CN114346527B - 自动焊接生产线 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种自动焊接生产线，所述自动焊接生产线包括：第一焊接工作站，被配置成对待焊接工件进行第一次焊接；以及第二焊接工作站，被配置成对所述待焊接工件进行第二次焊接；运送系统，被配置成在所述第一焊接工作站完成所述第一次焊接后，运送所述待焊接工件至所述第二焊接工作站。本发明实施例可以实现焊接过程的自动控制以及一次焊接完全熔透，减小焊接变形，提高焊接速度，减少焊丝用量，取消铣坡口及打底焊两道工序，减少设备、人员及场地，节约铣坡口及打底焊两道工序的时间及因两道工序造成的转运及等待行车的时间，焊接飞溅少，只需一人值守。

Description

自动焊接生产线

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体地涉及一种自动焊接生产线。

背景技术

现有技术中的焊接技术尤其是对于长达9米以上的长筒形工件或者壁厚为10毫米厚以下板与板的焊接存在如下缺点：长薄壁构件对接焊缝无法实现一道焊接完全熔透，难以实现自动焊接，需要人工参与的工序较多，焊缝质量难以保证，容易产生未焊透的焊接缺陷，背面难以焊透，手工打底焊存在焊缝背面成型质量不稳定和效率低下等问题，普通MAG焊接效率低，成为吊臂产能提升瓶颈，现有吊臂人工打底焊，再自动焊盖面，工序时间长，焊接填充量大，易导致焊接变形，吊臂的焊后变形量大多在5毫米以上，且为典型的波浪式失稳变形，焊后矫正困难，前道工序需要铣坡口工序，铣坡口工序占用设备、场地、人员，且工序间转储及等待行车需要占用大量时间，影响整个生产线的效率，且占用大量场地，焊丝用量较大，焊后飞溅多。因此，急需提出一种技术方案来解决现有技术中的上述技术问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种自动焊接生产线，解决现有技术存在的以上技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种自动焊接生产线，包括：第一焊接工作站，被配置成对待焊接工件进行第一次焊接；以及第二焊接工作站，被配置成对待焊接工件进行第二次焊接；运送系统，被配置成在第一焊接工作站完成第一次焊接后，运送待焊接工件至第二焊接工作站；其中，第一焊接工作站和/或第二焊接工作站包括：定位系统，被配置成将待焊接工件固定在焊接工位；焊接系统，被配置成对待焊接工件进行焊接；以及控制系统，被配置成：控制定位系统将待焊接工件固定在焊接工位；以及在定位系统将待焊接工件固定在焊接工位之后，控制焊接系统对待焊接工件进行焊接；运送系统还被配置成运送待焊接工件至焊接工位。

在本发明实施例中，待焊接工件为筒形工件。

在本发明实施例中，待焊接工件的长度不小于9米。

在本发明实施例中，定位系统包括：自动背衬垫装置，被配置成与待焊接工件的焊接位置的背面接触；横向对中定位机构，被配置成对待焊接工件进行横向对中定位；纵向定位机构，被配置成对待焊接工件进行纵向对中定位；顶部压紧机构，被配置成下压贴紧待焊接工件；以及滚筒流水线，被配置成支撑待焊接工件；控制系统还被配置成：控制自动背衬垫装置离开滚筒流水线，控制横向对中定位机构回归零位，以及控制焊接系统处于安全位置；在待焊接工件到达滚筒流水线上的焊接工位后，控制自动背衬垫装置回到滚筒流水线；根据待焊接工件的宽度控制横向对中定位机构对待焊接工件进行横向对中定位后回归零位；根据待焊接工件的长度控制纵向定位机构对待焊接工件进行纵向对中定位；根据宽度控制横向对中定位机构再次对待焊接工件进行横向对中定位；根据长度控制纵向定位机构再次对待焊接工件进行纵向对中定位；根据待焊接工件的型号控制自动背衬垫装置与待焊接工件的焊接位置的背面接触；根据待焊接工件的厚度控制顶部压紧机构下压贴紧待焊接工件；以及在完成对待焊接工件的焊接后，控制自动背衬垫装置、横向对中定位机构和纵向定位机构离开滚筒流水线，以及控制顶部压紧机构上升。

在本发明实施例中，焊接系统包括：等离子焊机，被配置成根据等离子焊机起弧信号进行起弧；气保焊机，被配置成根据气保焊机起弧信号进行起弧；焊接机器人，被配置成选择事先示教的程序并根据程序移动到待焊接工件的起焊处以及选择气保焊机的电流、电压和通道号；控制系统还被配置成：根据待焊接工件的型号选择等离子焊机的作业号；发送型号给焊接机器人，以使焊接机器人根据型号选择事先示教好的程序并根据程序移动到待焊接工件的起焊处以及根据程序选择气保焊机的电流、电压和通道号；在焊接机器人移动到待焊接工件的起焊处后，发送等离子焊机起弧信号给等离子焊机，以控制等离子焊机起弧；以及在等离子焊机起弧成功后，发送等离子焊机起弧成功信号给焊接机器人，以使焊接机器人发气保焊机起弧信号给气保焊机控制气保焊机起弧。

在本发明实施例中，第一焊接工作站和/或第二焊接工作站还包括：预热系统，被配置成对待焊接工件进行预热；控制系统还被配置成：根据待焊接工件的型号，判断是否需要对待焊接工件进行预热；以及若需要对待焊接工件进行预热，控制预热系统对待焊接工件进行预热。

