CN113664416B - 一种钢结构件自动焊接机及焊接方法 - Google Patents

一种钢结构件自动焊接机及焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢结构件自动焊接机及焊接方法,一种钢结构件自动焊接机包括跨在待焊的钢结构件上的可沿钢结构件纵向移动的龙门架和设置在龙门架内的焊接臂,所述焊接臂包括机械臂、固定设置在机械臂上端的安装板、设置在龙门架顶部用于带动安装板横向移动的横移装置、固定设置在机械臂下端的连接板、固定设置在连接板上的焊枪以及设置在焊枪一旁且与连接板固定连接的三维成像装置。本发明代替人工进行钢结构件的焊接,保证了焊接的正常进行,提高了焊接效率。翻转装置使钢结构件的翻转自动进行,无须人工参与,进一步提高了效率,减小了劳动强度。

Description

一种钢结构件自动焊接机及焊接方法
技术领域
本发明涉及钢结构件焊接技术领域,尤其涉及一种钢结构件自动焊接机及焊接方法。
背景技术
随着经济的高速发展,我国在基础设施建设方面发展越来越快。在基础建设中,大量的应用了钢结构件。柱和梁是其中一种最基本也很重要的钢结构件。这些钢结构件结构比较简单,焊缝多,焊缝形状以直线形居多。目前这些钢结构件是由人工进行焊接,费时费力,效率低下,不仅焊接成本高,还不容易保证焊接质量。这些钢结构件焊接时需要进行翻转,以便使钢结构件的各面均得到焊接。由于钢结构件重量一般很大,翻转时均需要采用起重设备,劳动强度大,而且容易发生危险。
因此,通过自动化设备生产代替人工进行钢结构件的焊接是钢结构件生产行业的发展的趋势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种钢结构件自动焊接机及焊接方法,代替人工进行钢结构件的焊接,以提高钢结构件的焊接效率,降低劳动强度。
为解决上述问题,本发明所采用的技术方案是:
一种钢结构件自动焊接机,包括跨在待焊的钢结构件上的可沿钢结构件纵向移动的龙门架和设置在龙门架内的焊接臂,所述焊接臂包括机械臂、固定设置在机械臂上端的安装板、设置在龙门架顶部用于带动安装板横向移动的横移装置、固定设置在机械臂下端的连接板、固定设置在连接板上的焊枪以及设置在焊枪一旁且与连接板固定连接的三维成像装置,所述三维成像装置和焊枪的枪头均朝向待焊接的钢结构件的焊缝部位;所述龙门架内在焊接臂下方还设有可对钢结构件进行翻转的翻转装置。
进一步的,所述机械臂为六轴工业用机械臂,所述机械臂包括由下而上依次连接的第一关节、第二关节、下臂、第三关节、肘块、第四关节、上臂、第五关节和第六关节;所述连接板一端与第一关节固定连接,所述焊枪和三维成像装置均与连接板另一端固定连接;所述安装板与第六关节固定连接;所述三维成像装置为工业三维相机。
进一步的,还包括工控机、机械臂控制器和电控器,所述电控器和机械臂控制器均与工控机电连接,所述三维成像装置与工控机电连接,所述机械臂控制器与机械臂电连接,所述横移装置与电控器电连接,所述工控机内预存储有钢结构件的各种焊缝结构的三维数据以及针对相应的焊缝结构时焊枪所对应的姿态数据,该姿态数据包括焊枪的枪头相对于焊缝处各面的角度和距离以及枪头相对于焊缝之间的距离。
进一步的,所述翻转装置包括沿钢结构件设置的至少两个翻转托架,两个翻转托架为对称设置,每个翻转托架均包括底座、竖向固定设置在底座上的支撑座、转动连接在支撑座一侧的转台、横向设置的可在支撑座另一侧竖向滑动的托板以及滑动连接在转台远离支撑座一侧的用于夹持钢结构件的两个卡爪;所述转台为开口向上的竖向的半圆环形,所述转台的轴线与钢结构件方向一致,所述支撑座上对应设有与转台同轴的圆弧形豁口,所述托板与钢结构件垂直。
