CN113909897B - 箱型钢柱内支撑件的焊接装置及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种箱型钢柱内支撑件的焊接装置，其包括机头部分、待料部分和输送部分；机头部分包括机械手、对中机构、控制机构、底座和万向轮；机械手、对中机构置于底座上；待料部分包括待料机构、废料斗、切割机和驱动轮；待料机构与底座连接；废料斗置于待料机构下方；切割机设置在待料机构的进料侧上方；切割机下方设置有夹送辊；输送部分包括剪叉式伸缩机构和输送辊道；剪叉式伸缩机构置于夹送辊后，输送辊道置于剪叉式伸缩机构上。本发明还提供一种箱型钢柱内支撑件的焊接方法。本发明能提高焊接质量，降低焊接人员的劳动强度，确保焊接人员安全。

Description

箱型钢柱内支撑件的焊接装置及焊接方法

技术领域

本发明属于钢结构焊接技术领域，具体涉及一种箱型钢柱内支撑件的焊接装置及焊接方法。

背景技术

为了降低建造成本，一些工业建筑开始使用内灌混凝土的箱型钢柱代替混凝土柱和纯钢结构柱。为确保箱型钢柱的强度和结构安全，需要在箱型钢柱里焊接支撑件。目前，常用的做法是：先用钢板制作成方形柱，然后在方形柱其中一个截面竖向均匀分布焊接2到3根角钢，然后再间隔一定距离的另一个截面横向均匀分布焊接2到3根角钢，再然后间隔一定距离焊接竖向角钢，如此往复，形成纵横交替的支撑体系。在支撑体系的焊接过程中，需要不断变换焊接点和焊接方向。这种支撑体系的焊接主要由焊接人员带着切割好的支撑件进入箱型钢柱内进行，边焊边退。这种方式不仅劳动强度大、存在安全隐患，而且焊接产生的有毒气体会对焊接人员的身体健康带来伤害。

虽然市场上有很多适用于小空间的焊接机器人，但都需要铺设固定的轨道，且焊接一根角钢后需要焊接机器人走到空间外抓取角钢后，再定位到需要焊接的位置施焊。采用这种方式不仅需要铺设轨道增加施工难度，而且施工效率低，施工成本也大大增加。

而且，箱型钢柱柱体在制作时，由于各种原因很难保证其内部尺寸是绝对的长方体，根据设计图切割出来的支撑件尺寸可能会由于过长或过短而影响焊接质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种箱型钢柱内支撑件的焊接装置及焊接方法，该焊接装置和焊接方法能提高焊接质量，降低焊接人员的劳动强度，确保焊接人员安全。

本发明所采用的技术方案是：

一种箱型钢柱内支撑件的焊接装置，其包括机头部分、待料部分和输送部分；

所述机头部分包括机械手、对中机构、控制机构、底座和万向轮；所述机械手、对中机构置于底座上；所述控制机构置于底座内，用于控制对中机构、机械手工作；所述万向轮置于底座下；

所述待料部分包括待料机构、废料斗、切割机、夹送辊和驱动轮；所述待料机构与底座连接，置于底座旁；所述废料斗置于待料机构下方；所述切割机设置在待料机构的进料侧上方；所述切割机下方旁边设置有夹送辊；所述控制机构控制切割机、夹送辊工作；所述驱动轮安设在废料斗下方；

所述输送部分包括剪叉式伸缩机构和输送辊道；所述剪叉式伸缩机构置于夹送辊后，所述输送辊道置于剪叉式伸缩机构上。

按上述方案，所述对中机构至少由2套相同的气压杆件组成；所述气压杆件的中间为气缸，两端为活塞；气缸与气源连接；活塞上设有均压弹簧，均压弹簧的一端与活塞连接，均压弹簧的另一端与气缸连接；在活塞的端部设有导向轮。

