CN114043042A - 一种柔性电弧增材制造装备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种柔性电弧增材制造装备，包括舱体单元、机器人单元、变位机单元、弧焊单元、监控单元及总控单元；舱体单元用于焊接烟尘与焊接弧光的防护；机器人单元用于携载焊枪和送丝机实现氩弧焊接；变位机单元用于承载基板进行产品的电弧增材；弧焊单元用于熔化焊丝进行焊接；监控单元用于监测实时沉积高度和熔池状态；总控单元用于实现各单元间的通信，并通过人机交互的方式实现各分单元的控制。本发明装置具备整体集成度高、柔性可扩展、可在线监控等特点，满足了电弧增材制造过程中对全成形过程可控的要求，采用该设备能够大幅提升增材产品的内部质量和产品合格率，将广泛应用于航空航天领域中不同尺寸金属承力构件的增材制造。
Description
技术领域
本发明属于电弧增材制造设备技术领域，特别涉及一种柔性电弧增材制造装备。
背景技术
电弧熔丝增材制造技术是一种制造功能结构一体化大型金属零件的数字化制造技术。通过送丝方式，采用电弧作为热源，实现金属丝材直接堆积的新型增材制造技术。该技术具有沉积效率高、成本低等特点，能实现高性能高温合金、钛合金、铝合金和高强钢等大型复杂结构件的快速制造。以电弧增材制造技术成形的构件具有力学性能好、生产成本低、成形效率高等优点，受到广泛关注。
目前，传统的电弧增材制造装置虽然能够进行产品的增材制造，但是传统设备集成度不高，导致设备占地面积大；传统设备采用固定式操作平台，产品成形尺寸受限；传统设备成形中对于实时沉积高度和焊接熔池状态无法实现在线监控，保证不了产品的成形质量。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种柔性电弧增材制造装备，用于解决传统设备集成度不高导致设备占地面积大、采用固定式操作平台导致产品成形尺寸受限、对于实时沉积高度和焊接熔池状态无法实现在线监控，保证不了产品的成形质量的问题。
本发明提供的技术方案如下：
一种柔性电弧增材制造装备，包括舱体单元、机器人单元、变位机单元、弧焊单元、监控单元及总控单元；舱体单元用于焊接烟尘与焊接弧光的防护；机器人单元用于携载焊枪和送丝机实现氩弧焊接；变位机单元用于承载基板进行产品的电弧增材；弧焊单元用于熔化焊丝进行焊接；监控单元用于监测实时沉积高度和熔池状态；总控单元用于实现舱体单元、机器人单元、变位机单元、弧焊单元、监控单元间的通信，并通过人机交互的方式实现各分单元的控制。
根据本发明提供的一种柔性电弧增材制造装备，具有以下有益效果：
本发明提供的一种柔性电弧增材制造装备，具备整体集成度高、柔性可扩展、可在线监控等特点，满足了电弧增材制造过程中对全成形过程可控的要求，采用该设备能够大幅提升增材产品的内部质量和产品合格率，同时可满足不同尺寸产品的成形需求，将广泛应用于航空航天领域中不同尺寸金属承力构件的增材制造。
附图说明
图1为设备舱外示意图；
图2为设备舱内示意图；
图3为设备舱外示意图；
图4为设备舱内示意图。
附图标号说明
1-外壳体；2-自动推拉门；3-安全门；4-观测窗口；5-控制系统；6-抽风管道；7-烟尘净化机；8，19-工业六轴机器人；9-送丝机；10-焊接电源；11，20-防碰撞传感器；12-激光测距仪；13-焊枪；14，21-柔性平台；15，22-双轴伺服变位机；16-清枪剪丝器；17，18-滑轨。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
