CN114669817B - 一种基于红外定位的高空作业焊接机器人及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接技术领域，具体公开了一种基于红外定位的高空作业焊接机器人及使用方法，包括机械手臂，用于火焰切割的火焰枪，对工件进行钎焊的钎焊枪、钎焊材，用于清除多余焊溶液的滑动刮板，用于对焊接位置进行量测定位的红外线定位仪及用于对焊区进行热监测的红外成像仪；通过钎焊外壳与电磁加热圈的配合提前将钎焊材在钎焊外壳内部进行熔融，然后通过导流球头杆的导向使熔融后的钎焊液导流进工件缝隙内，对工件缝隙内进行焊接填充，通过红外成像仪对焊接时进行红外成像检测，监控钎焊液有无溢出，避免焊接机器人焊接时因工件焊缝深浅不同，导致钎焊液外溢至工件表面或造成焊缝不实。

Description

一种基于红外定位的高空作业焊接机器人及使用方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种基于红外定位的高空作业焊接机器人及使用方法。

背景技术

在进行焊接作业时可以采用气体焰、电弧、激光、钎焊等，其中钎焊是指低于焊件熔点的钎料和焊件同时加热到钎料熔化温度后，利用液态钎料填充固态工件的缝隙使金属连接的焊接方法，然而无论使用哪种焊接方法，在进行焊接时都有可能会对人体造成伤害，因此，焊接作业正在逐步的采用机器人进行作业。现有技术中，现有技术中，一种通过红外线定位焊接角度的加工设备（申请公布号：CN106392394A）设置有三爪卡盘，三爪卡盘上同轴固定有刻度盘，刻度盘的中心开设有与三爪卡盘相通的中心通孔，刻度盘的上方设置有可在其上照射出红外射线的红外线激光头，便于精确定位焊接角度，方便加工。其虽然能够对焊接角度精确定位，但在进行钎焊作业时因工件焊缝深浅不一，定速进行焊接时可能会导致钎焊液外溢至工件表面，或焊缝填充不实等情况，影响焊接作业时的良率。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于红外定位的高空作业焊接机器人及使用方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：包括机械手臂，用于火焰切割的火焰枪，对工件进行钎焊的钎焊枪，所述钎焊枪位于所述机械手臂端部中心位置，所述火焰枪位于所述钎焊枪侧边，所述火焰枪与所述钎焊枪输出端位置为同一方向，所述机械手臂顶部设有用于配合所述钎焊枪进行钎焊的钎焊材，所述钎焊枪外部设有用于对所述钎焊材进行热熔的电磁加热圈，所述钎焊枪输出端侧边设有用于清除多余焊溶液的滑动刮板，所述钎焊枪外壁远离输出端的一侧设有用于对焊接位置进行量测定位的红外线定位仪和用于对作业区进行热监测的红外成像仪；钎焊枪包括钎焊外壳、对钎焊外壳输出端进行封堵的锥形封堵塞及对焊缝处进行挤压对钎焊液进行导流的导流球头杆，钎焊外壳内设有推动锥形封堵塞进行弹性复位的复位弹簧，所述钎焊外壳远离所述锥形封堵塞的一端与所述机械手臂输出端中心位置固定连接。

进一步的，复位弹簧与锥形封堵塞之间通过复位压板进行连接，复位压板顶面及底面均固定连接有用于防止钎焊液外溢的防护板，复位压板开设有用于对钎焊液进行导流的导流孔。

进一步的，钎焊外壳外壁固定连接有刮板支撑板，滑动刮板与刮板支撑板通过限位滑槽滑动连接，滑动刮板底部与导流球头杆底面齐平，滑动刮板位于导流球头杆行进端的后方。

进一步的，机械手臂上转动连接有用于承载钎焊材的收卷辊，钎焊外壳内部转动连接有两个用于驱动钎焊材进行移动的挤压送料盘。

本发明进一步的改进在于，钎焊外壳侧壁固定连接有用于对钎焊外壳内部进行充气增压的气泵连接管，气泵连接管位于电磁加热圈上方。

本发明进一步的改进在于，电磁加热圈套设于钎焊外壳外壁，电磁加热圈与钎焊外壳外壁通过加热圈固定套管进行连接，加热圈固定套管套设于钎焊外壳外部，加热圈固定套管内螺接有用于对加热圈固定套管滑动进行锁止的紧固螺栓。

