CN113814568A - 一种大锥度粉筒自动化焊接装备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大锥度粉筒自动化焊接装备及方法。本发明包括环形夹具安装装置、筒节自动对接装置以及筒节自动焊接装置，所述环形夹具安装装置用于将大锥度粉筒的各筒节安装至对应的环形夹具中，所述筒节自动对接装置用于将四节大锥度筒节在轴向和圆周向自动调整至焊接位置，所述筒节自动焊接装置用于对接后的粉筒焊缝的焊接。本发明各装置均配置信息采集反馈系统，仅需人工辅助运输，降低了工人劳动强度，减少了对焊接工人经验的依赖，自动化作业提高了焊接效率和焊接质量。用环形夹具固定大锥度粉筒，将非回转体转化为回转体，解决了大锥度粉筒组对对接时在辊轮架上的轴向窜动问题。

Description

一种大锥度粉筒自动化焊接装备及方法

技术领域

本发明涉及粉筒自动化焊接领域，尤其涉及一种大锥度粉筒自动化焊接装备及方法。

背景技术

粉罐车全称粉粒物料运输车，广泛应用于水泥粉、石灰粉、矿石粉、面粉等干燥粉粒物料的散装运输。大锥度粉罐可以提高粉末物料卸净率和车体底部空间利用率，因此罐体设计上逐渐趋向锥形结构，锥形罐体罐车已在工业、农业、建筑业得到广泛应用。粉罐车罐体由两端封头和四节直锥筒节焊接而成，直锥筒节底部由筒体两端向中间截面下斜，斜度为15°，大锥度筒节之间的焊接质量和效率直接影响了粉罐车整体的质量和效率。并且，四节筒节焊缝对接的焊接工作要求较高，目前，一般由手工电弧焊预先点焊固定，打磨去除焊点的氧化层后手工电弧环焊。人工电弧焊焊接的成品质量与焊接人员的技术及经验相关，焊缝参差不齐(容易出现位置偏差、焊缝气孔较多、成形差等缺陷)，影响粉罐筒体密封性和筒体美观。此外，手工电弧焊为人工操作，劳动强度大、焊接效率低、工作环境恶劣，延长了粉罐车的生产周期，制约了粉罐车的规模化生产。

中国专利“混凝土搅拌车筒体的自动焊接装置”，专利公开号为CN211804623U提出：以左、右端支撑固定搅拌车筒体，右支撑上设有与筒体相切的辊轮，辊轮带动筒体旋转，焊接机支撑高度可调节，完成对混凝土搅拌车筒体的自动焊接。中国专利“一种海上风力发电塔筒筒节焊接辅助装置”，专利公开号为CN112719774 A提出：两个撑开机构和两个支撑机构的风力发电塔筒筒节撑开及对接装置。

上述焊接装置及方法均面向回转筒体的焊接，组对、定位及焊接方式较为简单。而大锥度非回转粉筒的自动化焊接难度较大，现有的装置及方法相对较少，为了提升其焊接效率、质量，急需开发一种简洁、高效的自动化组对、焊接装备及方法。

发明内容

根据上述提出的现有的大锥度粉筒在自动组对、对接及焊接过程中的技术难题，而提供一种大锥度粉筒自动化焊接装备及方法，该装备解决的技术难题为大锥度非回转粉筒筒节的自动组对、对接及焊接。本发明采用的技术手段如下：

一种大锥度粉筒自动化焊接装备，包括环形夹具安装装置、筒节自动对接装置以及筒节自动焊接装置，所述环形夹具安装装置用于将大锥度粉筒的各筒节安装至对应的环形夹具中，所述筒节自动对接装置用于将四节大锥度筒节在轴向和圆周向自动调整至焊接位置，所述筒节自动焊接装置用于对接后的粉筒焊缝的焊接。

