CN113814595A - 一种粉罐车非回转罐筒自动化焊接装备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种粉罐车非回转罐筒自动化焊接装备及方法。本发明包括传送装置、整形装置、焊接装置、信息采集装置、控制装置及支撑装置，传送装置包括轨道和在其上移动的支撑装置，支撑装置包括用于在安装、整形过程中对罐筒呈支撑作用的辊轮架、辊轮以及用于对整形装置进行支撑的心轴，待焊接的罐筒在安装过程中套接在整形装置的外部，控制装置基于信息采集装置采集的信息控制辊轮架带动罐筒运动至整形装置的安装位置，还用于驱动整形装置带动各罐筒完成轴向对接、在焊接过程中控制心轴进行转动，焊接装置用于完成相邻罐筒的焊接。本发明仅需少量人工介入，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。

Description

一种粉罐车非回转罐筒自动化焊接装备及方法

技术领域

本发明涉及自动化焊接领域，尤其涉及一种粉罐车非回转罐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，是工业、农业、建筑业等方面的专用特种车辆。粉罐筒是粉罐车的承载装置，主要由四节非回转锥形罐筒及两端封头焊接而成，非回转锥形罐筒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，四节罐筒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，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(主要存在着位置偏差、焊缝气孔较多、成形差等缺点)，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。

近年来，随着国家基础建设力度的持续加大，各种罐类专用车的需求也不断增大。王义平提出通过对混凝土搅拌车筒体设计外卡定位模板，将不规则筒体外形转化为模具的规则形状。搅拌车筒体各部分装入模具后，吊放在筒体滚轮架上，先由工人内部环焊，去除外卡定位模板后，再由轨道上的十字焊接臂实现外环缝焊接。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。

搅拌车筒体虽然不是规则的圆柱，却由规则的前后圆锥、中段圆柱及两端封头组成，整体仍为回转体，因此，搅拌车筒体在外卡模板中定位以及内外环焊轨迹相对简单。此外，两种方案中都任需要人工介入焊接。因此，急需一套对非回转罐筒适用、自动化程度高、焊接质量高的粉罐筒体焊接装备及方法。

发明内容

根据上述提出的粉罐车非回转罐筒由于自重导致的受力变形在组对、焊接过程中的技术难题以及人工焊接劳动强度大、焊接效率低、焊接质量不稳定的问题，提供一种粉罐车非回转罐筒自动化焊接装备及方法。本发明采用的技术手段如下：

一种粉罐车非回转罐筒自动化焊接装备，包括传送装置、整形装置、焊接装置、控制装置、信息采集装置及支撑装置，所述传送装置包括轨道和能够在其上移动的支撑装置，所述支撑装置包括用于在安装、整形过程中对罐筒呈支撑作用的辊轮架、辊轮以及用于对所述整形装置进行支撑的心轴，待焊接的罐筒在安装过程中套接在整形装置的外部，所述的信息采集装置包括CCD相机和气压传感器，CCD相机用于采集非回转筒节的刻线位置、焊缝位置及轴套位置信息，气压传感器用于采集防火气囊内部气压，所述控制装置用于基于所述信息采集装置采集的信息控制辊轮架带动罐筒运动至整形装置的安装位置，还用于驱动整形装置带动各罐筒完成轴向对接，还用于在焊接过程中控制心轴进行转动，所述焊接装置用于完成相邻罐筒的焊接。

进一步地，所述辊轮架为V型辊轮架，V型辊轮架包括V型底座及两个辊轮，V型辊轮架可沿轨道方向运动，每个V型辊轮架上至少有一个辊轮可由伺服电机驱动旋转。

进一步地，每个罐筒配置两台V型辊轮架，并且此两台V型辊轮架关于非回转罐筒中心面对称放置，所述的两台V型辊轮架的V型臂张开角度相同，非回转罐筒在V型辊轮架上安装后，罐筒上的最低点与地面距离大于零。

