CN114535753A - 一种预热焊接集成式的自动化系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种预热焊接集成式的自动化系统，包括工作站，所述工作站活动设置有机器人行走机构，所述机器人行走机构上固定设置有连接机构，所述连接机构的相对两侧分别活动设置有焊接机器人和预热机器人，所述焊接机器人远离连接机构的一端转动设置有焊枪，所述预热机器人转动设置有火焰气阀、温度控制器和温度传感器，所述火焰气阀和温度控制器电性连接，所述温度传感器和温度控制器电性连接，其优点在于能够同时控制预热和焊接程序，提高工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及自动化技术领域，特别涉及一种预热焊接集成式的自动化系统。
背景技术
汽车起重机在工作过程中，整车结构都承受着巨大的工作压力。其中以工件作为主体的重要构件，承受着很大的动载荷和静载荷。
为了保证起重机能稳定工作，工件在加工制造过程中需要有严格的质量控制，而工件的制造中最主要的工序就是预热和焊接，根据工件的尺寸规格进行预热和焊接的质量直接关系到整台起重机的制造质量。
目前市面上关于工件的焊接自动化的设备，通常预热和焊接是两道程序，在预热结束之后，系统才能够操控焊接程序对工件进行焊接，因此系统仅能单一的按时间顺序控制不同的程序则会使整个系统较为呆板，从而导致工作时间增长，耗能增加。
有鉴于此，如何实现缩短焊接自动化技术的生产时间为本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种预热焊接集成式的自动化系统及方法。
本发明要解决的是系统中预热和焊接程序的分离式控制导致的工作时间增加。
为解决上述问题，本发明的技术方案如下：
一种预热焊接集成式的自动化系统，包括工作站，所述工作站活动设置有机器人行走机构，所述机器人行走机构上固定设置有连接机构，所述连接机构的相对两侧分别活动设置有焊接机器人和预热机器人，所述焊接机器人远离连接机构的一端转动设置有焊枪，所述预热机器人转动设置有火焰气阀、温度控制器和温度传感器，所述火焰气阀和温度控制器电性连接，所述温度传感器和温度控制器电性连接。
进一步地，所述连接机构的相对两侧均开设有滑行槽，所述焊接机器人的一端设置有与滑行槽相适配的第一滑动组件，另一端设置有第一转动机构，所述第一转动机构与焊枪相连接，所述预热机器人的一端设置有滑行槽相适配的第二滑动组件，另一端设置有第二转动机构，所述第二转动机构与火焰气阀相连接。
进一步地，所述焊接机器人设置有焊接变位机，所述焊枪位于焊接变位机远离第一转动机构处一端，所述焊接变位机通过轴伺服电机驱动，并与所述焊接机器人的第一滑动组件和第一转动机构联动配合。
进一步地，所述火焰气阀包括有加热枪、点火装置和火焰测温仪，所述火焰测温仪位于预热机器人靠近第二转动机构处，所述加热枪位于预热机器人远离第二转动机构的一端，所述点火装置位于加热枪的侧面。
进一步地，所述工作站的一侧设置机架，所述机架上固定设置有移动模具，所述机器人行走机构活动连接于移动模具上。
进一步地，还包括有同步协调控制模块，所述移动模具共连接有两套机器人行走机构，且两套所述机器人行走机构分别并排设置于移动模具的相对两端处，所述同步协调控制模块检测两套机器人行走机构的位置，所述机器人行走机构均采用外部轴驱动行走，行走速度及加速度可调。
进一步地，所述工作站的上表面且位于工作站长度方向的两端处分别固定设置有车架变位机，两个所述车架变位机的相对侧面均转动设置有用于装夹工件的工装夹具。
进一步地，有如下步骤：
S1、将工件装夹至工装夹具上，通过车架变位机带动工装夹具转动，从而带动工件调节角度；
S2、两套机器人行走机构分别移动至需要加工的工位处；
S3、同步协调控制系统控制机器人行走机构上的预热机器人靠近工件，利用火焰气阀对工件进行预热，预热机器人根据工件的每个位置的厚度不同自动调节工件温度，在预热结束后，温度传感器检测工件的实时温度并反馈至温度控制器，以判断工件温度是否达到预设的预热温度；
