CN111468816A - 一种自动化超声波柔性焊接系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化超声波柔性焊接系统，包括：焊接机器人、超声波焊接装置、焊枪库、焊接工作台框架、定位压紧装置、换模小车和安全围栏，焊接机器人与超声波焊接装置连接，共同完成焊接工作，超声波焊接装置分为焊头调节组件和快换式焊头组件，两部分通过快换卡盘连接，有助于快速更换焊头，焊枪库用于存储、更换不同规格的焊头，焊接工作台框架用于支撑和定位定位压紧装置，定位压紧装置可有效地定位、压紧工件，换模小车可方便更换定位压紧装置，安全围栏用于保障运行的安全；该系统采用模块化设计，占用空间小，适用于多类型工件的焊接生产，系统自动化程度高、焊接效率高、适用性强、互换性好，成本低。

Description

一种自动化超声波柔性焊接系统

技术领域

本发明涉及自动化焊接领域，尤其涉及一种自动化超声波柔性焊接系统。

背景技术

目前，机器人焊接技术已经被广泛应用在工业焊接领域。对于汽车零件焊接领域，传统的自动化焊接系统中，工件定位装置固定、不可更换，应用品种单一，互换性差、设备的应用范围受限，最终导致焊接效率低，想要焊接不同类型的产品，则需要设置相应的焊接设备，成本高；另外，当前也存在一些大型的柔性焊接生产线，采用流水化的焊接方式，但是此种模式的生产设备占用空间大、工序多、对于零件小或焊点少的情况不适用，并且在焊接工件切换时，需要更换各个工序的工装，更换过程繁琐、耗时费力，同样造成焊接效率低，成本高等问题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种自动化超声波柔性焊接系统。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种自动化超声波柔性焊接系统，包括：超声波焊接机构、焊接工位、换模小车和安全围栏，所述超声波焊接机构包括：焊接机器人、超声波焊接装置和焊枪库，所述焊接机器人通过机器人安装框架固定安装，所述焊接机器人与所述超声波焊接装置连接，所述焊枪库设置于所述焊接机器人的一侧，用于放置不同规格的焊枪，所述焊接工位设置于所述焊接机器人的另一侧，所述焊接工位包括：焊接工作台框架以及设置于所述焊接工作台框架上的定位压紧装置，所述定位压紧装置用于安装工件，所述换模小车用于更换所述定位压紧装置，所述安全围栏设置于所述超声波焊接机构和焊接工位的外围，所述安全围栏的外侧设置有机器人控制柜、电气立柜和触摸屏。

其中，所述超声波焊接装置包括：焊头调节组件和快换式焊头组件，所述焊头调节组件和所述快换式焊头组件通过快换卡盘连接，所述焊头调节组件包括：滑台气缸、卡盘连接板和卡盘本体R侧，三者从上至下依次连接，所述快换式焊头组件包括：卡盘本体T侧，焊枪安装板、焊头安装架、调幅器和换能器以及焊头，所述卡盘本体T侧与所述卡盘本体R侧连接，所述焊枪安装板安装于所述卡盘本体T侧的下方，所述焊枪安装板的侧端部与所述焊头安装架连接，所述调幅器和换能器安装于所述焊头安装架上，所述焊头安装于所述调幅器和换能器的下端，所述滑台气缸安装于气缸安装板上，所述气缸安装板的端部与机器人连接板固定连接，所述机器人连接板与所述焊接机器人连接。

其中，所述焊枪库由基座和安装于所述基座上方的焊枪固定板组成，所述焊枪固定板上并排设置有多组焊枪托块，所述焊枪安装板的两侧对称设置有定位孔，所述焊枪托块的两侧对称设置有与所述定位孔配合的定位销，所述焊枪固定板上还设置有传感器，用于检测该位置是否有放置所述快换式焊头组件。

其中，所述定位压紧装置包括：底板、设置于所述底板上的仿形块、压紧组件、翻转组件和锁紧组件，所述翻转组件与所述压紧组件连接，所述翻转组件为所述压紧组件提供翻转动力，所述锁紧组件用于锁紧所述压紧组件，以保证加工过程中所述压紧组件对工件的稳定压紧。