在本发明实施例中，预热系统包括：加热机构，被配置成检测待焊接工件的焊接位置处的温度以及对待焊接工件的焊接位置处进行加热；升降平移机构，其上固定设置加热机构，且被配置成升降和/或平移加热机构；以及旋转机构，被配置成旋转升降平移机构以实现加热机构的旋转；控制系统还被配置成：根据待焊接工件的型号控制旋转机构旋转升降平移机构以实现加热机构的旋转；在旋转机构旋转到预设位置后，控制旋转机构停止运动；根据待焊接工件的型号控制升降平移机构升降和/或平移加热机构；在升降平移机构到达待焊接工件表面处后，控制升降平移机构停止运行；控制加热机构检测待焊接工件的焊接位置处的温度；在温度低于设定值时，控制加热机构对待焊接工件的焊接位置处进行加热；在温度达到设定值后，控制加热机构进行保温；以及在温度超过设定值时，控制加热机构停止对待焊接工件的焊接位置处进行加热。

在本发明实施例中，自动背衬垫装置包括：高度调整机构，被配置成适应待焊接工件的高度；背衬垫小车，被配置成适应焊接机器人的焊接行走速度；收放绳机构，被配置成牵引背衬垫小车；以及导向绳机构，被配置成拉紧背衬垫小车；控制系统还被配置成根据型号：控制高度调整机构适应待焊接工件的高度；控制收放绳机构牵引背衬垫小车，以使背衬垫小车适应焊接机器人的焊接行走速度；以及控制导向绳机构拉紧背衬垫小车，以避免背衬垫小车行走时发生位置偏移。

在本发明实施例中，第一焊接工作站和/或第二焊接工作站包括两个焊接工位。

在本发明实施例中，第二焊接工作站还包括：升降式链条变位机，被配置成对待焊接工件进行升降和/或翻转；控制系统还被配置成：在待焊接工件到达第二焊接工作站后，控制升降式链条变位机升降和/或翻转待焊接工件。

本发明实施例通过前述技术方案可以实现焊接过程的自动控制以及一次焊接完全熔透，减小焊接变形，提高焊接速度，减少焊丝用量，取消铣坡口及打底焊两道工序，减少设备、人员及场地，节约铣坡口及打底焊两道工序的时间及因两道工序造成的转运及等待行车的时间，焊接飞溅少，只需一人值守。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1A是本发明实施例的自动焊接生产线100的结构示意图；

图1B是本发明实施例的第一焊接工作站110和/或第二焊接工作站130的结构示意图；

图1C是本发明实施例的定位系统11的结构示意图；

图1D是本发明实施例的焊接系统13的结构示意图；

图1E是本发明实施例的预热系统17的结构示意图；

图1F是本发明实施例的自动背衬垫装置111的结构示意图；

图2A是本发明实施例的背衬垫手动调试画面示意图；

图2B是本发明实施例的对中系统手动调试画面示意图；

图2C是本发明实施例的产品参数设置画面示意图；

图2D是本发明实施例的单步画面示意图；以及

图2E是本发明实施例的自动画面示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

如图1A所示，在本发明实施例中，提供一种自动焊接生产线100，自动焊接生产线100包括：第一焊接工作站110、第二焊接工作站130和运送系统150。

其中，第一焊接工作站110被配置成对待焊接工件进行第一次焊接。

第二焊接工作站130被配置成对待焊接工件进行第二次焊接。

运送系统150被配置成在第一焊接工作站110完成第一次焊接后，运送待焊接工件至第二焊接工作站130。运送系统150例如可包括电机。

具体地，如图1B所示，第一焊接工作站110和/或第二焊接工作站130包括：定位系统11、焊接系统13和控制系统15。

其中，定位系统11被配置成将待焊接工件固定在焊接工位。

焊接系统13被配置成对待焊接工件进行焊接。

控制系统15被配置成：控制定位系统11将待焊接工件固定在焊接工位；以及在定位系统11将待焊接工件固定在焊接工位之后，控制焊接系统13对待焊接工件进行焊接。

进一步地，运送系统150还被配置成运送待焊接工件至焊接工位。

具体地，控制系统15例如包括可编程逻辑控制器(PLC)、断路器、接触器、热继保护器、开关电源和伺服电机驱动器。

具体地，待焊接工件例如为筒形工件。筒形工件例如为截面为圆形、四边形等的规则图形或其他不规则图形。

更具体地，待焊接工件的长度例如不小于9米。

如图1C所示，定位系统11例如包括：自动背衬垫装置111、横向对中定位机构113、纵向定位机构115、顶部压紧机构117和滚筒流水线119。

其中，自动背衬垫装置111被配置成与待焊接工件的焊接位置的背面接触。

横向对中定位机构113被配置成对待焊接工件进行横向对中定位。横向对中定位机构113例如由伺服电机实现横向精准定位功能。

纵向定位机构115被配置成对待焊接工件进行纵向对中定位。纵向定位机构115例如由伺服电机实现纵向精准定位功能。

顶部压紧机构117被配置成下压贴紧待焊接工件。顶部压紧机构117例如包括液压泵电机和液压装置。

滚筒流水线119被配置成支撑待焊接工件。滚筒流水线119例如由多个滚筒支撑架组成。

相应地，控制系统15例如还被配置成：控制自动背衬垫装置111离开滚筒流水线119，控制横向对中定位机构113回归零位，以及控制焊接系统13处于安全位置；在待焊接工件到达滚筒流水线119上的焊接工位后，控制自动背衬垫装置111回到滚筒流水线119；根据待焊接工件的宽度控制横向对中定位机构113对待焊接工件进行横向对中定位后回归零位；根据待焊接工件的长度控制纵向定位机构115对待焊接工件进行纵向对中定位；根据宽度控制横向对中定位机构113再次对待焊接工件进行横向对中定位；根据长度控制纵向定位机构115再次对待焊接工件进行纵向对中定位；根据待焊接工件的型号控制自动背衬垫装置111与待焊接工件的焊接位置的背面接触；根据待焊接工件的厚度控制顶部压紧机构117下压贴紧待焊接工件；以及在完成对待焊接工件的焊接后，控制自动背衬垫装置111、横向对中定位机构113和纵向定位机构115离开滚筒流水线119，以及控制顶部压紧机构117上升。

