CN111250861B - 机器人搅拌摩擦焊面激光法向安装调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机器人搅拌摩擦焊面激光法向安装调节装置，其设置于焊接装置的主轴上，一共有三个，分别等间距布置在主轴的外周上；其包括转动支撑组件、激光测距装置和限位组件；转动支撑组件包括外筒、轴套、关节轴承、卡簧和挡簧；外筒固定于主轴上，外筒的内孔为阶梯孔，阶梯孔上端的直径小于下端的直径；轴套设置于外筒内，轴套的轴线与阶梯孔的轴线重合，轴套对应阶梯孔下端的一端设置有向外凸出的挡沿；关节轴承设置于外筒内；激光测距装置为激光测距传感器，激光测距传感器的上端固定于轴套内部；限位组件设置于主轴上，用于限制激光测距传感器下端向主轴轴线的偏转角度。本发明具有其上激光测距装置安装、调节较为方便的特点。
Description
技术领域
本发明涉及搅拌摩擦焊，特别涉及一种机器人搅拌摩擦焊面激光法向安装调节装置。
背景技术
搅拌摩擦焊（FSW）技术是由英国焊接研究所（TWI）针对铝合金、镁合金等轻金属开发的一种固相连接技术，因其焊接变形小，无裂纹、气孔、夹渣等优点，被誉为“继激光焊后又一次革命性的焊接技术”。搅拌摩擦焊不需填充材料和保护气体，能耗低，对环境无污染，是一种绿色连接技术。搅拌摩擦焊技术一出现就受到航空界的青睐，已在火箭推进器贮箱制造、飞行器轻金属连接等方面得到应用。
搅拌摩擦焊技术的工艺过程可分为三个阶段：搅拌针插入母材，搅拌头移动焊接，搅拌针拔出。第二个阶段为稳定的焊接过程，为三个过程中最为重要的部分。搅拌摩擦焊过程的产热主要依靠搅拌头与母材作用界面摩擦，包括轴肩下表面产热及搅拌针表面产热，焊缝区塑性变形产热也占一部分；而散热过程主要是向搅拌头、母材以及垫板的热传导散热，以及向工件端面及表面的对流辐射散热。
搅拌摩擦焊主要针对大型部件，依靠人为操作；对于小型部件需要机器人进行控制。机器人控制主要包括焊点定位与位姿控制，原理为激光三角法测距，二次定位修正。通过激光三角法测距系统测得待焊工件深度曲线，软件获得的符合工程要求的待焊点T坐标，并且反馈到焊头机械。根据待焊点信息，进行待焊点T与激光交叉点O校正。应用十字激光获得的两条深度曲线进行待焊点T(即O)处的曲面法向N计算，可以由两条深度曲线在O点的两个切向量的外积而得。此时给出焊点的坐标和法向信息(T，N)。通过激光测距仪反馈回来的位置和角度偏差，经过专门开发的机器人位置纠偏算法，通过EtherCAT总线通讯的方式，控制机器人调整姿态，满足焊接的工艺要求。
在其中，激光测距装置的安装调节是影响焊接精度的重要因素。如专利申请号为201610440923.8的中国发明专利公布了一种名称为基于激光测距和姿态反馈的搅拌摩擦焊具及倾角调节方法，其能够在焊接过程中实时检测搅拌针相对工件的下压量和焊具的倾斜状态，保证焊具在焊接过程中与被焊工件完美贴合，提高了焊接过程的稳定性。
该专利在焊接过程中稳定性较好，但是其上激光测距装置布置在动力室外壳内，激光测距装置在使用中需要经常校正调节，而且更换频率也较高，这使得在使用中激光测距装置的安装、调节都较为不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机器人搅拌摩擦焊面激光法向安装调节装置，它具有其上激光测距装置安装、调节较为方便的特点。