CN112518075A - 一种高精密机械式焊缝实时跟踪装置 - Google Patents

Abstract

本发明为了克服现有技术中自动焊接时因工件自身的误差带来焊接质量瓶颈的技术问题，提供一种高精密机械式焊缝实时跟踪装置，包括机架，机架上设有焊枪、测头和直线模组，直线模组包括若干个导轨组件，导轨组件包括第一导轨组件、第二导轨组件和第三导轨组件，第一导轨组件、第二导轨组件和第三导轨组件的移动方向两两垂直，第三导轨组件上设有安装件，焊枪和测头均与所述安装件相连，焊枪的焊接端与测头的朝向相同。本申请可实现对焊缝的实时跟踪，无论工件误差多大，焊枪始终可以与工件保持最佳焊接距离，保证焊接质量优异且焊接美观度较高。

Description

一种高精密机械式焊缝实时跟踪装置

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种高精密机械式焊缝实时跟踪装置。

背景技术

申请号为CN201711146352.8的中国专利公开了一种仿形无盲区焊接装置及其焊接方法，包括焊枪仿形调节架，焊枪仿形调节架设有焊枪，焊枪仿形调节架能够使焊枪摆动，所述焊枪仿形调节架包括旋转座、光杆、第一直线轴承、第二直线轴承；旋转座位于光杆一端，旋转座上开有光孔，第一直线轴承镶嵌在光孔中，光杆的一端与第一直线轴承滑动配合，光杆的另一端安装有第二直线轴承，光杆上的第一直线轴承和第二直线轴承之间安装有弹簧；还包括固定座，所述固定座的一侧且位于光杆的端部设有弹簧调节器，弹簧调节器能够控制弹簧的长度。

上述发明申请利用磁力底座的转弯趋势能够无间隙的对工件焊缝进行仿形；其问题在于，上述焊接装置无法实现焊枪对工件的实时追踪，工件发生位移时焊枪与工件之间的焊接距离发生波动，焊接质量和合格率容易受到工件误差的困扰。

针对上述问题，申请号为CN201811136972.8的中国专利公开了一种焊接机器人及具有该机器人的自动组焊系统，包括机身、连接至所述机身的活动臂以及连接至所述活动臂的焊接机构，所述机身包括本体及相对所述本体高度可调的伸缩颈；所述活动臂包括依次连接的平移臂、第一转臂及第二转臂，所述平移臂前后朝向且沿其自身长度方向移动的设置于所述伸缩颈上，所述第一转臂绕第一横向轴转动的设置于所述平移臂的前端，所述第二转臂绕第二横向轴转动的设置于第一转臂远离所述平移臂的一端，所述焊接机构连接至第二转臂远离所述第一转臂的一端且具有用于焊接的焊枪。

上述焊接机器人的焊枪可进行多方位移动，但是移动轨迹是依据捕捉工件的外形轮廓进行程序编辑，实际的焊接程序是固定的，当工件的外形轮廓发生偏差时，焊枪与工件之间的距离随之波动，这部分轮廓发生偏差的工件即不能进行有效焊接，机器人焊接的自动化程度很高但解决不了工件或工装定位的误差问题。

目前部分自动焊接设备有红外线摄像机配合焊枪做焊缝跟踪焊接，常见的包括两种方式，其一是先扫描外形轮廓经数据处理后再进行焊接，如申请号为CN201710033185.X的中国专利公开了一种红外线引导的焊接设备，包括底座，所述底座上设置有焊件夹持台，所述焊件夹持台周围设置有红外线横轨和红外线纵轨，两所述红外线横轨和两所述红外线纵轨构成矩形的轨道，所述红外线横轨和红外线纵轨上均设置有红外线发射装置，所述红外线发射装置通过伺服电机可在所述红外线横轨和红外线纵轨上移动；所述底座上还设置有支架，所述支架上设置有焊枪轨道，所述焊枪轨道包括焊枪横轨、焊枪横移装置和焊枪立轨，所述焊枪横轨设置在所述支架上并通过伺服电机可在所述支架上前后移动，所述焊枪横移装置设置在所述焊枪横轨上并通过伺服电机可在所述焊枪横轨上左右移动，所述焊枪立轨设置在所述焊枪横移装置上并通过伺服电机可在所述焊枪横移装置上前后移动，所述焊枪立轨上设置有焊枪，所述焊枪上设置有红外线发射装置和挡板；所述支架上还设置有图像采集装置；所述红外线发射装置、伺服电机、焊枪和图像采集装置均通过中控电脑控制。上述专利提供的焊接设备需要对外形轮廓全局处理后再进行焊接操作，焊接效率极其低下。其二是进行实时焊接焊缝跟踪，但是摄像机像数易受焊接弧光影响和干扰，导致捕捉数据输入或换算时出现误差而出现焊缝跟踪轨迹因数据失真导致不稳定，基于此，红外线摄像机的焊缝跟踪技术目前还不成熟，无法适用于高精度的焊接加工。

