CN114669831B - 一种应用于板翅式换热器的自动焊接系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于板翅式换热器的自动焊接系统及方法，所述系统包括控制柜以及与所述控制柜分别信号连接的焊接机器人、夹持组件、激光扫描组件和除尘组件，所述夹持组件用于夹持待焊接件；所述激光扫描组件用于对所述待焊接件进行扫描；所述焊接机器人用于至少基于所述激光扫描组件的扫描结果对所述待焊接件进行焊接；所述除尘组件罩设于所述夹持组件的上方，用于收集并处理焊接过程中产生的烟尘。采用本发明提供的应用于板翅式换热器的自动焊接系统和方法，能够实现待焊接件的完全自适应焊接，不需要工人对运动轨迹进行示教或编程，且焊接效率高、精度高。

Description

一种应用于板翅式换热器的自动焊接系统及方法

技术领域

本发明涉及自动焊接技术领域，尤其涉及一种应用于板翅式换热器的自动焊接系统及方法。

背景技术

板翅式换热器，如图1所示，其两端设有封头1，侧面还设有支座3。请参考图2和图3，板翅式换热器中的封头1与圆筒式的封头体2，以及支座3与支座3中的隔板4都需要焊接进行固定。由于上述工件属于承压设备，对焊接质量要求较高，目前是由焊接工人手工焊接完成，焊接合格率难以实现稳定；且工件的材质为铝合金，焊接产生的铝合金烟尘对人体有毒害作用，铝粉末聚集易产生爆炸。

而若采用机器人取代人工对上述产品进行焊接，虽然可以解决上述问题，但是仍然存在以下技术难点：一、上述封头1和支座3均为非标准的定制化产品，可以视为每一个工件只有基本的外形特征符合一定规律(例如封头体2是半圆柱型，支座3与隔板4是直角相交进行拼接)，而尺寸、结构细节都会频繁变化(例如，封头1是如图2所示的半圆弧平板型，也可以是如图1所示的“人”字曲线型；又例如，支座3有时有两块隔板4，有时有四块或更多隔板4)，故基本无法以传统的机器人示教的方式实现批量自动化生产。二、工件的材质为铝合金(牌号5083)，该材质不易焊接，较常规钢铁对焊接过程要求更苛刻，更易出现焊接缺陷，故对焊接系统的识别精度、焊接精度要求会更高。三、工件焊缝往往需要多层多道焊接，在焊接时每一道焊道都需要对焊接的落点位置进行相应的位移微调，故需要机器人具备良好的多层多道焊能力。

发明内容

本发明提供一种应用于板翅式换热器的自动焊接系统及方法，以解决上述技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种应用于板翅式换热器的自动焊接系统，包括控制柜以及与所述控制柜分别信号连接的焊接机器人、夹持组件、激光扫描组件和除尘组件，

所述夹持组件用于夹持待焊接件；

所述激光扫描组件用于对所述待焊接件进行扫描；

所述焊接机器人用于至少基于所述激光扫描组件的扫描结果对所述待焊接件进行焊接；

所述除尘组件罩设于所述夹持组件的上方，用于收集并处理焊接过程中产生的烟尘。

较佳地，所述自动焊接系统还包括围护组件，所述围护组件包括设置于所述焊接机器人工作区域外围的围栏，所述围栏设有一个或两个进出口，所述进出口处设有安全光栅和防弧光软帘。

较佳地，所述夹持组件包括夹具和变位机，所述夹具与所述待焊接件可拆卸式安装，所述夹具安装于所述变位机上，且所述变位机能够带动所述夹具变换位置。

较佳地，所述焊接机器人至少包括依次连接的底座、机械臂和焊枪，所述控制柜与所述机械臂信号连接并控制所述机械臂移动，所述焊枪对所述待焊接件的焊缝实施焊接。

较佳地，所述激光扫描组件包括激光寻位传感器和点激光传感器，所述激光寻位传感器安装于所述机械臂上，所述机械臂带动所述激光寻位传感器对所述待焊接件实施扫描；所述点激光传感器安装于所述焊枪上，且所述点激光传感器的扫描点与所述焊枪的焊点的位置对应。

