CN111299826A

CN111299826A - 一种智能制造机械手

Info

Publication number: CN111299826A
Application number: CN202010277837.6A
Authority: CN
Inventors: 李姚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-04-10
Filing date: 2020-04-10
Publication date: 2020-06-19

Abstract

本发明公开了一种智能制造机械手，包括两个抓取手、一个焊接手和一个检测手，所述抓取手设置于移动座上，所述移动座设置于龙门架上并可沿着横梁移动；所述龙门架下方设置有平行的进料传送带和出料传送带′，所述进料传送带和所述出料传送带′之间的空间设置有工作台，所述工作台顶面中部设置有焊接平台，所述焊接平台的两侧边各设置有一根滑轨，每根滑轨上设置有一个移动底座，所述移动底座上螺栓紧固连接有安装盘，其中一个安装盘上设置有所述焊接手，而另一个设置有检测手；所述工作台侧边设置有废料仓。本发明采用自动化流水线的焊接生产模式，自动抓取工件进行焊接，再对焊缝进行检测，运出合格的产品，剔除存在缺陷的产品。

Description

一种智能制造机械手

技术领域

本发明涉及一种智能制造机械手。

背景技术

机械臂是指高精度，多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂系统。因其独特的操作灵活性, 已在工业生产和装配中达到广泛的应用。

在机械生产中，焊接是一道非常常见的工艺。焊接是两种或两种以上同种或异种材料通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程。随着科技的发展，激光焊接是目前高端制造中最常用的焊接手段。

与传统的点焊工艺不同，激光焊接可以达到两块钢板之间的分子结合，通俗而言就是焊接后的钢板硬度相当于一整块钢板，从而将强度提升30%，精度同样大大提升。当然，激光焊接的实际使用意义并不仅于此。激光焊接的特点是被焊接工件变形极小，几乎没有连接间隙，焊接深度/宽度比高，因此焊接质量比传统焊接方法高。激光焊接是一门技术性非常强的先进制造工艺。机械臂搭配激光焊接是能够大幅度提升企业生产效率。

而焊接自身工艺的因素，会导致焊接中会出现焊接缺陷，包括气孔、夹渣、未焊透、未熔合、裂纹、凹坑、咬边、焊瘤等。这些缺陷中的气孔、夹渣(点状)属体积型缺陷。条渣、未焊透、未熔合与裂纹属线性缺陷，也可称为面型缺陷。尤其是裂纹与未熔合更是面型缺陷。凹坑、咬边、焊瘤及表面裂纹属表面缺陷。其他缺陷，包括内部埋藏裂纹，均属埋藏缺陷。激光焊接虽然能够解决大部分的缺陷，但是焊接缺陷依旧存在，因此就需要焊后进行检测，避免残次品进入市场。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种智能制造机械手，采用自动化流水线的焊接生产模式，自动抓取工件进行焊接，再对焊缝进行检测，运出合格的产品，剔除存在缺陷的产品。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：一种智能制造机械手，包括两个抓取手、一个焊接手和一个检测手，所述抓取手设置于移动座上，所述移动座设置于龙门架上并可沿着横梁移动；所述龙门架下方设置有平行的进料传送带和出料传送带′，所述进料传送带和所述出料传送带′之间的空间设置有工作台，所述工作台顶面中部设置有焊接平台，所述焊接平台的两侧边各设置有一根滑轨，每根滑轨上设置有一个移动底座，所述移动底座上螺栓紧固连接有安装盘，其中一个安装盘上设置有所述焊接手，而另一个设置有检测手；所述工作台侧边设置有废料仓。

所述移动座底部设置有导轨部，所述移动座底部转动连接设置有导轨部，导轨部可绕其竖直方向上的回转中心转动，所述导轨部的侧边设置有横槽，所述导轨部侧边设置有横槽，所述抓取手设置有插销轴，所述插销轴穿过所述横槽插入所述导轨部内被设置于导轨部内的驱动装置驱动而发生移动。