其中，所述换模小车包括：小车支架以及通过钢珠滚轮安装板对称设置于所述小车支架上方的钢珠滚轮，所述小车支架的上方一侧设置防撞限位组件，用于在更换所述定位压紧装置的过程中对所述底板进行限位，所述防撞限位组件上设置有肘夹，所述肘夹用于在推送过程中固定所述底板。

其中，所述焊接工作台框架的上方也通过钢珠滚轮安装板对称设置有所述钢珠滚轮，所述焊接工作台框架的上方两侧对称设置有导向条，所述底板的一侧设置有定位块，所述焊接工作台框架的上方一侧设置有与所述定位块配合的底板定位块。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了一种自动化超声波柔性焊接系统，包括：焊接机器人、超声波焊接装置、焊枪库、焊接工作台框架、定位压紧装置、换模小车和安全围栏，焊接机器人与超声波焊接装置连接，两者相互配合，共同完成焊接工作，超声波焊接装置分为焊头调节组件和快换式焊头组件，两部分通过快换卡盘连接，有助于快速更换焊头，焊枪库设置在焊接机器人的一侧，便于存储、更换不同规格的焊头，焊接工作台框架设置在焊接机器人的另一侧，用于支撑和定位定位压紧装置，定位压紧装置可有效地定位、压紧工件，以保证焊接过程精确、稳定，换模小车方便更换不同的定位压紧装置；该系统采用超声波柔性化焊接，焊接效率高，系统采用模块化设计，可为其他自动化设备提供简单可靠的对接，占用空间小，适用于多类型工件的焊接生产，通过焊接机器人自动更换焊接程序，超声波焊接装置快速切换焊头，换模小车快速、方便地更换相应的定位压紧装置，便可以实现对不同工件的焊接，系统自动化程度高、适用性强、互换性好，可为企业节省设备成本。

附图说明

图1为本发明的整体结构立体示意图；

图2为本发明焊接机器人和超声波焊接装置的立体结构示意图；

图3为本发明焊枪库的立体结构示意图；

图4为本发明焊枪固定板的立体结构示意图；

图5为本发明超声波焊接装置的立体结构示意图；

图6为本发明焊接工作台框架的立体结构示意图；

图7为本发明定位压紧装置的立体结构示意图；

图8为本发明定位压紧装置的局部放大立体结构示意图一；

图9为本发明定位压紧装置的局部放大立体结构示意图二；

图10为本发明换模小车的立体结构示意图；

图11为本发明换模小车的局部放大立体结构示意图。

图中：1-焊接机器人；2-超声波焊接装置；20-滑台气缸；21-卡盘连接板；22-卡盘本体R侧；23-卡盘本体T侧；24-焊枪安装板；241-定位孔；25-焊头安装架；26-调幅器和换能器；27-焊头；28-气缸安装板；29-机器人连接板；30-位置传感器；36-接近开关；37-检测块；3-焊枪库；31-基座；32-焊枪固定板；33-焊枪托块；34-定位销；35-检测传感器；4-焊接工作台框架；41-导向条；42-底板定位块；5-定位压紧装置；51-底板；52-仿形块；53-定位块；541-双耳环脚座；542-翻转气缸；543-凸轮块；544-转轴；545-带立式座轴承；546-翻转托板；547-连接块；548-压杆连接板；549-翻转压杆；551-翻转压板；552-压头；553-

压板定位块；561-锁紧气缸；562-气缸插头；563-锁紧气缸安装板；564-气缸插头导向套；571-压紧气缸；6-换模小车；61-小车支架；62-钢珠滚轮；63-防撞限位组件；64-肘夹；7-安全围栏；8-机器人控制柜；9-电气立柜；10-触摸屏。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚、明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例1