按上述方案，所述底座前部设有用于测量箱型钢柱内部的高度和宽度的测距仪，所述测距仪将测量的数据传递给控制机构。

按上述方案，所述待料机构包括待料板、调节丝杆和调节板，所述待料板的中间开有废料口；所述调节丝杆置于待料板上；所述调节板有两个，沿焊接件运动方向对称设置，分别与待料板上的调节丝杆连接。

按上述方案，所述机械手包括焊接手臂和取料手臂，分别用于取料和焊接。所述待料板上设有侧板，设置侧板是为了避免角钢在调节中心点的位置时发生翻转或位移，保证抓取精度。

按上述方案，所述废料斗为顶部有开口的容器，开口与待料机构的废料口位置对应。

按上述方案，所述夹送辊具有测量功能，其包括上夹辊和下夹辊，所述上夹辊为圆柱形，下夹辊为T型。

按上述方案，所述输送辊道由输送辊和挡板组成，所述挡板置于输送辊上方；所述输送辊为T型，规格与夹送辊的下夹辊相同。

按上述方案，所述挡板呈L型，其一端与输送辊连接。

本发明中，控制机构用于提供动力和控制整个装置的运行，以及控制对中机构中气缸的气压。

本发明还提供一种采用上述箱型钢柱内支撑件的焊接装置进行箱型钢柱内支撑件焊接的方法，所述方法包括如下步骤：

1)、将箱型钢柱内支撑件的焊接装置装于箱型钢柱的端口并将机头部分置于箱型钢柱内部，且伸缩机构处于收缩状态；

2)、打开气源，让机头部分自动找正，对机械手进行编程示教，后减小气源压力，保证焊接装置向前运动时不影响焊接装置的中心线；

3)、使焊接装置运动到箱型钢柱的第一个焊接点，伸缩机构伸展；加大气压，固定焊接装置，使焊接装置进入焊接状态，同时测量箱型钢柱的竖向高度，开启输送辊和夹送辊；将支撑材料送入输送辊后，输送辊将材料送至夹送辊；

4)、夹送辊和切割机依据测量的高度尺寸测量支撑材料长度，切割出所需支撑件，将切割好的支撑件送入待料机构中，待料板在调节丝杆的作用下相向运动，保证支撑件的中点处于同一位置；如果支撑材料的长度不满足支撑件的长度要求，则从废料口自动落入废料斗中，以便回收；

5)、取料手臂抓取支撑件的中点并送至焊接位置，由焊接手臂完成焊接，重复切割、焊接至同一截面的支撑件焊接完成；

6)、减小气缸压力，使焊接装置按设定后退至第二焊接点，加大气压，测量箱型钢柱的横向宽度，并依据测量的宽度切割出所需的支撑件；

7)、取料手臂抓取支撑件的中点并送至焊接位置，由焊接手臂完成焊接，重复切割、焊接至同一平面的支撑件焊接完成；

8)、后退至下一个焊接点，重复交替焊接竖向和横向支撑件，直至焊接工作完成。

本发明的有益效果在于：

通过对中机构进行定位，通过剪叉型结构的伸缩机构将支撑材料输送到待料机构，通过夹送辊和切割机计量并切割成所需长度，通过焊接手臂和取料手臂的配合，完成箱型钢柱内支撑件的自动输送、切割和焊接，提高焊接的安全性和效率；

在机头部分设置有对中机构并配有万向轮，根据气缸两端压强相等的原理，使装置的中心线始终与箱型钢柱的中心线平行，确保了焊接质量；测距仪能测量箱型钢柱内部实际尺寸，依据实际尺寸，通过夹送辊的测量和切割机的配合，切割的支撑件能确保满足焊接要求，保证焊接质量；

待料机构中的调节板能让支撑件的中点始终处于同一位置，使得取料手臂始终在同一位置抓取支撑件，保证了焊接质量，同时由于机械手取料和焊接的位置相对于焊接装置来说没有变化，大大减小了机械手编程的难度和工作量；