S4、若达到预设温度，则控制预热机器人远离工件，将焊接机器人靠近工件，利用焊枪对工件进行焊接，若未达到预设温度，则返回S3继续对工件进行预热；
S5、等待焊接完毕，系统控制机器人行走机构移动或直接移动预热机器人和焊接机器人对下一处进行预热焊接，在焊接过程中，若是无需移动机器人行走机构而预热机器人可到达下一工位，即可直接移动至工位之上进行预热。
进一步地，步骤S3中，自动调节工件温度的方法包括：通过控制火焰气阀的气体流量来控制工件温度；和/或通过控制预热机器人本体的移动速度来控制工件温度；和/或通过控制火焰气阀与工件的距离来控制工件温度。
进一步地，步骤S3中，在焊接过程中，系统自行修护出现故障的焊接机器人、进行圆弧修正补差、自动适应坡口变化以及控制电流填满弧坑，并且在焊接结束时，焊枪进行收弧回烧控制，将出现粘丝情况下焊枪的焊丝自动熔断，并且利用焊枪对工件进行挂擦起弧，取出工件表面生锈和油污等杂质，直至起弧成功。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、通过设置机器人行走机构，机器人行走机构数量为两个以上，且活动设置在工作站上，工作站的一侧设置机架，机架上固定设置有移动模具，机器人行走机构均活动连接于移动模具上，机器人行走机构上固定设置有连接机构，连接机构的相对两侧分别活动设置有焊接机器人和预热机器人，其中在对工件进行加工处理时，机器人行走机构能够分别移动至工件的不同处对应不同的工位进行先预热后焊接，这个过程中预热机器人移动至工位进行预热处理，预热机器人根据工件的每个位置的厚度不同进行自动调整火焰的大小，并且在预热过程中，温度传感器检测工件的实时温度并反馈至温度控制器，以判断工件温度是否达到预设的预热温度，随后，在预热后的一段时间内，焊接机器人跟随其后对刚刚预热完毕的工位进行焊接，达到前预热后焊接，在对工位预热完毕之后，在不改变机器人行走机构的位置情况下，预热机器人移动至下一个工位，而焊接机器人在完成焊接之后也跟随其后移动至待焊接的工位上进行焊接，焊接机器人跟着预热机器人的移动位置进行先后加工，从而加快了加工速率，并且同时拥有的两套机器人行走机构，因此能够进一步地缩短工作时间。
2、通过设置连接机构，连接机构的两侧开设有滑行槽，焊接机器人的一端设置有与滑行槽相适配的第一滑动组件，另一端设置有第一转动机构，第一转动机构与焊枪相连接，预热机器人的一端设置有滑行槽相适配的第二滑动组件，另一端设置有第二转动机构，第二转动机构与火焰气阀相连接，在系统控制下，预热机器人和焊接机器人能够独立地在机器人行走机构上利用滑移组件沿滑行槽进行移动，更换工位，且加上第一转动机构和第二转动机构的配合，能够在机器人行走机构未发生位置变化时，也能够多角度地对工件进行加工。
3、通过设置同步协调控制模块，同步协调控制模块能够检测两套机器人行走机构的相互位置，从而形成一个网格信息定位，防止碰撞，并且建立机器人模型，实时测量相邻机器人行走机构的关节3轴、4轴角度和相互距离，当距离过近，发出警报。
4、通过设置焊接变位机，焊接变位机设置于焊接机器人远离第一转动机构处且靠近焊枪，焊接变位机能够在焊接时可与焊接机器人联动，实现结构复杂曲线轨迹的焊道焊接。
5、通过设置车架变位机，车架变位机分别固定设置于工作站的上表面且位于工作站长度方向的两端处，两个车架变位机的相对侧面均转动设置有工装夹具，两对工装夹具用于对工件进行装夹，在对工件进行预热和焊接时，由于机器人行走机构呈现“7”字型，预热机器人和焊接机器人均位于车架变位机的上方，因此在需要对工件其它面进行加工时，车架变位机能够控制工装夹具将工件进行翻转，从而方便预热机器人和焊接机器人对工件进行处理。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中机器人行走机构的结构示意图；
图3为本发明中预热机器人的右视结构示意图；
图4为本发明中预热机器人的后视结构示意图；
图5为本发明工作的流程示意图。
图示说明：