进一步的,所述托板和支撑座之间设有竖向的第一直线滑台,所述托板与第一直线滑台的滑块固定连接,所述支撑座与第一直线滑台的滑座固定连接;所述转台的外圆弧面上设有齿圈,所述齿圈外啮合有齿轮,所述支撑座或底座上固定设置有用于带动齿轮转动的电机乙;所述转台和支撑座为止口连接,所述转台在止口部位的外圆上设有半圆环形的凹槽,所述支撑座在止口部位的内圆上设有用于和该凹槽配合半圆环形的凸台。
进一步的,所述转台远离支撑座的一侧设有横向的安装板,所述安装板远离转台一侧设置有用于带动两个卡爪反向运动的第三直线滑台,两个卡爪运动方向与钢结构件垂直;所述安装板和转台之间设有竖向的第二直线滑台,所述第二直线滑台的滑座与转台固定连接,所述第二直线滑台的滑块与安装板固定连接;所述第三直线滑台为丝杠直线滑台,所述丝杠直线滑台上设有两个滑块,两个卡爪分别与对应的滑块固定连接,两个滑块均与丝杠直线滑台的丝杠螺纹连接且连接部位的螺纹旋向相反;所述底座下方设有与钢结构件平行的滑轨,所述底座底部转动连接有可在滑轨上行走的轨道轮。
进一步的,所述横移装置为滚珠丝杠直线滑台,所述龙门架的两个支撑腿底部均设有用于带动龙门架纵向移动的行走装置,每个行走装置均包括铺设在地面上的铁轨、设置在铁轨上方并与龙门架的支撑腿固定连接的箱体、设置在箱体上的可沿铁轨行走的车轮以及固定设置在箱体上用于带动箱体沿铁轨行走的驱动机构;所述车轮为沿铁轨设置的至少两个,所述车轮均与箱体底部转动连接,所述驱动机构为可消除传动间隙的齿轮齿条驱动机构。
进一步的,所述驱动机构包括与箱体的侧面垂直贯穿转动连接的主动轴、可轴向移动的第一从动轴和可轴向移动的第二从动轴;所述第一从动轴和第二从动轴平行且对称设置在主动轴两侧,所述第一从动轴和第二从动轴均与箱体的侧面贯穿转动连接;所述主动轴上固定设置有旋向相反的第一主动斜齿轮和第二主动斜齿轮,所述第二从动轴上固定设置有第二从动斜齿轮和第二行走齿轮,所述第一从动轴上固定设置有第一从动斜齿轮和第一行走齿轮;所述第一主动斜齿轮和第一从动斜齿轮啮合,所述第二主动斜齿轮和第二从动斜齿轮啮合,所述铁轨一侧设有固定的齿条,所述齿条与铁轨平行,所述第一行走齿轮和第二行走齿轮均与齿条啮合;所述第一从动轴和第二从动轴的端部均设有用于对第一从动轴和第二从动轴同时施加同向力的施力单元。
进一步的,所述施力单元包括设置在箱体外侧的挡板,所述第一从动轴和第二从动轴均与挡板转动连接,所述挡板和箱体之间设有弹簧,在弹簧的作用下,第二行走齿轮和第一行走齿轮分别与齿条上的齿相对的一侧保持贴紧;所述弹簧为两个,所述弹簧分别套在第一从动轴和第二从动轴上;所述箱体上固定设置有伺服电机,所述伺服电机与主动轴传动连接。
一种钢结构件自动焊接机焊接方法,包括如下步骤:
步骤一,底座通过轨道轮带动在两条滑轨上行走,根据钢结构件的位置和长度调整两个翻转托架的纵向位置,保证钢结构件卡在卡爪之间,此时钢结构件的中心线与转台的中心线重合,然后第一直线滑台带动托板上升,将钢结构件托住,之后第三直线滑台带动卡爪将钢结构件松开,然后两个第二直线滑台带动卡爪向下移动,离开钢结构件;
步骤二,操作者通过操作工控机,使三维成像装置和焊枪朝向待焊接的钢结构件的焊缝部位;
步骤三,三维成像装置对钢结构件待焊接的部位进行拍照,得到该部位的实时三维数据,并传送到工控机;
步骤四,工控机将步骤二中得到的实时三维数据与工控机内预存储的三维数据进行比对,得出实时三维数据所对应的焊枪的实时姿态数据,并根据该姿态数据通过机械臂控制器对机械臂进行控制,从而对焊枪的姿态进行实时调整,进而使焊枪的实时姿态符合焊缝的焊接要求;
步骤五,启动焊机,横移装置带动焊枪横向移动,行走装置带动焊枪纵向移动,从而完成焊缝的焊接;
步骤六,重复步骤三至步骤五,直到自动焊接机完成钢结构件朝上一面的焊接;