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种机器人搅拌摩擦焊面激光法向安装调节装置，其设置于焊接装置的主轴上，其一共有三个，分别等间距布置在主轴的外周上；其包括转动支撑组件、激光测距装置和限位组件；转动支撑组件包括外筒、轴套、关节轴承、卡簧和挡簧；外筒固定于主轴上，外筒的内孔为阶梯孔，阶梯孔上端的直径小于下端的直径；轴套设置于外筒内，轴套的轴线与阶梯孔的轴线重合，轴套对应阶梯孔下端的一端设置有向外凸出的挡沿；关节轴承包括内圈和外圈，内圈呈球形且中部开设有孔，外圈开设有供内圈回转的球窝；关节轴承的外圈设置于外筒内，其外圈外径与阶梯孔下端内径适配；在外筒阶梯孔的下端内壁上开设有环形的嵌入槽，卡簧装嵌于嵌入槽中，关节轴承的外圈限制于卡簧和阶梯孔上端之间；关节轴承的内圈套在轴套上，轴套外壁上开设有环形卡槽，挡簧嵌装于卡槽中，关节轴承的内圈限制于挡沿和挡簧之间；激光测距装置为激光测距传感器，激光测距传感器的上端固定于轴套内部；限位组件设置于主轴上，用于限制激光测距传感器下端向主轴轴线的偏转角度。
通过采用上述技术方案，使用时，三个激光测距传感器共同开启，三点成面，反馈一个面数据传递至机器人进行计算；机器人计算完成后，传达指令使得主轴转动，直至搅拌头对应该面的法向方向，之后进行精确焊接。过程中对应不同长度的搅拌针，可以转动激光测距传感器，使其三者下端向接近或远离的方向运动，进而改变其激光交叉点O。相比现有技术，激光测距传感器位于焊接装置外部，校正调节和安装、拆卸均较为方便。
本发明进一步设置为：转动支撑组件包括限位螺母，在轴套上背离挡沿的一端设置有外螺纹，限位螺母与轴套螺纹连接且端面抵接于挡簧上。
通过采用上述技术方案，限位螺母使挡簧的阻挡作用更为可靠；使挡簧和挡沿配合对关节轴承内圈的限定作用更为可靠。
本发明进一步设置为：转动支撑组件还包括定位螺钉，轴套侧壁上开设有配合定位螺钉的螺纹通孔；激光测距传感器的上端位于轴套内部，定位螺钉的端部抵接于激光测距传感器外壁上。
通过采用上述技术方案，使用时，通过松紧定位螺钉就可以实现对激光测距传感器的固定和放松，使用较为方便。
本发明进一步设置为：限位组件包括固定块和顶丝；固定块固接于主轴上且对应于外筒的下方；固定块上开设有条形孔，条形孔的长轴轴线与主轴的轴线垂直相交；顶丝有两个，分别螺纹连接于固定块上对应条形孔长轴方向的两端；激光测距传感器的杆部位于条形孔中且夹持于两个顶丝的端部之间。
通过采用上述技术方案，使用时，当激光测距传感器角度调节结束后，拧动两个顶丝夹紧激光测距传感器，就可以对当前角度进行限定。拆卸、安装时，拧动两个顶丝，也能较为方便对激光测距传感器进行固定和放松。
本发明进一步设置为：机器人搅拌摩擦焊面激光法向安装调节装置还包括减震组件。
通过采用上述技术方案，焊接过程中，焊接装置存在震动，这个震动会使得激光测距传感器下端具有较大的抖动幅度，影响测量的准确性；置减震组件可以减小激光测距传感器下端的抖动幅度。
本发明进一步设置为：减震组件包括延伸板和减震螺钉；延伸板一端固接于固定块上，另一端倾斜向下延伸，减震螺钉螺纹连接于延伸板上，减震螺钉的端部抵接于主轴上。
通过采用上述技术方案，延伸板和减震螺钉配合能够减小固定块的震动幅度，进而减小激光测距传感器下端的抖动幅度。
本发明进一步设置为：减震组件还包括套接于减震螺钉小端上的橡胶垫，橡胶垫抵接于主轴上。
通过采用上述技术方案，橡胶垫具有较好的减震性能，进而可以进一步减小激光测距传感器下端的抖动幅度。
本发明进一步设置为：延伸板和固定块一体设置。
通过采用上述技术方案，进一步提升了固定块的抗震性。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1. 比现有技术，激光测距传感器位于焊接装置外部，校正调节和安装、拆卸均较为方便；
2. 设置减震组件，可以减小激光测距传感器下端的抖动幅度，保证了测量的准确性。
附图说明
图1是机器人搅拌摩擦焊面激光法向安装调节装置配合主轴的结构示意图；
图2是机器人搅拌摩擦焊面激光法向安装调节装置配合主轴另一个视角的示意图；
图3是转动支撑组件的剖视图。