所述进料传送带和所述出料传送带′的上方设置若干个等间隔的所述龙门架，所述龙门架上的抓取手将焊接平台上通过检测的工件移动至所述出料传送带′，再从所述进料传送带抓取待焊接工件至焊接平台上进行焊接，并且将焊接平台上未通过检测的工件移动至所述废料仓。

所述抓取手包括安装至所述移动座上的安装部，所述安装部侧边转动设置有转动座，所述转动座底部回转设置有抓取手双叉臂，所述抓取手双叉臂底部设置有抓取部，所述抓取部设置有喇叭形的吸盘，所述吸盘边缘设置有密封环，所述吸盘连接有通气管，所述通气管连接有气泵，所述气泵可通过该通气管向吸盘输出空气或者从吸盘处吸走空气，从而实现抓取和松放动作。

所述焊接手包括底部的焊接底座，所述焊接底座底部设置有安装盘，所述底座上方转动设置有焊接第一支臂，所述焊接第一支臂顶部转动设置有焊接第二支臂，所述焊接第二支臂前端转动设置有焊接部轴座，所述焊接部轴座内设置有焊接部转动轴，所述焊接部轴座尾部设置有驱动所述焊接部转动轴转动的焊接转轴电机，所述焊接部转动轴的前端连接有焊接部回转双叉臂，所述焊接部回转双叉臂前端转动设置有焊接连接头，所述焊接连接头转动连接有焊接座，所述焊接做端部设置有激光焊接头，所述焊接头设置有折弯。

所述检测手包括底部的检测底座，所述检测底座底部设置有安装盘，所述底座上方转动设置有检测第一支臂，所述检测第一支臂顶部转动设置有检测第二支臂，所述检测第二支臂前端转动设置有检测部轴座，所述检测部轴座内设置有检测部转动轴，所述检测部轴座尾部设置有驱动所述检测部转动轴转动的检测转轴电机，所述检测部转动轴的前端连接有检测部回转双叉臂，所述检测部回转双叉臂前端转动设置有检测连接头，所述检测连接头转动设置有检测座，所述检测座前端设置有突出的吹气管和超声波发射接收装置772，所述超声波发射接收装置772信号连接超声波探伤仪，所述吹气管连接气泵。

所述焊接部回转双叉臂尾端设置有焊接部连接座，所述焊接部转动轴前端设置有焊接部转动盘，所述焊接部连接座固定设置于所述焊接部转动盘上；所述检测部回转双叉臂尾端设置有检测部连接座，所述检测部转动轴前端设置有检测部转动盘，所述检测部连接座固定设置于所述检测部转动盘上；所述焊接部回转双叉臂和所述检测部回转双叉臂的前端设置有转动电机，所述转动电机分别受控地驱使所述焊接连接头和所述检测连接头转动。

本发明提供了一种智能制造机械手，采用自动化流水线的焊接生产模式，自动抓取工件进行焊接，再对焊缝进行检测，运出合格的产品，剔除存在缺陷的产品。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行论述，显然，在结合附图进行描述的技术方案仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明的抓取手结构示意图。

图3是本发明的焊接手结构示意图。

图4是本发明的检测手结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中所述的实施例，本领域普通技术人员在不需要创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都在本发明所保护的范围内。

如图1至图4所示，一种智能制造机械手，包括两个抓取手5、一个焊接手6和一个检测手7，所述抓取手5设置于移动座4上，所述移动座4设置于龙门架1上并可沿着横梁11移动；所述龙门架1下方设置有平行的进料传送带21和出料传送带21′，所述进料传送带21和所述出料传送带21′之间的空间设置有工作台3，所述工作台3顶面中部设置有焊接平台31，所述焊接平台31的两侧边各设置有一根滑轨，每根滑轨上设置有一个移动底座32，所述移动底座32上螺栓紧固连接有安装盘33，其中一个安装盘33上设置有所述焊接手6，而另一个设置有检测手7；所述工作台3侧边设置有废料仓。

