CN113909726B - 管板焊接机头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管板焊接机头，属于换热器管板焊接技术领域。包括机头本体，机头本体具有第一端和第二端，机头本体上设有焊枪机头，机头本体的第一端设有定位环，定位环的内径大于待焊接管孔的内径，机头本体第二端连接有滑动件；滑动件具有第一端和第二端，滑动件第一端与机头本体的第二端相连接，且滑动件能够沿机头本体轴线方向移动，滑动件第二端连接驱动轴，机头本体与驱动轴同轴布置，驱动轴可围绕轴线旋转，且驱动轴自转的同时能够带动滑动件和机头本体同时转动。本发明能够避免焊枪机头与管板上焊缝相对接的时候，两者相碰撞，从而对焊枪机头造成破坏。

Description

管板焊接机头

技术领域

本发明涉及一种管板焊接机头，属于换热器管板焊接技术领域。

背景技术

在换热器、反应器的制造过程中，存在大量的管子与管板上管孔的焊接任务，在面对多达上万根的管子需要焊接到管壁上时，管板焊接的工作量巨大。

目前虽然出现了一些基于三维视觉的全自动管板焊接装备实现自动焊接，但视觉系统大多由线结构光和一个工业相机构成，通过识别管子或管孔中心的三维位置来引导焊接，具体是这种焊接设备首先通过工业相机拍摄管板表面定位每个管口的二维位置，当开始对管板上某个管孔进行焊接的时候，将焊接机头运动到指定的二维坐标下，然后通过线结构光获取管孔的Z轴坐标，再控制焊接机头沿着Z轴方向移动使得焊接机头上的焊枪机头与管孔的焊缝相对接实现焊接，但如果采集的信息出错，例如焊接头与管孔焊缝之间的距离小于获取的Z轴距离时候，如果继续向前移动，就会出现焊枪机头与焊缝相碰撞，焊枪机头就会挤压破坏。

发明内容

本发明提供了一种管板焊接机头，能够避免焊枪机头与管板上焊缝相对接的时候，两者相碰撞，从而对焊枪机头造成破坏。

本发明所述的管板焊接机头，包括机头本体，机头本体具有第一端和第二端，机头本体上设有焊枪机头，机头本体的第一端设有定位环，定位环的内径大于待焊接管孔的内径，机头本体第二端连接有滑动件；滑动件具有第一端和第二端，滑动件第一端与机头本体的第二端相连接，且滑动件能够沿机头本体轴线方向移动，滑动件第二端连接驱动轴，机头本体与驱动轴同轴布置，驱动轴可围绕轴线旋转，且驱动轴自转的同时能够带动滑动件和机头本体同时转动。

工作过程或工作原理：

所述的管板焊接机头可以安装在焊接机架上，焊接机架移动到待焊接管孔处，定位环移动接触到管板时，焊接机架停止移动，滑动件能够沿机头本体轴线方向移动，焊接机架不能及时停止时，对于焊枪机头有个缓冲，避免焊枪机头碰到管板损坏。

所述的滑动件第二端与驱动轴之间通过衔接件相连接，衔接件的第一端与滑动件第二端相连接，所述衔接件能够沿着滑动件的轴线方向移动，且衔接件与滑动件之间设有弹性件，衔接件的第二端与驱动轴相连接。

所述的衔接件的第一端和第二端端面上均具有通孔，其中衔接件第一端通孔与衔接件第二端通孔通过贯通孔相连通，滑动件第二端端面设有滑动柱，所述滑动柱依次穿过衔接件第一端通孔、贯通孔以及衔接件第二端通孔，滑动柱的端部连接限位件，限位件的内径大于贯通孔的内径，且滑动柱深入衔接件第二端通孔内的端部长度小于衔接件第二端通孔的深度。

所述的滑动件第二端端面环绕滑动柱设有调节槽，调节槽和衔接件第一端通孔内设有弹性件。

所述的机头本体的第二端嵌套在滑动件的第一端内，机头本体与滑动件的第一端通过键连接。

所述的定位环设置于机头本体第一端端面外侧。

所述的机头本体上设有支撑架，支撑架包括环状内固定架，环状内固定架用于固定连接机头本体，环状内固定架外设有环状外固定架，环状内固定架和环状外固定架之间设有滚轮，滚轮通过滚轮支架固定；环状外固定架向外延伸设有连接板，连接板通过支撑杆连接定位环。

