CN114012327A - 一种中大型法兰类柔性焊接装置及焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种中大型法兰类柔性焊接装置，包括相互配合实现定位的径向定位组件和旋转驱动组件，在所述径向定位组件与旋转驱动组件之间设置有激光测距仪，在所述径向定位组件的一侧设置有机器人焊接系统；所述径向定位组件包括结构相同的固定端和移动端，所述移动端穿过固定的丝杆Ⅰ并沿所述丝杆Ⅰ移动实现与所述固定端之间距离的调节；所述旋转驱动组件包括升降机构和驱动法兰回转的回转机构，所述回转机构上设置有固定法兰的滑轨套件。本发明还提供了一种中大型法兰类柔性焊接方法，便于准确定位，提高了设备的使用寿命及安全可靠性。

Description

一种中大型法兰类柔性焊接装置及焊接方法
技术领域
本发明涉及法兰焊接技术领域，具体涉及一种中大型法兰类柔性焊接装置及焊接方法。
背景技术
传统大型法兰类零件旋转进给方式有两种，一种是使用动力辊筒摩擦驱动工件进行回转，一种是使用卡盘抱紧法兰驱动工件回转。零件法兰与动力滚筒之间的摩擦力系数随着工件材料、表面粗糙度及工件表面油脂附情况存在着较大的波动。因此，当使用动力辊筒驱动流量计法兰做圆周运动时，工件在旋转时存在着不同程度的打滑现象，致使实际进给行程小于理论进给行程，严重影响焊接质量。
而使用卡盘抱紧法兰驱动工件回转时，工件重力直接作用于卡盘上，定位与夹紧同时靠卡盘实现，因此驱动机构的整体较为笨重，且上件过程较为繁琐。同时，卡盘的变径行程相对有限，难以适应法兰直径差异较大条件下的柔性化焊接生产。
为了克服上述两种旋转进给方式存在的缺陷，考虑直接在端面上强制驱动工件回转，但是对于大口径的法兰产品，其最小通径为600mm，最大通径规格尺寸为2400mm，因加工成本的限制，其端面法兰圆度公差一般不小于2mm，随着工件的旋转，工件的中心在逐渐发生偏移，假设直接在端面上强制驱动工件回转需克服工件的重力做功，焊接定位困难。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述问题，提供一种中大型法兰类柔性焊接装置及焊接方法，便于准确定位，提高了设备的使用寿命及安全可靠性。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案实现的：
一种中大型法兰类柔性焊接装置，包括相互配合实现定位的径向定位组件和旋转驱动组件，在所述径向定位组件与旋转驱动组件之间设置有激光测距仪，在所述径向定位组件的一侧设置有机器人焊接系统；所述径向定位组件包括结构相同的固定端和移动端，所述移动端穿过固定的丝杆Ⅰ并沿所述丝杆Ⅰ移动实现与所述固定端之间距离的调节；所述旋转驱动组件包括升降机构和驱动法兰回转的回转机构，所述回转机构上设置有固定法兰的滑轨套件；还包括连接所述径向定位组件、旋转驱动组件、机器人焊接系统和激光测距仪的控制系统。
进一步的，所述固定端包括底座，所述底座顶端平行设置有两根导轨，两个支撑机构平行横跨在两根导轨上并沿导轨滑动实现两个支撑机构之间距离的调节。
进一步的，所述支撑机构包括底部与所述导轨配合的支撑座和无动力辊筒，所述支撑座上部设置有卡圈，所述卡圈有两个，分别套装在所述无动力辊筒的两端。
进一步的，所述移动端底部两侧平行设置有与移动端底部相配合的滑块导轨Ⅰ。