步骤七,第二直线滑台带动卡爪上升,然后第三直线滑台带动卡爪将钢结构件卡紧,之后第一直线滑台带动托板下降,使托板远离钢结构件;然后电机乙带动齿轮转动,从而带动转台旋转90度;然后第一直线滑台带动托板上升并将钢结构件托住,之后第三直线滑台带动卡爪将钢结构件松开,然后第二直线滑台带动卡爪横向移动并远离钢结构件,之后继续焊接;
重复步骤三至七,直到完成整个钢结构件的焊接。
本发明的积极效果为:
1、本发明设有翻转装置、工控机、电控器、可纵向行走的龙门架、可沿龙门架横向移动的机械臂、固定连接在机械臂上的焊枪和工业三维相机,工控机对机械臂进行控制,从而对焊枪的姿态进行实时调整,进而使焊枪的实时姿态符合焊缝的焊接要求,焊枪的姿态调整好后,焊枪启动,通过机械臂横向和纵向运动,完成焊缝的焊接,从而代替人工进行钢结构件的焊接,保证了焊接的正常进行,提高了焊接效率。
2、翻转装置包括底座、支撑座和转台,从而使钢结构件在焊接完一面后可进行翻转,进行下一面的焊接,翻转时无须使用起重工具,省时省力,提高了效率。
3、转台上设有齿圈,齿圈通过电机带动的齿轮驱动,翻转装置还设有卡爪、第一直线滑台、第二直线滑台和第三直线滑台,从而使钢结构件的翻转自动进行,无须人工参与,进一步提高了效率,减小了劳动强度。
4、行走装置包括箱体,箱体上设有车轮和驱动机构,驱动机构设有齿条、伺服电机、主动轴、第一主动斜齿轮、第一从动斜齿轮、第一从动轴、第一行走齿轮、弹簧、挡板、第二主动斜齿轮、第二从动斜齿轮和第二行走齿轮,第一主动斜齿轮和第二主动斜齿轮旋向相反,弹簧施加在第一从动轴和第二从动轴上的力相同,因而第二行走齿轮和第一行走齿轮分别与齿条上的齿相对的一侧保持贴紧,贴紧时的力大于伺服电机的驱动力,因而龙门架在运动时第二行走齿轮和第一行走齿轮分别与齿条上的齿相对的一侧始终保持贴紧,从而消除了传动间隙,使龙门架在两个方向上运动时精度不会受到传动间隙的影响,使自动焊接机在两个方向上均可进行焊接,提高了焊接效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是机械臂的结构示意图;
图3是本发明的控制原理图;
图4是翻转装置的结构示意图;
图5是从外侧看翻转托架的结构示意图;
图6是从内测看翻转托架的结构示意图;
图7是钢结构件翻转90度后翻转托架的结构示意图;
图8是行走装置的外形示意图;
图9是图8的俯视图;
图10是驱动机构内部的结构示意图;
图中,1、托架;101、底座;102、第一直线滑台;103、托板;104、支撑座;105、转台;106、卡爪;107、安装板;108、第二直线滑台;109、齿圈;110、第三直线滑台;111、齿轮;2、钢结构件;3、龙门架;301、箱体;302、车轮;303、第二从动轴;304、齿条;305、驱动机构;306、支撑腿;307、电机丙;308、主动轴;309、第一主动斜齿轮;310、第一从动斜齿轮;311、第一从动轴;312、第一行走齿轮;313、弹簧;314、挡板;315、第二主动斜齿轮;316、第二从动斜齿轮;317、第二行走齿轮;4、铁轨;5、滑轨;6、焊接臂;601、第一关节;602、第二关节;603、第三关节;604、第四关节;605、第五关节;606、焊枪;607、工业三维相机;608、连接板;609、下臂;610、肘块;611、上臂;612、安装板;613、第六关节。
具体实施方式
为叙述方便,在以下描述中,钢结构件2的方向为“纵向”,在水平面内与钢结构件2垂直的方向为“横向”。
如图1和图2所示,一种钢结构件自动焊接机,包括跨在待焊的钢结构件2上的可沿钢结构件2纵向移动的龙门架3和设置在龙门架3内的焊接臂6。所述焊接臂包括机械臂、固定设置在机械臂上端的安装板612、设置在龙门架3顶部用于带动安装板612横向移动的横移装置、固定设置在机械臂下端的连接板608、固定设置在连接板608上的焊枪606以及设置在焊枪606一旁且与连接板608固定连接的三维成像装置,所述三维成像装置和焊枪606的枪头均朝向待焊接的钢结构件2的焊缝部位;所述龙门架3内在焊接臂6下方还设有可对钢结构件2进行翻转的翻转装置。