所述的环状内固定架与环状外固定架形成第一环形槽，第一环形槽开口朝向滑动件设置，滚轮设于第一环形槽内，滑动件第一端对应第一环形槽设有第二环形槽，当滑动件沿着机头主体轴线滑动且与支撑架接触的时候，所述第一环形槽和第二环形槽能够对接。

所述的机头本体第一端的端面连接有可插入待焊接管孔的定位轴。

本发明所述的管板焊接机器人，包括焊接机架，焊接机架的端部连接所述的管板焊接机头。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过在机头本体上设置定位环与管板表面相接触，实现对焊枪机头的定位，同时，通过设置滑动件，滑动件能够在机头本体上移动，滑动件和衔接件之间设有弹簧，实现了移动缓冲，避免机头主体移动过量产生焊枪机头与焊缝相互碰撞的问题。滑动件通过衔接件连接驱动轴，驱动轴为滑动件和机头本体提供旋转动力，实现对管板上管孔焊接。

附图说明

图1：本发明的一实施例的整体结构示意图，

图2：本发明的一实施例中管板焊接机头部分结构爆炸示意图，

图3：本发明的一实施例中定位环结构示意图，

图4：本发明的一实施例中滑动件与衔接件相配合状态下剖视结构示意图，

图中：1、机头本体；2、定位环；3、滑动件；4、衔接件；5、驱动轴；6、驱动箱体；7、工业相机；8、驱动电机；9、焊枪机头；10、定位轴；11、支撑架；12、支撑杆；13、滚轮；14、圆柱销。

31、中心孔；32、滑动柱；33、限位环；34、压缩弹簧；35、调节槽；

41、前端通孔；42、后端通孔；43、贯通孔；

111、环状内固定架；112、环状外固定架；113、滚轮支架；114、连接板；115、第一环形槽；116、第二环形槽。

具体实施方式

实施例1

如图1～图4所示，本发明实施例提供了一种管板焊接机头，包括机头本体1，机头本体1具有第一端和第二端，机头本体1上设有焊枪机头9，机头本体1的第一端设有定位环2，定位环2的内径大于待焊接管孔的内径。

其中：

所述焊接机头采用市面上的焊接头，可以采用昆山日皓焊切器材有限公司的机器人内置焊枪ARH06350。

机头本体1第二端连接有滑动件3；滑动件3具有第一端和第二端，滑动件3第一端与机头本体1的第二端相连接，且滑动件3能够沿机头本体1轴线方向移动，滑动件3第二端连接驱动轴5，机头本体1与驱动轴5同轴布置，驱动轴5可围绕轴线旋转，且驱动轴5自转的同时能够带动滑动件3和机头本体1同时转动。

所述的管板焊接接头，相比于现有的焊接机头，可以通过机头本体上的第一端的定位环与管板的壁面相接触，实现Z轴方向的定位，然后通过滑动件转动带动机头本体1的上焊接机头的旋转焊接，同时滑动件能够沿着机头本体1的轴线方向移动，能够避免焊接机头Z轴定位不准确，向前移动过多碰坏焊接机头。

所述定位环2的直径要大于管板上需要焊接管孔的直径。

所述定位环2的直径要大于管板上需要焊接管孔的直径。

进一步地，滑动件3第二端与驱动轴5之间通过衔接件4相连接，衔接件4的第一端与滑动件3第二端相连接，所述衔接件4能够沿着滑动件3的轴线方向移动，且衔接件4与滑动件3之间设有弹性件，衔接件4的第二端与驱动轴5相连接。所述衔接件4能够将驱动轴的转动传递给滑动件3进而转换成机头本体1的自转，同时所述衔接件4也能够沿着滑动件的轴线方向移动。