具体地，如图1D所示，焊接系统13例如包括：等离子焊机131、气保焊机133和焊接机器人135。

其中，等离子焊机131被配置成根据等离子焊机起弧信号进行起弧。

气保焊机133被配置成根据气保焊机起弧信号进行起弧。

焊接机器人135被配置成选择事先示教的程序并根据程序移动到待焊接工件的起焊处以及选择气保焊机133的电流、电压和通道号。

相应地，控制系统15例如还被配置成：根据待焊接工件的型号选择等离子焊机131的作业号；发送型号给焊接机器人135，以使焊接机器人135根据型号选择事先示教好的程序并根据程序移动到待焊接工件的起焊处以及根据程序选择气保焊机133的电流、电压和通道号；在焊接机器人135移动到待焊接工件的起焊处后，发送等离子焊机起弧信号给等离子焊机131，以控制等离子焊机131起弧；以及在等离子焊机131起弧成功后，发送等离子焊机起弧成功信号给焊接机器人135，以使焊接机器人135发气保焊机起弧信号给气保焊机133控制气保焊机133起弧。

进一步地，第一焊接工作站110和/或第二焊接工作站130例如还包括：预热系统17。

其中，预热系统17被配置成对待焊接工件进行预热。

控制系统15例如还被配置成：根据待焊接工件的型号，判断是否需要对待焊接工件进行预热；以及若需要对待焊接工件进行预热，控制预热系统17对待焊接工件进行预热。

具体地，如图1E所示，预热系统17例如包括：加热机构171、升降平移机构173和旋转机构175。预热系统17例如可采用中频感应加热，也即预热系统17可为中频预热系统。当然本发明并不以此为限，预热系统17亦可采用高频、陶瓷、割炬加热等多种方法。

其中，加热机构171被配置成检测待焊接工件的焊接位置处的温度以及对待焊接工件的焊接位置处进行加热。加热机构171例如包括加热线圈和温度传感器。加热线圈例如为中频加热线圈，但本发明实施例并不以此为限。

升降平移机构173其上固定设置加热机构171，且被配置成升降和/或平移加热机构171。升降平移机构173例如包括变频电机和位置检测装置例如限位开关传感器。

旋转机构175被配置成旋转升降平移机构173以实现加热机构171的旋转。旋转机构175例如包括变频电机和位置检测装置例如限位开关传感器。

相应地，控制系统15例如还被配置成：根据待焊接工件的型号控制旋转机构175旋转升降平移机构173以实现加热机构171的旋转；在旋转机构175旋转到预设位置后，控制旋转机构175停止运动；根据待焊接工件的型号控制升降平移机构173升降和/或平移加热机构171；在升降平移机构173到达待焊接工件表面处后，控制升降平移机构173停止运行；控制加热机构171检测待焊接工件的焊接位置处的温度；在温度低于设定值时，控制加热机构171对待焊接工件的焊接位置处进行加热；在温度达到设定值后，控制加热机构171进行保温；以及在温度超过设定值时，控制加热机构171停止对待焊接工件的焊接位置处进行加热。本发明实施通过控制加热机构171检测待焊接工件的焊接位置处的温度；在温度低于设定值时，控制加热机构171对待焊接工件的焊接位置处进行加热；在温度达到设定值后，控制加热机构171进行保温；以及在温度超过设定值时，控制加热机构171停止对待焊接工件的焊接位置处进行加热，可以实现预热自动控制与反馈，可准确控制温度。

更具体地，如图1F所示，自动背衬垫装置111例如包括：高度调整机构1111、背衬垫小车1113、收放绳机构1115和导向绳机构1117。自动背衬垫装置111例如为钢丝绳牵引的自动背衬垫装置。在其他一些实施例中，自动背衬垫装置111还可用自动行走的升降小车代替。

其中，高度调整机构1111被配置成适应待焊接工件的高度。高度调整机构1111例如包括伺服电机。

背衬垫小车1113被配置成适应焊接机器人135的焊接行走速度。背衬垫小车1113例如包括铜板、永磁铁和冷却装置。

收放绳机构1115被配置成牵引背衬垫小车1113。收放绳机构1115例如包括伺服电机。

导向绳机构1117被配置成拉紧背衬垫小车1113。具体地，例如拉紧背衬垫小车1113上的导向绳。

相应地，控制系统15例如还被配置成根据型号：控制高度调整机构1111适应待焊接工件的高度；控制收放绳机构1115牵引背衬垫小车1113，以使背衬垫小车1113适应焊接机器人135的焊接行走速度；以及控制导向绳机构1117拉紧背衬垫小车1113，以避免背衬垫小车1113行走时发生位置偏移。

具体地，第一焊接工作站110和/或第二焊接工作站130例如包括两个焊接工位，如此一来可以实现在同一个焊接工作站中可以同时容纳两个待焊接工件，同一个焊接工作站的两个焊接工位可自动控制及协同作业，从而保证焊接系统13的高效工作时间，有效焊接时间可达90％以上。