本发明还涉及一种基于红外定位的高空作业焊接机器人的使用方法，包括：

S1、在使用时，通过红外线定位仪对工件焊接处进行量测定位，定位完成后，外部电机驱动挤压送料盘进行旋转，挤压送料盘旋转过程中挤压钎焊材进行移动，使钎焊材向钎焊外壳输出段进行移动，钎焊材移动过程中，电磁加热圈对钎焊外壳进行加热，钎焊材经过电磁加热圈加热区域时，钎焊材受热熔融成液态滴落汇集在锥形封堵塞输出端处，随后气泵连接管对钎焊外壳内进行充气使钎焊外壳内产生压强，便于熔融后的钎焊液从钎焊外壳输出段排出，机械手臂带动火焰枪来到红外线定位仪定位的焊接处，通过火焰枪对工件进行加温；

S2、火焰枪对工件进行加温时，通过红外成像仪对作业区域进行监控，此时机械手臂带动导流球头杆挤压工件缝隙处对工件进行钎焊，导流球头杆受到挤压后带动锥形封堵塞向上移动，此时熔融成液态的钎焊液从钎焊外壳与锥形封堵塞错位的缝隙内流出，顺着导流球头杆滴落在工件缝隙内对工件缝隙处进行填充，在填充过程中红外成像仪对作业区域进行监控，当红外成像仪检测到钎焊液溢出后控制机械手臂带动导流球头杆沿焊缝进行滑动，对工件进行钎焊焊接，通过调整机械手臂对导流球头杆的按压力度控制钎焊液流出量，提高机械手臂的行进速度；

S3、机械手臂带动导流球头杆沿焊接缝隙进行滑动时，通过滑动刮板与工件表面进行滑动摩擦，对溢出的钎焊液进行收集导向，将溢出的钎焊液导向至焊缝处，避免钎焊液粘附在工件外部，造成焊缝周围残留焊渣，根据机械手臂对导流球头杆的按压力度，滑动刮板在刮板支撑板上进行滑动，避免对导流球头杆产生干涉，通过滑动刮板与刮板支撑板进行配合使滑动刮板始终贴合工件表面进行移动，保持滑动刮板对工件表面溢出的钎焊液进行清理。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采取的技术方案通过钎焊外壳与电磁加热圈的配合提前将钎焊材在钎焊外壳内部进行熔融，然后通过导流球头杆的导向使熔融后的钎焊液导流进工件缝隙内，对工件进行焊接；通过红外成像仪对焊接时进行红外成像检测，监控钎焊液有无溢出，避免焊接机器人焊接时因工件焊缝深浅不同，导致钎焊液外溢至工件表面或造成焊缝不实的问题出现，当红外成像仪检测到钎焊液填充完成后，控制机械手臂带动导流球头杆沿红外线定位仪标注的焊缝钎处进行移动，对焊缝进行填充。

附图说明

图1为本发明一种基于红外定位的高空作业焊接机器人的结构示意图。

图2为本发明一种基于红外定位的高空作业焊接机器人中钎焊枪的剖面结构示意图。

图3为本发明图2中A部分放大示意图。

图4为本发明一种基于红外定位的高空作业焊接机器人中钎焊枪的动态示意图。

图5为本发明图4中A部分放大示意图；

图6为本发明图1中B部分放大示意图。

图中：1、机械手臂；2、火焰枪；3、钎焊枪；4、钎焊材；5、电磁加热圈；6、滑动刮板；7、红外线定位仪；8、红外成像仪；31、钎焊外壳；32、锥形封堵塞；33、导流球头杆；34、复位压板；341、防护板；342、导流孔；35、复位弹簧；36、气泵连接管；41、收卷辊；42、挤压送料盘；51、加热圈固定套管；61、刮板支撑板；611、限位滑槽。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制，为了更好地说明本发明的具体实施方式，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