发明内容

本发明为了克服现有技术中自动焊接时因工件自身的误差带来焊接质量瓶颈的技术问题，提供一种高精密机械式焊缝实时跟踪装置，可实现对焊缝的实时跟踪，无论工件误差多大，焊枪始终可以与工件保持最佳焊接距离，保证焊接质量优异且焊接美观度较高。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种高精密机械式焊缝实时跟踪装置，包括机架，机架上设有焊枪、测头和直线模组，直线模组包括若干个导轨组件，导轨组件包括第一导轨组件、第二导轨组件和第三导轨组件，第一导轨组件、第二导轨组件和第三导轨组件的移动方向两两垂直，第三导轨组件上设有安装件，焊枪和测头均与所述安装件相连，焊枪的焊接端与测头的朝向相同。本申请提供一种高精密机械式焊缝实时跟踪装置，该装置利用高精度的滑轨和弹簧的特性通过三轴互相连接结构，装置测头与焊枪同步运行可紧随工件做轴向、径向或异边形等各种方式的同步位移达到焊缝实时跟踪，不论工件的误差有多大，焊枪始终都与工件保持最佳焊接距离，从而保证焊接质量和焊接美观。第一导轨组件、第二导轨组件和第三导轨组件配合，实现对焊枪在焊接空间中的快速定位，基于笛卡尔坐标系的基本原理可知，焊枪可在直线模组的调配下定位至焊接空间中的任意位置，从而可提升焊枪对焊缝的焊接精度，避免焊枪位置定位不到位造成焊缝质量下降。进一步的，焊枪的焊接端与测头的朝向相同，测头对焊缝的位置数据进行实时采集并调配直线模组动作，测头移动到位时焊枪也同步移动到位，不论工件的误差有多大，焊枪始终都与工件保持最佳的焊接距离，从而使自动焊接设备更完美，适用性更强。对工件外形和工装定位精度无需太高要求。对员工来说可操作焊接设备就行无需太多焊接技能，可降低物料加工成本和用工成本。

作为优选，第一导轨组件包括第一滑块固定板，第一滑块固定板的一端设有第二导轨，第一滑块固定板的另一端设有第一滑块，第二导轨上滑动连接有第二滑块。上述技术方案对第一导轨组件和第二导轨组件的位置、连接关系进行限定，第一导轨组件和第二导轨组件通过第一滑块固定板的连接实现位移动作的联动。

作为优选，第一滑块固定板远离第一滑块的端面上设有第二气缸，第二气缸驱动第二滑块沿第二导轨往复滑动，第二滑块上设有第二滑块固定板，第二滑块固定板位于第二滑块远离第一滑块固定板的一侧。上述技术方案对第二滑块的动作过程进行限定，第二气缸驱动第二滑块动作，第二导轨对第二滑块的滑动进行导向。

作为优选，第一滑块固定板远离第二气缸的一侧设有第一安装板，第一安装板上设有第一限位块，第一限位块靠近第二气缸的一端与第二导轨部分重合。第一限位块对第二滑块的滑动进行限位，避免第二滑块从第二导轨上滑落而造成导轨组件的失效。

作为优选，第一安装板上设有第一调节螺栓，第一调节螺栓包括第一调节段，第一调节段位于第一安装板靠近第二导轨一侧，第一调节段与第二导轨的布置方向一致，第一调节段与第二滑块固定板之间存在调节间隙，第一调节段的周面上设有弹簧，弹簧远离第一安装板的一端与第二滑块固定板抵接。弹簧弹性控制第二滑块固定板，弹簧会根据工件的外形在做轴向或径向旋转时进行微量位移，焊枪与测头保持同步运行轨迹，工件的误差由弹簧的弹性抵消，工件在旋转时不论有多少误差焊枪与工件都会保持同步距离，确保焊接质量和美观。

