置并定位、空载的钢管工件托架11被叉车或AGV托载运输车运输至钢管下线工作区域内的设定坐标位置并定位、整齐码放有封板或锥头工件7的封板或锥头供给托架31被叉车或AGV托载运输车运输至封板或锥头上线工作区域内的设定坐标位置并定位、整齐码放有螺栓的螺栓供给托架41被叉车或AGV托载运输车运输至螺栓抓取工作区域内的设定坐标位置并定位，然后中央控制器发出指令启动计数回路和工件上下线控制回路，钢管上下线单元1开始工作，钢管上下线控制器发出指令控制钢管上下线抓取码放机械臂12动作、并根据钢管上下线抓取码放机械手13的距离传感器反馈使钢管上下线抓取码放机械手13坐标移动至第一件钢管工件6正上方的设定坐标位置，然后钢管上下线控制器控制托载机械指控制机构132动作使托载机械指131穿入第一件钢管工件6端部中心孔内、并通过定位夹持面对第一件钢管工件6的两个端面进行夹持操作，完成第一件钢管工件6的抓取；然后钢管上下线控制器控制钢管上下线抓取码放机械臂12动作、并根据钢管上下线抓取码放机械手13的距离传感器反馈使抓取着第一件钢管工件6的钢管上下线抓取码放机械手13坐标移动至焊接工作平台21正上方对应径向夹持定位部件2221的夹持几何中心轴的设定坐标位置，然后中央控制器发出指令使自动焊接单元2的自动焊接控制器控制伸缩滑移驱动部件Ⅰ231动作进行径向夹持定位部件2221的夹持定位动作，待第一件钢管工件6被稳固夹持定位后，中央控制器发出指令使钢管上下线控制器控制托载机械指控制机构132进行复位动作完成第一件钢管工件6的码放，钢管上下线抓取码放机械臂12复位至初始位置后、完成第一件钢管工件6的上线工作；

b)自动焊接：中央控制器发出指令启动自动焊接控制回路，如图6所示，自动焊接控制器首先控制伸缩滑移驱动部件Ⅰ231动作使钢管锁紧机构套接在第一件钢管工件6上，然后控制钢管锁紧机构动作对第一件钢管工件6进行锁紧，钢管旋转驱动电机232采用中空电机方式时，伸缩滑移驱动部件Ⅰ231动作使钢管锁紧机构自第一件钢管工件6的端部套接在第一件钢管工件6上；自动焊接控制器控制伸缩滑移驱动部件Ⅰ231动作的同时，中央控制器发出指令控制螺栓自动置入控制器使螺栓抓取码放机械臂42带动螺栓抓取码放机械手43坐标移动对位于螺栓供给托架41内的螺栓进行依次抓取，方向相反并排成对设置的两件螺栓被螺栓抓取码放机械手43抓取后，螺栓自动置入控制器控制螺栓抓取码放机械臂42带动螺栓抓取码放机械手43坐标移动、使导料槽板穿入钢管工件6的端部内的设定坐标位置，螺栓抓取码放机械手43松开螺栓，螺栓即通过自身重力滑入钢管工件6内；螺栓自动置入控制器控制螺栓抓取码放机械臂42复位后，中央控制器发出指令控制封板或锥头供给控制器使封板或锥头工件抓取码放机械臂32带动封板或锥头工件抓取码放机械手33坐标移动对位于封板或锥头供给托架31内的封板或锥头工件7进行依次抓取，两件封板或锥头工件7分别被两个封板或锥头工件抓取码放机械手33抓取后，封板或锥头供给控制器控制封板或锥头工件抓取码放机械臂32带动封板或锥头工件抓取码放机械手33坐标移动、使两件封板或锥头工件7分别定位贴靠在第一件钢管工件6两端面的设定坐标位置；自动焊接控制器控制伸缩滑移驱动部件Ⅱ241动作使封板或锥头推送装置24按照钢管工件6的标准长度调整至设定间距后，自动焊接控制器控制两件推送机构242同步动作使两件推送部件243分别定位承接被封板或锥头工件抓取码放机械手33抓取的封板或锥头工件7，封板或锥头工件7被稳固定位顶靠在第一件钢管工件6的端部后，封板或锥头工件抓取码放机械手33和封板或锥头工件抓取码放机械臂32依次进行复位动作，完成第一套封板或锥头工件7的供给；自动焊接控制器同步控制两套焊枪装置25的焊枪伸缩控制机构动作使焊枪251分别坐标移动至设定的焊接坐标位置后，自动焊接控制器同步控制两套焊枪装置25的焊枪251进行送丝、引弧动作，同时，自动焊接控制器控制钢管旋转驱动电机232启动并通过钢管锁紧机构带动第一件钢管工件6按照设定转速进行旋转，第一件钢管工件6旋转过程中推送机构242被带动跟随旋转、夹持辊2223被带动自转，待第一件钢管工件6旋转至设定角度后即完成封板或锥头工件7与钢管工件6的焊接，自动焊接控制器关闭钢管旋转驱动电机232后依次控制焊枪伸缩控制机构、推送机构242、钢管锁紧机构、伸缩滑移驱动部件Ⅰ231进行复位动作，完成第一件钢管工件6的自动焊接；