请参阅图1-图6，一种基于红外定位的高空作业焊接机器人，包括机械手臂1，用于火焰切割的火焰枪2，对工件进行钎焊的钎焊枪3，钎焊枪3位于机械手臂1端部中心位置，火焰枪2位于钎焊枪3侧边，火焰枪2与钎焊枪3输出端位置为同一方向，机械手臂1顶部设有用于配合钎焊枪3进行钎焊的钎焊材4，钎焊枪3外部设有用于对钎焊材4进行热熔的电磁加热圈5，钎焊枪3输出端侧边设有用于清除多余焊溶液的滑动刮板6，钎焊枪3外壁远离输出端的一侧设有用于对焊接位置进行量测定位的红外线定位仪7和用于对作业区进行热监测的红外成像仪8；钎焊枪3包括钎焊外壳31、对钎焊外壳31输出端进行封堵的锥形封堵塞32及对焊缝处进行挤压对钎焊液进行导流的导流球头杆33，钎焊外壳31内设有推动锥形封堵塞32进行弹性复位的复位弹簧35，钎焊外壳31远离锥形封堵塞32的一端与机械手臂1输出端中心位置固定连接。

本实施方案中：机械手臂1用于配合火焰枪2和钎焊枪3对工件进行焊接，在进行高空作业时将机械手臂1和高空载台进行连接，从而对工件进行高空焊接作业，火焰枪2用于对工件进行焊接和火焰切割，将工件通过热熔焊接在一起，钎焊枪3用于对异种金属构建进行钎焊作业，将两个工件之间的缝隙通过热熔后的钎焊材4进行填充从而使工件焊接在一起，钎焊材4用于对钎焊枪3的焊接提供焊材，电磁加热圈5用于将钎焊材4进行融化，使钎焊材4从固态熔融成液态，便于对工件缝隙处进行填充，使工件进行焊接，滑动刮板6用于对钎焊枪3焊接时溢出的钎焊液进行收集导向，将钎焊液导向至焊缝处，避免焊渣污染工件表面，红外线定位仪7用于焊接时进行导向定位，对焊接位置进行量测，辅助机械手臂1进行焊接定位，红外成像仪8用于对焊接区域进行热成像监控，通过红外成像仪8判断钎焊时钎焊液有无溢出，避免机械手臂1焊接时因工件焊缝深浅不同，然而机械手臂1持续以定速进行焊接时，导致钎焊液外溢至工件表面或造成焊缝不实，钎焊外壳31起到充当壳体的作用，锥形封堵塞32配合复位弹簧35对钎焊外壳31输出段进行封堵，避免未执行焊接作业时钎焊材4融化产生的钎焊液从钎焊外壳31输出端溢出对工件表面产生污染，导流球头杆33用于对焊接时钎焊液进行导流，当机械手臂1对钎焊外壳31进行按压时，导流球头杆33受到工件的挤压向钎焊外壳31内进行滑动收缩，导流球头杆33移动时带动锥形封堵塞32进行同步移动，锥形封堵塞32移动后导致钎焊外壳31与锥形封堵塞32贴合处产生缝隙，此时钎焊外壳31内存储的热容后的焊接液沿钎焊外壳31与锥形封堵塞32的缝隙处流出，在流动过程中依托导流球头杆33的导向将钎焊液导流至工件缝隙内，对工件缝隙进行填充使工件进行焊接，在填充时红外成像仪8对作业区域进行红外成像检测，监控钎焊液有无溢出，当红外成像仪8检测到钎焊液填充完成后，控制机械手臂1带动导流球头杆33沿红外线定位仪7标注的焊缝钎处进行移动，对焊缝进行填充，当作业完成后机械手臂1向上抬升，使导流球头杆33与工件脱离，导流球头杆33失去工件的挤压后，钎焊外壳31内部的复位弹簧35进行弹性施能推动锥形封堵塞32对钎焊外壳31输出端进行封堵，避免钎焊液外溢。