进一步地，所述环形夹具安装装置包括计算机、专用旋转工作台、环形夹具、环形夹具专用导轨小车以及第一CCD相机，所述第一CCD相机的输出端与计算机相连，所述计算机与专用旋转工作台相连，所述环形夹具放置在所述环形夹具专用导轨小车上，所述第一CCD相机用于检测筒节上刻线位置并将其输送至计算机，所述计算机基于第一CCD相机传输的筒节上刻线位置数据驱动所述专用旋转工作台转动至预设位置，所述计算机与环形夹具专用导轨小车相连，所述环形夹具专用导轨小车用于将环形夹具运送至专用旋转工作台附近，完成环形夹具与筒节组合，所述的环形夹具与筒节组合后将螺栓螺母拧紧。

进一步地，所述筒节自动对接装置包括可位移、可旋转的V型辊轮架、第二CCD相机组和计算机，所述V型辊轮架的数量匹配筒节数量，所述V型辊轮架用于放置相应的环形夹具及筒节，所述第二CCD相机组的输出端与计算机相连，所述第二CCD相机组用于检测筒节上刻线位置并将其输送至计算机，计算机基于第二CCD相机传输的筒节上刻线位置数据驱动所述V型辊轮架上辊轮旋转至预设位置；所述第二CCD相机组还用于采集筒节焊缝位置信息并将其输送至计算机，计算机基于第二CCD相机传输的筒节焊缝位置信息控制V型辊轮架轴向移动至焊接位置。

进一步地，所述环形夹具包括电磁锁紧装置，其用于在筒节自动对接装置将相邻筒节位置调节完毕后锁紧。

进一步地，所述的环形夹具内表面根据大锥度粉筒的外表面设计制造，所述的环形夹具内表面装有聚氨酯弹性保护条，环形夹具安装后，夹具内表面与粉筒外表面完全贴合，所述的旋转工作台最大直径等于粉筒筒节小端内径。

进一步地，所述的环形夹具侧边均布有螺栓孔，两个半圆环形夹具和筒节装配完成后，所述的半圆环形夹具以螺栓、螺母锁紧。

进一步地，每个筒节配置两台V型辊轮架，并且两台V型辊轮架关于大锥度粉筒的中心面对称放置，所有V型辊轮架的V型臂张开角度相同，每个V型辊轮架上至少有一个可由伺服电机驱动旋转的辊轮。

进一步地，所述的环形夹具在V型辊轮架上安装后的外圆中心点距离地面的高度大于环形夹具外圆半径与第二CCD相机的高度之和。

进一步地，所述的焊机为激光焊接机或熔化极惰性气体保护焊焊接机，所述的激光焊的焊接速度为1500～2000mm/min，所述的熔化极惰性气体保护焊的焊接速度为400～500mm/min，两者均采用单面焊接双面成型工艺。

一种大锥度粉筒自动化焊接方法，包括如下步骤：

步骤1、吊运装置将大锥度粉筒筒节放置在旋转工作台上，第一CCD相机收集大锥度粉筒筒节上刻线位置信息并反馈至计算机，计算机计算与环形夹具安装位置偏差，驱动旋转工作台旋转至预设位置；计算机驱动环形夹具专用导轨小车将环形夹具与旋转工作台上的筒节组装；将环形夹具侧边的螺栓、锁母锁紧，完成大锥度粉筒筒节和环形夹具的安装；

步骤2、吊运装置将环形夹具和筒节整体放置在V型辊轮架组的辊轮架上，第二CCD相机组依次采集各筒节刻线位置，反馈至计算机，计算机计算圆周位置偏差后驱动V型辊轮架组上辊轮转动，辊轮带动环形夹具将筒节在圆周向旋转至焊接位置，完成四组环形夹具-筒节组合圆周向位置调整后，第二CCD相机组采集三处焊缝位置，驱动V型辊轮架组在第二导轨组上移动，V型辊轮架组带动四组环形夹具-筒节组合在粉筒轴向移动至焊接位置，四个大锥度粉筒筒节焊接前组对对接完成；