c)成品下线：中央控制器发出指令控制钢管上下线单元1再次开始工作，钢管上下线控制器控制钢管上下线抓取码放机械臂12动作、并根据钢管上下线抓取码放机械手13的距离传感器反馈使钢管上下线抓取码放机械手13坐标移动至第一件已完成焊接的钢管工件6的正上方设定坐标位置，然后钢管上下线控制器控制托载机械指控制机构132动作使托载机械指131穿入第一件已完成焊接的钢管工件6端部的封板或锥头工件7的中心孔内、并通过定位夹持面对第一件已完成焊接的钢管工件6的封板或锥头工件7的端面进行夹持操作，完成第一件已完成焊接的钢管工件6的抓取；中央控制器发出指令使自动焊接单元2的自动焊接控制器控制伸缩滑移驱动部件Ⅰ231进行复位动作后，钢管上下线控制器控制钢管上下线抓取码放机械臂12动作、并根据钢管上下线抓取码放机械手13的距离传感器反馈使抓取着第一件已完成焊接的钢管工件6的钢管上下线抓取码放机械手13坐标移动至空载的钢管工件托架11内的设定坐标位置，托载机械指控制机构132进行复位动作即完成第一件已完成焊接的钢管工件6的码放。

以此类推，钢管工件6被逐个抓取上线进行自动焊接，完成焊接的钢管工件6被逐个抓取下线进行码放，实现自动化生产。

为了进一步增加钢管上下线抓取码放机械手13定位抓取钢管工件6的准确性，作为本发明的进一步改进方案，钢管上下线抓取码放机械手13上还设有模式识别传感器，模式识别传感器与钢管上下线控制器电连接。对未焊接的钢管工件6进行抓取作业时，当钢管上下线控制器发出指令控制钢管上下线抓取码放机械臂12动作、并根据钢管上下线抓取码放机械手13的距离传感器反馈使钢管上下线抓取码放机械手13坐标移动至钢管工件6正上方的设定坐标位置后，钢管上下线抓取码放机械手13正对钢管工件6的端面，钢管上下线控制器根据模式识别传感器反馈的钢管工件6的端面位置信息与内置的标准钢管工件6的端面位置信息进行对比、并计算偏移量，然后钢管上下线控制器根据计算的偏移量对钢管上下线抓取码放机械手13的位置进行调整，实现将托载机械指131准确送入钢管工件6内的定位抓取；对已焊接封板或锥头工件7的钢管工件6进行抓取作业时，钢管上下线控制器根据模式识别传感器反馈的钢管工件6端部的封板或锥头工件7的位置信息与内置的标准封板或锥头工件7的位置信息进行对比、并计算偏移量，然后钢管上下线控制器根据计算的偏移量对钢管上下线抓取码放机械手13的位置进行调整，实现将托载机械指131准确送入封板或锥头工件7的中心孔内的定位抓取。