所述横移装置为伺服电机驱动的滚珠丝杠直线滑台,所述滚柱丝杠直线滑台为横向设置,所述滚珠丝杠直线滑台的滑座与龙门架3顶部的横梁固定连接,所述滚珠丝杠直线滑台的滑块与安装板612固定连接。
所述机械臂、连接在机械臂上端的矩形的安装板612、连接在机械臂下端的连接板608,连接在连接板608上的焊枪606以及设置在焊枪606一旁且与连接板608相连接的三维成像装置。所述三维成像装置和焊枪606的枪头均朝向待焊接的钢结构件2的焊缝部位。所述安装板焊枪的焊接方式为二氧化碳气体保护焊。所述龙门架3外侧固定设置有焊机,所述安装板612顶部与横移装置固定连接,所述安装板612上还固定设置有向焊枪606输送焊丝的卷盘。
所述机械臂为六轴工业用机械臂,这种机械臂可对机械臂端部进行精确的位置和姿态控制。所述机械臂包括由下而上依次连接的第一关节601、第二关节602、下臂609、第三关节603、肘块610、第四关节604、上臂611、第五关节605和第六关节613。所述连接板608为两端带有圆弧的平板,所述连接板608一端与第一关节601通过螺钉固定连接,所述焊枪606和三维成像装置均与连接板608另一端通过螺钉固定连接;所述安装板612底部与第六关节613相连。
所述三维成像装置为工业三维相机607。
本发明还包括工控机和与工控机电连接的机械臂控制器,所述机械臂控制器与机械臂电连接,所述工控机内预存储有钢结构件2的各种焊缝结构的三维数据。钢结构件2常见的焊缝角焊缝、对接焊缝,而角焊缝根据与焊缝相连的两片金属的位置关系也分为不同的种类,如L形、Γ形、J形。
所述工控机内还存储有针对相应的焊缝结构时焊枪606所对应的姿态数据,该姿态数据包括焊枪606的枪头与焊缝处各金属板之间的角度、枪头与焊缝处各金属板之间的距离以及枪头与焊缝之间的距离。
如图1和图4所示,所述翻转装置包括沿钢结构件2设置的两个翻转托架1,两个翻转托架1为对称设置,所述龙门架3跨在两个翻转托架1外。
如5和图6所示,以靠左的翻转托架1为例,每个翻转托架1均包括水平的底座101、竖向焊接在底座101上面的支撑座104、转动连接在支撑座104右侧的转台105、可在支撑座104左侧竖向滑动的横向的托板103以及滑动连接在转台105右侧的用于夹持钢结构件2的两个卡爪106。所述转台105为开口向上的竖向的半圆环形,所述转台105的轴线与钢结构件2方向一致,所述支撑座104上对应设有与转台105同轴的圆弧形豁口。
所述底座101下方对称设置有两条与钢结构件2平行的滑轨5,所述滑轨5位于两根铁轨4之间,所述滑轨5为轻轨。所述底座101底部转动连接有轨道轮,所述底座101上设有用于带动轨道轮在滑轨5上行走的电机甲。
所述托板103和支撑座104之间设有两个竖向的第一直线滑台102,两个第一直线滑台102以转台105轴线对称。所述托板103两端分别与对应的第一直线滑台102的滑块通过螺钉固定连接,所述支撑座104与对应的第一直线滑台102的滑座均通过螺钉固定连接。
所述转台105右侧设有横向的安装板107,所述安装板107右侧设置有用于带动两个卡爪106反向运动的第三直线滑台110,两个卡爪106运动方向与钢结构件2垂直。所述第三直线滑台110为丝杠直线滑台,所述丝杠直线滑台为横向设置,所述丝杠直线滑台的滑座与安装板107通过螺钉固定连接,所述丝杠直线滑台上设有两个滑块,两个卡爪106分别与对应的滑块通过螺钉固定连接,两个滑块均与丝杠直线滑台的丝杠螺纹连接且连接部位的螺纹旋向相反。