所述移动座4底部设置有导轨部41，所述移动座4底部转动连接设置有导轨部41，导轨部41可绕其竖直方向上的回转中心转动，所述导轨部41的侧边设置有横槽42，所述导轨部41侧边设置有横槽42，所述抓取手5设置有插销轴，所述插销轴穿过所述横槽42插入所述导轨部41内被设置于导轨部内的驱动装置驱动而发生移动。

所述进料传送带21和所述出料传送带21′的上方设置若干个等间隔的所述龙门架1，所述龙门架1上的抓取手5将焊接平台31上通过检测的工件移动至所述出料传送带21′，再从所述进料传送带21抓取待焊接工件至焊接平台31上进行焊接，并且将焊接平台31上未通过检测的工件移动至所述废料仓。

所述抓取手5包括安装至所述移动座4上的安装部，所述安装部侧边转动设置有转动座51，所述转动座51底部回转设置有抓取手双叉臂53，所述抓取手双叉臂53底部设置有抓取部54，所述抓取部54设置有喇叭形的吸盘55，所述吸盘55边缘设置有密封环，所述吸盘55连接有通气管，所述通气管连接有气泵，所述气泵可通过该通气管向吸盘55输出空气或者从吸盘55处吸走空气，从而实现抓取和松放动作。

所述焊接手6包括底部的焊接底座61，所述焊接底座61底部设置有安装盘33，所述底座61上方转动设置有焊接第一支臂62，所述焊接第一支臂62顶部转动设置有焊接第二支臂63，所述焊接第二支臂63前端转动设置有焊接部轴座64，所述焊接部轴座64内设置有焊接部转动轴，所述焊接部轴座64尾部设置有驱动所述焊接部转动轴转动的焊接转轴电机641，所述焊接部转动轴的前端连接有焊接部回转双叉臂65，所述焊接部回转双叉臂65前端转动设置有焊接连接头66，所述焊接连接头66转动连接有焊接座67，所述焊接做67端部设置有激光焊接头68，所述焊接头68设置有折弯。

所述检测手7包括底部的检测底座71，所述检测底座71底部设置有安装盘33，所述底座71上方转动设置有检测第一支臂72，所述检测第一支臂72顶部转动设置有检测第二支臂73，所述检测第二支臂73前端转动设置有检测部轴座74，所述检测部轴座74内设置有检测部转动轴，所述检测部轴座74尾部设置有驱动所述检测部转动轴转动的检测转轴电机741，所述检测部转动轴的前端连接有检测部回转双叉臂75，所述检测部回转双叉臂75前端转动设置有检测连接头76，所述检测连接头76转动设置有检测座77，所述检测座77前端设置有突出的吹气管771和超声波发射接收装置772，所述超声波发射接收装置772信号连接超声波探伤仪，所述吹气管771连接气泵。

所述焊接部回转双叉臂65尾端设置有焊接部连接座651，所述焊接部转动轴前端设置有焊接部转动盘642，所述焊接部连接座651固定设置于所述焊接部转动盘642上；所述检测部回转双叉臂75尾端设置有检测部连接座751，所述检测部转动轴前端设置有检测部转动盘742，所述检测部连接座751固定设置于所述检测部转动盘742上；所述焊接部回转双叉臂65和所述检测部回转双叉臂75的前端设置有转动电机，所述转动电机分别受控地驱使所述焊接连接头66和所述检测连接头76转动。

一般的焊缝中常见的缺陷有：气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹，至今还没有一个成熟的方法对缺陷的性质进行准确的评判，只是根据荧光屏上得到的缺陷波的形状和反射波高度的变化结合缺陷的位置和焊接工艺对缺陷进行综合估判。

对于内部缺陷的性质的估判以及缺陷的产生的原因和防止措施大体总结了以下几点。

第一，气孔：单个气孔回波高度低，波形为单峰，较稳定。从各个方向探测，反射波大体相同，但稍一动探头就消失，密集气孔会出现一簇反射波，波高随气孔大小而不同，当探头作定点转动时，会出现此起彼落的现象。

