CN110711983B - 一种机器人焊接工作单元及其操作流程 - Google Patents

Abstract

本发明属于焊接加工技术领域，具体公开了一种机器人焊接工作单元及其操作流程，所述工作单元至少包括2套焊接机器人、2套焊接电源、2套送丝机构、1套焊接保护气源、1套上下料机器人、1套焊接工装设备、1套输送带及1套成品托盘。本发明的机器人焊接工作单元，能够实现钢横梁无人化焊接生产线的大规模自动化及无人化生产，无需传统产线的人工搬运、手工组焊，生产效率高，智能化设备的运动轨迹、作业顺序可全部在集控中心统一规划，实现远程网络云控制，适合数字化制造体系，具有广阔的应用前景。

Description

一种机器人焊接工作单元及其操作流程

技术领域

本发明涉及焊接加工技术领域，特别是涉及一种机器人焊接工作单元及其操作流程。

背景技术

铁路桥梁用钢横梁主要由5部分组成：下翼板、腹板、上翼板、圆柱头栓钉、栏杆立柱基础。钢横梁主要应用于铁路简支T型桥梁上，位于桥梁双侧设置，间距2m/个，即每公里铁路需安装1000个钢横梁。钢横梁具有规格型号统一、需求数量大的特点，适宜进行机械自动化生产。根据生产经验，钢横梁生产过程中，下翼板、腹板、上翼板的焊接连接是主要施工工序，目前多采用人工焊接的作业方式，存在劳动强度大、受工人技术水平局限、焊缝质量不稳定、作业环境恶劣等缺点。随着国内熟练工人的稀缺和工人薪资水平的增长，人工焊接受到越来越多的限制。

随着智能制造技术发展，使得重构和升级改造焊接生产线成为可能。目前采用机器人焊接的自动化焊接工作站已经得到广泛应用，如公布号CN106425223A的中国发明专利公开的“一种机器人焊接工作站”，该专利涉及到一种比较通用的带有旋转和升降及移动功能的工装设备，该设备虽然柔性强，能兼容不同工件的焊接作业，但是对于具体的被焊接对象，仍然需要进行针对性开发和研究，特别是对于大批量生产的铁路桥梁用钢横梁产品。

实用新型专利CN209035880U《一种铁路T梁钢横梁定位夹紧翻转装置》和CN209206762U《一种用于钢横梁的焊接机构》均公开了一种带翻转功能的夹持工装设备，能够实现单台机器人焊接铁路桥梁钢横梁的技术，从而解决人工焊接作业劳动强度大，焊缝质量不稳定，效率低的问题。但是上述装置仍然依靠人工上下料，需要人工安装定位被焊接工件，自动化程度和生产效率不高。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种机器人焊接工作单元及其操作流程，用于解决人工焊接作业劳动强度大，焊缝质量不稳定，焊接设备自动化程度及生产效率低等问题，实现铁路桥梁用钢横梁产品的大规模化及无人化生产目的。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种机器人焊接工作单元的操作流程，用于焊接钢横梁，所述机器人焊接工作单元至少包括2套焊接机器人、2套焊接电源、2套送丝机构、1套焊接保护气源、1套上下料机器人、1套焊接工装设备、1套输送带和1套成品托盘，所述焊接工装设备包括机架、平移滑台、顶升机构、腹板定位工装、上翼板定位工装、下翼板定位工装，所述平移滑台滑动连接在机架上，且具有左、中、右三个停位；所述上翼板定位工装和下翼板定位工装均安装于平移滑台上，且可作竖直运动；所述腹板定位工装位于机架的上方，所述顶升机构位于机架的下方，腹板定位工装和顶升机构正对设置；

所述机器人焊接单元的操作流程包括如下步骤：

(1)所述输送带送将钢横梁的上翼板、下翼板和腹板毛坯件依次送到焊接区指定位置；

(2)所述焊接工装设备将平移滑台置于左位；所述上下料机器人分别依次将上翼板、下翼板和腹板从输送带上拿取放到所述平移滑台上的上翼板定位工装、下翼板定位工装和腹板定位工装上，并拿住腹板；

(3)所述焊接工装设备将平移滑台置于中位；所述顶升机构上升，顶起所述平移滑台上的上翼板定位工装，使上翼板与腹板夹紧；所述上下料机器人离开腹板，所述2套焊接机器人按指定的轨迹移动，从腹板两边同时焊接，完成焊接回到初始位置；

(4)所述上下料机器人拿住腹板，所述顶升机构和上翼板定位工装下降；所述上下料机器人拿住腹板旋转180°后放回所述腹板定位工装下；

(5)所述焊接工装设备将平移滑台置于右位；所述顶升机构上升，顶起所述平移滑台上的下翼板定位工装，使下翼板与腹板夹紧；所述2套焊接机器人按指定的轨迹移动，从腹板两边同时焊接，完成焊接回到初始位置；