步骤3、筒节自动焊接时，V型辊轮架组所有的辊轮以相同的速度转动，辊轮的实时转动速度根据焊缝圆弧细分后计算得出，同时，焊枪法向移动，焊枪和环形夹具联动确保焊接点处的焊接线速度保持恒定，焊接时，先同时焊接两边的焊缝，然后焊接中间焊缝；

步骤4、焊接结束后，第二CCD相机组采集焊缝外观信息，判断产品焊接质量是否合格。

本发明具有以下优点：

1、大锥度粉筒环形夹具安装装置、筒节自动组对对接装置及自动焊接装置，均配置信息采集反馈系统，仅需人工辅助运输、锁紧，降低了工人劳动强度，减少了对焊接工人经验的依赖，自动化作业提高了焊接效率和焊接质量。

2、用环形夹具固定大锥度粉筒，将非回转体转化为回转体，解决了大锥度粉筒组对对接时在辊轮架上的轴向窜动问题。

3、环形夹具配合计算机控制V型辊轮架上伺服电机实时调速及焊枪法向进给，保证了焊接点线速度恒定，解决了大锥度粉罐筒体直接至于V型辊轮架上转动时，外环焊缝各点的高度变化难题。

4、环形夹具和环形夹具导轨小车上的限位装置配合，可以根据大锥度粉筒的筒径和长度设计，具有普遍适用性。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明大锥度粉筒筒节示意图。

图2为本发明大锥度粉筒筒节环形模具安装结果示意图。

图3为大锥度粉筒筒节环形夹具安装装置示意图。

图4为本发明筒节环形夹具示意图。

图5为本发明专用旋转工作台示意图。

图6为本发明大锥度粉筒筒节自动组对对接及焊接示意图，图中环形夹具及大锥度粉筒筒节已经布置就位。

图7为本发明大锥度粉筒筒节自动组对对接及焊接装置示意图。

图中：1-第一CCD相机，2-计算机，3-第一伺服电机组，4-环形夹具专用导轨小车，5-环形夹具，6-筒节，7-电磁锁紧装置，8-螺栓螺母组，9-旋转工作台，10-环形夹具限位机构，11-第一导轨组，12-焊机组，13-V型辊轮架组，14-第二CCD相机组，15-第二导轨组，16-焊枪，17-第二伺服电机，18-辊轮，19-第三伺服电机组。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

本实施例公开了一种大锥度粉筒自动化焊接装备，主要针对如图1所示的大锥度粉筒筒节，本发明包括环形夹具安装装置、筒节自动对接装置以及筒节自动焊接装置，所述环形夹具安装装置用于将大锥度粉筒的各筒节6安装至对应的环形夹具5中，所述筒节自动对接装置用于将四节大锥度筒节在轴向和圆周向自动调整至焊接位置，所述筒节自动焊接装置用于对接后的粉筒焊缝的焊接。

如图2、图3所示，所述环形夹具安装装置包括计算机2、如图5所示的专用旋转工作台9、如图4所示的环形夹具5、环形夹具专用导轨小车4以及第一CCD相机1。环形夹具专用导轨小车4上配有环形夹具限位机构10、环形夹具5上配有电磁锁紧装置7和螺栓螺母组8。本实施例中，用旋转工作台是一个圆锥形的台子，绕着圆锥的中心线转动，四个筒节除了中间的焊缝是四段圆弧组成，其他均为圆形，利用这一特点设计的圆锥形回转工作台。圆锥的底平面和小车的上表面共面。

所述第一CCD相机1的输出端与计算机2相连，所述计算机2与专用旋转工作台9相连，所述环形夹具5设置在所述专用旋转工作台9上，具体地，两具环形夹具5分别放置在环形夹具专用导轨小车4上，所述第一CCD相机1用于检测筒节6上刻线位置并将其输送至计算机2，所述计算机2基于第一CCD相机1传输的筒节6上刻线位置数据驱动所述专用旋转工作台9转动至预设位置，所述计算机2与环形夹具专用导轨小车4相连，计算机2驱动环形夹具专用导轨小车4上的第一伺服电机组3带动环形夹具5在第一导轨组11上移动至安装位置，将环形夹具5两侧的螺栓螺母组8锁紧，本实施例中，通过人工锁紧，在其他可选的实施方式中，还可自动化的完成，进而完成大锥度粉筒筒节6和环形夹具5的安装。