本发明提供了一种柔性电弧增材制造装备，如图1至图4所示，包括舱体单元、机器人单元、变位机单元、弧焊单元、监控单元及总控单元。舱体单元用于焊接烟尘与焊接弧光的防护；机器人单元用于携载焊枪13和送丝机9实现氩弧焊接；变位机单元用于承载基板进行产品的电弧增材；弧焊单元用于熔化焊丝进行焊接；监控单元用于监测实时沉积高度和熔池状态；总控单元用于实现舱体单元、机器人单元、变位机单元、弧焊单元、监控单元间的通信，并通过人机交互的方式实现各分单元的控制。
在一种优选的实施方案中，舱体单元主要包括外壳体1、安全门3、抽风管道6、烟尘净化机7。外壳体1通过钢板折弯，螺栓固定的方式搭接。外壳体左右两侧壁预留观测窗口4，方便观测增材成形过程，窗口为双层结构，内层安装有机玻璃，外层安装钢化玻璃。安全门3采用卷帘门，安装于外壳体1的前后两侧，门体材料为柔性耐火布。烟尘净化机7通过抽风管道6与外壳体1连通，用于过滤焊接产生的烟尘。外壳体1的顶部预留L形自动推拉门2，满足从顶部进行装卸货的需求。
在一种优选的实施方案中，如图1和图2所示，机器人单元包括工业六轴机器人8和滑轨17，工业六轴机器人8通过底座连接于滑轨17上，机器人底座由伺服电机驱动，通过齿轮齿条进行传动。在机器人手臂末端和焊枪13之间安装防碰撞传感器11，用于在误操作导致碰撞的时候制动焊枪13和机器人手臂。
变位机单元包括双轴伺服变位机15和柔性平台14；柔性平台14放置于双轴伺服变位机15上，双轴伺服变位机15能够进行水平无线旋转和两侧90°翻转。柔性平台14由一个N边形平台和N个方箱组成，N个方箱通过螺栓连接于平台上，可自由拆卸，其中，N≥3。
或者，在另一实施方式中，如图3和图4所示，机器人单元包括工业六轴机器人19，在机器人手臂末端和焊枪之间安装防碰撞传感器20，用于在误操作导致碰撞的时候保护焊枪和机器人手臂。
变位机单元包括双轴伺服变位机22、柔性平台21和滑轨18。柔性平台21放置于双轴伺服变位机22上，双轴伺服变位机22通过可移动底座连接于滑轨18上，可移动底座由伺服电机驱动，通过齿轮齿条进行传动。双轴伺服变位机22能够进行水平无线旋转和两侧90°翻转。柔性平台由一个N边形平台和N个方箱组成，N个方箱通过螺栓连接于平台上，可自由拆卸，其中，N≥3。
在一种优选的实施方案中，弧焊单元包括焊接电源10、送丝机9、焊枪13、枪缆组件及清枪剪丝器16，焊接电源10通过枪缆组件为送丝机9、焊枪13和清枪剪丝器16供电，所述送丝机9、焊枪13实施增材制造操作。弧焊单元配备清枪剪丝装置，用于弧焊机器人焊枪的自动清渣、剪丝、涂防飞溅液等作业工序，满足长期焊接过程中自动清渣、剪丝、清除飞溅的需求。
监控单元包括熔池监测摄像器、激光测距仪12及舱内全景监控摄像器。熔池监测摄像器能够观测焊接过程中熔池大小和形态，激光测距仪能够测量实时沉积高度，舱内全景监控摄像器能够观看舱内实时全景图像。
控制系统5用于实现舱体单元、机器人单元、变位机单元、弧焊单元、监控单元间的通信，并通过人机交互的方式实现各分单元的控制。
实施例
实施例1
如图1和图2所示，柔性电弧增材制造装置包括舱体单元、机器人单元、变位机单元、弧焊单元、监控单元及总控单元。舱体单元用于焊接烟尘与焊接弧光的防护；机器人单元用于携载焊枪13和送丝机9实现氩弧焊接；变位机单元用于承载基板进行产品的电弧增材；弧焊单元用于熔化焊丝进行焊接；监控单元用于监测实时沉积高度和熔池状态；总控单元用于实现舱体单元、机器人单元、变位机单元、弧焊单元、监控单元间的通信，并通过人机交互的方式实现各分单元的控制。