本发明还提供了一种应用于板翅式换热器的自动焊接方法，包括如下步骤：

S10：在自动焊接系统中录入工件类型特征及其对应的运动逻辑；

S20：利用夹持组件夹持待焊接件；

S30：输入所述待焊接件的工件类型特征，获得所述待焊接件的运动逻辑；

S40：基于所述运动逻辑控制激光扫描组件对所述待焊接件执行扫描程序，获得焊缝信息；

S50：至少基于所述焊缝信息生成焊接机器人的运动轨迹和焊道数量；

S60：所述焊接机器人基于所述运动轨迹和所述焊道数量对所述待焊接件实施焊接；

S70：所述待焊接件焊接完成后，所述焊接机器人移动至初始位置，等待下一次循环。

较佳地，步骤S40包括：

S41：初扫，采用激光寻位传感器从所述待焊接件正上方由左至右水平扫略一遍，得到所述待焊接件的坐标原点，以及所述待焊接件的结构信息；

S42：精扫，采用所述激光寻位传感器再进行一次激光扫描动作，配合所述激光寻位传感器的运动，扫描所述待焊接件不同的面的位置信息，继而对各个面求相交得到相交线的位置，作为所述焊缝信息。

较佳地，所述夹持组件的上方罩设有除尘组件，步骤S60还包括：开启所述除尘组件，收集并处理焊接过程中产生的烟尘。

较佳地，步骤S60中，所述夹持组件基于所述焊接机器人的姿态调整所述待焊接件的位置。

较佳地，所述焊接机器人的焊枪前方设有点激光传感器，步骤S60中，所述点激光传感器作为所述焊枪的激光引导，对步骤S50中生成的所述运动轨迹和焊道数量进行修正。

与现有技术相比，本发明提供的应用于板翅式换热器的自动焊接系统及方法具有如下优点：

1、采用本发明提供的应用于板翅式换热器的自动焊接系统及方法，能够实现待焊接件的完全自适应焊接，不需要工人对运动轨迹进行示教或编程，且焊接效率高、精度高；

2、本发明在自动焊接系统中增加除尘组件，将焊接产生的烟尘收集到防爆除尘设备内，避免烟尘对工作人员造成毒害，同时实现环保目的。

附图说明

图1为板翅式换热器的结构示意图；

图2为封头的结构示意图；

图3为支座的结构示意图；

图4为本发明一具体实施方式中应用于板翅式换热器的自动焊接系统的结构框图；

图5为本发明一具体实施方式中应用于板翅式换热器的自动焊接方法的流程图。

图中：1-封头、2-封头体、3-支座、4-隔板；10-控制柜、20-焊接机器人、21-底座、22-机械臂、23-焊枪、30-夹持组件、31-夹具、32-变位机、40-激光扫描组件、41-激光寻位传感器、42-点激光传感器、50-除尘组件。

具体实施方式

为了更详尽的表述上述发明的技术方案，以下列举出具体的实施例来证明技术效果；需要强调的是，这些实施例用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。

本发明提供的应用于板翅式换热器的自动焊接系统，如图4所示，包括控制柜10以及与所述控制柜10分别信号连接的焊接机器人20、夹持组件30、激光扫描组件40和除尘组件50，本申请对各组件之间的分布以及位置关系不做限定，能实现以下功能即可。

所述夹持组件30用于夹持待焊接件。请参考图2，在一些实施例中，所述待焊接件可以是指板翅式换热器中的封头1和封头体2；请参考图3，在另一些实施例中，待焊接件也可以是指板翅式换热器中的支座3和隔板4。

所述激光扫描组件40用于对所述待焊接件进行扫描，以获得扫描结果。在一些实施例中，所述扫描结果可以包括所述待焊接件的形状、位置、数量(如支座3中隔板4的数量)等信息。

所述焊接机器人20用于至少基于所述激光扫描组件40的扫描结果对所述待焊接件进行焊接。换句话说，控制柜10接收到扫描结果后，可以自动生成对所述焊接机器人20的控制信息，该控制信息包括但不限于焊接机器人20的运动轨迹和每条焊缝对应的焊道数量。所述运动轨迹是指焊接机器人20的移动步骤。在一些实施例中，由于焊缝的深度、角度等特征导致焊缝需要由数道乃至数十道的焊道反复填充焊接而成，因此，所述焊道数量是指每条焊缝对应的焊道的具体数量。

所述除尘组件50罩设于所述夹持组件30的上方，覆盖整个焊接工位，用于收集并处理焊接过程中产生的烟尘。在一些实施例中，除尘组件50可以包括集尘罩和与集尘罩连通的防爆除尘设备(例如除尘机)。本申请通过在自动焊接系统中增加除尘组件50，将烟尘通过集尘罩顶部口吸入除尘机集中处理，从而将焊接产生的烟尘收集到防爆除尘设备内，进行集中除尘，最终将烟尘过滤成符合排放标准的洁净空气，继而避免烟尘对工作人员造成毒害，同时实现环保目的。