所述安装板107和转台105之间设有两个竖向的第二直线滑台108,两个第二直线滑台108以转台105轴线对称,所述第二直线滑台108的滑座均与转台105通过螺钉固定连接,两个第二直线滑台108的滑块分别与安装板107对应的一端通过螺钉固定连接。
所述转台105的外圆弧面上设有齿圈109,所述齿圈109外啮合有齿轮111,所述底座101上通过螺钉固定设置有电机乙,该电机乙的输出轴与齿轮111键连接。该电机乙转动时,通过齿轮111和齿圈109的传动,带动转台105转动,进而带动卡在两个卡爪106之间的钢结构件2翻转。
所述转台105和支撑座104为止口连接,所述转台105在止口部位的外圆上设有半圆环形的凹槽,该凹槽的截面为矩形。所述支撑座104在止口部位的内圆上对应设置设有用于和该凹槽滑动配合半圆环形的凸台。
所述第一直线滑台102和第二直线滑台108均为丝杠直线滑台。
如图8和图9所示,所述行走装置包括铺设在地面上的铁轨4、设置在铁轨4上方并与龙门架3的支撑腿306固定连接的由钢板组焊而成的箱体301、设置在箱体301上的可沿铁轨4行走的车轮302以及固定设置在箱体301上用于带动箱体301沿铁轨4行走的驱动机构305。所述车轮302为沿铁轨4纵向设置的两个,所述车轮302均与箱体301底部转动连接,所述箱体301底部在车轮302对应的位置有开口,所述驱动机构305设置在两个齿轮302之间,所述驱动机构305为可消除传动间隙的齿轮齿条驱动机构。行走装置有两套,两套行走装置分别设置在龙门架3的两根支撑腿306下端。
如图10所示,所述驱动机构305包括主动轴308、可轴向移动的第一从动轴311和可轴向移动的第二从动轴303。所述主动轴308与箱体301的左侧垂直贯穿转动连接,所述第一从动轴311和第二从动轴303均与箱体301的两侧垂直贯穿转动连接,所述第一从动轴311和第二从动轴303均与箱体301的两侧为滑动配合。所述第一从动轴311和第二从动轴303平行且对称设置在主动轴308两侧。
所述主动轴308上由左至右依次固定设置有左旋的第一主动斜齿轮309和右旋的第二主动斜齿轮315,所述第二从动轴303上由左至右依次固定设置有左旋的第二从动斜齿轮316和第二行走齿轮317,所述第一从动轴311上由左至右依次固定设置有右旋的第一从动斜齿轮310和第一行走齿轮312。所述第一行走齿轮312和第二行走齿轮317均为直齿圆柱齿轮。所述第一主动斜齿轮309和第一从动斜齿轮310啮合,所述第二主动斜齿轮315和第二从动斜齿轮316啮合。所述铁轨4一侧设有固定设置在地面上的齿条304,所述齿条304与铁轨4平行,所述第一行走齿轮312和第二行走齿轮317均与齿条304啮合。所述第一从动轴311和第二从动轴303的端部均设有用于对第一从动轴311和第二从动轴303同时施加同向力的施力单元。
所述施力单元包括设置在箱体301外侧的挡板314,所述第一从动轴311和第二从动轴303均与挡板314转动连接,所述挡板314和箱体301之间设有弹簧313。所述弹簧313为两个,两个弹簧313分别套在第一从动轴311和第二从动轴303上。弹簧313作用在第一从动轴311和第二从动轴303上的力方向相同。
所述箱体301上固定设置有电机丙307,所述电机丙307与主动轴308传动连接。所述电机丙307为伺服电机。
在弹簧313的作用下,施加在第一从动轴311和第二从动轴303上的力均向右。由于第一主动斜齿轮309和第二主动斜齿轮315的旋向相反,因而第二行走齿轮317和第一行走齿轮312分别与齿条304上的齿相对的一侧保持贴紧,贴紧时的力大于伺服电机的驱动力,因而龙门架3在运动时第二行走齿轮317和第一行走齿轮312分别与齿条304上的齿相对的一侧始终保持贴紧,从而消除了传动间隙。
本发明还设有电控器,所述第一直线滑台102、第二直线滑台108、第三直线滑台110、电机甲、电机乙、电机丙307、滚柱丝杠直线滑台、工控机和焊机均与电控器电连接。