本发明设置有待料机构和废料斗，能自动筛选不合要求的支撑件并进行收集，提高了焊接效率，也节约了材料；

本发明中的输送辊道和夹送辊均为T型，输送辊上设有挡板，能保证支撑材料在输送过程中不会倾翻，且确保支撑材料的运动方向沿焊接装置的中心线运行，确保了材料切割的精度，提高焊接质量；

本发明设置有伸缩机构，在装置退焊交替的过程中，能不停地给装置输送支撑材料，节约了现有机器人往返取料的时间，提高了焊接效率；

焊接人员无需进入箱型钢柱内，减小了工作强度，保障了焊接人员的身体健康；

底座下部装有万向轮，配合对中机构对中，在焊接装置运行或对中时，可减小焊接装置的侧向阻力；

待料板为“L”型的中空结构，用于存放焊接件，中间孔为废料口；驱动轮安装在废料斗底部，为整个装置的行走提供动力；

测距仪，用于测量箱型钢柱内部的高度和宽度，为切割支撑材料提供长度依据。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是箱型钢柱内支撑件的焊接装置的结构示意图；

图2是箱型钢柱内支撑件的焊接装置的俯视结构示意图；

图3是对中机构的结构示意图；

图4是待料板和调节丝杆的连接结构示意图；

图5是待料板、调节丝杆、调节板的结构示意图；

图6是调节板的安设示意图；

图7是夹送辊的结构示意图；

图8是夹送辊的侧视示意图；

图9是下夹辊的结构示意图；

图10是输送辊和挡板的连接结构示意图；

图11是输送辊和挡板侧视示意图；

图12输送辊和挡板的俯视示意图；

图中：1、机械手，1.1、取料手臂，1.2、焊接手臂，2、待料机构，3、切割机，4、夹送辊，4.1、上夹辊，4.2、下夹棍，5、输送辊道，6、剪叉式伸缩机构，7、对中机构，8、测距仪，9、控制机构，10、万向轮，11、废料斗，12、驱动轮，13、行走轮，14、导向轮，15、均压弹簧，16、气缸，17、待料板，18、调节丝杆，19、调节板，20、废料口，21、输送辊，22、挡板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1-图12，一种箱型钢柱内支撑件的焊接装置，其包括机头部分、待料部分和输送部分。

机头部分包括机械手1、对中机构7、控制机构9、底座和万向轮10。机械手1包括焊接手臂1.2和取料手臂1.1，分别用于取料和焊接。机械手1、对中机构7置于底座上；控制机构9置于底座内，用于控制对中机构7、机械手1工作；万向轮10置于底座下。在较佳实施例中，对中机构7至少由2套相同的气压杆件组成；每套气压杆件的中间为气缸16，两端为活塞；气缸16与气源连接；活塞上设有规格一样的均压弹簧15，使气压杆件两端的受力始终保持平等，均压弹簧15的一端与活塞连接，另一端与气缸16连接；在活塞的端部设有导向轮14，用于减小对中过程中的阻力。对中机构7的气缸充气时，对称的导向轮向外伸出，顶住箱型钢柱侧面，由于左右对称，使得整个装置的中心线与箱型钢柱的中心线平行，为焊接提供稳定的基准点，保证焊接位置的对位精度和焊接质量，减小机械手编程的难度和工作量，当气缸泄气时，导向轮由均压弹簧收回。底座前部设有用于测量箱型钢柱内部的高度和宽度的测距仪8，测距仪8将测量的数据传递给控制机构。