本申请提供的自动焊接系统，能够实现待焊接件的完全自适应焊接，不需要工人对运动轨迹进行示教或编程，且焊接效率高、精度高。

较佳地，所述自动焊接系统还包括围护组件(未图示)，所述围护组件包括设置于所述焊接机器人20工作区域外围的围栏，所述围栏设有一个或两个进出口，所述进出口可用于进出料以及人员检修等，所述进出口处设有安全光栅(例如SICK安全光栅)和防弧光软帘，确保进出料以及人员进出安全，同时有效防弧光。另外，所述自动焊接系统还可以设置两个悬臂吊装装置，辅助人工上下料件，减轻人工劳动强度。

较佳地，请继续参考图4，所述夹持组件30包括夹具31和变位机32，所述夹具31与所述待焊接件可拆卸式安装，所述夹具31安装于所述变位机32上，且所述变位机32能够带动所述夹具31变换位置。在一些实施例中，所述夹具31可以采用模块式拼装结构，便于根据待焊接件的具体情况(例如种类、型号、尺寸等)选取适宜的夹具31直接使用，一方面增加系统的适用范围，另一方面缩短待焊接件的安装时间。在一些实施例中，所述夹具31可以采用手动装夹，通过手动调整可兼容不同规格尺寸的待焊接件，进一步增加系统的适用范围。

在一些实施例中，所述变位机32可以采用单轴变位机，即变位机带着夹具31和待焊接件旋转，从而变换位置，继而实现对待焊接件的不同表面进行焊接的目的。在另一些实施例中，所述变位机32可以采用双轴变位机，即绕两个旋转轴旋转，这样能保证大部分焊缝处于船形位置焊接，进一步提高焊接质量。

较佳地，请继续参考图4，所述焊接机器人20至少包括依次连接的底座21、机械臂22和焊枪23，所述底座21钢结构，可固定在地面上，机械臂22的一端固定于底座21上，另一端固定焊枪23，所述控制柜10与所述机械臂22信号连接并控制所述机械臂22移动，所述焊枪23对所述待焊接件的焊缝实施焊接。所述机械臂22通过移动可将端部的焊枪23移动至所述待焊接件的焊缝处，从而实施焊接。当然，对于与所述焊接机器人20配套使用的送丝机、冷却机构、防撞机构等均可参考现有技术中的相关内容，由于该部分内容并非本申请要保护的重点，因此不予赘述。

较佳地，请继续参考图4，所述激光扫描组件40包括激光寻位传感器41和点激光传感器42，所述激光寻位传感器41安装于所述机械臂22上，所述机械臂22带动所述激光寻位传感器41对所述待焊接件实施扫描，无需为激光寻位传感器41提供独立的运动机构，既能简化整个系统的结构，节约能源，又能消除检测机构(激光寻位传感器41)与执行机构(焊枪23)之间的误差，提高焊接精度；所述点激光传感器42安装于所述焊枪23上，且所述点激光传感器42的扫描点与所述焊枪23的焊点的位置对应，在一些实施例中，点激光传感器42的扫描点在焊枪23的运动轨迹的前方，作为焊点的引导，也就是说，可以通过点激光传感器42发射的激光实时测量待焊焊缝的具体细节形状和位置等信息，避免实际的待焊焊缝并不像理论中一样笔直、尺寸精准，继而产生偏差，本实施例利用点激光传感器42不断修正焊枪23的运动轨迹，从而实现精准焊接。

请参考图5，并结合图1至图4，本发明还提供了一种应用于板翅式换热器的自动焊接方法，包括如下步骤：

S10：在自动焊接系统中录入工件类型特征及其对应的运动逻辑。仍然以前述的板翅式换热器中的封头1和支座3为例，所述工件类型特征可以指待焊接件的种类，例如圆形的封头1、半圆形的封头1、直角式相交的支座3、锯齿式相交的支座3等，与其对应的运动逻辑可以指待焊接件的各种类对应的轮廓轨迹，例如圆形的封头1和半圆形的封头1走圆弧轨迹，直角式相交的支座3沿着相交线走直线轨迹，锯齿式相交的支座3则按照锯齿形状走折线轨迹，等等。由于工件类型特征可由工作人员很直观的观察得到，因此选用初始录入的形式，后续步骤中可通过输入工件类型特征直接调用其对应的运动逻辑，从而作为焊接的基础指导，而具体对于待焊接件的尺寸参数等可以设置为可调的不定参数，结合自动焊接系统的识别(扫描)过程实现自适应调整，从而实现自动焊接方法的优化。在一些实施例中，工件类型特征及其对应的运动逻辑可以定期或不定期进行更新，例如出现新的工件类型特征或运动逻辑时，可在控制柜10的程序中根据需求进行增加。