作为优选，机架上设有第三导轨，第三导轨上滑动连接有第三滑块，第三滑块上设有第三滑块固定板，第三滑块固定板位于第三滑块远离机架一侧，第三滑块固定板上设有第一导轨，第一导轨位于第三滑块固定板远离第三滑块一侧，第一滑块与第一导轨滑动配合。上述技术方案对机架与导轨组件的连接关系进行限定，第三导轨对焊枪的移动进行一个方向上的导向，第三滑块与第一导轨通过第三滑块固定板实现连接，第三滑块移动时带动第一导轨组件同步动作。

作为优选，第一导轨、第二导轨和第三导轨的布置方向两两垂直。第一导轨、第二导轨和第三导轨分别限定笛卡尔空间坐标系的三个轴向，从而辅助实现焊枪快速移动到位。

作为优选，第三滑块固定板远离第三滑块的端面上设有第一气缸，第一气缸驱动第一滑块沿第一导轨往复滑动，第三滑块固定板远离第一气缸的一侧设有第二安装板，第二安装板上设有第二限位块，第二限位块靠近第一气缸的一端与第一导轨部分重合。第一导轨组件的动作过程与第二导轨组件的动作过程相似。

作为优选，第二安装板上设有第二调节螺栓，第二调节螺栓包括第二调节段，第二调节段位于第二安装板靠近第一导轨一侧，第二调节段与第一导轨的布置方向一致，第二调节段与第一滑块固定板之间存在调节间隙，第二调节段的周面上设有弹簧，弹簧远离第二安装板的一端与第一滑块固定板抵接。弹簧弹性控制第一滑块固定板，弹簧会根据工件的外形在做轴向或径向旋转时进行微量位移，焊枪与测头保持同步运行轨迹，工件的误差由弹簧的弹性抵消，工件在旋转时不论有多少误差焊枪与工件都会保持同步距离，确保焊接质量和美观。

作为优选，所述焊枪的焊接端为氩弧焊钨针、冷焊钨针或激光器。本申请所述高精密机械式焊缝实时跟踪装置应用于氩弧焊接、冷焊或激光焊接时，纯机械结构不受焊接弧光影响和干扰，无需数据转换能真实正确的反应工件旋转轨迹，故而可适用于各类工件的精密焊接。

综上所述，本发明具有如下有益效果：（1）本申请可实现对焊缝的实时跟踪，无论工件误差多大，焊枪始终可以与工件保持最佳焊接距离，保证焊接质量优异且焊接美观度较高；（2）此结构装置可广泛的安装在氩弧/冷焊//激光自动焊接及机器人焊接设备上，可配合自动控制系统使用，可使自动焊接和机器人焊接设备无差别适用各类型工件，焊接质量和合格率不再受工件误差的困扰；（3）本申请所述高精密机械式焊缝实时跟踪装置由机械结构部件组成，结构紧凑，布局合理，精度高，灵活轻巧，因是纯机械结构不受焊接弧光影响和干扰，无需数据转换能真实正确的反应工件旋转轨迹，可适用于各类工件的精密焊接；（4）在自动焊接设备的基础上加上高精密机械式焊缝实时跟踪装置就能很好的解决工件和工装定位误差的问题，从而使自动焊接设备更完美，适用性更强。对工件外形和工装定位精度无需太高要求。对员工来说可操作焊接设备就行无需太多焊接技能，可降低物料加工成本和用工成本。

附图说明

图1是本发明的第一个结构示意图。

图2是本发明的第二个结构示意图。

图3是本发明的第三个结构示意图。

图4是本发明中工件径向旋转-氩弧焊接焊缝跟踪示意图。

图5是本发明中工件轴向旋转-氩弧焊接焊缝跟踪示意图。

图6是本发明中第一个局部结构示意图。

图7是本发明中第二个局部结构示意图。

图中：

焊枪1，测头2，直线模组3，第一导轨组件4，第二导轨组件5，第三导轨组件6，安装件7，第一滑块固定板8，第二导轨9，第一滑块10，第二滑块11，第二气缸12，第二滑块固定板13，第一安装板14，第一限位块15，第一调节螺栓16，第一调节段16a，弹簧17。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