图中，1、主轴；2、转动支撑组件；20、外筒；200、嵌入槽；21、轴套；210、挡沿；22、关节轴承；23、卡簧；24、挡簧；25、限位螺母；26、定位螺钉；3、激光测距装置；30、卡槽；4、限位组件；40、固定块；400、条形孔；41、顶丝；5、减震组件；50、延伸板；51、减震螺钉；52、橡胶垫；6、搅拌头；7、待焊工件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例
参照图1，一种机器人搅拌摩擦焊面激光法向安装调节装置，其设置于焊接装置的主轴1上，焊接装置主轴1下方设置有搅拌摩擦焊组件；搅拌摩擦焊组件一般包括搅拌头6、轴肩、搅拌针和旋转驱动件；搅拌头6转动连接于主轴1中，与主轴1同轴线设置；轴肩设置于搅拌头6下部；搅拌针固接于轴肩下部，搅拌针与主轴1同轴线设置；旋转驱动件设置于焊接装置上用于驱使搅拌头6进行转动；加工时，搅拌针插入待焊工件7的焊缝中。
参照图2、图3，一种机器人搅拌摩擦焊面激光法向安装调节装置，其一共有三个，分别等间距布置在主轴1的外周上；其包括转动支撑组件2、激光测距装置3和限位组件4；转动支撑组件2包括外筒20、轴套21、关节轴承22、卡簧23和挡簧24；外筒20固定于主轴1上，外筒20的内孔为阶梯孔，阶梯孔上端的直径小于下端的直径；轴套21设置于外筒20内，轴套21的轴线与阶梯孔的轴线重合，轴套21对应阶梯孔下端的一端设置有向外凸出的挡沿210；关节轴承22包括内圈和外圈，内圈呈球形且中部开设有孔，外圈开设有供内圈回转的球窝；关节轴承22的外圈设置于外筒20内，其外圈外径与阶梯孔下端内径适配；在外筒20阶梯孔的下端内壁上开设有环形的嵌入槽200，卡簧23装嵌于嵌入槽200中，关节轴承22的外圈限制于卡簧23和阶梯孔上端之间；关节轴承22的内圈套在轴套21上，轴套21外壁上开设有环形卡槽30，挡簧24嵌装于卡槽30中，关节轴承22的内圈限制于挡沿210和挡簧24之间；激光测距装置3为激光测距传感器，激光测距传感器的上端固定于轴套21内部；限位组件4设置于主轴1上，用于限制激光测距传感器下端向主轴1轴线的偏转角度。
使用时，三个激光测距传感器共同开启，三点成面，反馈一个面数据传递至机器人进行计算；机器人计算完成后，传达指令使得主轴1转动，直至搅拌头6对应该面的法向方向，之后进行精确焊接。过程中对应不同长度的搅拌针，可以转动激光测距传感器，使其三者下端向接近或远离的方向运动，进而改变其激光交叉点O。相比现有技术，激光测距传感器位于焊接装置外部，校正调节和安装、拆卸均较为方便。
参照图3，转动支撑组件2包括限位螺母25，在轴套21上背离挡沿210的一端设置有外螺纹，限位螺母25与轴套21螺纹连接且端面抵接于挡簧24上。
限位螺母25使挡簧24的阻挡作用更为可靠；使挡簧24和挡沿210配合对关节轴承22内圈的限定作用更为可靠。
转动支撑组件2还包括定位螺钉26，轴套21侧壁上开设有配合定位螺钉26的螺纹通孔；激光测距传感器的上端位于轴套21内部，定位螺钉26的端部抵接于激光测距传感器外壁上。
使用时，通过松紧定位螺钉26就可以实现对激光测距传感器的固定和放松，使用较为方便。
参照图2，限位组件4包括固定块40和顶丝41；固定块40固接于主轴1上且对应于外筒20的下方；固定块40上开设有条形孔400，条形孔400的长轴轴线与主轴1的轴线垂直相交；顶丝41有两个，分别螺纹连接于固定块40上对应条形孔400长轴方向的两端；激光测距传感器的杆部位于条形孔400中且夹持于两个顶丝41的端部之间。
使用时，当激光测距传感器角度调节结束后，拧动两个顶丝41夹紧激光测距传感器，就可以对当前角度进行限定。拆卸、安装时，拧动两个顶丝41，也能较为方便对激光测距传感器进行固定和放松。
参照图2，焊接过程中，焊接装置存在震动，这个震动会使得激光测距传感器下端具有较大的抖动幅度，影响测量的准确性。为此设置减震组件5，用于减小激光测距传感器下端的抖动幅度。