如图1-2所示，本发明提供了一种自动化超声波柔性焊接系统，包括：超声波焊接机构、焊接工位、换模小车6和安全围栏7，所述超声波焊接机构包括：焊接机器人1、超声波焊接装置2和焊枪库3，所述焊接机器人1通过机器人安装框架固定安装，所述焊接机器人1与所述超声波焊接装置2连接，为了加快焊接进程，本实施例中设置了两组焊接机器人1，以对工件进行分区同步焊接，所述焊枪库3设置于两组所述焊接机器人1的一侧的中间位置，用于放置不同规格的焊枪，所述焊接工位设置于两组所述焊接机器人1之间的另一侧，所述焊接工位包括：焊接工作台框架4以及设置于所述焊接工作台框架4上的定位压紧装置5，所述定位压紧装置5用于安装工件，所述换模小车6用于更换所述定位压紧装置5，所述安全围栏7设置于所述超声波焊接机构和焊接工位的外围，所述安全围栏7的外侧设置有机器人控制柜8、电气立柜9和触摸屏10。

实施例2

于上述实施例的基础上，进一步地，如图5所示，所述超声波焊接装置2包括：焊头调节组件和快换式焊头组件，所述焊头调节组件和所述快换式焊头组件通过快换卡盘连接，所述焊头调节组件包括：滑台气缸20、卡盘连接板21和卡盘本体R侧22，三者从上至下依次连接，所述快换式焊头组件包括：卡盘本体T侧23，焊枪安装板24、焊头安装架25、调幅器和换能器26以及焊头27，所述卡盘本体T侧23与所述卡盘本体R侧22连接，所述焊枪安装板24安装于所述卡盘本体T侧23的下方，所述焊枪安装板24的侧端部与所述焊头安装架25连接，所述调幅器和换能器26安装于所述焊头安装架25上，所述焊头27安装于所述调幅器和换能器26的下端，所述滑台气缸20安装于气缸安装板28上，所述气缸安装板28的端部与机器人连接板29固定连接，所述机器人连接板29与所述焊接机器人1连接，通过所述滑台气缸20驱动所述快换式焊头组件整体进行往复式直线运动。

其中，所述滑台气缸20的一侧安装有位置传感器30，所述位置传感器30用来反馈所述滑台气缸20的伸出距离，以有效控制其提供合适的压力。

此外，为了检测在快速更换所述快换式焊头组件过程中，所述卡盘本体R侧22与所述卡盘本体T侧23是否安装到位，在所述卡盘本体R侧22的侧端安装了接近开关36，在所述卡盘本体T侧23的侧端安装了与所述接近开关36配合使用的检测块37。

实施例3

于上述实施例的基础上，进一步地，如图3-4所示，所述焊枪库3由基座31和安装于所述基座31上方的焊枪固定板32组成，所述焊枪固定板32上并排设置有四组焊枪托块33，所述焊枪安装板24上、且远离所述焊头安装架25的一侧端部对称设置有两个定位孔241，每组所述焊枪托块33的两侧对称设置有两个与所述定位孔241配合的定位销34，所述焊枪固定板32上的每组定位销34之间还设置有检测传感器35，用于检测该位置是否有放置所述快换式焊头组件，所述焊枪安装板24上设置有与所述检测传感器35配合的避空。

实施例4

于上述实施例的基础上，进一步地，如图7-9所示，所述定位压紧装置5包括：底板51、设置于所述底板51上的仿形块52、压紧组件、翻转组件和锁紧组件，所述翻转组件与所述压紧组件连接，所述翻转组件为所述压紧组件提供翻转动力，所述锁紧组件用于锁紧所述压紧组件，以保证加工过程中所述压紧组件对工件的稳定压紧。

所述翻转组件包括：双耳环脚座541、翻转气缸542、凸轮块543、转轴544、带立式座轴承545、翻转托板546、连接块547、压杆连接板548和翻转压杆549，所述双耳环脚座541固定于所述底板51上，且与所述翻转气缸542的尾部通过轴销铰接，所述翻转气缸542的头部连接有单肘节接头，所述单肘节接头与所述凸轮块543通过轴销铰接，所述转轴544通过左右两个所述带立式座轴承545安装于所述翻转托板546上，且其一侧端部与所述凸轮块543连接，两个所述连接块547对称安装于所述转轴544上，所述连接块547的一侧端部与所述压杆连接板548固定连接，所述翻转压杆549的一端位于所述压杆连接板548与所述翻转托板546之间，且与所述压杆连接板548固定连接；