结合附图3,本发明在焊接时的工作步骤为:
步骤一,底座101通过轨道轮带动在两条滑轨5上行走,根据钢结构件2的位置和长度调整两个翻转托架1的纵向位置,保证钢结构件2卡在卡爪106之间,此时钢结构件2的中心线与转台105的中心线重合,然后第一直线滑台102带动托板103上升,将钢结构件2托住,之后第三直线滑台110带动卡爪106将钢结构件2松开,然后两个第二直线滑台108带动卡爪106向下移动,离开钢结构件2;
步骤二,操作者通过操作工控机,使三维成像装置和焊枪606朝向待焊接的钢结构件2的焊缝部位;
步骤三,三维成像装置对钢结构件2待焊接的部位进行拍照,得到该部位的实时三维数据,并传送到工控机;
步骤四,工控机将步骤二中得到的实时三维数据与工控机内预存储的三维数据进行比对,得出实时三维数据所对应的焊枪606的实时姿态数据,并根据该姿态数据通过机械臂控制器对机械臂进行控制,从而对焊枪606的姿态进行实时调整,进而使焊枪606的实时姿态符合焊缝的焊接要求;
步骤五,启动焊机,横移装置带动焊枪606横向移动,行走装置带动焊枪606纵向移动,从而完成焊缝的焊接;
步骤六,重复步骤三至步骤五,直到自动焊接机完成钢结构件朝上一面的焊接;
步骤七,第二直线滑台108带动卡爪106上升,然后第三直线滑台110带动卡爪106将钢结构件2卡紧,之后第一直线滑台102带动托板103下降,使托板103远离钢结构件2;然后电机乙带动齿轮111转动,从而带动转台105旋转90度,转动后的翻转托架1如图7所示;然后第一直线滑台102带动托板103上升并将钢结构件2托住,之后第三直线滑台110带动卡爪106将钢结构件松开,然后第二直线滑台108带动卡爪106横向移动并远离钢结构件2,之后继续焊接;
重复步骤三至七,直到完成整个钢结构件2的焊接。
采用工业相机对焊缝部位进行拍照后,可立即进行焊接,无须进行模拟焊接,提高了焊接效率。
以上所述的实施例描述内容较为详细和具体,表达了本发明的优选实施例,仅用于说明本发明的技术思想及特点,其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施,但并不仅仅局限于本发明,不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围,即凡本发明所揭示的精神所做的同等变化或修饰,对于本领域的研究人员或技术人员来讲,在不脱离本发明的结构之内,系统内部的局部改进和子系统之间的改动、变换等,仍是本发明的专利范围内。

Claims (7)

1.一种钢结构件自动焊接机,其特征在于,包括跨在待焊的钢结构件(2)上的可沿钢结构件(2)纵向移动的龙门架(3)和设置在龙门架(3)内的焊接臂(6),所述焊接臂包括机械臂、固定设置在机械臂上端的安装板(612)、设置在龙门架(3)顶部用于带动安装板(612)横向移动的横移装置、固定设置在机械臂下端的连接板(608)、固定设置在连接板(608)上的焊枪(606)以及设置在焊枪(606)一旁且与连接板(608)固定连接的三维成像装置,所述三维成像装置和焊枪(606)的枪头均朝向待焊接的钢结构件(2)的焊缝部位;所述龙门架(3)内在焊接臂(6)下方还设有可对钢结构件(2)进行翻转的翻转装置;
所述翻转装置包括沿钢结构件(2)设置的至少两个翻转托架(1),两个翻转托架(1)为对称设置,每个翻转托架(1)均包括底座(101)、竖向固定设置在底座(101)上的支撑座(104)、转动连接在支撑座(104)一侧的转台(105)、横向设置的可在支撑座(104)另一侧竖向滑动的托板(103)以及滑动连接在转台(105)远离支撑座一侧的用于夹持钢结构件(2)的两个卡爪(106);所述转台(105)为开口向上的竖向的半圆环形,所述转台(105)的轴线与钢结构件(2)方向一致,所述支撑座(104)上对应设有与转台(105)同轴的圆弧形豁口,所述托板(103)与钢结构件(2)垂直;