进一步的，所述回转机构通过底座连接板连接在所述升降机构上，所述底座连接板与升降机构连接的面上配合设置有滑轨机构，在所述底座连接板与回转机构连接的一面设置有伺服电机Ⅰ和减速器Ⅰ。
进一步的，所述回转机构包括回转驱动机构和滑轨套件，所述回转驱动机构包括伺服电机Ⅱ、减速器Ⅱ、主动齿轮和从动齿轮，所述伺服电机Ⅱ通过减速器Ⅱ连接所述主动齿轮，所述从动齿轮连接所述滑轨套件，并在所述主动齿轮的带动下带动滑轨套件回转。
进一步的，所述滑轨套件包括固定在所述从动齿轮上的滑块导轨Ⅱ，所述滑块导轨Ⅱ中部下方设置有伺服电机Ⅲ和减速器Ⅲ，且在所述减速器Ⅲ两端平行于所述滑块导轨Ⅱ分别设置有丝杆Ⅱ与丝杆Ⅲ，分别穿过所述丝杆Ⅱ与丝杆Ⅲ的滑座Ⅰ与滑座Ⅱ在所述滑块导轨Ⅱ上滑动；所述滑座Ⅰ与滑座Ⅱ上设置有用于固定法兰的定位销。
进一步的，所述滑座Ⅰ与滑座Ⅱ的前端设置有气缸，所述定位销设置于所述气缸的活动端。
进一步的，所述激光测距仪设置于所述滑座Ⅰ或滑座Ⅱ的下方。
进一步的，所述滑轨套件与回转驱动机构通过回转连接板进行连接，所述回转连接板一面固定于所述从动齿轮上，另一面固定有所述滑块导轨Ⅱ与减速器Ⅲ。
进一步的，所述机器人焊接系统为六轴机器人焊接系统。
一种中大型法兰类柔性焊接方法，包括以下步骤：根据待焊接的法兰的型号调取控制系统中的程序，启动程序，使径向定位组件、升降机构、回转机构运动至与待焊接法兰匹配的位置；将法兰吊装至径向定位组件的无动力辊筒上，旋转回转驱动机构、调节气缸使定位销与法兰柔性接合；激光测距仪测量当前轴向偏差并将偏差上传至控制系统；旋转回转驱动机构输出扭力，带动法兰开始旋转，控制系统控制机器人焊接系统根据轴向偏差实现焊缝位置的寻找及焊接。
本发明一种中大型法兰类柔性焊接装置及焊接方法与现有技术相比具有以下有益技术效果：本发明使用激光测距仪解决了中大型法兰在焊接时定位困难的问题。上件时，将焊接工件放置到径向定位组件上初步定位后，系统将打开激光测距仪测量中大型法兰的实际位置；其测量值与理论位置尺寸进行比对后，系统将差值反馈给六轴机器人焊接系统。机器人实施焊接时，根据测量反馈值进行路径修正，实现中大型法兰轴向的相对定位。
本发明通过升降机构、滑轨套件实现了定位销的精确定位，实现了定位部件与动力部件的柔性接合，实现了不同型号中大型法兰产品柔性共线生产。本发明在法兰满足回转的同时，驱动部件无需直接克服法兰重力做功，配合无动力辊筒有效提高了设备寿命与可靠性。
本发明不仅限于大中型法兰产品的柔性生产，对于一些中大型管件等产品的柔性生产同样适合。
附图说明
图1为本发明中大型法兰类柔性焊接装置的结构示意图。
图2为本发明中大型法兰类柔性焊接装置中径向定位组件的结构示意图。
图3为本发明中大型法兰类柔性焊接装置中升降机构的结构示意图。
图4为本发明中大型法兰类柔性焊接装置中回转机构的结构示意图。
图5为本发明中大型法兰类柔性焊接装置中旋转驱动组件的纵向剖面图。
图6为本发明中大型法兰类柔性焊接装置中支撑机构的结构示意图。