更进一步地，第二焊接工作站130例如还包括：升降式链条变位机19。

其中，升降式链条变位机19被配置成对待焊接工件进行升降和/或翻转。相应地，控制系统15例如还被配置成在待焊接工件到达第二焊接工作站130后，控制升降式链条变位机19升降和/或翻转待焊接工件。

进一步地，焊接工作站100例如还可包括MAG电源、激光跟踪器、行走龙门架总成、等离子焊电源及安全防护系统。

在其他一些实施例中，焊接系统13中等离子焊机131和气保焊机133的等离子复合焊的组合还可以替换为激光焊机和气保焊机的组合，也即等离子焊机131可以替换为激光焊机。相应地，等离子焊电源可以替换为对应的激光焊电源。

综上所述，本发明实施例通过前述技术方案可以实现焊接过程的自动控制以及一次焊接完全熔透，减小焊接变形，提高焊接速度，减少焊丝用量，取消铣坡口及打底焊两道工序，减少设备、人员及场地，节约铣坡口及打底焊两道工序的时间及因两道工序造成的转运及等待行车的时间，焊接飞溅少，只需一个值守。

本发明实施例的自动焊接生产线100例如可用于实现可自适应多种长达9米以上筒形工件的自动化生产线，还可用于实现壁厚为10毫米厚以下板与板的对接焊接，可以一次焊接成形，并保证焊缝完全熔透，且焊接过程热输入小，确保高强钢焊接特殊质量要求，焊接变形小，解决长薄壁构件对接焊缝无法实现一道焊接完全熔透的行业难题。

本发明实施例还提供一种等离子复合焊生产线，等离子复合焊生产线包括2个工作站。一个单独的工作站包括：焊接机器人系统、行走龙门架总成、自动背衬垫装置、横向对中定位机构、纵向定位机构、滚筒支撑架、顶部压紧机构、等离子复合焊设备、MAG电源、激光跟踪器、预热系统、电气控制系统、HD清枪站及安全防护系统等，工作站的各个部件之间协同作业，实现对焊接过程的自动控制。2个工作站均包括以上结构，稍有区别的是其中一个工作站还包括升降式链条变位机。

安全防护系统例如包括围栏、两个工位之间的防护帘子等。其中，焊接机器人系统、等离子复合焊设备、MAG电源、激光跟踪器、预热系统、电气控制系统安装在行走龙门架总成上。焊接机器人系统、等离子复合焊设备、MAG电源放置在行走龙门架总成的横梁上，HD清枪站亦放置在行走龙门架总成的一侧，焊接机器人系统动臂搭载等离子复合焊设备的焊枪及激光跟踪器，焊接焊缝时，激光跟踪器放置在焊枪前面，由焊接机器人系统带动焊枪及激光跟踪器一起同步同速移动，预热系统由回转支承与行走龙门架总成相连接，预热系统中的加热线圈可以在空中移动到工件上方的任意位置，从而实现工件的预热，且能准确地控制预热温度，预热完毕后，可远离工件不干涉后续焊枪焊接，并且方便工件上下料。滚筒支撑架可以由伺服电机等运送系统驱动，滚筒支撑架用来支撑工件并可以在伺服电机的驱动下带动工件移动，使工件可以自由纵向进出工作站。

行走龙门架总成可通过安装在两侧的导轨上实现纵向行走，滚筒支撑架、自动背衬垫装置、纵向定位机构、升降式链条变位机、顶部压紧机构、横向对中定位机构依次布置在行走龙门架总成的对称中心线上。

电气控制系统以PLC为核心，电气控制系统有一个总PLC电控柜，PLC电控柜包括PLC。通过输入参数给总PLC电控柜，总PLC电控柜按照预定的逻辑程序进行运算，预定的逻辑程序例如由运算软件实现，总PLC电控柜的输出用于完成对除焊接机器人系统与激光跟踪器之外各部件的控制。

焊接机器人系统包括焊接机器人。总PLC电控柜给焊接机器人系统发送信号，焊接机器人系统根据总PLC电控柜发送的信号对接程序，激光跟踪器控制激光的打开与关闭。

总PLC电控柜包括PLC集中控制器。在实际生产焊接过程中，为完成不同工件的复杂焊接任务，要对工作站的各部件的相关的参数进行匹配，并具体通过PLC集中控制器来实施。PLC集中控制器具有编程简便、界面直观、维护方便、抗干扰能力强等特点。