所述托板(103)和支撑座(104)之间设有竖向的第一直线滑台(102),所述托板(103)与第一直线滑台(102)的滑块固定连接,所述支撑座(104)与第一直线滑台(102)的滑座固定连接;所述转台(105)的外圆弧面上设有齿圈(109),所述齿圈(109)外啮合有齿轮(111),所述支撑座(104)或底座(101)上固定设置有用于带动齿轮(111)转动的电机乙;所述转台(105)和支撑座(104)为止口连接,所述转台(105)在止口部位的外圆上设有半圆环形的凹槽,所述支撑座(104)在止口部位的内圆上设有用于和该凹槽配合半圆环形的凸台;
所述转台(105)远离支撑座(104)的一侧设有横向的安装板(107),所述安装板(107)远离转台(105)一侧设置有用于带动两个卡爪(106)反向运动的第三直线滑台(110),两个卡爪(106)运动方向与钢结构件(2)垂直;所述安装板(107)和转台(105)之间设有竖向的第二直线滑台(108),所述第二直线滑台(108)的滑座与转台(105)固定连接,所述第二直线滑台(108)的滑块与安装板(107)固定连接;所述第三直线滑台(110)为丝杠直线滑台,所述丝杠直线滑台上设有两个滑块,两个卡爪(106)分别与对应的滑块固定连接,两个滑块均与丝杠直线滑台的丝杠螺纹连接且连接部位的螺纹旋向相反;所述底座(101)下方设有与钢结构件(2)平行的滑轨(5),所述底座(101)底部转动连接有可在滑轨(5)上行走的轨道轮。
2.根据权利要求1所述的一种钢结构件自动焊接机,其特征在于,所述机械臂为六轴工业用机械臂,所述机械臂包括由下而上依次连接的第一关节(601)、第二关节(602)、下臂(609)、第三关节(603)、肘块(610)、第四关节(604)、上臂(611)、第五关节(605)和第六关节(613);所述连接板(608)一端与第一关节(601)固定连接,所述焊枪(606)和三维成像装置均与连接板(608)另一端固定连接;所述安装板(612)与第六关节(613)固定连接;所述三维成像装置为工业三维相机(607)。
3.根据权利要求1所述的一种钢结构件自动焊接机,其特征在于,还包括工控机、机械臂控制器和电控器,所述电控器和机械臂控制器均与工控机电连接,所述三维成像装置与工控机电连接,所述机械臂控制器与机械臂电连接,所述横移装置与电控器电连接,所述工控机内预存储有钢结构件(2)的各种焊缝结构的三维数据以及针对相应的焊缝结构时焊枪(606)所对应的姿态数据,该姿态数据包括焊枪(606)的枪头相对于焊缝处各面的角度和距离以及枪头相对于焊缝之间的距离。
4.根据权利要求1所述的一种钢结构件自动焊接机,其特征在于,所述横移装置为滚珠丝杠直线滑台,所述龙门架的两个支撑腿(306)底部均设有用于带动龙门架纵向移动的行走装置,每个行走装置均包括铺设在地面上的铁轨(4)、设置在铁轨(4)上方并与龙门架的支撑腿(306)固定连接的箱体(301)、设置在箱体(301)上的可沿铁轨(4)行走的车轮(302)以及固定设置在箱体(301)上用于带动箱体(301)沿铁轨(4)行走的驱动机构(305);所述车轮(302)为沿铁轨(4)设置的至少两个,所述车轮(302)均与箱体(301)底部转动连接,所述驱动机构(305)为可消除传动间隙的齿轮齿条驱动机构。
