CN112536506A

CN112536506A - 一种用于焊接加工的针对不规则坡口焊缝装置及方法

Info

Publication number: CN112536506A
Application number: CN202011496707.8A
Authority: CN
Inventors: 饶泊泊
Original assignee: Nanjing Weiyu Automation Technology Co ltd
Current assignee: Nanjing Weiyu Automation Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-17
Filing date: 2020-12-17
Publication date: 2021-03-23

Abstract

本发明公开了焊接技术领域的一种用于焊接加工的针对不规则坡口焊缝装置及方法，包括，工件；焊接组件，包括焊枪，所述焊枪安装于机器人手臂上，所述机器人手臂通过控制系统于X、Y、Z方向带动焊枪移动；清洁组件，包括固定套设于焊枪外部的固定环，所述固定环上活动嵌设有转动齿圈，所述转动齿圈与驱动齿轮啮合传动连接；本发明有效克服因各种不良因素导致焊件位置与机器人示教轨迹的偏差而进行寻位补偿；可有效控制焊接尺寸及质量，极大减少不良品的产生；提高加工生产效率；控制并减少设备成本的投入；数据库中纳入了多种精细的焊接控制参数，焊接过程中参数以及引弧收弧参数，而且对各种参数调节方便并可自动智能化匹配比较好参数。

Description

一种用于焊接加工的针对不规则坡口焊缝装置及方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体为一种用于焊接加工的针对不规则坡口焊缝装置及方法。

背景技术

随着工业自动化的普及，弧焊工艺在生产制造中被广泛应用，但在焊接过程中会产生大量有害气体、烟雾和强光等，批量生产时会严重污染车间环境，给操作人员健康带来极大的隐患。机器人弧焊因其自身具有焊接质量稳定、效率高、成本低、有效改善作业环境等显著优势，故而在重工行业中而逐渐取代人工焊，故而被广泛使用。

在工业制造领域因加工精度、尺寸误差、模具装配误差等原因，即使相同型号或工艺的板材焊接在实施焊接前拼装位置及拼装间隙状态达不到完全一致。然而机器人轨迹精度较高，同时一条焊接轨迹只能设定一套固定的焊接参数；1、如果待加工零件的尺寸位置有偏差，导致示教轨迹与实际焊缝运行路线存在一定偏差，经常出现焊缝偏离坡口现象，2、焊缝根部间隙偏差导致焊缝凹陷、凸起、气孔、融合不良、气孔等缺陷达不到工艺要求，轻则返工重则报废处理，这就造成返修率较高，导致生产成本居高不下。为解决这一问题，这就要求在工件偏离设置的位置以及焊缝根部间隙不一致时，焊接机器人仍然能找到焊缝，同时通过开发程序计算焊缝根部间隙实时调用不同的焊接参数（电流、电压、摆幅、摆长、焊接速度），目前主流焊缝寻位装置采用激光或视觉进行引导焊接，此类装置前期成本较高，精密仪器容易在使用过程中由于发生碰撞、工作环境恶劣等因素而产生故障或损坏，受外部使用条件因素制约较大。通过开发一种编程程序，充分利用现有的焊接机器人及焊丝装置来实现此类功能，在此寻位模式下系统给焊丝通低压电，工件接地。在机器人沿寻位轨迹移动过程中，一旦焊丝和工件接触时会产生接触信号，机器人停止移动。利用当前位置与程序设定位置的偏差值对路径进行修正，在此基础上通过开发程序精确计算出焊缝根部间隙的大小，从而得出真实目标置并调用预设的焊接参数。工作人员经过简单的学习就能运用和操作，也是十分便利。简单的操作能缩短工作时间，减轻工作人员的工作压力，保证运用安全和设备的安全，是一个十分重要的优势和特点，在焊接过程中实现了自动检测并自动调节焊枪的位置，以便于始终跟随焊接位置进行焊接，焊枪与工件之间的距离始终保持恒定，从而确保焊接质量，提高焊接效率并降低劳动强度，且工件在焊接过程中，焊缝中若存在铁锈、污渍或其他杂物时，容易导致引弧的成功率，出现电弧的不稳甚至飞溅的问题；为此，我们提出一种用于焊接加工的针对不规则坡口焊缝装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于焊接加工的针对不规则坡口焊缝装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于焊接加工的针对不规则坡口焊缝装置，包括，