舱体单元主要包括外壳体1、安全门3、抽风管道6、烟尘净化机7。外壳体1通过钢板折弯，螺栓固定的方式搭接。外壳体两侧壁预留观测窗口4，方便观测增材成形过程，窗口为双层结构，内层安装有机玻璃，外层安装钢化玻璃。安全门3采用卷帘门，门体材料为柔性耐火布。烟尘净化机7通过管道与外壳体1侧面连通，用于过滤焊接产生的烟尘。外壳体1的顶部预留L形自动推拉门2，满足从顶部进行装卸货的需求。
机器人单元包括工业六轴机器人8和滑轨17，工业六轴机器人8通过底座连接于滑轨17上，机器人底座由伺服电机驱动，通过齿轮齿条进行传动。在机器人手臂末端和焊枪13之间安装防碰撞传感器11，用于在误操作导致碰撞的时候制动焊枪13和机器人手臂。
变位机单元包括双轴伺服变位机15、柔性平台14。柔性平台14放置于双轴伺服变位机15上，双轴伺服变位机15能够进行水平无线旋转和两侧90°翻转。柔性平台14由一个八边形平台和8个方箱组成，8个方箱通过螺栓连接于平台上，可自由拆卸。
弧焊单元包括焊接电源10、送丝机9、焊枪13、枪缆组件及清枪剪丝器16。弧焊单元配备清枪剪丝装置，用于弧焊机器人焊枪的自动清渣、剪丝、涂防飞溅液等作业工序，满足长期焊接过程中自动清渣、剪丝、清除飞溅的需求。
监控单元包括熔池监测摄像器、激光测距仪12及舱内全景监控摄像器。熔池监测摄像器能够观测焊接过程中熔池大小和形态，激光测距仪能够测量实时沉积高度，舱内全景监控摄像器能够观看舱内实时全景图像。
控制系统5用于实现舱体单元、机器人单元、变位机单元、弧焊单元、监控单元间的通信，并通过人机交互的方式实现各分单元的控制。
实施例2
如图3和图4所示，柔性电弧增材制造装置包括舱体单元、机器人单元、变位机单元、弧焊单元、监控单元及总控单元。舱体单元用于焊接烟尘与焊接弧光的防护；机器人单元用于携载焊枪和送丝机实现氩弧焊接；变位机单元用于承载基板进行产品的电弧增材；弧焊单元用于熔化焊丝进行焊接；监控单元用于监测实时沉积高度和熔池状态；总控单元用于实现舱体单元、机器人单元、变位机单元、弧焊单元、监控单元间的通信，并通过人机交互的方式实现各分单元的控制。
舱体单元主要包括外壳体1、安全门3、抽风管道6、烟尘净化机7。外壳体通过钢板折弯，螺栓固定的方式搭接。外壳体两侧壁预留观测窗口4，方便观测增材成形过程，窗口为双层结构，安装有机玻璃和钢化玻璃。安全门3采用卷帘门，门体材料为柔性耐火布。烟尘净化机7通过管道与外壳体1侧面或顶部连通，用于过滤焊接产生的烟尘。
机器人单元包括工业六轴机器人19，在机器人手臂末端和焊枪之间安装防碰撞传感器20，用于在误操作导致碰撞的时候制动焊枪和机器人手臂。
变位机单元包括双轴伺服变位机22、柔性平台21和滑轨18。柔性平台放置于双轴伺服变位机上，双轴伺服变位机通过可移动底座连接于滑轨上，可移动底座由伺服电机驱动，通过齿轮齿条进行传动。双轴伺服变位机能够进行水平无线旋转和两侧90°翻转。柔性平台由一个八边形平台和8个方箱组成，8个方箱通过螺栓连接于平台上，可自由拆卸。
弧焊单元包括焊接电源10、送丝机9、焊枪13、枪缆组件及清枪剪丝器16。弧焊单元配备清枪剪丝器16，用于弧焊机器人焊枪的自动清渣、剪丝、涂防飞溅液等作业工序，满足长期焊接过程中清除飞溅的需求。
监控单元包括熔池监测摄像器、激光测距仪12及舱内全景监控摄像器。熔池监测摄像器能够观测焊接过程中熔池大小和形态，激光测距仪能够测量实时沉积高度，舱内全景监控摄像器能够观看舱内实时全景图像。