复位弹簧35与锥形封堵塞32之间通过复位压板34进行连接，复位压板34顶面及底面均固定连接有用于防止钎焊液外溢的防护板341，复位压板34开设有用于对钎焊液进行导流的导流孔342；复位压板34用于将复位弹簧35施加的弹力传递给锥形封堵塞32，时锥形封堵塞32对钎焊外壳31输出端进行封堵，防护板341用于防止钎焊液外溢至复位弹簧35处对复位弹簧35产生干涉，影响复位弹簧35对锥形封堵塞32的弹性复位，导流孔342用于对滴落的钎焊液进行让位，避免复位压板34对钎焊液的输出产生干涉。

钎焊外壳31外壁固定连接有刮板支撑板61，滑动刮板6与刮板支撑板61通过限位滑槽611滑动连接，滑动刮板6底部与导流球头杆33底面齐平，滑动刮板6位于导流球头杆33行进端的后方；刮板支撑板61用于对滑动刮板6提供支撑，当钎焊外壳31下压时滑动刮板6依托刮板支撑板61进行滑动，避免对钎焊外壳31下压产生干涉，此时限位滑槽611内的弹簧受到滑动刮板6的挤压进行弹性蓄能，当钎焊外壳31向上抬升时，限位滑槽611内部的弹簧失去滑动刮板6的挤压进行弹性施能，使滑动刮板6紧贴工件表面对钎焊液进行刮除导流，将钎焊液导流至工件焊缝处，滑动刮板6位于导流球头杆33行近段后方，通过滑动刮板6对钎焊时溢出的钎焊液进行导流，避免钎焊液凝结在工件表面。

机械手臂1上转动连接有用于承载钎焊材4的收卷辊41，钎焊外壳31内部转动连接有两个用于驱动钎焊材4进行移动的挤压送料盘42；通过收卷辊41对钎焊材4进行收集承载，延长机械手臂1的作业时间，同时避免钎焊材4受到外部环境干扰，挤压送料盘42用于通过挤压对位于两个挤压送料盘42之间的钎焊材4进行传导，将钎焊材4传导至钎焊外壳31内部，便于通过电磁加热圈5对钎焊材4进行熔融使钎焊材4形成液态。

钎焊外壳31侧壁固定连接有用于对钎焊外壳31内部进行充气增压的气泵连接管36，气泵连接管36位于电磁加热圈5上方；外部充气设备通过气泵连接管36对钎焊外壳31内进行打气，使钎焊外壳31内产生压强，便于钎焊材4熔融产生的溶液从钎焊外壳31内部排出。

电磁加热圈5套设于钎焊外壳31外壁，电磁加热圈5与钎焊外壳31外壁通过加热圈固定套管51进行连接，加热圈固定套管51套设于钎焊外壳31外部，加热圈固定套管51内螺接有用于对加热圈固定套管51滑动进行锁止的紧固螺栓；加热圈固定套管51套设在钎焊外壳31外部，对电磁加热圈5进行支撑，通过加热圈固定套管51内螺接的紧固螺栓对加热圈固定套管51滑动进行锁止，当钎焊外壳31输出段因残留余料导致凝结时，可以拧动紧固螺栓，解除加热圈固定套管51与钎焊外壳31的限位，然后将电磁加热圈5滑动至钎焊外壳31输出端，对钎焊外壳31输出端内凝结的钎焊液进行热熔，避免钎焊外壳31输出端堵塞。