如图1至图7所示，一种高精密机械式焊缝实时跟踪装置，包括机架，机架上设有焊枪1、测头2和直线模组3，直线模组包括若干个导轨组件，导轨组件包括第一导轨组件4、第二导轨组件5和第三导轨组件6，第一导轨组件、第二导轨组件和第三导轨组件的移动方向两两垂直，第三导轨组件上设有安装件7，焊枪和测头均与所述安装件相连，焊枪的焊接端与测头的朝向相同；第一导轨组件包括第一滑块固定板8，第一滑块固定板的一端设有第二导轨9，第一滑块固定板的另一端设有第一滑块10，第二导轨上滑动连接有第二滑块11；第一滑块固定板远离第一滑块的端面上设有第二气缸12，第二气缸驱动第二滑块沿第二导轨往复滑动，第二滑块上设有第二滑块固定板13，第二滑块固定板位于第二滑块远离第一滑块固定板的一侧；第一滑块固定板远离第二气缸的一侧设有第一安装板14，第一安装板上设有第一限位块15，第一限位块靠近第二气缸的一端与第二导轨部分重合；第一安装板上设有第一调节螺栓16，第一调节螺栓包括第一调节段16a，第一调节段位于第一安装板靠近第二导轨一侧，第一调节段与第二导轨的布置方向一致，第一调节段与第二滑块固定板之间存在调节间隙，第一调节段的周面上设有弹簧17，弹簧远离第一安装板的一端与第二滑块固定板抵接；机架上设有第三导轨，第三导轨上滑动连接有第三滑块，第三滑块上设有第三滑块固定板，第三滑块固定板位于第三滑块远离机架一侧，第三滑块固定板上设有第一导轨，第一导轨位于第三滑块固定板远离第三滑块一侧，第一滑块与第一导轨滑动配合；第一导轨、第二导轨和第三导轨的布置方向两两垂直；第三滑块固定板远离第三滑块的端面上设有第一气缸，第一气缸驱动第一滑块沿第一导轨往复滑动，第三滑块固定板远离第一气缸的一侧设有第二安装板，第二安装板上设有第二限位块，第二限位块靠近第一气缸的一端与第一导轨部分重合；第二安装板上设有第二调节螺栓，第二调节螺栓包括第二调节段，第二调节段位于第二安装板靠近第一导轨一侧，第二调节段与第一导轨的布置方向一致，第二调节段与第一滑块固定板之间存在调节间隙，第二调节段的周面上设有弹簧，弹簧远离第二安装板的一端与第一滑块固定板抵接；所述焊枪的焊接端为氩弧焊钨针、冷焊钨针或激光器。

如图6所示，中间位置为第一滑块固定板，第一滑块固定板左右延伸，第一滑块固定板的上端面上设有第二导轨，第二导轨的布置方向与第一滑块固定板的布置方向一致，第一滑块固定板的下端面上连接有第一滑块，第一滑块固定板的上端面上设有第二气缸，第二气缸位于第二导轨的左侧，第二气缸驱动第二滑块沿第二导轨左右滑动，第二滑块的上端面上连接有第二滑块固定板，第一滑块固定板的右侧设有第一安装板，第一安装板的截面呈L型，第一安装板的水平段朝远离第一滑块固定板的方向布置，第一安装板的下方设有第一直线轴承座，第一安装板的竖直段上设有第一限位块，第一限位块水平布置且沿第一安装板穿设，第一限位块位于第二导轨上方，第一限位块的左端与第二导轨沿第一滑块固定板法向的投影部分重合，第一安装板上还设有第一调节螺栓，第一调节螺栓包括第一调节段，第一调节段位于第一安装板的左侧，第一调节段的周面上套设有弹簧，弹簧的左端与第二滑块固定板的右侧面抵接，弹簧的右端与第一安装板的左侧面抵接。

如图7所示，第一调节螺栓的数目为三个，三个第一调节螺栓自上而下间隔平行布置，第二气缸可直接推动第二滑块动作，亦可通过推动第二滑块固定板动作以带动第二滑块动作，本实施例中第二气缸的驱动方式选用后一种，第二滑块固定板的上侧面向上延伸形成一个挡块，第二气缸的气缸顶杆与挡块的左侧面抵接，从而在第二气缸动作时实现第二滑块固定板的同步动作。第一滑块的动作方式与第二滑块的动作方式相似，区别点在于第一导轨的导向和第二导轨的导向不同，故而本实施例中不再赘述。