产生这类缺陷的原因主要是焊材未按规定温度烘干，焊条药皮变质脱落、焊芯锈蚀，焊丝清理不干净，手工焊时电流过大，电弧过长；埋弧焊时电压过高或网络电压波动太大；气体保护焊时保护气体纯度低等。如果焊缝中存在着气孔，既破坏了焊缝金属的致密性，又使得焊缝有效截面积减少，降低了机械性能，特别是存链状气孔时，对弯曲和冲击韧性会有比较明显降低。防止

这类缺陷防止的措施有：不使用药皮开裂、剥落、变质及焊芯锈蚀的焊条，生锈的焊丝必须除锈后才能使用。所用焊接材料应按规定温度烘干，坡口及其两侧清理干净，并要选用合适的焊接电流、电弧电压和焊接速度等。

第二，夹渣：点状夹渣回波信号与点状气孔相似，条状夹渣回波信号多呈锯齿状波幅不高，波形多呈树枝状，主峰边上有小峰，探头平移波幅有变动，从各个方向探测时反射波幅不相同。这类缺陷产生的原因有：焊接电流过小，速度过快，熔渣来不及浮起，被焊边缘和各层焊缝清理不干净，其本金属和焊接材料化学成分不当，含硫、磷较多等。防止措施有：正确选用焊接电流，焊接件的坡口角度不要太小，焊前必须把坡口清理干净，多层焊时必须层层清除焊渣；并合理选择运条角度焊接速度等。

第三，未焊透：反射率高，波幅也较高，探头平移时，波形较稳定，在焊缝两侧探伤时均能得到大致相同的反射波幅。这类缺陷不仅降低了焊接接头的机械性能，而且在未焊透处的缺口和端部形成应力集中点，承载后往往会引起裂纹，是一种危险性缺陷。其产生原因一般是：坡口纯边间隙太小，焊接电流太小或运条速度过快，坡口角度小，运条角度不对以及电弧偏吹等。防止措施有：合理选用坡口型式、装配间隙和采用正确的焊接工艺等。

第四，未熔合：探头平移时，波形较稳定，两侧探测时，反射波幅不同，有时只能从一侧探到。其产生的原因：坡口不干净，焊速太快，电流过小或过大，焊条角度不对，电弧偏吹等。防止措施：正确选用坡口和电流，坡口清理干净，正确操作防止焊偏等。

第五，裂纹：回波高度较大，波幅宽，会出现多峰，探头平移时反射波连续出现波幅有变动，探头转时，波峰有上下错动现象。裂纹是一种危险性最大的缺陷，它除降低焊接接头的强度外，还因裂纹的末端呈尖销的缺口，焊件承载后，引起应力集中，成为结构断裂的起源。裂纹分为热裂纹、冷裂纹和再热裂纹三种。热裂纹产生的原因是：焊接时熔池的冷却速度很快，造成偏析；焊缝受热不均匀产生拉应力。

无损检测就是利用声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷的大小、位置、性质和数量等信息，进而判定被检对象所处技术状态的所有技术手段的总称。常用的无损检测方法：超声检测(UT)、磁粉检测(MT)、液体渗透检测(PT)及X射线检测(RT)。

声波频率超过人耳听觉，频率比20千赫兹高的声波叫超声波。用于探伤的超声波，频率为0.4-25兆赫兹，其中用得最多的是1-5兆赫兹。利用声音来检测物体的好坏，这种方法早已被人们所采用。例如，用手拍拍西瓜听听是否熟了；医生敲敲病人的胸部，检验内脏是否正常；用手敲敲瓷碗，看看瓷碗是否坏了等等。但这些依靠人的听觉来判断声响的检测法，比声响法要客观和准确，而且也比较容易作出定量的表示。由于超声波探伤具有探测距离大，探伤装置体积小，重量轻，便于携带到现场探伤，检测速度快，而且探伤中只消耗耦合剂和磨损探头，总的检测费用较低等特点，建筑业市场主要采用此种方法进行检测。