进一步地，各罐筒与对应气囊及罐筒间组对、对接时，CCD相机组采集焊缝及轴套位置信息，配合辊轮架驱动，完成粉筒罐筒与整形装置对接；同时，CCD相机组采集粉筒刻线位置，配合辊轮驱动，使非回转滚筒中心面竖直，圆周向到达焊接位置；CCD相机组也采集粉筒焊缝位置，配合轴套轴向驱动，完成罐筒轴向对接。

进一步地，所述整形装置包括防火气囊和与其相连的充气机构，防火气囊外轮廓根据非回转罐筒理论内表面定制，充满气后的防火气囊外轮廓和非回转罐筒过盈配合，所述防火气囊用于对非回转罐筒整形，校正薄壁非回转罐筒由于自重引起的变形，并且防火气囊充完气后，可带动罐筒转动。

进一步地，所述整形装置包括轴套，轴套通过定位键和心轴连接，轴套可沿心轴轴向移动，心轴通过轴承安装在支承上，心轴和支承之间设有配重块，所述支承的底部连接在轨道上。

进一步地，所述焊接装置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。

本发明还公开了一种粉罐车非回转罐筒自动化焊接方法，包括如下步骤：

步骤1、通过吊运装置分别将各罐筒放置V型辊轮架组上，通过计算机控制V型辊轮架组将罐筒运送至对应气囊的轴向安装位置，在此过程中，通过CCD相机组采集罐筒上刻线位置信息并反馈至计算机控制柜，计算机控制柜依次驱动V型辊轮架组上辊轮滚动，将第一罐筒至第四罐筒圆周向依次粗调至焊接位置；

步骤2、用空气压缩机对各气囊充气，气囊内置气压传感器检测气压，气压到达焊接状态预设气囊压力值时暂停充气，CCD相机组再次采集第一罐筒至第四罐筒刻线位置信息反馈至计算机控制柜，计算机控制柜依次驱动V型辊轮架组上辊轮滚动，将第一罐筒至第四罐筒圆周向依次细调至焊接位置；

步骤3、空气压缩机对第一气囊至第四气囊分别充气至焊接状态气囊压力，然后移出V型辊轮架组，CCD相机组采集罐筒焊缝位置信息，计算机控制柜驱动第一轴套至第四轴套带动第一罐筒至第四罐筒完成轴向对接；

步骤4、计算机对焊缝圆弧细分，控制心轴转动，基于心轴实时转速控制以及焊头在十字机械臂上沿罐筒法向移动，保证焊头相对罐筒焊缝匀速移动完成焊接。

进一步地，还包括如下步骤：步骤5、CCD相机组采集焊接完的焊缝外观信息，反馈至计算机进行图像对比，由计算机对不合格品进行评判并报警。

进一步地，粉筒罐筒焊接时，两端焊缝同时焊接，然后焊接中间焊缝；焊接时，驱动心轴伺服电机的实时转速需根据焊缝圆弧细分后设定，焊接机的焊头在十字机械臂上沿罐筒法向移动，保证焊接点处的实时焊接线速度恒定。

本发明具有以下优点：

1、非回转罐筒自动化焊接装备的传送装置、整形装置及焊接装置均配置有CCD相机、传感器和计算机等信息采集反馈装置，仅需少量人工介入，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、防火气囊对罐筒罐筒整形，解决了薄壁非回转罐筒由于自重受力变形，焊接时错边严重，难以对接的难题。

3、防火气囊与心轴组合的方案，解决了薄壁非回转罐筒常规手工焊接中，罐筒在V型辊轮架上滚动时伴生的轴向窜动的问题，解决了焊机机头与焊缝的轴向位置难以保持相对不变的技术难题。

4、心轴转动与焊机焊头在十字臂上沿罐筒法向运动的组合方案，解决了常规焊接中，非回转罐筒在V型辊轮架上滚动时，罐筒外环焊各点的高度变化导致焊头与外环缝垂直距离难以控制不变的难题。

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以简单地介绍，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为本发明粉罐车非回转罐筒示意图。