所述压紧组件包括：与所述翻转压杆549的另一端固定连接的翻转压板551以及固定在所述翻转压板551上的压头552；

所述锁紧组件包括：锁紧气缸561、气缸插头562和压板定位块553，所述翻转压板551的前侧下端安装有压板定位块553，所述锁紧气缸561通过锁紧气缸安装板563安装于所述底板51上，所述气缸插头562安装于所述锁紧气缸561的前端，所述锁紧气缸安装板563的侧端还设置有气缸插头导向套564，所述气缸插头562穿过所述气缸插头导向套564，所述气缸插头562与所述压板定位块553配合，以锁紧所述翻转压板551。

另外，所述底板51上还设置有与所述仿形块52配合的辅助压紧组件，所述辅助压紧组件包括：压紧气缸571以及与所述压紧气缸571连接的所述压头552；通过所述压紧气缸571的伸缩以控制所述压头552对工件的松开或压紧。

所述翻转组件和压紧组件的工作过程为：通过所述翻转气缸542的伸缩以带动所述凸轮块543绕轴销转动，所述凸轮块543同步带动所述转轴544以及安装在所述转轴544上的所述连接块547转动，所述压杆连接板548、翻转压杆549、翻转压板551和压头552随所述连接块547同步翻转。

实施例5

于上述实施例的基础上，进一步地，如图10-11所示，所述换模小车6包括：小车支架61以及通过钢珠滚轮安装板对称设置于所述小车支架61上方的钢珠滚轮62，所述小车支架61由型材组装而成，左右对称，底部的四个角安装有脚轮，所述小车支架61的上方一侧设置防撞限位组件63，防撞限位组件63由防撞块以及安装在所述防撞块一侧的防撞垫构成，用于在更换所述定位压紧装置5的过程中对所述底板51进行限位，所述防撞限位组件63的防撞块上方设置有肘夹64，所述肘夹64用于在推送过程中固定所述底板51。

实施例6

于上述实施例的基础上，进一步地，如图6所示，所述焊接工作台框架4由型材组装而成，左右对称，其上方也通过钢珠滚轮安装板对称设置有所述钢珠滚轮62，为了便于快速、稳定地更换所述定位压紧装置5，所述小车支架61和所述焊接工作台框架4的高度保持一致，所述焊接工作台框架4的上方两侧对称设置有导向条41，所述底板51的一侧设置有定位块53，所述焊接工作台框架4的上方一侧设有与所述定位块53配合的底板定位块42，用于在更换所述定位压紧装置5的过程中对所述底板51进行快速准确定位。

本发明的具体工作过程为：

步骤1：运载定位压紧装置5，人工通过换模小车6运载定位压紧装置5至焊接工作台框架4一侧；

步骤2：安装定位压紧装置5，人工将定位压紧装置5推送至焊接工作台框架4上，并通过底板定位块42进行定位；

步骤3：安装超声波焊接装置2的焊头调节组件连接，通过机器人连接板29将焊接机器人1与超声波焊接装置2的焊头调节组件连接；

步骤4：放置工件，将工件放置在焊接工位，通过定位压紧装置5将工件定位、压紧；

步骤5：焊接机器人1拾取相应的快换式焊头组件，焊接机器人1的前端移动至焊枪库3区域，通过焊头调节组件的卡盘本体R侧22与快换式焊头组件的卡盘本体T侧23快速连接，以拾取相应的焊头；