1、工作站；2、机器人行走机构；3、连接机构；31、滑行槽；4、焊接机器人；5、预热机器人；6、焊枪；7、火焰气阀；71、加热枪；72、点火装置；73、火焰测温仪；8、第一滑动组件；9、第一转动机构；10、第二滑动组件；11、第二转动机构；12、焊接变位机；13、机架；14、移动模具；15、车架变位机；16、工装夹具；17、温度控制器；18、温度传感器。
具体实施方式
本发明提出新的方案，以解决现有技术中预热和焊接程序效率较低的问题。
为更加清楚的表示，下面结合附图对本发明做详细的说明。
参见图1至图5，本发明提供一种预热焊接集成式的自动化系统，包括有工作站1，工作站1的一侧固定安装有机架13，机架13的整体高度高于工作站1，并设置有阶梯，方便工人对机器人进行维修作业，机架13上固定安装有移动模具14，移动模具14位于机架13靠近工作站1的一侧，移动模具14上活动安装有机器人行走机构2，机器人行走机构2呈现“7”字型，机器人行走机构2的最高处位于工作站1的上方，本实施例中机器人行走机构2的数量为两套，实现双工作通道，两套机器人行走机构2的初始位置分别位于移动模具14的两端处。在启动后，两套机器人行走机构2在移动过程中做不碰撞的水平位移，每个机器人行走机构2上均活动安装有预热机器人5和焊接机器人4，焊接机器人4远离机器人行走机构2的一端转动安装有焊枪6，预热机器人5远离机器人行走机构2的一端转动安装有火焰气阀7和温度控制器17。
通过两套机器人行走机构2对工件同时进行处理，并且每个机器人行走机构2上均安装有预热机器人5和焊接机器人4，该发明能够同时控制预热和焊接两道程序，从而在加工过程中，两套机器人行走机构2能够分别移动至工件的两处，预热机器人5移动至工位进行预热处理，预热机器人5根据工件的每个位置的厚度不同进行自动调整火焰气阀7的大小，并且在预热过程中，温度传感器18检测工件的实时温度并反馈至温度控制器17，以判断工件温度是否达到预设的预热温度，随后，在预热后的一段时间内，焊接机器人4跟随其后对刚刚预热完毕的工位出进行焊接，达到前预热后焊接，在对工位预热完毕之后，在不改变机器人行走机构2的位置情况下，预热机器人5移动至下一个工位，而焊接机器人4在完成焊接之后也跟随其后移动至待焊接的工位上进行焊接，焊接机器人4跟着预热机器人5的移动位置进行先后加工，从而加快了加工速率。
在上述实施例的基础上，机器人行走机构2上固定安装有连接机构3，连接机构3的相对两侧均开设有滑行槽31，焊接机器人4的一端固定安装有第一滑动组件8，预热机器人5的一端固定安装有第二滑动组件10，第一滑动组件8和第二滑动组件10均与滑行槽31相适配，在焊接机器人4远离第一滑动组件8的一端固定安装有第一转动机构9，第一转动机构9与焊枪6相连接，在焊接机器人4远离第二滑动组件10的一端固定安装有第二转动机构11，第二转动机构11与火焰气阀7相连接。
连接机构3的设计能够将预热机器人5和焊接机器人4共同移动在同一个机器人行走机构2上，从而能够将预热和焊接两项功能同时通过机器人行走机构2的移动来操控其所在位置。第一转动机构9能够实现焊枪6在焊接机器人4上的灵活转动，第二转动机构11能够实现火焰气阀7在预热机器人5上的多角度施工，从而在无需改变机器人行走机构2的位置，也即无需改变预热机器人5和焊接机器人4的位置，即可多角度地多工件进行施工，进一步地节省工作时间。
需要说明的是，该发明还包括有同步协调控制模块(图中未示出)。
同步协调控制模块能够检测两套机器人行走机构2的位置，从而形成一个网格信息定位，防止碰撞，并且建立机器人模型，实时测量相邻机器人行走机构2的关节3轴、4轴角度和相互距离，当距离过近时，发出警报。同时机器人行走机构2均采用外部轴驱动行走，行走速度及加速度可调。
焊接机器人4安装有焊接变位机12，焊枪6位于焊接变位机12远离第一转动机构9处一端，焊接变位机12通过轴伺服电机驱动，并与焊接机器人4的第一滑动组件8和第一转动机构9联动配合。
焊接变位机12能够在焊接时可与焊接机器人4联动，实现结构复杂曲线轨迹的焊道焊接。