(6)所述上下料机器人拿住腹板后，所述顶升机构和下翼板定位工装下降；所述上下料机器人抓取焊接完成的钢横梁成品放到成品托盘上；

(7)所述焊接工装设备将平移滑台置于左位，焊接工作单元重复步骤(2)-(6)的动作，进行下一个钢横梁的焊接。

本发明另一方面提供一种机器人焊接工作单元，至少包括2套焊接机器人、2套焊接电源、2套送丝机构、1套焊接保护气源、1套上下料机器人、1套焊接工装设备、1套输送带和1套成品托盘，每套焊接机器人连接有1套焊接电源和1套送丝机构，焊接保护气源通过2根气管分别与2套焊接机器人相连接；所述焊接工装设备包括机架、平移滑台、顶升机构、腹板定位工装、上翼板定位工装、下翼板定位工装，所述平移滑台滑动连接在机架上，所述上翼板定位工装和下翼板定位工装均安装于平移滑台上，且可作竖直运动；所述腹板定位工装位于机架的上方，腹板定位工装开设有用于容纳和定位腹板工件的竖向沟槽；所述顶升机构位于机架的下方，腹板定位工装和顶升机构正对设置。

工作时，腹板工件呈竖直状态夹持在腹板定位工装上，这样可以使用上下料机器人翻转工件，无需使用像现有的焊接机构那样采用夹持工装设备来翻转工件，操作更为简便。

进一步，所述机架上设有水平导向轨道，所述水平滑台滑动连接在水平导向轨道上；所述平移滑台上设有两个竖直导向轨道，所述上翼板定位工装和下翼板定位工装滑动连接在竖直导向轨道中。

进一步，所述机架的上方设有上横梁，所述腹板定位工装安装在上横梁上，所述机架的下方设有下横梁，所述顶升机构安装在下横梁上。

进一步，所述机架的两侧均设有立柱，所述上横梁与下横梁正对，并与两个立柱连接形成回型框架。有益效果：上横梁与下横梁对正并通过两边的立柱连接成回形框架，有利于承受夹紧腹板工件的反作用力，保证结构的稳定性。

进一步，所述平移滑台具有左、中、右三个停位，当平移滑台处于中位时，上翼板定位工装位于上横梁正下方；当平移滑台处于右位时，下翼板定位工装位于上横梁正下方；当平移滑台处于左位时，下翼板定位工装和上翼板定位工装上方露空，可对下翼板定位工装和上翼板定位工装进行上料作业。

进一步，所述上翼板定位工装和所述下翼板定位工装上分别设有真空吸盘。有益效果：真空吸盘可以将工件紧紧吸在定位工装上，进一步保证工件被夹紧。

进一步，所述竖向沟槽中安装有真空吸盘。有益效果：真空吸盘可以将腹板工件紧紧吸在定位工装上，进一步保证工件被夹紧。

进一步，所述焊接机器人和上下料机器人均为六自由度关节型机器人。

进一步，所述上下料机器人的末端执行器为真空吸盘。

如上所述，本发明的机器人焊接工作单元及其操作流程，具有以下有益效果：采用本发明生产钢横梁时，无需人工直接操作控制，只需少量的管理人员在集控中心监视生产过程即可，自动化程度高，能够有效的提高焊接生产效率，且排除了人工焊接的多种不确定性因素，使产品质量得到保障，本发明是一种无人化或少人化的焊接生产线核心单元。采用本发明的机器人焊接工作单元构成的产线是一种数字化柔性生产线，可以实现多品种产品共线生产，集控中心可以远离生产现场，实现远程网络云控制。

附图说明

图1为本发明的机器人焊接工作单元的结构示意图；

图2为本发明的机器人焊接工作单元中上下料机器人拿取腹板放入腹板定位工装时的状态示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

附图标记说明：

上翼板1、下翼板2、腹板3、输送带4、上下料机器人5、腹板定位工装6、机架7、焊接机器人8、顶升机构9、下翼板定位工装10、上翼板定位工装11、平移滑台12、成品托盘13、钢横梁14。

具体实施过程如下：

本发明提供一种机器人焊接工作单元，至少包括2套焊接机器人8、2套焊接电源、2套送丝机构、1套焊接保护气源、1套上下料机器人5、1套焊接工装设备、1套输送带4和1套成品托盘13。