附图中，1为径向定位组件，2为旋转驱动组件，3为激光测距仪，4为机器人焊接系统，5为控制系统，6为法兰，101为移动端，102为固定端，103为导轨，104为支撑机构，105为丝杆Ⅰ，107为滑块导轨Ⅰ，108为辊筒，109为支撑座，110为卡圈，201为升降机构，202为滑轨机构，203为底座连接板，204为伺服电机Ⅰ，205为减速器Ⅰ，206为滑块导轨Ⅱ，207为滑座Ⅰ，208为气缸，209为定位销，210为丝杆Ⅱ，211为减速器Ⅲ，212为伺服电机Ⅲ，213为丝杆Ⅲ，214为滑座Ⅱ，216为伺服电机Ⅱ,217为高锰钢弹簧片，218为回转连接板，219为减速器Ⅱ，220为主动齿轮，221为从动齿轮。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见附图1-6，一种中大型法兰类柔性焊接装置，包括相互配合实现定位的径向定位组件1和旋转驱动组件2，在径向定位组件1与旋转驱动组件2之间设置有激光测距仪3，在径向定位组件1的一侧设置有机器人焊接系统4；径向定位组件1包括结构相同的固定端102和移动端101，移动端101穿过固定的丝杆Ⅰ105并沿丝杆Ⅰ105移动实现与固定端102之间距离的调节；旋转驱动组件2包括升降机构和驱动法兰6回转的回转机构，回转机构上设置有固定法兰6的滑轨套件；还包括连接径向定位组件1、旋转驱动组件2、机器人焊接系统4和激光测距仪3的控制系统5。
参见附图2，为了根据法兰6的直径和长度来更好的调节进行支撑，固定端102包括底座，底座顶端平行设置有两根导轨103，两个支撑机构104平行横跨在两根导轨103上并沿导轨103滑动实现两个支撑机构104之间距离的调节。移动端101与固定端102结构相同，移动端101也包括底座，底座顶端平行设置有两根导轨103，两个支撑机构104平行横跨在两根导轨103上并沿导轨103滑动实现两个支撑机构104之间距离的调节。
参见附图6支撑机构104包括底部与导轨103配合的支撑座109和无动力辊筒108，支撑座109上部设置有卡圈110，卡圈110有两个，分别套装在无动力辊筒108的两端。
移动端101底部两侧平行设置有与移动端101底部相配合的滑块导轨Ⅰ107。在工作中在电机106驱动下驱动丝杆Ⅰ105带动移动端101沿滑块导轨Ⅰ107进行纵向移动直到符合法兰6长度，使法兰6的两端恰好设置于四个无动力辊筒108上；四个支撑机构104分别沿导轨103横向移动，从而适应法兰6直径，法兰6稳定的支撑在四个无动力辊筒108上，且不会在回转过程中发生掉落，实现法兰6的柔性定位。
在一具体实施例中，为了更好的调节旋转驱动组件2与法兰6之间的距离，固定端102靠近旋转驱动组件2，更好的实现柔性接合。
参见附图3，为了实现法兰6在径向上的柔性适配，回转机构通过底座连接板203连接在升降机构201上，底座连接板203与升降机构201连接的面上配合设置有滑轨机构202，在底座连接板203与回转机构连接的一面设置有伺服电机Ⅰ204和减速器Ⅰ205。回转机构通过连接板连接在升降机构201上，并通过伺服电机Ⅰ204和减速器Ⅰ205带动回转机构进行升降运动，达到与法兰6的柔性匹配。
参见附图5为了实现与法兰6的柔性接合，回转机构包括回转驱动机构和滑轨套件，回转驱动机构包括伺服电机Ⅱ216、减速器Ⅱ219、主动齿轮220和从动齿轮221，伺服电机Ⅱ216通过减速器Ⅱ219连接主动齿轮220，从动齿轮221连接滑轨套件，并在主动齿轮220的带动下带动滑轨套件回转。在伺服电机Ⅱ216的动力作用下，主动齿轮220带动从动齿轮221旋转，从而带动固定在从动齿轮221上的滑轨套件回转，从而带动法兰6进行回转运动。