通常因加工误差的原因，钢管工件6的截割长度尺寸往往小于标准钢管工件6的长度尺寸，为了实现对未焊接的钢管工件6的长度尺寸进行实时测量，以便于后续焊接封板或锥头工件7，进而进一步保证焊接成品的质量，作为本发明的进一步改进方案，托载机械指131的定位夹持大径段对应钢管工件6的端面上设有压力传感器，压力传感器与钢管上下线控制器电连接。对未焊接的钢管工件6进行抓取作业时，两件钢管上下线抓取码放机械手13的托载机械指131同步伸出对钢管工件6进行夹持时，当压力传感器反馈夹实信号时，钢管上下线控制器将两件定位夹持大径段端面之间的间距尺寸与内置的标准钢管工件6的长度尺寸进行对比并记录输出至中央控制器，然后钢管上下线控制器控制钢管上下线抓取码放机械臂12动作使抓取着钢管工件6的钢管上下线抓取码放机械手13坐标移动至焊接工作平台21正上方对应径向夹持定位部件2221的夹持几何中心轴的设定坐标位置，且钢管工件6沿左右方向的长度中分线与两件钢管径向夹持定位装置22之间的中分线共线设置，即控制实际钢管工件6的中分线与标准钢管工件6的中分线共线设置，中央控制器即可在后续的焊接封板或锥头工件7时通过封板或锥头推送装置24控制封板或锥头工件7与钢管工件6端面之间的焊接间距，从而可以保证焊接成品的总体长度尺寸。

为了进一步提高效率、合理利用钢管上下线抓取码放机械臂12及钢管上下线抓取码放机械手13的等待焊接时间，自动焊接单元2在钢管上下线抓取码放机械臂12的工作范围内设置为多套，每套自动焊接单元2的焊接工作平台21上还设有钢管工件托载架26，钢管工件托载架26包括托载面、且托载面的托载几何中心的高度尺寸小于径向夹持定位部件2221的夹持几何中心的高度尺寸。钢管上下线抓取码放机械手13可以将钢管工件6码放在某一自动焊接单元2的钢管工件托载架26上，即可继续抓取钢管工件6并将其码放在其他自动焊接单元2的钢管工件托载架26上，从而实现利用空等时间、提高效率；由于钢管工件托载架26的托载面的托载几何中心的高度尺寸小于径向夹持定位部件2221的夹持几何中心的高度尺寸，因此不影响径向夹持定位部件2221对钢管工件6的夹持定位动作。

为了实现产品追溯、对已完成焊接的钢管工件6进行打码，网架连杆自动焊接生产系统还包括自动激光打码单元5，如图2所示，自动激光打码单元5对应封板或锥头推送装置24的位置设置在焊接工作平台21的左侧和/或右侧位置，自动激光打码单元5包括激光打码头支撑架、激光打码头、坐标控制伸缩设置的激光打码头伸缩控制机构和激光打码电控装置；激光打码头通过激光打码头伸缩控制机构安装在激光打码头支撑架上；激光打码电控装置包括激光打码控制器、激光打码控制回路，激光打码控制器分别与激光打码头、激光打码头伸缩控制机构电连接，激光打码控制器与集中电控单元的中央控制器电连接。自动激光打码单元5可以独立设置安装在地面上、即激光打码头支撑架是落地式结构，自动激光打码单元5也可以直接安装在封板或锥头推送装置24的机体上、即激光打码头支撑架固定安装在封板或锥头推送装置24的机体上；通过坐标控制激光打码头伸缩控制机构的动作可以实现激光打码头的准确坐标定位打码。在完成钢管工件6的自动焊接后，中央控制器可发出指令控制激光打码控制器使激光打码头坐标移动至钢管工件6上的封板或锥头工件7的端面位置进行打码。针对较长的打码数字，打码过程中可以在打完一个数字后控制钢管工件6步进旋转设定角度、再进行下一个数字的打码。