如图1和图2所示，本实施例中的机器人焊接工作单元包括2套焊接机器人8、2套焊接电源、2套送丝机构、2套焊接保护气源、1套上下料机器人5、1套焊接工装设备、1套输送带4和1套成品托盘13，焊接工装设备包括机架7、平移滑台12、顶升机构9、腹板定位工装6、上翼板定位工装11、下翼板定位工装10，平移滑台12滑动连接在机架7上，上翼板定位工装11和下翼板定位工装10均安装于平移滑台12上，可升降移动；具体的，机架7上设有水平导向轨道，水平滑台滑动连接在水平导向轨道上，机架7上还设有用于驱动平移滑台12沿着水平导向轨道移动的水平驱动装置。

机架7上方设置有上横梁，机架7下方设置有下横梁，腹板定位工装6安装于上横梁上，顶升机构9安装在下横梁上；具体的，机架7的两侧均设有一根立柱，上横梁与下横梁正对，并与两个立柱连接形成回型框架，这样有利于承受夹紧腹板3工件的反作用力，保证结构的稳定性。

当上翼板定位工装11或下翼板定位工装10随平移滑台12移动到顶升机构9上方时，可以被顶升机构9抬起，从而与腹板定位工装6一起共同夹紧工件，顶升机构9下降时，上翼板定位工装11或下翼板定位工装10在重力和弹簧力的共同作用下随之下降。

焊接工装设备的平移滑台12可以在左、中、右三个位置准确定位。当平移滑台12处于左位时，上下料机器人5可以对下翼板定位工装10和上翼板定位工装11进行上料作业；平移滑台12处于中位时，上翼板定位工装11位于机架7上横梁正下方；平移滑台12处于右位时，下翼板定位工装10位于机架7上横梁正下方；顶升机构9位于平移滑台12下方，可以分别将上翼板定位工装11、下翼板定位工装10顶起。

进一步的，本焊接工装设备除了夹持定位工件外，还采用了真空吸盘，其中，上翼板定位工装11和下翼板定位工装10上分别设有真空吸盘，可以将翼板工件紧紧吸在定位工装上；腹板定位工装6开设有可容纳和定位腹板3工件的竖向沟槽，竖向沟槽的其中一面安装有真空吸盘，可以将腹板3工件紧紧吸在定位工装上。

进一步的，焊接机器人8为六自由度关节型机器人，其末端执行器为焊枪，工作空间涵盖全部品种的钢横梁14的焊缝位置；上下料机器人5也为六自由度关节型机器人，其末端执行器为真空吸盘，工作空间涵盖输送带4上钢横梁毛坯板位置、焊机工装设备上毛坯板位置和钢横梁14的成品托盘13放置位置。本机器人焊接单元采用气体保护焊对钢横梁14进行焊接。