如图4所示，在实施例衔接件4的第二段的与驱动轴的端部可以通过法兰连接来传递扭矩。

衔接件4的第一端和第二端端面上均具有通孔，其中衔接件4第一端通孔与衔接件4第二端通孔通过贯通孔相连通，滑动件3第二端端面设有滑动柱32，所述滑动柱32依次穿过衔接件4第一端通孔、贯通孔以及衔接件4第二端通孔，滑动柱32的端部连接限位件，限位件的内径大于贯通孔的内径，且滑动柱32深入衔接件4第二端通孔内的端部长度小于衔接件4第二端通孔的深度。

所述滑动件的第二端的端面的中心向后延伸形成一个滑动柱32，所述滑动柱32可以直接插在所述衔接件4内。在本实施例中的衔接件4的前端和后端的表面均设有通孔，其中衔接件4第一端通孔为前端通孔41，衔接件第二端通孔为后端通孔42，前端通孔41和后端通孔42之间通过贯通孔43相连通，衔接件的前端面通孔和后端面的通孔内径大于滑动件端部形成的滑动柱直径，贯通孔的直径等于滑动柱32的直径，这样滑动件3上的滑动柱32可以直接插在衔接件4的前端通孔和后端端面的通孔内，同时滑动柱的端部连接有限位环33，限位环33外径大于贯通孔43内径，通过限位环33将其限制在衔接件4内，避免滑出。

本实施例中滑动柱32的端部是插在衔接件的后端通孔42内的，且插入的长度要远远小于衔接件后端的通孔的深度，也就是说，滑动柱32插入后端通孔42内的长度，小于后端通孔长度，为所述滑动柱在衔接件内的滑动提供空间。

滑动件3第二端端面环绕滑动柱32设有调节槽35，调节槽35和衔接件4第一端通孔内设有弹性件。调节槽具有一定的深度，弹性件可以为压缩弹簧34，在另外一些实施例中的所述压缩弹簧34也可以更换成其它类型的弹性件，比如阻尼件等。

所述压缩弹簧一端与调节槽的底部相接触，压缩弹簧另一端与衔接件4前端通孔相连通，压缩弹簧另一端可以与衔接件4的前端通孔的底部留有一定距离，衔接件不仅能够沿着滑动件轴线方向移动，而且，能够通过压缩弹簧34实现衔接件4对滑动件3的缓冲。

机头本体1的第二端嵌套在滑动件3的第一端内，机头本体1与滑动件3的第一端通过键连接。

具体地，如图4所示，所述滑动件3整体为柱状体，滑动件的两端直径并不相同，滑动件第一端的端面开设中心孔31，机头本体对应设于中心孔内，中心孔并不贯穿机头本体，对应中心孔，滑动件壁面上设有与中心孔相连通的线孔，中心孔可以用于布置送丝管、电路等，极大的节省了占用空间。

定位环2设置于机头本体1第一端端面外侧。

具体地，如图2所示，考虑到现有的管板上会有一些管孔处的管子延伸出来，所以在本实施中所述定位环设置在机头本体1的外侧，也就是远离机头本体1第一端的一侧，定位环2的圆心与机头本体1第一端的端面中心之间有一定距离，这样就避免突出的管子端部与焊枪机头相碰撞，从而破坏焊枪机头。

机头本体1上设有支撑架11，支撑架11包括环状内固定架111，环状内固定架111用于固定连接机头本体1，环状内固定架111外设有环状外固定架112，环状内固定架111和环状外固定架112之间设有滚轮13，滚轮13通过滚轮支架113固定；环状外固定架112向外延伸设有连接板114，连接板114通过支撑杆12连接定位环2。

具体地，连接板可以布置多个，可以环绕环状外固定架的圆心呈中心对称布置，通常地，连接板可以沿环状外固定架布置两个，两个连接板的两端通过支撑杆12与定位环相连接，例如，可以在连接板和定位环上分别设置对应的安装孔，在安装支撑杆的时候，可以将支撑杆的两端分别插在定位环和支撑架上的安装孔上，这样就实现了定位环的快速安装。