在封板或锥头工件抓取码放机械手33对位于封板或锥头供给托架31内的封板或锥头工件7进行抓取时，为了避免封板或锥头工件抓取码放机械手33的运动干涉，作为本发明的进一步改进方案，如图7所示，封板或锥头供给托架31包括辅助转载架311和抽屉式工件盛放架312；抽屉式工件盛放架312自下而上设有多个均布间隔、且沿前后或左右方向水平设置的平移导向机构Ⅱ3121，平移导向机构Ⅱ3121可以采用导向槽结构、也可以采用导轨结构等其他导向结构，与平移导向机构Ⅱ3121数量配合设置的多个工件码放托盘3122通过滚轮配合安装在平移导向机构上形成抽屉式结构，平移导向机构Ⅱ3121的前端设有可限制工件码放托盘3122滑出的固定限位结构，固定限位结构可以采用固定设置的限位块结构、限位板结构等结构，平移导向机构Ⅱ3121的后端设有可限制工件码放托盘3122滑出的活动限位结构，为了实现抽屉式工件盛放架312上不设置驱动动力装置、以避免驱动动力装置在烘干过程中受到高温损伤，活动限位结构可以采用通过弹簧顶出限位楔的活动限位结构、也可以采用通过顶杆控制摆杆摆动实现限位楔板升降的活动限位结构等其他机械结构的活动限位结构，工件码放托盘3122上还设有搭接连接部件3123；辅助转载架311固定设置在封板或锥头上线工作区域内的设定位置，辅助转载架311上对应平移导向机构Ⅱ3121的位置设有可与平移导向机构Ⅱ3121水平对接设置的平移导向机构Ⅰ3111，平移导向机构Ⅰ3111与平移导向机构Ⅱ3121的结构与尺寸相同设置，辅助转载架311上对应每层平移导向机构Ⅰ3111的位置还设有水平前后或左右伸缩设置的工件码放托盘平移控制机构3112，如图8所示，工件码放托盘平移控制机构3112包括平移驱动部件和与搭接连接部件3123配合的搭接卡扣部件3113，平移驱动部件可以采用包括液压缸的液压伸缩控制结构、也可以采用包括传动链的链传动结构或电动螺旋杆结构等其他传动结构，平移驱动部件与封板或锥头供给电控装置的封板或锥头供给控制器电连接。整齐码放有封板或锥头工件7的抽屉式工件盛放架312被叉车或AGV托载运输车运输至封板或锥头上线工作区域内的设定坐标位置并使平移导向机构Ⅱ3121与平移导向机构Ⅰ3111前后对接后，封板或锥头供给控制器控制位于第一层的工件码放托盘平移控制机构3112动作使平移驱动部件带动搭接卡扣部件3113向前伸出至设定距离，搭接卡扣部件3113与搭接连接部件3123连接后，封板或锥头供给控制器控制位于第一层的工件码放托盘平移控制机构3112进行复位动作，位于第一层的工件码放托盘3122即越过平移导向机构Ⅱ3121的活动限位结构、并跟随搭接卡扣部件3113后移至辅助转载架311上实现抽出，封板或锥头工件抓取码放机械手33即可对位于第一层的工件码放托盘3122上的封板或锥头工件7进行依次抓取；待第一层的工件码放托盘3122上的封板或锥头工件7被抓取完毕后，封板或锥头供给控制器控制位于第一层的工件码放托盘平移控制机构3112动作将位于第一层的工件码放托盘3122推入抽屉式工件盛放架312，位于第一层的工件码放托盘平移控制机构3112的搭接卡扣部件3113脱离位于第一层的工件码放托盘3122的搭接连接部件3123并复位后，封板或锥头供给控制器控制位于第二层的工件码放托盘平移控制机构3112动作将位于第二层的工件码放托盘3122拉入辅助转载架311进行继续抓取；依次类推，直至抽屉式工件盛放架312的各层工件码放托盘3122均被抓取完毕。

为例避免工件码放托盘平移控制机构3112在封板或锥头工件抓取码放机械手33对封板或锥头工件7进行抓取过程中造成运动干涉，平移导向机构3121沿左右方向对称设置在抽屉式工件盛放架312的立面内壁上，工件码放托盘平移控制机构3112沿左右方向对称设置在平移导向机构Ⅰ3111上。

工件码放托盘平移控制机构3112的平移驱动部件可以采用包括液压缸的液压伸缩控制结构、也可以采用包括传动链的链传动结构，由于前者需额外考虑液压缸的行程问题，即辅助转载架311在前后或左右方向上需额外留出液压缸的伸缩行程空间，无形中增加了辅助转载架311在前后或左右方向上的尺寸，而后者可以避免这种情况，因此优选后者，即，工件码放托盘平移控制机构3112的平移驱动部件是链传动结构，如图8所示，平移驱动部件包括传动链轮和传动链，搭接连接部件3123是固定设置在工件码放托盘3122上的搭接柱结构，搭接卡扣部件3113是设置在传动链上的双向卡爪结构。双向卡爪结构跟随上层传动链向后方移动时可卡接在搭接柱结构上实现拉动工件码放托盘3122，双向卡爪结构跟随上层传动链向前方移动时可实现推动工件码放托盘3122，将工件码放托盘3122推至抽屉式工件盛放架312上后，随着上层传动链的继续向前移动，双向卡爪结构可翻转脱离搭接柱结构、实现工件码放托盘平移控制机构3112与工件码放托盘3122的分离。

Claims (5)

1.一种网架连杆自动焊接生产系统的钢管上下线单元，其特征在于，钢管上下线单元(1)设置在自动焊接单元(2)四周范围内的设定位置，钢管上下线单元(1)包括钢管工件托架(11)、钢管上下线抓取码放机械臂(12)和钢管上下线电控装置；