PLC集中控制器内通过线槽合理地安装各功能模块和开关元件。PLC集中控制器以PLC为核心，主要包括断路器、接触器、热继保护器、开关电源和伺服电机驱动器。

等离子复合生产线的工艺流程及控制逻辑如下。

其中，第一个工作站的焊接工艺流程为：电气控制系统控制自动背衬垫装置离开滚筒流水线、横向对中定位机构回归零位、焊接机器人处于安全位置。工件放置于滚筒支撑架组成滚筒流水线上，启动进料按钮，工件流向焊接工位，工件到达焊接工位后，电气控制系统控制自动背衬垫装置回到滚筒流水线，电气控制系统控制横向对中定位机构开始对中工件后回归零位；接着电气控制系统控制纵向定位机构开始校正工件，纵向定位机构到位后，电气控制系统控制横向对中定位机构再次对中工件顶紧横向定位，电气控制系统控制纵向定位机构的气缸顶紧纵向定位，电气控制系统控制自动背衬垫装置就位，自动背衬垫装置到位后与工件的焊接位置的背面接触，电气控制系统控制顶部压紧机构开始下压贴紧工件；根据工件型号电气控制系统判断是否开启预热系统，焊接机器人开始焊接；焊完一边后焊接机器人移动到同一工作站另一侧工位处焊接，另一侧工位处用于放置另一个工件，同一个工作站可以同时放置两个工件，可以实现在一个工件进料后进行焊接的时候下一个工件也可以进料等待焊接了，焊接机器人可以一直焊接提高效率。在只需要对一个工作站的一个工件进行焊接时，就不需要焊接机器人移到另一侧工位处去焊接的步骤；电气控制系统控制自动背衬垫装置和横向对中定位机构、纵向定位机构移开，以及控制顶部压紧机构上升，等待第二工作站发出进料信号，工件再流入第二工作站；依此循环，实现高效、高自动化作业。

第二工作站的焊接工艺流程为：发出进料信号，电气控制系统控制自动背衬垫装置离开滚筒流水线、横向对中定位机构回归零位、焊接机器人处于安全位置。工件从第一工作站流入第二工作站，工件到位后，升降式链条变位机开始提升翻转工件；工件翻身到位后工件下降到滚筒流水线上；工件放置于滚筒流水线上，工件流向焊接工位，工件到达焊接工位后，电气控制系统控制自动背衬垫装置回到滚筒流水线，电气控制系统控制横向对中定位机构开始对中工件后回归零位；接着电气控制系统控制纵向定位机构开始校正工件，纵向定位机构到位后，电气控制系统控制横向对中定位机构再次对中工件顶紧横向定位，电气控制系统控制纵向定位机构的气缸顶紧纵向定位，电气控制系统控制自动背衬垫装置就位，自动背衬垫装置到位后与工件的焊接位置的背面接触，电气控制系统控制顶部压紧机构开始下压贴紧工件；根据工件型号电气控制系统判断是否开启预热系统，焊接机器人开始焊接；焊完一边后焊接机器人移动到同一工作站另一侧工位处焊接；电气控制系统控制自动背衬垫装置和横向对中定位机构、纵向定位机构移开，以及控制顶部压紧机构上升，等待第二工作站发出进料信号，工件再流入第二工作站；依此循环，实现高效、高自动化作业。工件流出第二工作站；依此循环，实现高效、高自动化作业。

另外值得一提的是，对于壁厚比较薄例如壁厚小于5毫米的工件，为了预防焊接过程中可能产生的较大变形，可使用顶部压紧机构对其进行固定。对于壁厚大于5毫米的工件可不使用顶部压紧机构对其进行固定。

等离子复合焊设备包括等离子焊机及气保焊机，对等离子焊机及气保焊机的控制逻辑为：当工件放置于滚筒支撑架组成的滚筒流水线上后，自动背衬垫装置、纵向定位机构、横向对中定位机构、顶部压紧机构、预热系统根据工件的型号自动准备就绪。电气控制系统发送工件的型号给焊接机器人。焊接机器人根据工件的型号选择事先示教好的程序并根据程序自动移动到工件起焊处，焊接机器人发到位信号给电气控制系统，电气控制系统发等离子焊机起弧信号给等离子焊机，等离子焊机起弧成功后，等离子焊机起弧发送等离子焊机起弧成功信号给电气控制系统，电气控制系统接收等离子焊机起弧成功信号后把等离子焊机起弧成功信号反馈给焊接机器人，焊接机器人接收到等离子焊机起弧成功信号后发气保焊机起弧信号给气保焊机，实现焊机控制，完成等离子复合焊自动焊接工件的过程。

自动背衬垫装置例如包括左背衬垫和右背衬垫。左背衬垫和右背衬垫例如均包括：高度调整机构、收放绳机构、背衬垫小车和导向绳机构。高度调整机构、收放绳机构均包括伺服电机，背衬垫小车包括铜板、永磁铁和冷却装置，导向绳机构包括变频电机，由变频电机提供动力实现导向绳的收放。自动背衬垫装置的控制逻辑为：当工件放置于滚筒流水线上后，电气控制系统根据工件型号控制高度调整机构自动适应工件高度，以确认焊接机器人Z方向起焊点，电气控制系统根据工件型号控制收放绳机构牵引背衬垫小车自适应焊接机器人焊接行走速度，为实现背衬垫小车机构行走时不发生位置偏移，由电气控制系统根据工件型号控制导向绳机构预先拉紧背衬垫小车上的导向绳完成。

纵向定位机构例如包括左纵向机构和右纵向机构。左纵向机构和右纵向机构例如由伺服电机实现纵向精准定位功能。纵向定位机构的控制逻辑为：当工件放置于滚筒流水线上后，电气控制系统根据工件长度自动调整纵向定位机构纵向定位焊接机器人的X方向起焊点。

横向对中定位机构例如包括四个对中机构，每个对中机构例如均由伺服电机实现横向精准定位功能。横向对中定位机构的控制逻辑为：当工件放置于滚筒流水线上后，电气控制系统根据工件宽度自动调整横向对中定位机构横向定位焊接机器人的Y方向的起焊点。

顶部压紧机构包括液压泵电机和液压装置。顶部压紧机构的控制逻辑为：当工件放置于滚筒流水线上后，电气控制系统根据工件厚度自动控制焊接工件被顶部压紧机构压紧，防止焊接过程中工件变形。