图2为本发明非回转粉筒罐筒传送、安装、整形装置示意图。

图3为本发明非回转粉筒罐筒焊接过程示意图。

图中：1-第一气囊，2-第一轴套，3-第二气囊，4-第二轴套，5-第三气囊，6-第三轴套，7-第四气囊，8-第四轴套，9-配重块，10-空气压缩机，11-计算机控制柜，12-焊接机组，13-辊轮，14-V型辊轮架，15-第一伺服电机组，16-支承，17-轨道，18-第一罐筒，19-第二罐筒，20-第三罐筒，21-第四罐筒，22-轴承，23-齿轮，24-第二伺服电机，25-心轴，26-CCD相机组，27-十字机械臂，28-第三伺服电机组，29-焊头。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点表述得更加清楚，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粉罐车非回转罐筒自动化焊接装备，主要针对如图1所示的粉罐车非回转罐筒，其包括第一罐筒18，第二罐筒19，第三罐筒20，第四罐筒21，本装备包括传送装置、整形装置、焊接装置、控制装置、信息采集装置及支撑装置，所述传送装置包括轨道17和能够在其上移动的支撑装置，所述支撑装置包括用于在安装、整形过程中对罐筒呈支撑作用的V型辊轮架14、辊轮13以及用于对所述整形装置进行支撑的心轴25，待焊接的罐筒在安装过程中套接在整形装置的外部，所述的信息采集装置包括CCD相机组26和气压传感器，CCD相机用于采集非回转筒节的刻线位置、焊缝位置及轴套位置信息，气压传感器用于采集防火气囊内部气压，所述控制装置用于基于所述信息采集装置采集的信息控制辊轮架带动罐筒运动至整形装置的安装位置，还用于驱动整形装置带动各罐筒完成轴向对接，还用于在焊接过程中控制心轴进行转动，所述焊接装置用于完成相邻罐筒的焊接，所述控制装置为计算机控制柜11，所述焊接装置为焊接机组12。

本实施例中，所述辊轮架为V型辊轮架14，每个V型辊轮架包括V型底座及两个辊轮13，V型辊轮架可沿轨道17方向运动，每个V型辊轮架上至少有一个辊轮13可由第一伺服电机组15驱动旋转。

在此基础上，每个罐筒配置两台V型辊轮架14，并且此两台V型辊轮架关于非回转罐筒中心面对称放置，所述的两台V型辊轮架的V型臂张开角度相同，非回转罐筒在V型辊轮架上安装后，罐筒上的最低点与地面距离大于零。

各罐筒与对应气囊及罐筒间组对、对接时，CCD相机组26采集焊缝及轴套位置信息，配合辊轮架驱动，完成粉筒罐筒与整形装置对接；同时，CCD相机组26采集粉筒刻线位置，配合辊轮驱动，使非回转滚筒中心面竖直，并且圆周向到达焊接位置；CCD相机组26也采集粉筒焊缝位置，配合轴套轴向驱动，完成罐筒轴向对接。

所述整形装置包括防火气囊和与其相连的充气机构，防火气囊外轮廓根据非回转罐筒理论内表面定制，充满气后的防火气囊外轮廓和非回转罐筒过盈配合，所述防火气囊用于对非回转罐筒整形，校正薄壁非回转罐筒由于自重引起的变形，并且防火气囊充完气后，可带动罐筒转动，本实施例中，充气机构为空气压缩机10。

所述整形装置还包括轴套，所述的防火气囊与轴套固定连接，轴套通过定位键和心轴25连接，轴套可沿心轴25轴向移动，但不可相对心轴25圆周转动，心轴25通过轴承22安装在支承16上，第二伺服电机24通过齿轮23带动心轴25转动，心轴25和支承16之间设有配重块9，所述支承16和配重块9的底部连接在轨道17上。本实施例中，防火气囊为匹配罐筒数量的第一气囊1、第二气囊3、第二气囊5、第四气囊7，轴套为匹配防火气囊的第一轴套2、第二轴套4、第三轴套6、第四轴套8。