待料部分包括待料机构2、废料斗11、切割机3和驱动轮12。待料机构2与底座连接，置于底座旁；废料斗11置于待料机构下方；切割机3设置在待料机构2的进料侧上方；切割机3下方旁边设置有夹送辊4。夹送辊4具有测量功能，其包括上夹辊4.1和下夹辊4.2，上夹辊4.1为圆柱形，下夹辊4.2为T型，能保持材料运动方向，在方便切割的同时，测量材料的长度。控制机构9控制切割机3、夹送辊4工作；驱动轮12安装在废料斗11底部，为整个装置的行走提供动力。废料斗11为顶部有开口的容器，开口与待料机构的废料口20位置对应，当材料长度不满足焊接要求时，由此口落入废料斗，废料斗设置在取料机构的下方，用于回收不满足焊接条件的材料。在较佳实施例中，待料机构2包括待料板17、调节丝杆18和调节板19；待料板17用于存放焊接件，其上设有废料口；调节板19有两个，沿焊接件运动方向对称设置，分别与待料板上的调节丝杆18连接，通过调节丝杆18使两端对称的调节板19相向运动，使切割好的支撑件的中点始终保持不变，便于取料手臂1.1抓取时不改变抓取坐标。

输送部分包括剪叉式伸缩机构6和均匀分布的若干输送辊道5；剪叉式伸缩机构6置于夹送辊4后，输送辊道5置于剪叉式伸缩机构6上，剪叉式伸缩机构6可随着装置的移动而伸缩且不影响材料的输送。输送辊道5由输送辊21和挡板22组成，挡板22呈L型，其一端与输送辊21连接；输送辊21为T型，规格与夹送辊4的下夹辊4.2相同。输送辊道5用于将支撑件材料送至箱型钢柱内部，挡板22用于限制材料的运动方向且使材料不会倾翻，保证材料沿装置的中心线运行；剪叉式伸缩机构6下部装有行走轮13。

在另一个实施例中，在待料板17上设有侧板，形成L形结构或T形结构，侧板是为了使待焊接角钢的一侧靠住侧板，避免焊接件(焊接角钢)在调节中心点位置时发生翻转或位移，保证抓取精度。

本发明中，控制机构用于提供动力和控制整个装置的运行，以及控制对中机构中气缸的气压。

本发明还提供一种采用上述箱型钢柱内支撑件的焊接装置进行箱型钢柱内支撑件焊接的方法，所述方法包括如下步骤：

1)、将箱型钢柱内支撑件的焊接装置装于箱型钢柱的端口并将机头部分置于箱型钢柱内部，且伸缩机构处于收缩状态；

2)、打开气源，让机头部分自动找正，对机械手进行编程示教，后减小气源压力，保证焊接装置向前运动时不影响焊接装置的中心线；

3)、使焊接装置运动到箱型钢柱的第一个焊接点，伸缩机构伸展；加大气压，固定焊接装置，使焊接装置进入焊接状态，同时测量箱型钢柱的竖向高度，开启输送辊和夹送辊；将支撑材料送入输送辊后，输送辊将材料送至夹送辊；

4)、夹送辊和切割机依据测量的高度尺寸测量支撑材料长度，切割出所需支撑件，将切割好的支撑件送入待料机构中，待料板在调节丝杆的作用下相向运动，保证支撑件的中点处于同一位置；如果支撑材料的长度不满足支撑件的长度要求，则从废料口自动落入废料斗中，以便回收；

5)、取料手臂抓取支撑件的中点并送至焊接位置，由焊接手臂完成焊接，重复切割、焊接至同一截面的支撑件焊接完成；

6)、减小气缸压力，使焊接装置按设定后退至第二焊接点，加大气压，测量箱型钢柱的横向宽度，并依据测量的宽度切割出所需的支撑件；

7)、取料手臂抓取支撑件的中点并送至焊接位置，由焊接手臂完成焊接，重复切割、焊接至同一平面的支撑件焊接完成；

8)、后退至下一个焊接点，重复交替焊接竖向和横向支撑件，直至焊接工作完成。

该方法中，竖向和横向没有绝对顺序，本实施例只是为了表述方便。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种箱型钢柱内支撑件的焊接方法，其特征在于：所述方法采用箱型钢柱内支撑件的焊接装置；