环状内固定架111与环状外固定架112形成第一环形槽115，第一环形槽115开口朝向滑动件3设置，滚轮13设于第一环形槽115内，滑动件3第一端对应第一环形槽115设有第二环形槽116，当滑动件3沿着机头本体1轴线滑动且与支撑架11接触的时候，所述第一环形槽115和第二环形槽116能够对接。当所述滑动件向前滑动与支撑架相接触的时候，第二环形槽可以与第一环形槽相对接，然后滑动件在进行自转的时候，所述滑动件相对支撑架转动。

机头本体1第一端的端面连接有可插入待焊接管孔的定位轴10。所述定位轴10的轴线与机头本体1的轴线相重合，通过机头本体1上的焊枪机头对焊缝进行焊接的时候，可以预先将定位轴10插入到管板上的管孔中，能够为焊枪机头在焊接过程之中提供支撑，保证了焊接过程的平稳。

如图2所示，所述定位轴10通过圆柱销14连接在机头本体1上，当然也可以通过其它的方式进行固定，比如与机头本体1直接通过螺纹连接等其它可拆卸的方式连接，或者直接焊接固定在机头连接体上。

优选地，在本实施例中的所述定位轴10的内径与待焊接管子的内径相同，且定位中心轴的前端带有倒角，这样便于将定位中心轴穿过所述待焊接管子的内部。

如图1所示，在本实例中的所述驱动轴5可以设置在一个驱动箱体6内，所述驱动箱体6的两端内部各设有一个支撑轴承，所述驱动轴设置在这两个支撑轴承上，在所述驱动箱体6的顶部可以分别设置一个工业相机7和驱动电机8，其中驱动电机8与驱动轴5通过传动带相连接，这样就实现了驱动轴的转动。

所述工业相机7可以设置在驱动箱体6的前方，主要是用来对管板上管子的端面进行拍照，然后通过灰度处理，滤波处理，阈值化处理，Canny边缘检测算法处理，最后经过霍夫圆变换，得到管子端面中心在像素坐标系下的二维坐标值，并通过相机模型转化成管子端面中心在世界坐标系下的二维坐标值。

下面详细说明一下管板焊接机头的使用方法：在使用时，将本发明装置安装在焊接机架或工业机器人上，通过工业相机对管板上的管子端面拍照，通过灰度处理，滤波处理，阈值化处理，Canny边缘检测算法处理，最后在经过霍夫圆变换，得到管子端面中心在像素坐标系下的二维坐标值，并通过相机模型转化成管子端面中心在世界坐标系下的二维坐标值，将此坐标值同定位中心轴在世界坐标系下的坐标值作差，将差值传输给控制器，控制器控制焊接机架或工业机器人使管板焊接机头移动，直至差值小于精度要求，然后通过焊机或工业机器人来使管板焊接机头沿定位中心轴的轴线方向靠近管壁方向移动预先设定的距离，当定位环接触管壁时停止移动，进而焊枪机头停止轴向移动，焊枪机头停止在焊缝所在平面。如果该焊枪机头整体不能及时停止，滑动件能够沿着机头本体1向前移动，通过衔接件能够随着滑动件移动进而压缩弹簧，在此过程中焊枪机头则不会继续运动，当停止向前移动之后，焊枪机头在驱动轴的带动下做绕机头本体中心轴线的圆周运动实现对焊缝的焊接。

本发明实施例提供的管板焊接机器人，包括焊接机架，焊接机架的端部连接所述的管板焊接机头。

所述焊接机器人可以包括焊接机架，所述焊接机架能够分别在X轴、Y轴以及Z轴方向上移动。

焊接机架在X轴、Y轴和Z轴方向的移动，可以通过气缸、电缸或丝杠实现。

上述实施例提供的管板焊接机头可以直接固定在焊接机架上，这样可以直接通过焊接机头上工业相机预先拍摄管板的整个管板的图像，形成一个世界坐标系下的二维坐标值，当给某个管板上的管孔的焊缝进行焊接的时候，可以预先通过控制焊接机架在X、Y坐标下运动到指定位置上，然后再控制焊接机架沿着Z轴方向上移动，当焊接机头上的定位环与管板的表面相接触的时候，焊接。