工件；

焊接组件，包括焊枪，所述焊枪安装于机器人手臂上，所述机器人手臂通过控制系统于X、Y、Z方向带动焊枪移动；

清洁组件，包括固定套设于焊枪外部的固定环，所述固定环上活动嵌设有转动齿圈，所述转动齿圈与驱动齿轮啮合传动连接，所述驱动齿轮通过微型电机控制转动。

进一步地，所述转动齿圈底面通过连接板固定连接有位于焊枪一侧的联动柱，所述联动柱底端对称设有气缸杆，所述气缸杆底端固定连接定位管，所述定位管底部固定连接有安装盘。

进一步地，所述安装盘底面一侧设有控制盒，所述控制盒底部设有凹型凸块，所述凹型凸块底面开设有球形槽，所述球形槽内活动设有球形块，所述球形块底部固定插接有连接杆，所述连接杆底端固定连接支撑架。

进一步地，所述连接杆外壁固定套设有套环，所述凹型凸块底面呈圆周状等距设有气动伸缩轴，所述气动伸缩轴端部与套环铰接，且所述气动伸缩轴进气端设有电磁阀，所述支撑架内侧设有驱动马达。

进一步地，所述驱动马达的输出端与支架固定连接，所述支架上通过连接轴安装有打磨柱，所述打磨柱呈短柱型结构，且所述打磨柱表面设有打磨层。

一种用于焊接加工的针对不规则坡口焊缝方法，具体包括以下步骤，

S1：建立工件坐标系；

S2：工件的长L、宽W，以及长、宽方向上的单元格数m、n和寻位高度z1

S3：确定寻位路径，所述寻位路径包括多个直角拐点和平行于工件的长或宽所在直线的寻位路段且不与单元格的任一边界线重合；寻位路径分为用于获取工件单元格横向信息的横向寻位路径和用于获取工件单元格纵向信息的纵向寻位路径；

S4：计算工件坐标系下横向寻位路径和纵向寻位路径中起点、终点以及各直角拐点的坐标值，得出寻位路径的坐标轨迹；

S5：焊接机器人根据寻位路径的轨迹坐标分别进行横向寻位和纵向寻位，记录传感器输出信号发生变化时机器人的坐标值；

S6：根据S5中记录的坐标确定工件整体轮廓；

S7：根据工件轮廓进行焊接路径规划，生成焊接准备点和焊接规避点，焊接规避点；

S8：按照S7中规划的焊接路径调用数据库中焊接参数执行焊接任务。

进一步地，所述S5中，焊接机器人完成横向寻位和纵向寻位后，通过转动齿圈使得打磨柱转动至焊缝处，配合气动伸缩轴带动支架转动至不同角度，使得打磨柱根据焊缝的形状移动，对焊缝内存在的铁锈、残渣和其他杂物进行清除。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明有效克服因各种不良因素导致焊件位置与机器人示教轨迹的偏差而进行寻位补偿；可有效控制焊接尺寸及质量，极大减少不良品的产生；提高加工生产效率；控制并减少设备成本的投入；数据库中纳入了多种精细的焊接控制参数，焊接过程中参数以及引弧收弧参数，而且对各种参数调节方便并可自动智能化匹配比较好参数,焊接机器人完成横向寻位和纵向寻位后，通过转动齿圈使得打磨柱转动至焊缝处，配合气动伸缩轴带动支架转动至不同角度，使得打磨柱根据焊缝的形状移动，对焊缝内存在的铁锈、残渣和其他杂物进行清除。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明清洁组件结构示意图；