如图6、图7所示，所述筒节自动对接装置包括可位移、可旋转的V型辊轮架组13、第二CCD相机组14和计算机2，V型辊轮架组13的V型座上配有辊轮18和第三伺服电机19；所述V型辊轮架的数量匹配筒节数量，所述V型辊轮架用于放置相应的环形夹具5及筒节6，所述第二CCD相机组14和的输出端与计算机2相连，所述第二CCD相机组4用于检测筒节6上刻线位置并将其输送至计算机2，计算机2基于第二CCD相机14传输的筒节6上刻线位置数据驱动所述V型辊轮架上辊轮旋转至预设位置，使大锥度粉筒中心面竖直；所述第二CCD相机组14还用于采集筒节6焊缝位置信息并将其输送至计算机2，计算机2基于第二CCD相机14传输的粉筒焊缝位置信息控制V型辊轮架在第二导轨组15上移动至焊接位置，完成轴向调整。所述环形夹具的电磁锁紧装置7，能够在筒节两两组对对接完成后锁紧。所述电磁锁紧装置7包括环形夹具端面沿圆周均布的电磁阀，所述的电磁阀在大锥度粉筒对接后通电锁紧。所述的电磁锁紧装置7在焊枪头16到达前顺次打开，焊完后顺次闭合，直至粉筒整圈环焊完成。

所述的筒节自动焊接装置由V型辊轮架上的辊轮旋转，焊接机的焊枪头延伸至筒体焊缝处，并可以法向进给，完成对筒体的环焊。焊接机组12的焊接上配有焊头16和第二伺服电机17，焊接机的焊枪头部对准筒体焊缝，所述的焊枪可沿粉筒法向运动，与筒体对应的焊接位置在法向保持固定距离。

作为优选的实施方式，所述的环形夹具内表面根据大锥度粉筒的外表面设计制造，所述的环形夹具内表面装有聚氨酯弹性保护条，环形夹具安装后，夹具内表面与粉筒外表面完全贴合，所述的旋转工作台最大直径等于粉筒筒节小端内径。

作为优选的实施方式，所述的环形夹具专用导轨小车分别安装在旋转工作台的两侧，所述的专用小车桌面根据半圆环形夹具设计，并对环形夹具设有一圈限位机构；所述的环形夹具侧边均布有螺栓孔，两个半圆环形夹具和筒节装配完成后，所述的半圆环形夹具以螺栓、螺母锁紧。所述的旋转工作台和导轨环形夹具小车均配有伺服电机，所述的伺服电机与第一CCD相机一起接入计算机控制系统，实现自动反馈与控制。

每个筒节配置两台V型辊轮架，并且两台V型辊轮架关于大锥度粉筒的中心面对称放置，所有V型辊轮架的V型臂张开角度相同，每个V型辊轮架上至少有一个可由伺服电机驱动旋转的辊轮。所述的V型辊轮架配有伺服电机，V型辊轮架可沿轨道方向移动，带动V型辊轮架上环形夹具轴向移动，实现轴向对接。

所述的环形夹具在V型辊轮架上安装后的外圆中心点距离地面的高度大于环形夹具外圆半径与第二CCD相机的高度之和。

本实施例中，所述的焊机为激光焊接机或熔化极惰性气体保护焊焊接机，所述的激光焊的焊接速度为1500～2000mm/min，所述的熔化极惰性气体保护焊的焊接速度为400～500mm/min，两者均采用单面焊接双面成型工艺。