焊接机器人系统的控制逻辑为：当工件放置于滚筒流水线上后，电气控制系统根据工件型号选择等离子焊机作业号也即JOB号，电气控制系统通过TCP发送工件型号给焊接机器人，焊接机器人根据工件型号自动选择事先示教好的程序、选择气保焊机的电流、电压和通道号，实现焊接。

预热系统主要包括加热机构、升降平移机构和旋转机构。加热机构包括加热线圈和温度反馈单元，温度反馈单元例如包括温度传感器，升降平移机构包括变频电机和位置检测单元，旋转机构包括变频电机和位置检测单元。位置检测单元例如包括限位开关传感器。预热系统的组成和控制逻辑为：当工件放置于滚筒流水线上后，根据工件型号，电气控制系统控制旋转机构自动旋转升降平移机构，加热机构固定安装在升降平移机构上，旋转升降平移机构会带动加热机构旋转，旋转机构的限位开关传感器检测加热机构是否被旋转到位，当加热机构旋转到位时，将自动停止旋转机构运动。旋转机构将加热机构旋转到位后，升降平移机构带着加热机构自动左右移动和/或上下移动，升降平移机构的头部安装有限位开关传感器，当升降平移机构到达工件表面处时，升降平移机构的限位开关传感器检测到工件到位，将自动停止升降平移机构运行。升降平移机构停止运行后，温度传感器检测工件的焊接位置处例如焊缝周围如焊缝两侧50毫米范围的温度，加热机构开启PID温度调整功能，当温度传感器检测的温度低于设定值时，加热线圈继续加热，当温度传感器检测的温度达到设定值时，加热线圈进入保温状态，当温度传感器检测的温度超过设定值时，停止加热。预热系统具体例如可为中频预热系统。

等离子复合焊生产线的控制模式包括手动控制、单步控制和自动控制。手动控制为示教工件用，其主要功能是根据不同工件型号分别示教焊接机器人Z方向起焊点、X方向起焊点和Y方向起焊点。单步控制为半自动控制，所有动作通过触摸屏上的按键一步一步实行。自动控制一键实现焊接机器人焊接功能。

下面详细介绍手动控制的操作。

(1)焊接机器人X方向起焊点示教。

当工件放置于滚筒流水线后，在如图2A所示的背衬垫手动调试画面的纵向定位单元里的速度设置处设置好纵向机构的移动速度，点击“左纵向前进”或“左纵向后退”按键，移动左纵向机构到工件处，并紧挨工件，点击“右纵向前进”或“右纵向后退”按键，移动右纵向机构到工件处后，在其他单元里点击“背衬垫纵向气缸伸出”按键，通过气缸伸出紧顶工件，使工件紧靠左纵向机构端的定位铁块，记录左右纵向定位的实际位置于如图2C所示的产品参数设置画面相对应的工件参数中，完成焊接机器人X方向起焊点示教。

(2)焊接机器人Z方向起焊点示教。

当工件放置于滚筒流水线后，在背衬垫手动调试画面的背衬垫单元里的速度设置处设置好背衬垫的升降速度，点击“左背衬垫上升”或“左背衬垫下降”按键，移动左背衬垫到工件内筒处，点击“右背衬垫上升”或“右背衬垫下降”按键，移动右背衬垫到工件内筒处，记录左背衬垫和右背衬垫升降的实际位置于产品参数设置画面相对应的工件参数中，完成焊接机器人Z方向起焊点示教。

(3)焊接机器人Y方向起焊点示教。

当工件放置于滚筒流水线后，在如图2B所示的对中系统手动调试画面的对中1、对中2、对中3和对中4单元里的设置速度处设置好四个对中机构的伺服电机的速度，点击“松开”或“夹紧”按键，移动相应的对中机构到工件外筒处，点击“对中气缸1伸出”与“对中气缸2伸出”按键，通过相应的对中机构的气缸伸出夹紧工件，记录对中1至对中4的伺服电机的实际位置于产品参数设置画面相对应的工件参数中，完成焊接机器人Y方向起焊点示教。

下面详细介绍单步控制的操作。

(1)当工件放置于滚筒流水线后，在如图2D所示的单步画面里的工位型号选择栏中输入工件型号，进行线号选择输入A面或B面或AB面，完成示教好的工件的焊接机器人起焊点的X、Y、Z方向的参数调用。

(2)点击“纵向伺服前进到工件位”按键，左纵向机构和右纵向机构自动移动到预先设置好的位置处，完成焊接机器人起焊点X方向位置定位。

(3)点击“对中伺服夹紧”按键，所有对中机构的伺服电机同步动作到预先设置好的位置处，再点击“对中气缸伸出”，所有对中机构的气缸全部伸出，夹紧工件，完成焊接机器人起焊点Y方向位置定位。

(4)点击“升降伺服运行到工件位”，左背衬垫和右背衬垫的升降伺服电机根据当前实际位置与预先设置好的数据做一个判断后决定背衬垫是升还是降，在升降的同时与牵引绳联动，完成焊接机器人起焊点Z方向位置定位。

(5)点击“纵向退到机器人安全点”，左纵向机构和右纵向伺服电机退回到预先定义好的原点位置，让出焊接机器人焊接空间，同时左右牵引绳同步放绳，导向绳同步放绳。

(6)点击“焊完接背衬垫”，左纵向机构的伺服电机运行到工件左边的起焊点处，方便接背衬垫小车。

下面详细介绍自动控制的操作。

(1)在如图2E所示的自动画面里的B工位型号选择栏中输入工件型号，进行线号选择输入A面或B面或AB面，完成示教好的工件的焊接机器人起焊点的X、Y、Z方向的参数调用。