工作时第二气缸将第二滑块固定板顶出，焊枪处于打开状态；将焊枪移动至焊接工件的中心位置；第二气缸的顶杆收回，第二滑块固定板上的测头抵住工件；调整焊枪与工件距离，调整弹簧压缩行程；由弹簧弹性控制滑块固定板，弹簧会根据工件的外形在做轴向或径向旋转时进行微量位移，焊枪与测头保持同步运行轨迹，工件的误差由弹簧的弹性抵消，工件在旋转时不论有多少误差焊枪与工件都会保持同步距离，确保焊接质量和美观；在某一个导轨组件不需要进行旋转轨迹测试时可关闭导轨组件上的气缸气路，并用锁紧螺钉将滑块锁紧，这样就不会有干扰现象。

Claims (10)

1.一种高精密机械式焊缝实时跟踪装置，包括机架，其特征在于，机架上设有焊枪、测头和直线模组，直线模组包括若干个导轨组件，导轨组件包括第一导轨组件、第二导轨组件和第三导轨组件，第一导轨组件、第二导轨组件和第三导轨组件的移动方向两两垂直，第三导轨组件上设有安装件，焊枪和测头均与所述安装件相连，焊枪的焊接端与测头的朝向相同。

2.根据权利要求1所述一种高精密机械式焊缝实时跟踪装置，其特征在于，第一导轨组件包括第一滑块固定板，第一滑块固定板的一端设有第二导轨，第一滑块固定板的另一端设有第一滑块，第二导轨上滑动连接有第二滑块。

3.根据权利要求2所述一种高精密机械式焊缝实时跟踪装置，其特征在于，第一滑块固定板远离第一滑块的端面上设有第二气缸，第二气缸驱动第二滑块沿第二导轨往复滑动，第二滑块上设有第二滑块固定板，第二滑块固定板位于第二滑块远离第一滑块固定板的一侧。

4.根据权利要求3所述一种高精密机械式焊缝实时跟踪装置，其特征在于，第一滑块固定板远离第二气缸的一侧设有第一安装板，第一安装板上设有第一限位块，第一限位块靠近第二气缸的一端与第二导轨部分重合。

5.根据权利要求4所述一种高精密机械式焊缝实时跟踪装置，其特征在于，第一安装板上设有第一调节螺栓，第一调节螺栓包括第一调节段，第一调节段位于第一安装板靠近第二导轨一侧，第一调节段与第二导轨的布置方向一致，第一调节段与第二滑块固定板之间存在调节间隙，第一调节段的周面上设有弹簧，弹簧远离第一安装板的一端与第二滑块固定板抵接。

6.根据权利要求2所述一种高精密机械式焊缝实时跟踪装置，其特征在于，机架上设有第三导轨，第三导轨上滑动连接有第三滑块，第三滑块上设有第三滑块固定板，第三滑块固定板位于第三滑块远离机架一侧，第三滑块固定板上设有第一导轨，第一导轨位于第三滑块固定板远离第三滑块一侧，第一滑块与第一导轨滑动配合。

7.根据权利要求6所述一种高精密机械式焊缝实时跟踪装置，其特征在于，第一导轨、第二导轨和第三导轨的布置方向两两垂直。

8.根据权利要求6所述一种高精密机械式焊缝实时跟踪装置，其特征在于，第三滑块固定板远离第三滑块的端面上设有第一气缸，第一气缸驱动第一滑块沿第一导轨往复滑动，第三滑块固定板远离第一气缸的一侧设有第二安装板，第二安装板上设有第二限位块，第二限位块靠近第一气缸的一端与第一导轨部分重合。

9.根据权利要求8所述一种高精密机械式焊缝实时跟踪装置，其特征在于，第二安装板上设有第二调节螺栓，第二调节螺栓包括第二调节段，第二调节段位于第二安装板靠近第一导轨一侧，第二调节段与第一导轨的布置方向一致，第二调节段与第一滑块固定板之间存在调节间隙，第二调节段的周面上设有弹簧，弹簧远离第二安装板的一端与第一滑块固定板抵接。

10.根据权利要求1所述一种高精密机械式焊缝实时跟踪装置，其特征在于，所述焊枪的焊接端为氩弧焊钨针、冷焊钨针或激光器。

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