S20：利用夹持组件30夹持待焊接件，对待焊接件进行初步定位，便于后续扫描及焊接，还可以同时启动变位机32的控制电机，便于变位机32的位置控制。所述夹持组件30的具体结构以及应用方法可参考前述系统中的相关内容，此处不予赘述。

S30：输入所述待焊接件的工件类型特征，获得所述待焊接件的运动逻辑，采用直接调用的方式，提高操作便利性。在一些实施例中，调用对应的运动逻辑后，还可以输入一些待焊接件的尺寸信息，例如总高度、总长度、隔板数量、隔板间距、隔板厚度等等，这些尺寸信息可以从工件说明书或设计图中快速、便捷地得到，虽然也可以通过后续扫描得到，但是通过输入的方式获得能够简化程序，提高系统的工作效率。

S40：基于所述运动逻辑控制激光扫描组件40对所述待焊接件执行扫描程序，获得焊缝信息。

具体地，步骤S40包括：

S41：初扫，采用激光寻位传感器41从所述待焊接件正上方由左至右水平快速扫略一遍，得到所述待焊接件的坐标原点，以及所述待焊接件的结构信息，所述结构信息可以包括待焊接件的轮廓尺寸(例如长、宽、高、直径等)和隔板数量等，若步骤S30中已经获得了相应的尺寸信息，则可以将扫描得到的结构信息与尺寸信息进行比对，避免出现上错料、设备故障等问题。

S42：精扫，采用所述激光寻位传感器41再进行一次详细的激光扫描动作，配合所述激光寻位传感器41的运动(例如机械臂22以特定的旋转方式带动激光寻位传感器41旋转)，扫描所述待焊接件不同的面的位置信息，继而对各个面求相交得到相交线的位置，作为所述焊缝信息。所述焊缝信息可以包括焊缝的具体位置(坐标)和尺寸(深度、角度等)。

本申请通过激光扫描组件40实现精准扫描，继而实现智能焊接。

S50：控制器10接收到激光扫描组件40传输的焊缝信息后，至少基于所述焊缝信息生成焊接机器人20的运动轨迹和焊道数量。关于所述运动轨迹和所述焊道数量的定义可以参加前述系统中的相关内容，此处不予赘述。

S60：所述焊接机器人20基于所述运动轨迹和所述焊道数量对所述待焊接件实施焊接。

在一些实施例中，所述焊接机器人20的焊枪23前方设有点激光传感器42，步骤S60中，所述点激光传感器42可以作为所述焊枪23的激光引导，对步骤S50中生成的所述运动轨迹和焊道数量进行修正，实现精准焊接。另外，需要说明的是：当预设的多层多道焊工艺(即焊缝信息与对应的焊道数量)无法得到良好的焊接质量时，工作人员可以在控制柜10的控制终端输入偏移量调节参数，以得到适用于当前待焊接件具体情况的参数。

在一些实施例中，步骤S60中，所述夹持组件30还可以基于所述焊接机器人20的姿态调整所述待焊接件的位置。换句话说，在焊接过程中，还可以利用变位机32带动夹具31和待焊接件变换位置，即变位机32可以协同焊接机器人20的焊枪23的姿态、角度带动待焊接件进行位置调整，以确保待焊接件处于最佳的焊接姿态进行焊接。

S70：所述待焊接件焊接完成后，所述焊接机器人20移动至初始位置，等待下一次循环。

采用上述方法如有如下优点：

1.本发明能够实现完全自适应焊接，工作人员只需在前期录入好工件特征类型，并将待焊接件固定于夹持组件30上，输入部分尺寸数据(也可不输入)，即可进行自动焊接，无需人工示教；