需要说明的是，火焰气阀7包括有加热枪71、点火装置72和火焰测温仪73，火焰测温仪73位于预热机器人5靠近第二转动机构11处，加热枪71位于预热机器人5远离第二转动机构11的一端，点火装置72位于加热枪71的侧面。
在工作站1的上表面且位于工作站1长度方向的两端处分别固定安装有车架变位机15，两个车架变位机15的相对侧面均转动安装有用于装夹工件的工装夹具16。
两对工装夹具16用于对工件进行装夹，由于机器人行走机构2呈现“7”字型，预热机器人5和焊接机器人4均位于车架变位机15的上方，因此在需要对工件其它面进行加工时，车架变位机15能够控制工装夹具16对工件进行翻转，从而方便预热机器人5和焊接机器人4对工件进行处理。
关于双工作通道焊接自动化系统的控制方法，有如下步骤：
(1)将工件装夹至工装夹具16上，通过车架变位机15带动工装夹具16转动，从而调节工件角度；
(2)两套机器人行走机构2分别移动至需要加工的工位处；
(3)同步协调控制系统控制机器人行走机构2上的预热机器人5靠近工件，利用火焰气阀7对工件进行预热，预热机器人5根据工件的每个位置的厚度不同自动调节工件温度，在预热结束后，温度传感器18检测工件的实时温度并反馈至温度控制器17，以判断工件温度是否达到预设的预热温度；
(4)若达到预设温度，则控制预热机器人5远离工件，将焊接机器人4靠近工件，利用焊枪6对工件进行焊接，若未达到预设温度，则返回S3继续对工件进行预热；焊接机器人5等待焊接完毕，系统控制机器人行走机构2移动或直接移动预热机器人5和焊接机器人4对下一处进行预热焊接，在焊接过程中，若是无需移动机器人行走机构2而预热机器人5可到达下一工位，即可直接移动至工位之上进行预热。
步骤(3)中，自动调节工件温度的方法包括：通过控制火焰气阀7的气体流量来控制工件温度；和/或通过控制预热机器人5本体的移动速度来控制工件温度；和/或通过控制火焰气阀7与工件的距离来控制工件温度。
进一步补充，步骤(3)中，在焊接过程中，系统自行修护出现故障的焊接机器人4、进行圆弧修正补差、自动适应坡口变化以及控制电流填满弧坑，并且在焊接结束时，焊枪6进行收弧回烧控制，将出现粘丝情况下焊枪6的焊丝自动熔断，并且利用焊枪6对工件进行挂擦起弧，取出工件表面生锈和油污等杂质，直至起弧成功。
本发明的工作原理如下：通过在工作站1上同时安装两个水平移动的机器人行走机构2，两个机器人行走机构2受到同步协调控制模块的控制从而不会相撞，每个机器人行走机构2上均安装有一个预热机器人5和一个焊接机器人4，机器人行走机构2上的预热机器人5和焊接机器人4能够对工件做到边预热边焊接，并且在不改变机器人行走机构2的位置的情况下，能够有序地对工件的不同位置进行加工，从而能够节省加工时间，增加工作效率。
本实施例的工作原理和工作过程等内容可以参照前述实施例相应内容。
本说明书中的上述各个实施例之间相同或相似部分可相互参照，每个实施方式重点说明与其他实施方式不同之处，但并不限定它们的不同之处不能相互替换或叠加。
以上实施例仅用以解释说明本发明的技术方案而非对其限制。本领域技术人员应当理解，未脱离本发明精神和范围的任何修改和等同替换，均应落入本发明权利要求的保护范围中。
Claims (10)
1.一种预热焊接集成式的自动化系统，包括工作站(1)，其特征在于：所述工作站(1)活动设置有机器人行走机构(2)，所述机器人行走机构(2)上固定设置有连接机构(3)，所述连接机构(3)的相对两侧分别活动设置有焊接机器人(4)和预热机器人(5)，所述焊接机器人(4)远离连接机构(3)的一端转动设置有焊枪(6)，所述预热机器人(5)转动设置有火焰气阀(7)、温度控制器(17)和温度传感器(18)，所述火焰气阀(7)和温度控制器(17)电性连接，所述温度传感器(18)和温度控制器(17)电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种预热焊接集成式的自动化系统，其特征在于：所述连接机构(3)的相对两侧均开设有滑行槽(31)，所述焊接机器人(4)的一端设置有与滑行槽(31)相适配的第一滑动组件(8)，另一端设置有第一转动机构(9)，所述第一转动机构(9)与焊枪(6)相连接，所述预热机器人(5)的一端设置有滑行槽(31)相适配的第二滑动组件(10)，另一端设置有第二转动机构(11)，所述第二转动机构(11)与火焰气阀(7)相连接。