步骤6：对工件进行超声波焊接，两组焊接机器人1通过超声波焊接装置2对工件进行分区同步焊接；

步骤7：更换焊头，继续焊接直至完成全部焊点；

步骤8：取出工件，定位压紧装置5打开，人工取出工件，并将工件放置在指定区域，至此，整个焊接工作完成；

步骤9：重复步骤4-8；

步骤10：更换定位压紧装置5，需要对不同工件进行焊接时，人工将定位压紧装置5推送至换模小车6，更换定位压紧装置5；

步骤11：重复步骤1-9。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自动化超声波柔性焊接系统，其特征在于，包括：超声波焊接机构、焊接工位、换模小车（6）和安全围栏（7），所述超声波焊接机构包括：焊接机器人（1）、超声波焊接装置（2）和焊枪库（3），所述焊接机器人（1）通过机器人安装框架固定安装，所述焊接机器人（1）与所述超声波焊接装置（2）连接，所述焊枪库（3）设置于所述焊接机器人（1）的一侧，用于放置不同规格的焊枪，所述焊接工位设置于所述焊接机器人（1）的另一侧，所述焊接工位包括：焊接工作台框架（4）以及设置于所述焊接工作台框架（4）上的定位压紧装置（5），所述定位压紧装置（5）用于安装工件，所述换模小车（6）用于更换所述定位压紧装置（5），所述安全围栏（7）设置于所述超声波焊接机构和焊接工位的外围，所述安全围栏（7）的外侧设置有机器人控制柜（8）、电气立柜（9）和触摸屏（10）。

2.根据权利要求1所述的一种自动化超声波柔性焊接系统，其特征在于，所述超声波焊接装置（2）包括：焊头调节组件和快换式焊头组件，所述焊头调节组件和所述快换式焊头组件通过快换卡盘连接，所述焊头调节组件包括：滑台气缸（20）、卡盘连接板（21）和卡盘本体R侧（22），三者从上至下依次连接，所述快换式焊头组件包括：卡盘本体T侧（23），焊枪安装板（24）、焊头安装架（25）、调幅器和换能器（26）以及焊头（27），所述卡盘本体T侧（23）与所述卡盘本体R侧（22）连接，所述焊枪安装板（24）安装于所述卡盘本体T侧（23）的下方，所述焊枪安装板（24）的侧端部与所述焊头安装架（25）连接，所述调幅器和换能器（26）安装于所述焊头安装架（25）上，所述焊头（27）安装于所述调幅器和换能器（26）的下端，所述滑台气缸（20）安装于气缸安装板（28）上，所述气缸安装板（28）的端部与机器人连接板（29）固定连接，所述机器人连接板（29）与所述焊接机器人（1）连接。

3.根据权利要求2所述的一种自动化超声波柔性焊接系统，其特征在于，所述焊枪库（3）由基座（31）和安装于所述基座（31）上方的焊枪固定板（32）组成，所述焊枪固定板（32）上并排设置有多组焊枪托块（33），所述焊枪安装板（24）的两侧对称设置有定位孔（241），所述焊枪托块（33）的两侧对称设置有与所述定位孔（241）配合的定位销（34），所述焊枪固定板（32）上还设置有传感器（35），用于检测该位置是否放置有所述快换式焊头组件。

4.根据权利要求1所述的一种自动化超声波柔性焊接系统，其特征在于，所述定位压紧装置（5）包括：底板（51）、设置于所述底板（51）上的仿形块（52）、压紧组件、翻转组件和锁紧组件，所述翻转组件与所述压紧组件连接，所述翻转组件为所述压紧组件提供翻转动力，所述锁紧组件用于锁紧所述压紧组件，以保证加工过程中所述压紧组件对工件的稳定压紧。

5.根据权利要求4所述的一种自动化超声波柔性焊接系统，其特征在于，所述换模小车（6）包括：小车支架（61）以及通过钢珠滚轮安装板对称设置于所述小车支架（61）上方的钢珠滚轮（62），所述小车支架（61）的上方一侧设置防撞限位组件（63），用于在更换所述定位压紧装置（5）的过程中对所述底板（51）进行限位，所述防撞限位组件（63）上设置有肘夹（64），所述肘夹（64）用于在推送过程中固定所述底板（51）。

6.根据权利要求5所述的一种自动化超声波柔性焊接系统，其特征在于，所述焊接工作台框架（4）的上方也通过钢珠滚轮安装板对称设置有所述钢珠滚轮（62），所述焊接工作台框架（4）的上方两侧对称设置有导向条（41），所述底板（51）的一侧设置有定位块（53），所述焊接工作台框架（4）的上方一侧设置有与所述定位块（53）配合的底板定位块（42）。

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