参见附图4，为了使用不同直径规格的法兰6，滑轨套件包括固定在从动齿轮221上的滑块导轨Ⅱ206，滑块导轨Ⅱ206中部下方设置有伺服电机Ⅲ212和减速器Ⅲ211，且在减速器Ⅲ211两端平行于滑块导轨Ⅱ206分别设置有丝杆Ⅱ210与丝杆Ⅲ213，分别穿过丝杆Ⅱ210与丝杆Ⅲ213的滑座Ⅰ207与滑座Ⅱ214在滑块导轨Ⅱ206上滑动；滑座Ⅰ207与滑座Ⅱ214上设置有用于固定法兰6的定位销209。减速器Ⅲ211为双输出轴减速器，同时控制两侧的丝杆Ⅱ210与丝杆Ⅲ213旋转，带动滑座Ⅰ207与滑座Ⅱ214相向或反向运动，使两者之间的距离与法兰6固定端102位置一致，并通过定位销209实现定位配合。
滑座Ⅰ207与滑座Ⅱ214的前端设置有气缸208，定位销209设置于气缸208的活动端。法兰6上设置有与定位销209匹配的销孔，在滑座Ⅰ207与滑座Ⅱ214的位置固定后，调节气缸208带动定位销209进行评议运动，使气缸208伸出后定位销209与法兰6的销孔柔性配合、在一具体实施例中，定位销209与滑座Ⅰ207与滑座Ⅱ214的连接处设置有高锰钢弹簧片217，有效的抵消了工件的圆度误差，使机构不直接承载工件重力产生的负载。
为了准确测定法兰6的位置，激光测距仪3设置于滑座Ⅰ207或滑座Ⅱ214的下方。
滑轨套件与回转驱动机构通过回转连接板218进行连接，回转连接板218一面固定于从动齿轮221上，另一面固定有滑块导轨Ⅱ206与减速器Ⅲ211。
机器人焊接系统4为六轴机器人焊接系统。
一种中大型法兰类柔性焊接方法，包括以下步骤：根据待焊接的法兰6的型号调取控制系统5中的程序，启动程序，使径向定位组件1、升降机构201、回转机构运动至与待焊接法兰6匹配的位置；将法兰6吊装至径向定位组件1的无动力辊筒108上，旋转回转驱动机构、调节气缸208使定位销209与法兰6柔性接合；激光测距仪3测量当前轴向偏差并将偏差上传至控制系统5；旋转回转驱动机构输出扭力，带动法兰6开始旋转，控制系统5控制机器人焊接系统4根据轴向偏差实现焊缝位置的寻找及焊接。
径向定位组件1的运动过程为：根据控制系统5记载的法兰6的数据，系统自动将长度数据计算为径向定位组件1固定端102与移动端101之间的距离，将直径数据计算为固定端102或移动端101上两个支撑机构104之间的距离。在电机驱动下驱动丝杆Ⅰ105带动移动端101沿滑块导轨Ⅰ107进行纵向移动直到符合法兰6长度，同时在固定座内部设置的电机驱动下两个支撑机构104相对或反向运动直至两个支撑机构104之间的距离符合要求，在移动座内部设置的电机驱动下两个支撑机构104相对或反向运动直至两个支撑机构104之间的距离符合要求，径向定位组件1运动完成。
升降机构的运动过程为：在伺服电机Ⅰ204和减速器Ⅰ205的动力作用下，回转机构与底座连接板203沿滑轨机构202进行升降运动，直到与控制系统5记载的径向数据一致。
回转机构的运动过程为：在伺服电机Ⅲ212的驱动下，减速器Ⅲ211同时控制两侧的丝杆Ⅱ210与丝杆Ⅲ213旋转，带动滑座Ⅰ207与滑座Ⅱ214相向或反向运动，直到滑座Ⅰ207与滑座Ⅱ214之间的距离与控制系统5记载的法兰6销孔的信息一致。