一种基于红外定位的高空作业焊接机器人使用方法：在使用时，通过红外线定位仪7对工件焊接处进行量测定位，定位完成后，外部电机驱动挤压送料盘42进行旋转，挤压送料盘42旋转过程中挤压钎焊材4进行移动，使钎焊材4向钎焊外壳31输出段进行移动，钎焊材4移动过程中，电磁加热圈5对钎焊外壳31进行加热，钎焊材4经过电磁加热圈5加热区域时，钎焊材4受热熔融成液态滴落汇集在锥形封堵塞32输出端处，随后气泵连接管36对钎焊外壳31内进行充气使钎焊外壳31内产生压强，便于熔融后的钎焊液从钎焊外壳31输出段排出，机械手臂1带动火焰枪2来到红外线定位仪7定位的焊接处，通过火焰枪2对工件进行加温，火焰枪2对工件进行加温时，通过红外成像仪8对作业区域进行监控，此时机械手臂1带动导流球头杆33挤压工件缝隙处对工件进行钎焊，导流球头杆33受到挤压后带动锥形封堵塞32向上移动，此时熔融成液态的钎焊液从钎焊外壳31与锥形封堵塞32错位的缝隙内流出，顺着导流球头杆33滴落在工件缝隙内对工件缝隙处进行填充，在填充过程中红外成像仪8对作业区域进行监控，当红外成像仪8检测到钎焊液溢出后控制机械手臂1带动导流球头杆33沿焊缝进行滑动，对工件进行钎焊焊接，通过调整机械手臂1对导流球头杆33的按压力度控制钎焊液流出量，提高机械手臂1的行进速度，机械手臂1带动导流球头杆33沿焊接缝隙进行滑动时，通过滑动刮板6与工件表面进行滑动摩擦，对溢出的钎焊液进行收集导向，将溢出的钎焊液导向至焊缝处，避免钎焊液粘附在工件外部，造成焊缝周围残留焊渣，根据机械手臂1对导流球头杆33的按压力度，滑动刮板6在刮板支撑板61上进行滑动，避免对导流球头杆33产生干涉，通过滑动刮板6与刮板支撑板61进行配合使滑动刮板6始终贴合工件表面进行移动，保持滑动刮板6对工件表面溢出的钎焊液进行清理。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于红外定位的高空作业焊接机器人，包括机械手臂（1），用于火焰切割的火焰枪（2），对工件进行钎焊的钎焊枪（3），其特征在于；所述钎焊枪（3）位于所述机械手臂（1）端部中心位置，所述火焰枪（2）位于所述钎焊枪（3）侧边，所述火焰枪（2）与所述钎焊枪（3）输出端位置为同一方向，所述机械手臂（1）顶部设有用于配合所述钎焊枪（3）进行钎焊的钎焊材（4），所述钎焊枪（3）外部设有用于对所述钎焊材（4）进行热熔的电磁加热圈（5），所述钎焊枪（3）输出端侧边设有用于清除多余焊溶液的滑动刮板（6），所述钎焊枪（3）外壁远离输出端的一侧设有用于对焊接位置进行量测定位的红外线定位仪（7）和用于对作业区进行热监测的红外成像仪（8）；钎焊枪（3）包括钎焊外壳（31）、对钎焊外壳（31）输出端进行封堵的锥形封堵塞（32）及对焊缝处进行挤压对钎焊液进行导流的导流球头杆（33），钎焊外壳（31）内设有推动锥形封堵塞（32）进行弹性复位的复位弹簧（35），所述钎焊外壳（31）远离所述锥形封堵塞（32）的一端与所述机械手臂（1）输出端中心位置固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于红外定位的高空作业焊接机器人，其特征在于：复位弹簧（35）与锥形封堵塞（32）之间通过复位压板（34）进行连接，复位压板（34）顶面及底面均固定连接有用于防止钎焊液外溢的防护板（341），复位压板（34）开设有用于对钎焊液进行导流的导流孔（342）。