需要说明的就是，可以在焊机机架上设置控制器，通过所述控制器来控制焊接机架的三维运动。控制器可以采用研华PCI-1240U运动控制卡。

与此同时，可以在本实施例中管板焊接机头的用来固定定位环的支撑架上安装限位开关或者传感器，所述滑动件上设有与所述限位开关或者传感器相接触的触碰器，当滑动件上的第二环形槽与支撑架上的第一环形槽相对接的时候，所述触碰器与限位开关或者传感器相触碰，然后通过焊接机架上的控制器给管板焊接机头一个停止的信号，如果停止不及时，也可以通过衔接件能够相对滑动件移动来避免对滑动件的冲击，避免焊枪机头受到损坏。限位开关可以采用HRO韩荣K5-1670DA-01限位开关。

本发明中对结构的方向以及相对位置关系的描述，如前后左右上下的描述，不构成对本发明的限制，仅为描述方便。

Claims (6)

1.一种管板焊接机头，其特征在于，包括机头本体（1），

机头本体（1）具有第一端和第二端，机头本体（1）上设有焊枪机头（9），机头本体（1）的第一端设有定位环（2），定位环（2）的内径大于待焊接管孔的内径，机头本体（1）第二端连接有滑动件（3）；

滑动件（3）具有第一端和第二端，滑动件（3）第一端与机头本体（1）的第二端相连接，且滑动件（3）能够沿机头本体（1）轴线方向移动，滑动件（3）第二端连接驱动轴（5），机头本体（1）与驱动轴（5）同轴布置，驱动轴（5）可围绕轴线旋转，且驱动轴（5）自转的同时能够带动滑动件（3）和机头本体（1）同时转动；

滑动件（3）第二端与驱动轴（5）之间通过衔接件（4）相连接，衔接件（4）的第一端与滑动件（3）第二端相连接，所述衔接件（4）能够沿着滑动件（3）的轴线方向移动，且衔接件（4）与滑动件（3）之间设有弹性件，衔接件（4）的第二端与驱动轴（5）相连接；

衔接件（4）的第一端和第二端端面上均具有通孔，其中衔接件（4）第一端通孔与衔接件（4）第二端通孔通过贯通孔（43）相连通，滑动件（3）第二端端面设有滑动柱（32），所述滑动柱（32）依次穿过衔接件（4）第一端通孔、贯通孔（43）以及衔接件（4）第二端通孔，滑动柱（32）的端部连接限位件，限位件的内径大于贯通孔的内径，且滑动柱（32）深入衔接件（4）第二端通孔内的端部长度小于衔接件（4）第二端通孔的深度；

滑动件（3）第二端端面环绕滑动柱（32）设有调节槽（35），调节槽（35）和衔接件（4）第一端通孔内设有弹性件。

2.根据权利要求1所述一种管板焊接机头，其特征在于，机头本体（1）的第二端嵌套在滑动件（3）的第一端内，机头本体（1）与滑动件（3）的第一端通过键连接。

3.根据权利要求1或2所述一种管板焊接机头，其特征在于，定位环（2）设置于机头本体（1）第一端端面外侧。

4.根据权利要求3所述一种管板焊接机头，其特征在于，机头本体（1）上设有支撑架（11），支撑架（11）包括环状内固定架（111），环状内固定架（111）用于固定连接机头本体（1），环状内固定架（111）外设有环状外固定架（112），环状内固定架（111）和环状外固定架（112）之间设有滚轮（13），滚轮（13）通过滚轮支架（113）固定；环状外固定架（112）向外延伸设有连接板（114），连接板（114）通过支撑杆（12）连接定位环（2）。

5.根据权利要求4所述一种管板焊接机头，其特征在于，环状内固定架（111）与环状外固定架（112）形成第一环形槽（115），第一环形槽（115）开口朝向滑动件（3）设置，滚轮（13）设于第一环形槽（115）内，滑动件（3）第一端对应第一环形槽（115）设有第二环形槽（116），当滑动件（3）沿着机头本体（1）轴线滑动且与支撑架（11）接触的时候，所述第一环形槽（115）和第二环形槽（116）能够对接。

6.根据权利要求4所述一种管板焊接机头，其特征在于，机头本体（1）第一端的端面连接有可插入待焊接管孔的定位轴（10）。

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