控制系统5用于实现舱体单元、机器人单元、变位机单元、弧焊单元、监控单元间的通信，并通过人机交互的方式实现各分单元的控制。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种柔性电弧增材制造装备，其特征在于，包括舱体单元、机器人单元、变位机单元、弧焊单元、监控单元及总控单元；舱体单元用于焊接烟尘与焊接弧光的防护；机器人单元用于携载焊枪和送丝机实现氩弧焊接；变位机单元用于承载基板进行产品的电弧增材；弧焊单元用于熔化焊丝进行焊接；监控单元用于监测实时沉积高度和熔池状态；总控单元用于实现舱体单元、机器人单元、变位机单元、弧焊单元、监控单元间的通信，并通过人机交互的方式实现各分单元的控制。
2.根据权利要求1所述的柔性电弧增材制造装备，其特征在于，所述舱体单元包括外壳体、安全门、抽风管道和烟尘净化机；所述外壳体的左右两侧壁预留观测窗口，窗口为双层结构，内层安装有机玻璃，外层安装钢化玻璃；所述安全门采用卷帘门，安装于外壳体的前后两侧；所述烟尘净化机通过抽风管道6与外壳体侧面连通，用于过滤焊接产生的烟尘。
3.根据权利要求2所述的柔性电弧增材制造装备，其特征在于，所述外壳体的顶部预留L形自动推拉门。
4.根据权利要求1所述的柔性电弧增材制造装备，其特征在于，所述机器人单元包括工业六轴机器人和滑轨，工业六轴机器人通过底座连接于滑轨上，机器人底座由伺服电机驱动，通过齿轮齿条进行传动。
5.根据权利要求4所述的柔性电弧增材制造装备，其特征在于，所述工业六轴机器人的手臂末端和焊枪之间安装防碰撞传感器，用于在误操作导致碰撞的时候制动焊枪和机器人手臂。
6.根据权利要求4所述的柔性电弧增材制造装备，其特征在于，所述变位机单元包括双轴伺服变位机和柔性平台；柔性平台放置于双轴伺服变位机上，双轴伺服变位机能够进行水平无线旋转和两侧90°翻转；所述柔性平台由一个N边形平台和N个方箱组成，N个方箱连接于平台上，可自由拆卸，其中，N≥3。
7.根据权利要求1所述的柔性电弧增材制造装备，其特征在于，所述机器人单元包括工业六轴机器人；所述变位机单元包括双轴伺服变位机、柔性平台和滑轨，所述柔性平台放置于双轴伺服变位机上，双轴伺服变位机通过可移动底座连接于滑轨上，可移动底座由伺服电机驱动，通过齿轮齿条进行传动，双轴伺服变位机能够进行水平无线旋转和两侧90°翻转；所述柔性平台由一个N边形平台和N个方箱组成，N个方箱连接于平台上，可自由拆卸，其中，N≥3。
8.根据权利要求1所述的柔性电弧增材制造装备，其特征在于，弧焊单元包括焊接电源、送丝机、焊枪、枪缆组件及清枪剪丝器，焊接电源10通过枪缆组件为送丝机、焊枪和清枪剪丝器供电，所述送丝机、焊枪实施增材制造操作，所述清枪剪丝器用于实施自动清渣、剪丝、涂防飞溅液操作。
9.根据权利要求1所述的柔性电弧增材制造装备，其特征在于，所述监控单元包括熔池监测摄像器、激光测距仪及舱内全景监控摄像器。熔池监测摄像器能够观测焊接过程中熔池大小和形态，激光测距仪能够测量实时沉积高度，舱内全景监控摄像器能够观看舱内实时全景图像。
10.根据权利要求1所述的柔性电弧增材制造装备，其特征在于，所述控制系统用于实现舱体单元、机器人单元、变位机单元、弧焊单元、监控单元间的通信，并通过人机交互的方式实现各分单元的控制。
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