一种大锥度粉筒自动化焊接方法，包括如下步骤：

步骤1、吊运装置将大锥度粉筒筒节放置在旋转工作台9上，第一CCD相机1收集大锥度粉筒筒节6上刻线位置信息并反馈至计算机2，计算机2计算与环形夹具5安装位置偏差，计算工作台旋转角度后驱动旋转工作台9旋转，自动补偿至筒节6在环形夹具5中的安装位置，两具环形夹具5分别放置在环形夹具专用导轨小车4上，并由环形夹具限位机构10限制环形夹具5在其上位置；计算机2驱动环形夹具专用导轨小车4上的第一伺服电机组3带动环形夹具5在第一导轨组11上移动至安装位置，将环形夹具5两侧的螺栓螺母组8锁紧，完成大锥度粉筒筒节6和环形夹具5的安装；本实施例中，吊运装置选用龙门吊。

步骤2、吊运装置将环形夹具5和筒节6整体放置在V型辊轮架组13的辊轮架上，安装位置尽量相对辊轮架居中，每组辊轮架相对于筒节6的中心面对称，依次完成全部四组环形夹具-筒节组合，第二CCD相机组14依次采集各筒节6刻线位置，反馈至计算机2，计算机2计算圆周位置偏差后驱动V型辊轮架组13上的伺服电机19转动，伺服电机19带动辊轮18转动，辊轮18带动环形夹具5将筒节6在圆周向旋转至焊接位置，完成四组环形夹具-筒节组合圆周向位置调整后，第二CCD相机组14采集三处焊缝位置，驱动V型辊轮架组13在第二导轨组15上移动，V型辊轮架组13带动四组环形夹具-筒节组合在粉筒轴向移动至焊接位置，四个大锥度粉筒筒节焊接前组对对接完成；

步骤3、筒节自动焊接时，V型辊轮架组13上所有的伺服电机19驱动所有的辊轮18以相同的速度转动，辊轮18的实时转动速度根据焊缝圆弧细分后计算得出，辊轮18带动环形夹具5和筒节6转动，同时，焊枪16在第二伺服电机17的驱动下法向移动，焊枪16和环形夹具5联动确保焊接点处的焊接线速度保持恒定，焊接时，先同时焊接两边的焊缝，然后焊接中间焊缝；所述的筒节自动化焊接时，伺服电机的实时转速需根据焊缝圆弧细分后设定，所述的焊枪对应的焊缝处线速度保持恒定。

步骤4、焊接结束后，所述的第二CCD相机组14采集焊接完的焊缝外观信息，反馈计算机进行图像比对，计算机对不合格品报警。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种大锥度粉筒自动化焊接装备，其特征在于，包括环形夹具安装装置、筒节自动对接装置以及筒节自动焊接装置，所述环形夹具安装装置用于将大锥度粉筒的各筒节安装至对应的环形夹具中，所述筒节自动对接装置用于将四节大锥度筒节在轴向和圆周向自动调整至焊接位置，所述筒节自动焊接装置用于对接后的粉筒焊缝的焊接。

2.根据权利要求1所述的大锥度粉筒自动化焊接装备，其特征在于，所述环形夹具安装装置包括计算机、专用旋转工作台、环形夹具、环形夹具专用导轨小车以及第一CCD相机，所述第一CCD相机的输出端与计算机相连，所述计算机与专用旋转工作台相连，所述环形夹具设置在所述专用旋转工作台上，所述第一CCD相机用于检测筒节上刻线位置并将其输送至计算机，所述计算机基于第一CCD相机传输的筒节上刻线位置数据驱动所述专用旋转工作台转动至预设位置，所述计算机与环形夹具专用导轨小车相连，所述环形夹具专用导轨小车用于运送至专用旋转工作台附近，完成环形夹具与筒节组合，所述的环形夹具与筒节组合后将螺栓螺母拧紧。