超声波检测能感测出绝缘子局部放电所产生的高频信号,并将信号准确地转换成声音反应给检测者,据在标准试块上绘制的距离波幅曲线,对比焊缝中缺陷最高回波的位置、和缺陷性质判断焊缝等级。

对于最大反射波幅不超过距离波幅曲线中评定线的缺陷,均评定为I级;最大反射波幅超过评定线的缺陷检验者判定为裂纹等危害性缺陷时,无论其波幅和尺寸如何,均评定为WV级;反射波幅位于I区的非裂纹性缺陷,均评定为I级;反射波幅位于III区的缺陷,无论其指示长度如何,均评定为V级。最大反射波幅位于II区的缺陷,跟具缺陷指示长度，从而提前发现设备潜伏性故障。

超声波探伤比X射线探伤具有较高的探伤灵敏度、周期短、成本低、灵活方便、效率高，对人体无害等优点；缺点是对工作表面要求平滑、要求富有经验的检验人员才能辨别缺陷种类、对缺陷没有直观性；超声波探伤适合于厚度较大的零件检验。

超声波检测，具有以下的特点：第一，超声波在介质中传播时，在不同质界面上具有反射的特性，如遇到缺陷，缺陷的尺寸等于或大于超声波波长时，则超声波在缺陷上反射回来，探伤仪可将反射波显示出来。第二，如缺陷的尺寸甚至小于波长时，声波将绕过缺陷而不能反射；波声的方向性好，频率越高，方向性越好，以很窄的波束向介质中辐射，易于确定缺陷的位置。第三，超声波的传播能量大，如频率为1MHZ（1兆赫兹）的超声波所传播的能量，相当于振幅相同而频率为1000HZ（赫兹）的声波的100万倍。

本发明公开智能制造机械手，包括两个抓取手5、一个焊接手6和一个检测手7。两个抓取手5相互配合抓取进料传送带21上的工件，放置于焊接平台31上进行焊接。焊接手6对工件进行焊接。并且在焊接的过程中，焊接手6能够在焊接平台31上移动，配合其自生的各个部件的相互运动，再配合两个抓取手5抓住工件进行变换角度，从而能够焊接更多的位置，清楚焊接死角。焊接工作完成之后，检测手7开始对工件进行检测。检测过程中，一些工件情况特殊，需要降温处理，因此检测手7上设置了吹气管771对焊缝或者是工件吹气使其冷却。然后利用超声波发射接收装置772发射超声波并接收焊缝反射回来的声波数据，将数据进行处理，从而判断焊缝是否合格。如果合格，则抓取手5将放在出料传送带21′运走；如果不合格，则将其放入一旁的废料仓中。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体型式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。本发明的范围由所附权利要求进行限定，而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种智能制造机械手，包括两个抓取手（5）、一个焊接手（6）和一个检测手（7），所述抓取手（5）设置于移动座（4）上，所述移动座（4）设置于龙门架（1）上并可沿着横梁（11）移动；所述龙门架（1）下方设置有平行的进料传送带（21）和出料传送带（21′），所述进料传送带（21）和所述出料传送带（21′）之间的空间设置有工作台（3），所述工作台（3）顶面中部设置有焊接平台（31），所述焊接平台（31）的两侧边各设置有一根滑轨，每根滑轨上设置有一个移动底座（32），所述移动底座（32）上螺栓紧固连接有安装盘（33），其中一个安装盘（33）上设置有所述焊接手（6），而另一个设置有检测手（7）；所述工作台（3）侧边设置有废料仓。