所述焊接装置的焊机为激光焊接机或熔化极惰性气体保护焊(MIG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，第三伺服电机组28带动焊头29在十字机械臂27上沿罐筒法向移动。

本发明还公开了一种粉罐车非回转罐筒自动化焊接方法，具体包括如下步骤：

卷制成型的第二罐筒19在龙门吊的辅助下放置到V型辊轮架组14上，心轴25左端支承16和配重块9移开，V型辊轮架组14载着第二罐筒19向第二气囊3位置移动，CCD相机组27采集第二罐筒19的焊缝与第二轴套4上定位机构位置信息并反馈至计算机控制柜11后确定，计算机控制柜11控制V型辊轮架组14带动第二罐筒19运动至与第二气囊3的轴向安装位置。CCD相机组27随后采集第二罐筒19上刻线位置信息并反馈至计算机控制柜11，计算机控制柜11控制V型辊轮架组14上辊轮13转动，带动第二罐筒19滚动，将第二罐筒19在圆周向粗调至焊接位置。以相同的方案安装第一罐筒18。安装心轴25左端支承16和配重块9，移除右端支承16和配重块9，以相同的方案运送和安装第三罐筒20和第四罐筒21；

在对罐筒整形时，首先用空气压缩机10对各气囊充气，气囊内置气压传感器检测气压，气压到达焊接状态气囊压力值90％时暂停充气，CCD相机组27再次采集第一罐筒18至第四罐筒21刻线位置信息反馈至计算机控制柜11，计算机控制柜11依次驱动V型辊轮架组14上辊轮13滚动，将第一罐筒18至第四罐筒21圆周向依次细调至焊接位置。空气压缩机10对第一气囊1至第四气囊7分别充气至焊接状态气囊压力，第一罐筒18至第四罐筒21整形完成。分别移开左右端支承和配重块9，将V型辊轮架组14从两端移出。CCD相机组27采集罐筒焊缝位置信息，计算机控制柜11驱动第一轴套2至第四轴套8带动第一罐筒18至第四罐筒21完成轴向对接，罐筒筒体组对接完成。

罐筒焊接前，计算机11同时控制第二伺服电机24和第三伺服电机组28转动配合，第二伺服电机24通过齿轮23带动心轴25转动，第二伺服电机24的实时转速根据焊缝圆弧细分后计算得出，第三伺服电机组28带动焊头29在十字机械臂27上沿罐筒法向移动，确保焊头29对应焊接点处焊接线速度恒定。罐筒焊接时，先同时焊接左右两端焊缝再焊接中间焊缝。

焊接完成后，心轴25旋转一周，CCD相机组26采集焊接完的焊缝外观信息，反馈至计算机进行图像对比，由计算机对不合格品进行评判并报警。

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)

1.一种粉罐车非回转罐筒自动化焊接装备，其特征在于，包括传送装置、整形装置、焊接装置、信息采集装置、控制装置及支撑装置，所述传送装置包括轨道和能够在其上移动的支撑装置，所述支撑装置包括用于在安装、整形过程中对罐筒呈支撑作用的辊轮架、辊轮以及用于对所述整形装置进行支撑的心轴，待焊接的罐筒在安装过程中套接在整形装置的外部，所述的信息采集装置包括CCD相机和气压传感器，CCD相机用于采集非回转筒节的刻线位置、焊缝位置及轴套位置信息，气压传感器用于采集防火气囊内部气压，所述控制装置用于基于所述信息采集装置采集的信息控制辊轮架带动罐筒运动至整形装置的安装位置，还用于驱动整形装置带动各罐筒完成轴向对接，还用于在焊接过程中控制心轴进行转动，所述焊接装置用于完成相邻罐筒的焊接。

2.根据权利要求1所述的粉罐车非回转罐筒自动化焊接装备，其特征在于，所述辊轮架为V型辊轮架，V型辊轮架包括V型底座及两个辊轮，V型辊轮架可沿轨道方向运动，每个V型辊轮架上至少有一个辊轮可由伺服电机驱动旋转。