所述箱型钢柱内支撑件的焊接装置包括机头部分、待料部分和输送部分；

所述机头部分包括机械手、对中机构、控制机构、底座和万向轮；所述机械手、对中机构置于底座上；所述控制机构置于底座内，用于控制对中机构、机械手工作；所述万向轮置于底座下；所述对中机构至少由2套相同的气压杆件组成；所述气压杆件的中间为气缸，两端为活塞；气缸与气源连接；活塞上设有均压弹簧，均压弹簧的一端与活塞连接，另一端与气缸连接；在活塞的端部设有导向轮；所述底座前部设有用于测量箱型钢柱内部的高度和宽度的测距仪，所述测距仪将测量的数据传递给控制机构；

所述待料部分包括待料机构、废料斗、切割机、夹送辊和驱动轮；所述待料机构与底座连接，置于底座旁：所述待料机构包括待料板、调节丝杆和调节板，所述待料板上设有废料口；所述调节丝杆置于待料板上；所述调节板有两个，沿焊接件运动方向对称设置，调节板分别与待料板上的调节丝杆连接；所述废料斗置于待料机构下方；所述切割机设置在待料机构的进料侧上方；所述切割机下方旁边设置有具有测量功能的夹送辊；所述控制机构控制切割机、夹送辊工作；所述驱动轮安设在废料斗下方；

所述输送部分包括剪叉式伸缩机构和输送辊道；所述剪叉式伸缩机构置于夹送辊后，所述输送辊道置于剪叉式伸缩机构上；

所述方法包括如下步骤：

1)、将箱型钢柱内支撑件的焊接装置装于箱型钢柱的端口并将机头部分置于箱型钢柱内部，且伸缩机构处于收缩状态；

2)、打开气源，让机头部分自动找正，对机械手进行编程示教，后减小气源压力，保证焊接装置向前运动时不影响焊接装置的中心线；

3)、使焊接装置运动到箱型钢柱的第一个焊接点，伸缩机构伸展；加大气压，固定焊接装置，使焊接装置进入焊接状态，同时测量箱型钢柱的竖向高度，开启输送辊和夹送辊；将支撑材料送入输送辊后，输送辊将材料送至夹送辊；

4)、夹送辊和切割机依据测量的高度尺寸测量支撑材料长度，切割出所需支撑件，将切割好的支撑件送入待料机构中，待料板在调节丝杆的作用下相向运动，保证支撑件的中点处于同一位置；如果支撑材料的长度不满足支撑件的长度要求，则从废料口自动落入废料斗中，以便回收；

5)、取料手臂抓取支撑件的中点并送至焊接位置，由焊接手臂完成焊接，重复切割、焊接至同一截面的支撑件焊接完成；

6)、减小气缸压力，使焊接装置按设定后退至第二焊接点，加大气压，测量箱型钢柱的横向宽度，并依据测量的宽度切割出所需的支撑件；

7)、取料手臂抓取支撑件的中点并送至焊接位置，由焊接手臂完成焊接，重复切割、焊接至同一平面的支撑件焊接完成；

8)、后退至下一个焊接点，重复交替焊接竖向和横向支撑件，直至焊接工作完成。

2.根据权利要求1所述的箱型钢柱内支撑件的焊接方法，其特征在于：机械手包括焊接手臂和取料手臂；所述待料板上设有侧板。

3.根据权利要求1所述的箱型钢柱内支撑件的焊接方法，其特征在于：所述废料斗为顶部有开口的容器，该开口与待料机构的废料口位置对应。

4.根据权利要求1所述的箱型钢柱内支撑件的焊接方法，其特征在于：所述夹送辊具有测量功能，其包括上夹辊和下夹辊，所述上夹辊为圆柱形，下夹辊为T型。

5.根据权利要求1所述的箱型钢柱内支撑件的焊接方法，其特征在于：所述输送辊道由输送辊和挡板组成，所述挡板置于输送辊上方；所述输送辊为T型，规格与夹送辊的下夹辊相同。

6.根据权利要求5所述的箱型钢柱内支撑件的焊接方法，其特征在于：所述挡板呈L型，其一端与输送辊连接。

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