2.缩短了产品导入时间；

3.工作人员无需掌握机器人编程技术；

4.能够适用于多种类型、型号、尺寸的产品，且转换快速、方便。

较佳地，所述夹持组件30的上方罩设有除尘组件50，步骤S60还包括：所述控制柜10控制开启所述除尘组件50，收集并处理焊接过程中产生的烟尘。关于所述除尘组件50的具体结构和使用方法可参考前述系统中的相关内容，此处不予赘述。

综上所述，本发明提供的应用于板翅式换热器的自动焊接系统，所述系统包括控制柜10以及与所述控制柜10分别信号连接的焊接机器人20、夹持组件30、激光扫描组件40和除尘组件50，所述夹持组件30用于夹持待焊接件；所述激光扫描组件40用于对所述待焊接件进行扫描；所述焊接机器人20用于至少基于所述激光扫描组件40的扫描结果对所述待焊接件进行焊接；所述除尘组件50罩设于所述夹持组件30的上方，用于收集并处理焊接过程中产生的烟尘。采用本发明提供的应用于板翅式换热器的自动焊接系统和方法，能够实现待焊接件的完全自适应焊接，不需要工人对运动轨迹进行示教或编程，且焊接效率高、精度高。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种应用于板翅式换热器的自动焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

S10：在自动焊接系统中录入工件类型特征及其对应的运动逻辑；

所述自动焊接系统包括控制柜以及与所述控制柜分别信号连接的焊接机器人、夹持组件、激光扫描组件和除尘组件，

所述夹持组件用于夹持待焊接件；

所述激光扫描组件用于对所述待焊接件进行扫描；

所述焊接机器人用于至少基于所述激光扫描组件的扫描结果对所述待焊接件进行焊接；

所述除尘组件罩设于所述夹持组件的上方，用于收集并处理焊接过程中产生的烟尘；

所述焊接机器人至少包括依次连接的底座、机械臂和焊枪，所述控制柜与所述机械臂信号连接并控制所述机械臂移动，所述焊枪对所述待焊接件的焊缝实施焊接；

所述激光扫描组件包括激光寻位传感器和点激光传感器，所述激光寻位传感器安装于所述机械臂上，所述机械臂带动所述激光寻位传感器对所述待焊接件实施扫描；所述点激光传感器安装于所述焊枪上，且所述点激光传感器的扫描点与所述焊枪的焊点的位置对应；

S20：利用夹持组件夹持待焊接件；

S30：输入所述待焊接件的工件类型特征，获得所述待焊接件的运动逻辑；

S40：基于所述运动逻辑控制激光扫描组件对所述待焊接件执行扫描程序，获得焊缝信息；

S50：至少基于所述焊缝信息生成焊接机器人的运动轨迹和焊道数量；

S60：所述焊接机器人基于所述运动轨迹和所述焊道数量对所述待焊接件实施焊接，所述点激光传感器作为所述焊枪的激光引导，对步骤S50中生成的所述运动轨迹和焊道数量进行修正；

S70：所述待焊接件焊接完成后，所述焊接机器人移动至初始位置，等待下一次循环；

所述步骤S40包括：

S41：初扫，采用激光寻位传感器从所述待焊接件正上方由左至右水平扫略一遍，得到所述待焊接件的坐标原点，以及所述待焊接件的结构信息；

S42：精扫，采用所述激光寻位传感器再进行一次激光扫描动作，配合所述激光寻位传感器的运动，扫描所述待焊接件不同的面的位置信息，继而对各个面求相交得到相交线的位置，作为所述焊缝信息。

2.如权利要求1所述的应用于板翅式换热器的自动焊接方法，其特征在于，还包括围护组件，所述围护组件包括设置于所述焊接机器人工作区域外围的围栏，所述围栏设有一个或两个进出口，所述进出口处设有安全光栅和防弧光软帘。

3.如权利要求1所述的应用于板翅式换热器的自动焊接方法，其特征在于，所述夹持组件包括夹具和变位机，所述夹具与所述待焊接件可拆卸式安装，所述夹具安装于所述变位机上，且所述变位机能够带动所述夹具变换位置。

4.如权利要求1所述的应用于板翅式换热器的自动焊接方法，其特征在于，所述夹持组件的上方罩设有除尘组件，步骤S60还包括：开启所述除尘组件，收集并处理焊接过程中产生的烟尘。

5.如权利要求1所述的应用于板翅式换热器的自动焊接方法，其特征在于，步骤S60中，所述夹持组件基于所述焊接机器人的姿态调整所述待焊接件的位置。