数量设置为至少两件的钢管工件托架(11)分别设置在钢管上下线抓取码放机械臂(12)工作范围内的设定钢管上线工作区域和钢管下线工作区域内；

钢管上下线抓取码放机械臂(12)的末节上安装有钢管上下线抓取码放机械手(13)，钢管上下线抓取码放机械臂(12)至少包括可控制钢管上下线抓取码放机械手(13)沿左右方向坐标移动的X坐标驱动总成、可控制钢管上下线抓取码放机械手(13)沿前后方向坐标移动的Y坐标驱动总成和可控制钢管上下线抓取码放机械手(13)沿竖直方向上下坐标移动的Z坐标驱动总成，钢管上下线抓取码放机械手(13)对应钢管工件(6)的两端对置设置为两件，钢管上下线抓取码放机械手(13)底部设有沿左右方向伸出设置的托载机械指(131)以及托载机械指控制机构(132)，托载机械指(131)上还设有定位夹持面，钢管上下线抓取码放机械手(13)上还设有距离传感器和模式识别传感器；

钢管上下线电控装置包括钢管上下线控制器，钢管上下线控制器分别与钢管上下线抓取码放机械臂(12)的坐标驱动总成、钢管上下线抓取码放机械手(13)的距离传感器、模式识别传感器、托载机械指控制机构(132)电连接，钢管上下线控制器与网架连杆自动焊接生产系统集中电控单元的中央控制器电连接；

对未焊接封板或锥头工件(7)的钢管工件(6)进行抓取作业时，钢管上下线控制器根据模式识别传感器反馈的钢管工件(6)的端面位置信息与内置的标准钢管工件(6)的端面位置信息进行对比、并计算偏移量，然后钢管上下线控制器根据计算的偏移量对钢管上下线抓取码放机械手(13)的位置进行调整；对已焊接封板或锥头工件(7)的钢管工件(6)进行抓取作业时，钢管上下线控制器根据模式识别传感器反馈的钢管工件(6)端部的封板或锥头工件(7)的位置信息与内置的标准封板或锥头工件(7)的位置信息进行对比、并计算偏移量，然后钢管上下线控制器根据计算的偏移量对钢管上下线抓取码放机械手(13)的位置进行调整。

2.根据权利要求1所述的网架连杆自动焊接生产系统的钢管上下线单元，其特征在于，托载机械指(131)的定位夹持面对应钢管工件(6)的端面上设有压力传感器，压力传感器与钢管上下线控制器电连接；

对未焊接的钢管工件(6)进行抓取作业时，两件钢管上下线抓取码放机械手(13)的托载机械指(131)同步动作对钢管工件(6)进行夹持时，当压力传感器反馈夹实信号时，钢管上下线控制器将两件定位夹持面之间的间距尺寸与内置的标准钢管工件(6)的长度尺寸进行对比并记录偏差值、然后输出至中央控制器，然后钢管上下线控制器控制钢管上下线抓取码放机械臂(12)动作使抓取着钢管工件(6)的钢管上下线抓取码放机械手(13)坐标移动至焊接工作平台(21)正上方的设定位置，使实际钢管工件(6)的中分线与标准钢管工件(6)的中分线共线设置。

3.根据权利要求1或2所述的网架连杆自动焊接生产系统的钢管上下线单元，其特征在于，托载机械指(131)是直销结构，直销结构中部设有定位夹持大径段，定位夹持面是定位夹持大径段面向钢管工件(6)的端面，托载机械指控制机构(132)是可控制直销结构的托载机械指(131)进行轴向伸缩的伸缩控制机构。

4.根据权利要求1或2所述的网架连杆自动焊接生产系统的钢管上下线单元，其特征在于，托载机械指(131)是顶部铰接连接于钢管上下线抓取码放机械臂(12)末节的钩状摆臂结构，定位夹持面设置在钩状摆臂结构的弯钩中部，托载机械指控制机构(132)是可控制钩状摆臂结构的托载机械指(131)沿其铰接点进行摆动的摆动控制机构。

5.根据权利要求1或2所述的网架连杆自动焊接生产系统的钢管上下线单元，其特征在于，钢管上下线抓取码放机械臂(12)是门架机械臂结构，且两件钢管上下线抓取码放机械手(13)共用同一个门架机械臂。