图3为本发明图2中A处结构剖面示意图。

图中：100、工件；200、焊接组件；201、焊枪；202、机器人手臂；203、控制系统；300、清洁组件；301、固定环；302、转动齿圈；303、微型电机；304、驱动齿轮；305、联动柱；306、气缸杆；307、定位管；308、安装盘；309、控制盒；310、凹型凸块；311、球形块；312、连接杆；313、气动伸缩轴；314、支撑架；315、支架；316、驱动马达；317、打磨柱。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2，本发明提供一种用于焊接加工的针对不规则坡口焊缝装置，包括，工件100；焊接组件200，包括焊枪201，焊枪201安装于机器人手臂202上，机器人手臂202通过控制系统203于X、Y、Z方向带动焊枪201移动；清洁组件300，包括固定套设于焊枪201外部的固定环301，固定环301上活动嵌设有转动齿圈302，转动齿圈302与驱动齿轮304啮合传动连接，驱动齿轮304通过微型电机303控制转动。

请参阅图2和图3，转动齿圈302底面通过连接板固定连接有位于焊枪201一侧的联动柱305，联动柱305底端对称设有气缸杆306，控制气缸杆306驱使打磨柱317落位至焊缝中，通过转动齿圈302使得打磨柱317转动至焊缝处，配合气动伸缩轴313带动支架315转动至不同角度，气缸杆306底端固定连接定位管307，定位管307底部固定连接有安装盘308。

请参阅图2和图3，安装盘308底面一侧设有控制盒309，控制盒309底部设有凹型凸块310，凹型凸块310底面开设有球形槽，球形槽内活动设有球形块311，球形块311底部固定插接有连接杆312，连接杆312底端固定连接支撑架314。

请参阅图2和图3，连接杆312外壁固定套设有套环，凹型凸块310底面呈圆周状等距设有气动伸缩轴313，根据焊缝的形状控制对应侧的气动伸缩轴313延伸与收缩，驱使打磨柱317调整至与焊缝相适配的角度和方向，气动伸缩轴313端部与套环铰接，且气动伸缩轴313进气端设有电磁阀，支撑架314内侧设有驱动马达316。

请参阅图2和图3，驱动马达316的输出端与支架315固定连接，支架315上通过连接轴安装有打磨柱317，配合气动伸缩轴313带动支架315转动至不同角度，使得打磨柱317根据焊缝的形状移动，对焊缝内存在的铁锈、残渣和其他杂物进行清除，避免对后续的焊接造成影响而导致焊接质量下降的问题，打磨柱317呈短柱型结构，且打磨柱317表面设有打磨层。

S1：建立工件100坐标系；

S2：工件100的长L、宽W，以及长、宽方向上的单元格数m、n和寻位高度z1

S3：确定寻位路径，寻位路径包括多个直角拐点和平行于工件100的长或宽所在直线的寻位路段且不与单元格的任一边界线重合；寻位路径分为用于获取工件100单元格横向信息的横向寻位路径和用于获取工件100单元格纵向信息的纵向寻位路径；

S4：计算工件100坐标系下横向寻位路径和纵向寻位路径中起点、终点以及各直角拐点的坐标值，得出寻位路径的坐标轨迹；

S6：根据S5中记录的坐标确定工件100整体轮廓；

S7：根据工件100轮廓进行焊接路径规划，生成焊接准备点和焊接规避点，焊接规避点；

在焊接开始前运行寻位语句时，寻位功能打开，焊丝自动伸出10mm，当焊丝触碰到工件时，RDC内部继电器线圈得电，其对应的常开闭合，快速测量通道导通，机器人自动记录当前空间坐标。机器人运行向Z方向运动测出焊接板件的板厚，然后向平行于板件的XYZ方向分别运动，用同样方法测得坡口宽度和深度，机器人自动记录数值。预设材质，根据不同板厚和坡口宽度和深度自动调用数据库中符合工艺评定的参数来执行焊接。

当使用摆焊功能对V型坡口工件焊接时，焊丝端部与工件之间的距离会随着摆动的进行而发生改变，

则流过二者之间的电流也会随之发生变化。焊丝到达坡口端部时的电流值要高于焊丝位于坡口中央位置，但当焊丝位于坡口中间位置时，摆焊左右两侧的电流波形则相同。但是，当焊接路径偏离V型坡口中线时，电流波形在摆焊的左右两侧各不相同。功能可通过采样反馈的电流值获得电流波形，并从中计算出摆焊左右两侧各自波形下的面积，从而对机器人的轨迹进行修正。