3.根据权利要求1所述的大锥度粉筒自动化焊接装备，其特征在于，所述筒节自动对接装置包括可位移、可旋转的V型辊轮架、第二CCD相机组和计算机，所述V型辊轮架的数量匹配筒节数量，所述V型辊轮架用于放置相应的环形夹具及筒节，所述第二CCD相机组的输出端与计算机相连，所述第二CCD相机组用于检测筒节上刻线位置并将其输送至计算机，计算机基于第二CCD相机传输的筒节上刻线位置数据驱动所述V型辊轮架上辊轮旋转至预设位置；所述第二CCD相机组还用于采集筒节焊缝位置信息并将其输送至计算机，计算机基于第二CCD相机传输的筒节焊缝位置信息控制V型辊轮架轴向移动至焊接位置。

4.根据权利要求1所述的大锥度粉筒自动化焊接装备，其特征在于，所述环形夹具包括电磁锁紧装置，其用于在筒节自动对接装置将相邻筒节位置调节完毕后锁紧。

5.根据权利要求2所述的大锥度粉筒自动化焊接装备，其特征在于，所述的环形夹具内表面根据大锥度粉筒的外表面设计制造，所述的环形夹具内表面装有聚氨酯弹性保护条，环形夹具安装后，夹具内表面与粉筒外表面完全贴合，旋转工作台最大直径等于粉筒筒节小端内径。

6.根据权利要求1所述的大锥度粉筒自动化焊接装备，其特征在于，所述环形夹具侧边均布有螺栓孔，两个半圆环形夹具和筒节装配完成后，所述的半圆环形夹具以螺栓、螺母锁紧。

7.根据权利要求1所述的大锥度粉筒自动化焊接装备，其特征在于，每个筒节配置两台V型辊轮架，并且两台V型辊轮架关于大锥度粉筒的中心面对称放置，所有V型辊轮架的V型臂张开角度相同，每个V型辊轮架上至少有一个可由伺服电机驱动旋转的辊轮。

8.根据权利要求3所述的大锥度粉筒自动化焊接装备，其特征在于，所述的环形夹具在V型辊轮架上安装后的外圆中心点距离地面的高度大于环形夹具外圆半径与第二CCD相机的高度之和。

9.根据权利要求1所述的大锥度粉筒自动化焊接装备，其特征在于，所述的焊机为激光焊接机或熔化极惰性气体保护焊焊接机，所述的激光焊的焊接速度为1500～2000mm/min，所述的熔化极惰性气体保护焊的焊接速度为400～500mm/min，两者均采用单面焊接双面成型工艺。

10.一种大锥度粉筒自动化焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、吊运装置将大锥度粉筒筒节放置在旋转工作台上，第一CCD相机收集大锥度粉筒筒节上刻线位置信息并反馈至计算机，计算机计算与环形夹具安装位置偏差，驱动旋转工作台旋转至预设位置；计算机驱动环形夹具专用导轨小车将环形夹具与旋转工作台上的筒节组装；将环形夹具侧边的螺栓、锁母锁紧，完成大锥度粉筒筒节和环形夹具的安装；

步骤2、吊运装置将环形夹具和筒节整体放置在V型辊轮架组的辊轮架上，第二CCD相机组依次采集各筒节刻线位置，反馈至计算机，计算机计算圆周位置偏差后驱动V型辊轮架组上辊轮转动，辊轮带动环形夹具将筒节在圆周向旋转至焊接位置，完成四组环形夹具-筒节组合圆周向位置调整后，第二CCD相机组采集三处焊缝位置，驱动V型辊轮架组在第二导轨组上移动，V型辊轮架组带动四组环形夹具-筒节组合在粉筒轴向移动至焊接位置，四个大锥度粉筒筒节焊接前组对对接完成；

步骤3、筒节自动焊接时，V型辊轮架组所有的辊轮以相同的速度转动，辊轮的实时转动速度根据焊缝圆弧细分后计算得出，同时，焊枪法向移动，焊枪和环形夹具联动确保焊接点处的焊接线速度保持恒定，焊接时，先同时焊接两边筒节的焊缝，然后焊接中间焊缝；

步骤4、焊接结束后，第二CCD相机组采集焊缝外观信息，判断产品焊接质量是否合格。

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