2.根据权利要求1所述的一种智能制造机械手，其特征在于：所述移动座（4）底部转动连接设置有导轨部（41），导轨部（41）可绕其竖直方向上的回转中心转动，所述导轨部（41）的侧边设置有横槽（42），所述抓取手（5）设置有插销轴，所述插销轴穿过所述横槽（42）插入所述导轨部（41）内被设置于导轨部内的驱动装置驱动而发生移动。

3.根据权利要求2所述的一种智能制造机械手，其特征在于：所述进料传送带（21）和所述出料传送带（21′）的上方设置若干个等间隔的所述龙门架（1），所述龙门架（1）上的抓取手（5）将焊接平台（31）上通过检测的工件移动至所述出料传送带（21′），再从所述进料传送带（21）抓取待焊接工件至焊接平台（31）上进行焊接，并且将焊接平台（31）上未通过检测的工件移动至所述废料仓。

4.根据权利要求3所述的一种智能制造机械手，其特征在于：所述抓取手（5）包括安装至所述移动座（4）上的安装部，所述安装部侧边转动设置有转动座（51），所述转动座（51）底部回转设置有抓取手双叉臂（53），所述抓取手双叉臂（53）底部设置有抓取部（54），所述抓取部（54）设置有喇叭形的吸盘（55），所述吸盘（55）边缘设置有密封环，所述吸盘（55）连接有通气管，所述通气管连接有气泵，所述气泵可通过该通气管向吸盘（55）输出空气或者从吸盘（55）处吸走空气，从而实现抓取和松放动作。

5.根据权利要求3所述的一种智能制造机械手，其特征在于：所述焊接手（6）包括底部的焊接底座（61），所述焊接底座（61）底部设置有安装盘（33），所述底座（61）上方转动设置有焊接第一支臂（62），所述焊接第一支臂（62）顶部转动设置有焊接第二支臂（63），所述焊接第二支臂（63）前端转动设置有焊接部轴座（64），所述焊接部轴座（64）内设置有焊接部转动轴，所述焊接部轴座（64）尾部设置有驱动所述焊接部转动轴转动的焊接转轴电机（641），所述焊接部转动轴的前端连接有焊接部回转双叉臂（65），所述焊接部回转双叉臂（65）前端转动设置有焊接连接头（66），所述焊接连接头（66）转动连接有焊接座（67），所述焊接做（67）端部设置有激光焊接头（68），所述焊接头（68）设置有折弯。

6.根据权利要求5所述的一种智能制造机械手，其特征在于：所述检测手（7）包括底部的检测底座（71），所述检测底座（71）底部设置有安装盘（33），所述底座（71）上方转动设置有检测第一支臂（72），所述检测第一支臂（72）顶部转动设置有检测第二支臂（73），所述检测第二支臂（73）前端转动设置有检测部轴座（74），所述检测部轴座（74）内设置有检测部转动轴，所述检测部轴座（74）尾部设置有驱动所述检测部转动轴转动的检测转轴电机（741），所述检测部转动轴的前端连接有检测部回转双叉臂（75），所述检测部回转双叉臂（75）前端转动设置有检测连接头（76），所述检测连接头（76）转动设置有检测座（77），所述检测座（77）前端设置有突出的吹气管（771）和超声波发射接收装置（772），所述超声波发射接收装置（772）信号连接超声波探伤仪，所述吹气管（771）连接气泵。

7.根据权利要求6所述的一种智能制造机械手，其特征在于：所述焊接部回转双叉臂（65）尾端设置有焊接部连接座（651），所述焊接部转动轴前端设置有焊接部转动盘（642），所述焊接部连接座（651）固定设置于所述焊接部转动盘（642）上；所述检测部回转双叉臂（75）尾端设置有检测部连接座（751），所述检测部转动轴前端设置有检测部转动盘（742），所述检测部连接座（751）固定设置于所述检测部转动盘（742）上；所述焊接部回转双叉臂（65）和所述检测部回转双叉臂（75）的前端设置有转动电机，所述转动电机分别受控地驱使所述焊接连接头（66）和所述检测连接头（76）转动。