3.根据权利要求2所述的一种基于红外定位的高空作业焊接机器人，其特征在于：钎焊外壳（31）外壁固定连接有刮板支撑板（61），滑动刮板（6）与刮板支撑板（61）通过限位滑槽（611）滑动连接，滑动刮板（6）底部与导流球头杆（33）底面齐平，滑动刮板（6）位于导流球头杆（33）行进端的后方。

4.根据权利要求3所述的一种基于红外定位的高空作业焊接机器人，其特征在于：机械手臂（1）上转动连接有用于承载钎焊材（4）的收卷辊（41），钎焊外壳（31）内部转动连接有两个用于驱动钎焊材（4）进行移动的挤压送料盘（42）。

5.根据权利要求4所述的一种基于红外定位的高空作业焊接机器人，其特征在于：钎焊外壳（31）侧壁固定连接有用于对钎焊外壳（31）内部进行充气增压的气泵连接管（36），气泵连接管（36）位于电磁加热圈（5）上方。

6.根据权利要求5所述的一种基于红外定位的高空作业焊接机器人，其特征在于：电磁加热圈（5）套设于钎焊外壳（31）外壁，电磁加热圈（5）与钎焊外壳（31）外壁通过加热圈固定套管（51）进行连接，加热圈固定套管（51）套设于钎焊外壳（31）外部，加热圈固定套管（51）内螺接有用于对加热圈固定套管（51）滑动进行锁止的紧固螺栓。

7.根据权利要求6所述的一种基于红外定位的高空作业焊接机器人的使用方法，其特征在于，包括：

S1、在使用时，通过红外线定位仪（7）对工件焊接处进行量测定位，定位完成后，外部电机驱动挤压送料盘（42）进行旋转，挤压送料盘（42）旋转过程中挤压钎焊材（4）进行移动，使钎焊材（4）向钎焊外壳（31）输出段进行移动，钎焊材（4）移动过程中，电磁加热圈（5）对钎焊外壳（31）进行加热，钎焊材（4）经过电磁加热圈（5）加热区域时，钎焊材（4）受热熔融成液态滴落汇集在锥形封堵塞（32）输出端处，随后气泵连接管（36）对钎焊外壳（31）内进行充气使钎焊外壳（31）内产生压强，便于熔融后的钎焊液从钎焊外壳（31）输出段排出，机械手臂（1）带动火焰枪（2）来到红外线定位仪（7）定位的焊接处，通过火焰枪（2）对工件进行加温；

S2、火焰枪（2）对工件进行加温时，通过红外成像仪（8）对作业区域进行监控，此时机械手臂（1）带动导流球头杆（33）挤压工件缝隙处对工件进行钎焊，导流球头杆（33）受到挤压后带动锥形封堵塞（32）向上移动，此时熔融成液态的钎焊液从钎焊外壳（31）与锥形封堵塞（32）错位的缝隙内流出，顺着导流球头杆（33）滴落在工件缝隙内对工件缝隙处进行填充，在填充过程中红外成像仪（8）对作业区域进行监控，当红外成像仪（8）检测到钎焊液溢出后控制机械手臂（1）带动导流球头杆（33）沿焊缝进行滑动，对工件进行钎焊焊接，通过调整机械手臂（1）对导流球头杆（33）的按压力度控制钎焊液流出量，提高机械手臂（1）的行进速度；

S3、机械手臂（1）带动导流球头杆（33）沿焊接缝隙进行滑动时，通过滑动刮板（6）与工件表面进行滑动摩擦，对溢出的钎焊液进行收集导向，将溢出的钎焊液导向至焊缝处，避免钎焊液粘附在工件外部，造成焊缝周围残留焊渣，根据机械手臂（1）对导流球头杆（33）的按压力度，滑动刮板（6）在刮板支撑板（61）上进行滑动，避免对导流球头杆（33）产生干涉，通过滑动刮板（6）与刮板支撑板（61）进行配合使滑动刮板（6）始终贴合工件表面进行移动，保持滑动刮板（6）对工件表面溢出的钎焊液进行清理。

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