(2)按下控制柜“进料”按钮，左背衬垫的横向气缸自动伸出，左背衬垫的升降伺服电机移动到预先定义好的工件处；右背衬垫的纵向机构、右背衬垫的升降伺服电机移动到预先定义好的工件处，所有对中机构的伺服电机自动缩回，所有对中机构的气缸自动缩回，所有纵向机构的气缸自动缩回，为进料做好准备。同时左背衬垫和右背衬垫的升降伺服电机完成焊接机器人Z方向位置定位。

(3)进料电机开始快速自动启动，当工件移动到减速传感器处时，进料电机以慢速运行到停止传感器处，电机自动停止，完成进料。

(4)左背衬垫的横向气缸自动缩回，右背衬垫的纵向机构移动到焊接机器人安全处，为对中机构定位焊接机器人Y方向位置做准备。

(5)所有对中机构按照预先设置好的位置点运行到位置处，夹紧工件，伸出气缸，完成焊接机器人Y方向位置定位。所有对中机构缩回气缸，为纵向机构X方向定位做准备。

(6)左纵向机构和右纵向机构自动运行到预先设置好的工件位置处，纵向机构的气缸自动伸出，顶住工件，完成焊接机器人X方向定位。

(7)对中机构的气缸自动伸出，固定工件。

(8)人工挂完导向绳、牵引绳，按自动画面上的“挂完绳确认”，根据工件型号及焊接工艺要求，电气控制系统自动判定顶部压紧机构是否压紧，顶部压紧机构的压紧油缸自动运行，顶部压紧机构自动压紧工件。

(9)左背衬垫的纵向机构自动运行到工件处，右背衬垫的牵引绳伺服电机自动同步收绳，导向绳电机自动收绳，背衬垫小车自动吸住工件内侧，人工检测一下背衬垫小车是否吸住，按“背衬垫贴紧工件”按键进入下一步。

(10)左背衬垫的纵向机构自动运行到焊接机器人安全点，左背衬垫的牵引绳伺服电机同步放绳，导向绳电机自动同步放绳。

(11)开启“机器人焊接”与“防呆”功能，焊接机器人自动开始焊接程序。根据工件型号，电气控制系统控制加热机构旋转，、移动，直到加热机构到达工件表面处，触发限位开关传感器，停止运行，焊接机器人移动到示教好的位置处，发到位信号给电气控制系统，电气控制系统发等离子焊机起弧信号给等离子焊机，等离子焊机起弧成功后发等离子焊机起弧成功信号给电气控制系统，电气控制系统发等离子焊机起弧成功信号给焊接机器人，焊接机器人接收到等离子焊机起弧成功信号后开启气保焊机、发背衬垫小车移动信号与焊接机器人移动速度给电气控制系统，电气控制系统控制背衬垫小车自动与焊接机器人同步移动。

(12)焊接机器人发焊接完成信号，背衬垫小车停止运行，左纵向机构自动移动到工件处，为接背衬垫小车做准备。

(13)左右牵引绳伺服电机联动放绳，背衬垫小车移动到左纵向机构上的感应器处，停止运行，接住背衬垫小车。

(14)人工拆绳，拆完绳后按自动画面上的“拆完绳确认”按键，所有纵向机构全部回原点，所有对中机构回原点，所有对中机构的气缸缩回。

(15)左背衬垫和右背衬垫的横向气缸缩回，等待下一工位呼唤进料。

(16)下一工位呼唤进料，上一工位辊道电机自动运行，完成出料动作。

(17)开始下一循环。

本发明实施例的等离子复合焊生产线可以实现焊接过程的自动控制以及一次焊接完全熔透，减小焊接变形，提高焊接速度，减少焊丝用量，取消铣坡口及打底焊两道工序，减少设备、人员及场地，节约铣坡口及打底焊两道工序的时间及因两道工序造成的转运及等待行车的时间，焊接飞溅少，整个产线只需一人值守。可自适应多种长达9米以上筒形工件，还可用于实现壁厚为10毫米厚以下板与板的对接焊接，可以一次焊接成形，并保证焊缝完全熔透，且焊接过程热输入小，确保高强钢焊接特殊质量要求，焊接变形小，解决长薄壁构件对接焊缝无法实现一道焊接完全熔透的行业难题。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种自动焊接生产线，其特征在于，包括：