具体的，上下料机器人5位于机架7的一侧，机架7的另一侧安装有2套焊接机器人8，2套焊接机器人8分别位于立柱的两侧。

本机器人焊接工作单元用于集中管控的无人化焊接生产系统中，用于焊接生产钢横梁产品，其操作流程为：

1)输送带4送将钢横梁14的上翼板1、下翼板2和腹板3毛坯件依次送到焊接区指定位置；

2)焊接工装设备将平移滑台12置于左位；

3)上下料机器人5将上翼板1从输送带4上拿取放到平移滑台12上的上翼板定位工装11上；

4)上下料机器人5将下翼板2从输送带4上拿取放到平移滑台12上的下翼板定位工装10上；

5)上下料机器人5将腹板3从输送带4上拿取放到腹板定位工装6上；

6)焊接工装设备将平移滑台12置于中位；

7)顶升机构9上升，顶起平移滑台12上的上翼板定位工装11，使上翼板1与腹板3夹紧；

8)待上翼板1与腹板3夹紧后，上下料机器人5放开腹板3，为焊接机器人8让出空间；

9)2套焊接机器人8按指定的轨迹移动，从腹板3两边同时焊接；完成焊接后回到初始位置；

10)上下料机器人5拿住腹板3后，顶升机构9和上翼板定位工装11下降；

11)上下料机器人5拿住腹板3旋转180°后放回腹板定位工装6横梁下；

12)焊接工装设备将平移滑台12置于右位；

13)顶升机构9上升，顶起平移滑台12上的下翼板定位工装10，使下翼板2与腹板3夹紧；

14)2套焊接机器人8按指定的轨迹移动，从腹板3两边同时焊接；完成焊接后回到初始位置；

15)上下料机器人5拿住腹板3后，顶升机构9和下翼板定位工装10下降；

16)上下料机器人5抓取焊接完成的工件放到成品托盘13上；

17)焊接工装设备将平移滑台12置于左位，焊接工作单元重复上述动作，进行下一个钢横梁14成品的焊接。

综上所述，本发明的机器人焊接工作单元，能够实现钢横梁无人化焊接生产线的大规模自动化及无人化生产，无需传统产线的人工搬运、手工组焊，生产效率高，智能化设备的运动轨迹、作业顺序可全部在集控中心统一规划，实现远程网络云控制，适合数字化制造体系，具有广阔的应用前景。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种机器人焊接工作单元的操作流程，用于焊接钢横梁，其特征在于，所述机器人焊接工作单元至少包括2套焊接机器人、2套焊接电源、2套送丝机构、1套焊接保护气源、1套上下料机器人、1套焊接工装设备、1套输送带和1套成品托盘，所述焊接工装设备包括机架、平移滑台、顶升机构、腹板定位工装、上翼板定位工装、下翼板定位工装，所述平移滑台滑动连接在机架上，且具有左、中、右三个停位；所述上翼板定位工装和下翼板定位工装均安装于平移滑台上，且可作竖直运动；所述腹板定位工装位于机架的上方，所述顶升机构位于机架的下方，腹板定位工装和顶升机构正对设置；

所述机器人焊接单元的操作流程包括如下步骤：

（1）所述输送带将钢横梁的上翼板、下翼板和腹板毛坯件依次送到焊接区指定位置；

（2）所述焊接工装设备将平移滑台置于左位；所述上下料机器人分别依次将上翼板、下翼板和腹板从输送带上拿取放到所述平移滑台上的上翼板定位工装、下翼板定位工装和腹板定位工装上，并拿住腹板；

（3）所述焊接工装设备将平移滑台置于中位；所述顶升机构上升，顶起所述平移滑台上的上翼板定位工装，使上翼板与腹板夹紧；所述上下料机器人离开腹板，所述2套焊接机器人按指定的轨迹移动，从腹板两边同时焊接，完成焊接回到初始位置；

（4）所述上下料机器人拿住腹板，所述顶升机构和上翼板定位工装下降；所述上下料机器人拿住腹板旋转180°后放回所述腹板定位工装下；

（5）所述焊接工装设备将平移滑台置于右位；所述顶升机构上升，顶起所述平移滑台上的下翼板定位工装，使下翼板与腹板夹紧；所述2套焊接机器人按指定的轨迹移动，从腹板两边同时焊接，完成焊接回到初始位置；

（6）所述上下料机器人拿住腹板后，所述顶升机构和下翼板定位工装下降；所述上下料机器人抓取焊接完成的钢横梁成品放到成品托盘上；

（7）所述焊接工装设备将平移滑台置于左位，焊接工作单元重复步骤（2）-（6）的动作，进行下一个钢横梁的焊接。

2.一种机器人焊接工作单元，其特征在于，至少包括2套焊接机器人、2套焊接电源、2套送丝机构、1套焊接保护气源、1套上下料机器人、1套焊接工装设备、1套输送带和1套成品托盘，所述焊接工装设备包括机架、平移滑台、顶升机构、腹板定位工装、上翼板定位工装、下翼板定位工装，所述平移滑台滑动连接在机架上，所述上翼板定位工装和下翼板定位工装均安装于平移滑台上，且可作竖直运动；所述腹板定位工装位于机架的上方，腹板定位工装开设有用于容纳和定位腹板工件的竖向沟槽，所述竖向沟槽中安装有真空吸盘；所述顶升机构位于机架的下方，腹板定位工装和顶升机构正对设置；所述机架的上方设有上横梁，所述腹板定位工装安装在上横梁上，所述机架的下方设有下横梁，所述顶升机构安装在下横梁上；所述平移滑台具有左、中、右三个停位，当平移滑台处于中位时，上翼板定位工装位于所述上横梁正下方；当平移滑台处于右位时，下翼板定位工装位于所述上横梁正下方；当平移滑台处于左位时，下翼板定位工装和上翼板定位工装上方露空，可对下翼板定位工装和上翼板定位工装进行上料作业。

3.根据权利要求2所述的机器人焊接工作单元，其特征在于：所述机架上设有水平导向轨道，所述平移滑台滑动连接在水平导向轨道上；所述平移滑台上设有两个竖直导向轨道，所述上翼板定位工装和下翼板定位工装滑动连接在竖直导向轨道中。

4.根据权利要求2所述的机器人焊接工作单元，其特征在于：所述机架的两侧均设有立柱，所述上横梁与下横梁正对，并与两个立柱连接形成回型框架。

5.根据权利要求2所述的机器人焊接工作单元，其特征在于：所述上翼板定位工装和所述下翼板定位工装上分别设有真空吸盘。

6.根据权利要求2所述的机器人焊接工作单元，其特征在于：所述焊接机器人和上下料机器人均为六自由度关节型机器人。

7.根据权利要求2所述的机器人焊接工作单元，其特征在于：所述上下料机器人的末端执行器为真空吸盘。

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