3.根据权利要求1或2所述的粉罐车非回转罐筒自动化焊接装备，其特征在于，每个罐筒配置两台V型辊轮架，并且此两台V型辊轮架关于非回转罐筒中心面对称放置，所述的两台V型辊轮架的V型臂张开角度相同，非回转罐筒在V型辊轮架上安装后，罐筒上的最低点与地面距离大于零。

4.根据权利要求1所述的粉罐车非回转罐筒自动化焊接装备，其特征在于，各罐筒与对应气囊及罐筒间组对、对接时，CCD相机组采集焊缝及轴套位置信息，配合辊轮架驱动，完成粉筒罐筒与整形装置对接；同时，CCD相机组采集粉筒刻线位置，配合辊轮驱动，使非回转滚筒中心面竖直，圆周向到达焊接位置；CCD相机组也采集粉筒焊缝位置，配合轴套轴向驱动，完成罐筒轴向对接。

5.根据权利要求1所述的粉罐车非回转罐筒自动化焊接装备，其特征在于，所述整形装置包括防火气囊和与其相连的充气机构，防火气囊外轮廓根据非回转罐筒理论内表面定制，充满气后的防火气囊外轮廓和非回转罐筒过盈配合，所述防火气囊用于对非回转罐筒整形，校正薄壁非回转罐筒由于自重引起的变形，并且防火气囊充完气后，可带动罐筒转动。

6.根据权利要求1所述的粉罐车非回转罐筒自动化焊接装备，其特征在于，所述整形装置包括轴套，轴套通过定位键和心轴连接，轴套可沿心轴轴向移动，心轴通过轴承安装在支承上，心轴和支承之间设有配重块，所述支承的底部连接在轨道上。

7.根据权利要求1所述的粉罐车非回转罐筒自动化焊接装备，其特征在于，所述焊接装置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。

8.一种粉罐车非回转罐筒自动化焊接方法，包括如下步骤：

步骤1、通过吊运装置分别将各罐筒放置V型辊轮架组上，通过计算机控制V型辊轮架组将罐筒运送至对应气囊的轴向安装位置，在此过程中，通过CCD相机组采集罐筒上刻线位置信息并反馈至计算机控制柜，计算机控制柜依次驱动V型辊轮架组上辊轮滚动，将第一罐筒至第四罐筒圆周向依次粗调至焊接位置；

步骤2、用空气压缩机对各气囊充气，气囊内置气压传感器检测气压，气压到达焊接状态预设气囊压力值时暂停充气，CCD相机组再次采集第一罐筒至第四罐筒刻线位置信息反馈至计算机控制柜，计算机控制柜依次驱动V型辊轮架组上辊轮滚动，将第一罐筒至第四罐筒圆周向依次细调至焊接位置；

步骤3、空气压缩机对第一气囊至第四气囊分别充气至焊接状态气囊压力，然后移出V型辊轮架组，CCD相机组采集罐筒焊缝位置信息，计算机控制柜驱动第一轴套至第四轴套带动第一罐筒至第四罐筒完成轴向对接；

步骤4、计算机对焊缝圆弧细分，控制心轴转动，基于心轴实时转速控制以及焊头在十字机械臂上沿罐筒法向移动，保证焊头相对罐筒焊缝匀速移动完成焊接。

9.根据权利要求8所述的粉罐车非回转罐筒自动化焊接方法，其特征在于，还包括如下步骤：步骤5、CCD相机组采集焊接完的焊缝外观信息，反馈至计算机进行图像对比，由计算机对不合格品进行评判并报警。

10.根据权利要求8所述的粉罐车非回转罐筒自动化焊接方法，其特征在于，粉筒罐筒焊接时，两端焊缝同时焊接，然后焊接中间焊缝；焊接时，驱动心轴伺服电机的实时转速需根据焊缝圆弧细分后设定，焊接机的焊头在十字机械臂上沿罐筒法向移动，保证焊接点处的实时焊接线速度恒定。

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