法兰6吊装至径向定位组件1的无动力辊筒108上后，旋转回转驱动机构，在伺服电机Ⅱ216的驱动下，主动齿轮220带动从动齿轮221旋转，从而带动整个滑轨套件回转，直到定位销209与法兰6上销孔的位置一致，此时调节气缸208，使定位销209与法兰6的销孔柔性接合。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所作任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种中大型法兰类柔性焊接装置，其特征在于：包括相互配合实现定位的径向定位组件和旋转驱动组件，在所述径向定位组件与旋转驱动组件之间设置有激光测距仪，在所述径向定位组件的一侧设置有机器人焊接系统；所述径向定位组件包括结构相同的固定端和移动端，所述移动端穿过固定的丝杆Ⅰ并沿所述丝杆Ⅰ移动实现与所述固定端之间距离的调节；所述旋转驱动组件包括升降机构和驱动法兰回转的回转机构，所述回转机构上设置有固定法兰的滑轨套件；还包括连接所述径向定位组件、旋转驱动组件、机器人焊接系统和激光测距仪的控制系统。
2.如权利要求1所述一种中大型法兰类柔性焊接装置，其特征在于：所述固定端包括底座，所述底座顶端平行设置有两根导轨，两个支撑机构平行横跨在两根导轨上并沿导轨滑动实现两个支撑机构之间距离的调节。
3.如权利要求2所述一种中大型法兰类柔性焊接装置，其特征在于：所述支撑机构包括底部与所述导轨配合的支撑座和无动力辊筒，所述支撑座上部设置有卡圈，所述卡圈有两个，分别套装在所述无动力辊筒的两端。
4.如权利要求1所述一种中大型法兰类柔性焊接装置，其特征在于：所述回转机构通过底座连接板连接在所述升降机构上，所述底座连接板与升降机构连接的面上配合设置有滑轨机构，在所述底座连接板与回转机构连接的一面设置有伺服电机Ⅰ和减速器Ⅰ。
5.如权利要求1所述一种中大型法兰类柔性焊接装置，其特征在于：所述回转机构包括回转驱动机构和滑轨套件，所述回转驱动机构包括伺服电机Ⅱ、减速器Ⅱ、主动齿轮和从动齿轮，所述伺服电机Ⅱ通过减速器Ⅱ连接所述主动齿轮，所述从动齿轮连接所述滑轨套件，并在所述主动齿轮的带动下带动滑轨套件回转。
6.如权利要求5所述一种中大型法兰类柔性焊接装置，其特征在于：所述滑轨套件包括固定在所述从动齿轮上的滑块导轨Ⅱ，所述滑块导轨Ⅱ中部下方设置有伺服电机Ⅲ和减速器Ⅲ，且在所述减速器Ⅲ两端平行于所述滑块导轨Ⅱ分别设置有丝杆Ⅱ与丝杆Ⅲ，分别穿过所述丝杆Ⅱ与丝杆Ⅲ的滑座Ⅰ与滑座Ⅱ在所述滑块导轨Ⅱ上滑动；所述滑座Ⅰ与滑座Ⅱ上设置有用于固定法兰的定位销。
7.如权利要求6所述一种中大型法兰类柔性焊接装置，其特征在于：所述滑座Ⅰ与滑座Ⅱ的前端设置有气缸，所述定位销设置于所述气缸的活动端。
8.如权利要求6所述一种中大型法兰类柔性焊接装置，其特征在于：所述激光测距仪设置于所述滑座Ⅰ或滑座Ⅱ的下方。
9.如权利要求6所述一种中大型法兰类柔性焊接装置，其特征在于：所述滑轨套件与回转驱动机构通过回转连接板进行连接，所述回转连接板一面固定于所述从动齿轮上，另一面固定有所述滑块导轨Ⅱ与减速器Ⅲ。
10.一种利用权利要求1-9中任一项柔性焊接装置的柔性焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：根据待焊接的法兰的型号调取控制系统中的程序，启动程序，使径向定位组件、升降机构、回转机构运动至与待焊接法兰匹配的位置；将法兰吊装至径向定位组件的无动力辊筒上，旋转回转驱动机构、调节气缸使定位销与法兰柔性接合；激光测距仪测量当前轴向偏差并将偏差上传至控制系统；旋转回转驱动机构输出扭力，带动法兰开始旋转，控制系统控制机器人焊接系统根据轴向偏差实现焊缝位置的寻找及焊接。
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