3.根据权利要求2所述的一种预热焊接集成式的自动化系统，其特征在于：所述焊接机器人(4)的一端设置有焊接变位机(12)，所述焊枪(6)位于焊接变位机(12)远离第一转动机构(9)处一端，所述焊接变位机(12)通过轴伺服电机驱动，并与所述焊接机器人(4)的第一滑动组件(8)和第一转动机构(9)联动配合。
4.根据权利要求1所述的一种预热焊接集成式的自动化系统，其特征在于：所述火焰气阀(7)包括有加热枪(71)、点火装置(72)和火焰测温仪(73)，所述火焰测温仪(73)位于预热机器人(5)靠近第二转动机构(11)处，所述加热枪(71)位于预热机器人(5)远离第二转动机构(11)的一端，所述点火装置(72)位于加热枪(71)的侧面。
5.根据权利要求1所述的一种预热焊接集成式的自动化系统，其特征在于：所述工作站(1)的一侧设置有机架(13)，所述机架(13)上固定设置有移动模具(14)，所述机器人行走机构(2)活动连接于移动模具(14)上。
6.根据权利要求5所述的一种预热焊接集成式的自动化系统，其特征在于：还包括有同步协调控制模块，所述移动模具(14)共连接有两套机器人行走机构(2)，且两套所述机器人行走机构(2)分别并排设置于移动模具(14)的相对两端处，所述同步协调控制模块检测两套机器人行走机构(2)的位置，所述机器人行走机构(2)均采用外部轴驱动行走，行走速度及加速度可调。
7.根据权利要求1所述的一种预热焊接集成式的自动化系统，其特征在于：所述工作站(1)的上表面且位于工作站(1)长度方向的两端处分别固定设置有车架变位机(15)，两个所述车架变位机(15)的相对侧面均转动设置有用于装夹工件的工装夹具(16)。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种预热焊接集成式的自动化系统的控制方法，其特征在于，有如下步骤：
S1、将工件装夹至工装夹具(16)上，通过车架变位机(15)带动工装夹具(16)转动，从而调节工件角度；
S2、两套机器人行走机构(2)分别移动至需要加工的工位处；
S3、同步协调控制系统控制机器人行走机构(2)上的预热机器人(5)靠近工件，利用火焰气阀(7)对工件进行预热，预热机器人(5)根据工件的每个位置的厚度不同自动调节工件温度，在预热结束后，温度传感器(18)检测工件的实时温度并反馈至温度控制器(17)，以判断工件温度是否达到预设的预热温度；
S4、若达到预设温度，则控制预热机器人(5)远离工件，将焊接机器人(4)靠近工件，利用焊枪(6)对工件进行焊接，若未达到预设温度，则返回S3继续对工件进行预热；
S5、等待焊接完毕，系统控制机器人行走机构(2)移动或直接移动预热机器人(5)和焊接机器人(4)对下一处进行预热焊接，在焊接过程中，若是无需移动机器人行走机构(2)而预热机器人(5)可到达下一工位，即可直接移动至工位之上进行预热。
9.根据权利要求8所述的一种预热焊接集成式的自动化系统的控制方法，其特征在于：步骤S3中，自动调节工件温度的方法包括：通过控制火焰气阀(7)的气体流量来控制工件温度；和/或通过控制预热机器人(5)的移动速度来控制工件温度；和/或通过控制火焰气阀(7)与工件的距离来控制工件温度。
10.根据权利要求8所述的一种预热焊接集成式的自动化系统的控制方法，其特征在于：步骤S3中，在焊接过程中，系统自行修护出现故障的焊接机器人(4)、进行圆弧修正补差、自动适应坡口变化以及控制电流填满弧坑，并且在焊接结束时，焊枪(6)进行收弧回烧控制，将出现粘丝情况下焊枪(6)的焊丝自动熔断，并且利用焊枪(6)对工件进行挂擦起弧，取出工件表面生锈和油污等杂质，直至起弧成功。
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