S5中，焊接机器人完成横向寻位和纵向寻位后，通过转动齿圈302使得打磨柱317转动至焊缝处，配合气动伸缩轴313带动支架315转动至不同角度，使得打磨柱317根据焊缝的形状移动，对焊缝内存在的铁锈、残渣和其他杂物进行清除。

本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种用于焊接加工的针对不规则坡口焊缝装置，其特征在于：包括，

工件（100）；

焊接组件（200），包括焊枪（201），所述焊枪（201）安装于机器人手臂（202）上，所述机器人手臂（202）通过控制系统（203）于X、Y、Z方向带动焊枪（201）移动；

清洁组件（300），包括固定套设于焊枪（201）外部的固定环（301），所述固定环（301）上活动嵌设有转动齿圈（302），所述转动齿圈（302）与驱动齿轮（304）啮合传动连接，所述驱动齿轮（304）通过微型电机（303）控制转动。

2.根据权利要求1所述的一种用于焊接加工的针对不规则坡口焊缝装置，其特征在于：所述转动齿圈（302）底面通过连接板固定连接有位于焊枪（201）一侧的联动柱（305），所述联动柱（305）底端对称设有气缸杆（306），所述气缸杆（306）底端固定连接定位管（307），所述定位管（307）底部固定连接有安装盘（308）。

3.根据权利要求2所述的一种用于焊接加工的针对不规则坡口焊缝装置，其特征在于：所述安装盘（308）底面一侧设有控制盒（309），所述控制盒（309）底部设有凹型凸块（310），所述凹型凸块（310）底面开设有球形槽，所述球形槽内活动设有球形块（311），所述球形块（311）底部固定插接有连接杆（312），所述连接杆（312）底端固定连接支撑架（314）。

4.根据权利要求3所述的一种用于焊接加工的针对不规则坡口焊缝装置，其特征在于：所述连接杆（312）外壁固定套设有套环，所述凹型凸块（310）底面呈圆周状等距设有气动伸缩轴（313），所述气动伸缩轴（313）端部与套环铰接，且所述气动伸缩轴（313）进气端设有电磁阀，所述支撑架（314）内侧设有驱动马达（316）。

5.根据权利要求4所述的一种用于焊接加工的针对不规则坡口焊缝装置，其特征在于：所述驱动马达（316）的输出端与支架（315）固定连接，所述支架（315）上通过连接轴安装有打磨柱（317），所述打磨柱（317）呈短柱型结构，且所述打磨柱（317）表面设有打磨层。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种用于焊接加工的针对不规则坡口焊缝方法，其特征在于：具体包括以下步骤，

S1：建立工件（100）坐标系；

S2：工件（100）的长L、宽W，以及长、宽方向上的单元格数m、n和寻位高度z1

S3：确定寻位路径，所述寻位路径包括多个直角拐点和平行于工件（100）的长或宽所在直线的寻位路段且不与单元格的任一边界线重合；寻位路径分为用于获取工件（100）单元格横向信息的横向寻位路径和用于获取工件（100）单元格纵向信息的纵向寻位路径；

S4：计算工件（100）坐标系下横向寻位路径和纵向寻位路径中起点、终点以及各直角拐点的坐标值，得出寻位路径的坐标轨迹；

S6：根据S5中记录的坐标确定工件（100）整体轮廓；

S7：根据工件（100）轮廓进行焊接路径规划，生成焊接准备点和焊接规避点，焊接规避点；

7.根据权利要求6所述的一种用于焊接机器人的寻位清洁焊接方法，其特征在于：所述S5中，焊接机器人完成横向寻位和纵向寻位后，通过转动齿圈（302）使得打磨柱（317）转动至焊缝处，配合气动伸缩轴（313）带动支架（315）转动至不同角度，使得打磨柱（317）根据焊缝的形状移动，对焊缝内存在的铁锈、残渣和其他杂物进行清除。