5.根据权利要求4所述的一种钢结构件自动焊接机,其特征在于,所述驱动机构(305)包括与箱体(301)的侧面垂直贯穿转动连接的主动轴(308)、可轴向移动的第一从动轴(311)和可轴向移动的第二从动轴(303);所述第一从动轴(311)和第二从动轴(303)平行且对称设置在主动轴(308)两侧,所述第一从动轴(311)和第二从动轴(303)均与箱体(301)的侧面贯穿转动连接;所述主动轴(308)上固定设置有旋向相反的第一主动斜齿轮(309)和第二主动斜齿轮(315),所述第二从动轴(303)上固定设置有第二从动斜齿轮(316)和第二行走齿轮(317),所述第一从动轴(311)上固定设置有第一从动斜齿轮(310)和第一行走齿轮(312);所述第一主动斜齿轮(309)和第一从动斜齿轮(310)啮合,所述第二主动斜齿轮(315)和第二从动斜齿轮(316)啮合,所述铁轨(4)一侧设有固定的齿条(304),所述齿条(304)与铁轨(4)平行,所述第一行走齿轮(312)和第二行走齿轮(317)均与齿条(304)啮合;所述第一从动轴(311)和第二从动轴(303)的端部均设有用于对第一从动轴(311)和第二从动轴(303)同时施加同向力的施力单元。
6.根据权利要求5所述的一种钢结构件自动焊接机,其特征在于,所述施力单元包括设置在箱体(301)外侧的挡板(314),所述第一从动轴(311)和第二从动轴(303)均与挡板(314)转动连接,所述挡板(314)和箱体(301)之间设有弹簧(313),在弹簧(313)的作用下,第二行走齿轮(317)和第一行走齿轮(312)分别与齿条(304)上的齿相对的一侧保持贴紧;所述弹簧(313)为两个,所述弹簧(313)分别套在第一从动轴(311)和第二从动轴(303)上;所述箱体(301)上固定设置有电机丙(307),所述电机丙(307)与主动轴(308)传动连接,所述电机丙为伺服电机。
7.一种钢结构件自动焊接机焊接方法,其特征在于,采用权利要求1至6任一所述的一种钢结构件自动焊接机,包括如下步骤:
步骤一,底座(101)通过轨道轮带动在两条滑轨(5)上行走,根据钢结构件(2)的位置和长度调整两个翻转托架(1)的纵向位置,保证钢结构件(2)卡在卡爪(106)之间,此时钢结构件(2)的中心线与转台(105)的中心线重合,然后第一直线滑台(102)带动托板(103)上升,将钢结构件(2)托住,之后第三直线滑台(110)带动卡爪(106)将钢结构件(2)松开,然后两个第二直线滑台(108)带动卡爪(106)向下移动,离开钢结构件(2);
步骤二,操作者通过操作工控机,使三维成像装置和焊枪(606)朝向待焊接的钢结构件(2)的焊缝部位;
步骤三,三维成像装置对钢结构件(2)待焊接的部位进行拍照,得到该部位的实时三维数据,并传送到工控机;
步骤四,工控机将步骤二中得到的实时三维数据与工控机内预存储的三维数据进行比对,得出实时三维数据所对应的焊枪(606)的实时姿态数据,并根据该姿态数据通过机械臂控制器对机械臂进行控制,从而对焊枪(606)的姿态进行实时调整,进而使焊枪(606)的实时姿态符合焊缝的焊接要求;
步骤五,启动焊机,横移装置带动焊枪(606)横向移动,行走装置带动焊枪(606)纵向移动,从而完成焊缝的焊接;
步骤六,重复步骤三至步骤五,直到自动焊接机完成钢结构件朝上一面的焊接;
步骤七,第二直线滑台(108)带动卡爪(106)上升,然后第三直线滑台(110)带动卡爪(106)将钢结构件(2)卡紧,之后第一直线滑台(102)带动托板(103)下降,使托板(103)远离钢结构件(2);然后电机乙带动齿轮(111)转动,从而带动转台(105)旋转90度;然后第一直线滑台(102)带动托板(103)上升并将钢结构件(2)托住,之后第三直线滑台(110)带动卡爪(106)将钢结构件松开,然后第二直线滑台(108)带动卡爪(106)横向移动并远离钢结构件(2),之后继续焊接;
重复步骤三至七,直到完成整个钢结构件(2)的焊接。
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