减震组件5包括延伸板50和减震螺钉51；延伸板50一端固接于固定块40上，另一端倾斜向下延伸，减震螺钉51螺纹连接于延伸板50上，减震螺钉51的端部抵接于主轴1上。
延伸板50和减震螺钉51配合能够减小固定块40的震动幅度，进而减小激光测距传感器下端的抖动幅度。
减震组件5还包括套接于减震螺钉51小端上的橡胶垫52，橡胶垫52抵接于主轴1上。橡胶垫52具有较好的减震性能，进而可以进一步减小激光测距传感器下端的抖动幅度。
本具体实施方式的实施例均为本发明较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种机器人搅拌摩擦焊面激光法向安装调节装置，其设置于焊接装置的主轴(1)上，其特征在于：其一共有三个，分别等间距布置在主轴(1)的外周上；其包括转动支撑组件(2)、激光测距装置(3)和限位组件(4)；转动支撑组件(2)包括外筒(20)、轴套(21)、关节轴承(22)、卡簧(23)和挡簧(24)；外筒(20)固定于主轴(1)上，外筒(20)的内孔为阶梯孔，阶梯孔上端的直径小于下端的直径；轴套(21)设置于外筒(20)内，轴套(21)的轴线与阶梯孔的轴线重合，轴套(21)对应阶梯孔下端的一端设置有向外凸出的挡沿(210)；关节轴承(22)包括内圈和外圈，内圈呈球形且中部开设有孔，外圈开设有供内圈回转的球窝；关节轴承(22)的外圈设置于外筒(20)内，其外圈外径与阶梯孔下端内径适配；在外筒(20)阶梯孔的下端内壁上开设有环形的嵌入槽(200)，卡簧(23)装嵌于嵌入槽(200)中，关节轴承(22)的外圈限制于卡簧(23)和阶梯孔上端之间；关节轴承(22)的内圈套在轴套(21)上，轴套(21)外壁上开设有环形卡槽(30)，挡簧(24)嵌装于卡槽(30)中，关节轴承(22)的内圈限制于挡沿(210)和挡簧(24)之间；激光测距装置(3)为激光测距传感器，激光测距传感器的上端固定于轴套(21)内部；限位组件(4)设置于主轴(1)上，用于限制激光测距传感器下端向主轴(1)轴线的偏转角度；转动支撑组件(2)包括限位螺母(25)，在轴套(21)上背离挡沿(210)的一端设置有外螺纹，限位螺母(25)与轴套(21)螺纹连接且端面抵接于挡簧(24)上；转动支撑组件(2)还包括定位螺钉(26)，轴套(21)侧壁上开设有配合定位螺钉(26)的螺纹通孔；激光测距传感器的上端位于轴套(21)内部，定位螺钉(26)的端部抵接于激光测距传感器外壁上；限位组件(4)包括固定块(40)和顶丝(41)；固定块(40)固接于主轴(1)上且对应于外筒(20)的下方；固定块(40)上开设有条形孔(400)，条形孔(400)的长轴轴线与主轴(1)的轴线垂直相交；顶丝(41)有两个，分别螺纹连接于固定块(40)上对应条形孔(400)长轴方向的两端；激光测距传感器的杆部位于条形孔(400)中且夹持于两个顶丝(41)的端部之间。
2.根据权利要求1所述的机器人搅拌摩擦焊面激光法向安装调节装置，其特征在于：机器人搅拌摩擦焊面激光法向安装调节装置还包括减震组件(5)。
3.根据权利要求2所述的机器人搅拌摩擦焊面激光法向安装调节装置，其特征在于：减震组件(5)包括延伸板(50)和减震螺钉(51)；延伸板(50)一端固接于固定块(40)上，另一端倾斜向下延伸，减震螺钉(51)螺纹连接于延伸板(50)上，减震螺钉(51)的端部抵接于主轴(1)上。
4.根据权利要求3所述的机器人搅拌摩擦焊面激光法向安装调节装置，其特征在于：减震组件(5)还包括套接于减震螺钉(51)小端上的橡胶垫(52)，橡胶垫(52)抵接于主轴(1)上。
5.根据权利要求3所述的机器人搅拌摩擦焊面激光法向安装调节装置，其特征在于：延伸板(50)和固定块(40)一体设置。
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