第一焊接工作站，被配置成对待焊接工件进行第一次焊接；以及

第二焊接工作站，被配置成对所述待焊接工件进行第二次焊接；

运送系统，被配置成在所述第一焊接工作站完成所述第一次焊接后，运送所述待焊接工件至所述第二焊接工作站；

其中，所述第一焊接工作站和/或所述第二焊接工作站包括：

定位系统，被配置成将待焊接工件固定在焊接工位；

焊接系统，被配置成对所述待焊接工件进行焊接；以及

控制系统，被配置成：

控制所述定位系统将所述待焊接工件固定在焊接工位；以及

在所述定位系统将待焊接工件固定在所述焊接工位之后，控制所述焊接系统对所述待焊接工件进行焊接；

所述运送系统还被配置成运送所述待焊接工件至所述焊接工位；

所述定位系统包括：

自动背衬垫装置，被配置成与所述待焊接工件的焊接位置的背面接触；

横向对中定位机构，被配置成对所述待焊接工件进行横向对中定位；

纵向定位机构，被配置成对所述待焊接工件进行纵向对中定位；以及

顶部压紧机构，被配置成下压贴紧所述待焊接工件；以及

滚筒流水线，被配置成支撑所述待焊接工件；

所述控制系统还被配置成：

控制所述自动背衬垫装置离开所述滚筒流水线，控制所述横向对中定位机构回归零位，以及控制所述焊接系统处于安全位置；

在所述待焊接工件到达所述滚筒流水线上的所述焊接工位后，控制所述自动背衬垫装置回到所述滚筒流水线；

根据所述待焊接工件的宽度控制所述横向对中定位机构对所述待焊接工件进行横向对中定位后回归零位；

根据所述待焊接工件的长度控制所述纵向定位机构对所述待焊接工件进行纵向对中定位；

根据所述宽度控制所述横向对中定位机构再次对所述待焊接工件进行横向对中定位；

根据所述长度控制所述纵向定位机构再次对所述待焊接工件进行纵向对中定位；

根据所述待焊接工件的型号控制所述自动背衬垫装置与所述待焊接工件的焊接位置的背面接触；

根据所述待焊接工件的厚度控制所述顶部压紧机构下压贴紧所述待焊接工件；以及

在完成对所述待焊接工件的焊接后，控制所述自动背衬垫装置、所述横向对中定位机构和所述纵向定位机构离开所述滚筒流水线，以及控制所述顶部压紧机构上升。

2.根据权利要求1所述的自动焊接生产线，其特征在于，所述待焊接工件为筒形工件。

3.根据权利要求2所述的自动焊接生产线，其特征在于，所述待焊接工件的长度不小于9米。

4.根据权利要求1所述的自动焊接生产线，其特征在于，所述焊接系统包括：

等离子焊机，被配置成根据等离子焊机起弧信号进行起弧；

气保焊机，被配置成根据气保焊机起弧信号进行起弧；

焊接机器人，被配置成选择事先示教的程序并根据所述程序移动到所述待焊接工件的起焊处以及选择所述气保焊机的电流、电压和通道号；

所述控制系统还被配置成：

根据所述待焊接工件的型号选择所述等离子焊机的作业号；

发送所述型号给所述焊接机器人，以使所述焊接机器人根据所述型号选择事先示教好的程序并根据所述程序移动到所述待焊接工件的起焊处以及根据所述程序选择所述气保焊机的电流、电压和通道号；

在所述焊接机器人移动到所述待焊接工件的起焊处后，发送等离子焊机起弧信号给所述等离子焊机，以控制所述等离子焊机起弧；以及

在所述等离子焊机起弧成功后，发送等离子焊机起弧成功信号给所述焊接机器人，以使所述焊接机器人发气保焊机起弧信号给所述气保焊机控制所述气保焊机起弧。

5.根据权利要求1所述的自动焊接生产线，其特征在于，所述第一焊接工作站和/或所述第二焊接工作站还包括：

预热系统，被配置成对所述待焊接工件进行预热；

所述控制系统还被配置成：

根据所述待焊接工件的型号，判断是否需要对所述待焊接工件进行预热；以及

若需要对所述待焊接工件进行预热，控制所述预热系统对所述待焊接工件进行预热。

6.根据权利要求5所述的自动焊接生产线，其特征在于，所述预热系统包括：

加热机构，被配置成检测所述待焊接工件的焊接位置处的温度以及对所述待焊接工件的焊接位置处进行加热；

升降平移机构，其上固定设置所述加热机构，且被配置成升降和/或平移所述加热机构；以及

旋转机构，被配置成旋转所述升降平移机构以实现所述加热机构的旋转；

所述控制系统还被配置成：

根据所述待焊接工件的型号控制所述旋转机构旋转所述升降平移机构以实现所述加热机构的旋转；

在所述旋转机构旋转到预设位置后，控制所述旋转机构停止运动；

根据所述待焊接工件的型号控制所述升降平移机构升降和/或平移所述加热机构；

在所述升降平移机构到达所述待焊接工件表面处后，控制所述升降平移机构停止运行；

控制所述加热机构检测所述待焊接工件的焊接位置处的温度；

在所述温度低于设定值时，控制所述加热机构对所述待焊接工件的焊接位置处进行加热；

在所述温度达到所述设定值后，控制所述加热机构进行保温；以及

在所述温度超过所述设定值时，控制所述加热机构停止对所述待焊接工件的焊接位置处进行加热。

7.根据权利要求4所述的自动焊接生产线，其特征在于，所述自动背衬垫装置包括：

高度调整机构，被配置成适应所述待焊接工件的高度；

背衬垫小车，被配置成适应所述焊接机器人的焊接行走速度；

收放绳机构，被配置成牵引所述背衬垫小车；以及

导向绳机构，被配置成拉紧所述背衬垫小车；

所述控制系统还被配置成根据所述型号：

控制所述高度调整机构适应所述待焊接工件的高度；

控制所述收放绳机构牵引所述背衬垫小车，以使所述背衬垫小车适应所述焊接机器人的焊接行走速度；以及

控制所述导向绳机构拉紧所述背衬垫小车，以避免所述背衬垫小车行走时发生位置偏移。

8.根据权利要求1所述的自动焊接生产线，其特征在于，所述第一焊接工作站和/或所述第二焊接工作站包括两个焊接工位。

9.根据权利要求1所述的自动焊接生产线，其特征在于，所述第二焊接工作站还包括：

升降式链条变位机，被配置成对所述待焊接工件进行升降和/或翻转；

所述控制系统还被配置成：

在所述待焊接工件到达所述第二焊接工作站后，控制所述升降式链条变位机升降和/或翻转所述待焊接工件。

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