CN114937388B - 一种工业机器人高仿焊接模拟教学装置及模拟焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业机器人高仿焊接模拟教学装置及模拟焊接方法，包括六轴机械臂、焊枪模拟装置和正交双轴变位机，焊枪模拟装置包括模拟焊枪、模拟焊丝输送装置、料盘，料盘上缠绕有模拟焊丝，模拟焊枪上设置有加热模块；模拟焊枪固定连接在六轴机械臂的法兰盘上，正交双轴变位机上固定连接有工作台，工作台上设置有夹持装置，夹持装置上夹持有待焊接的工件，模拟焊丝通过模拟焊丝输送装置送至模拟焊枪，模拟焊枪利用模拟焊丝对工件进行焊接模拟操作；本发明用于解决用于解决现有技术中工业机器人的焊接模拟装置，模拟方式简单，模拟后的效果抽象，无法准确地表现出实际焊接效果，从而影响教学效果的问题。

Description

一种工业机器人高仿焊接模拟教学装置及模拟焊接方法

技术领域

本发明涉及工业机器人焊接实训教学装置技术领域，特别是一种工业机器人高仿焊接模拟教学装置及模拟焊接方法。

背景技术

随着工业机器人技术的发展，工业机器人能够实现的操作越来越多，从而在多种领域得到了广泛的应用，工业机器人教育也变得越来越重要。如果使用机器人配合实际焊机系统进行教学，耗材昂贵，占地面积大，而且会产生粉尘、焊烟，不环保。为了便于工业机器人焊接教学，各种工业机器人教学实训平台应运而生，但是在现有的实训平台中，采用的工业机器人焊接模拟设备多为激光笔或机械标针模拟焊接轨迹，利用工业机器人带动激光笔或标针沿着预定的图形轮廓移动，以此模拟焊接过程，但是这种模拟方式只是对平面焊接轨迹进行模拟，难以反映出实际焊接轨迹的复杂情况，更没有反映出焊接工艺的实际过程，焊接模拟方式与实际机器人焊接系统相似度不高，不能够起到良好的教学效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种工业机器人高仿焊接模拟教学装置及模拟焊接方法，用于解决现有技术中工业机器人的焊接模拟装置，模拟方式简单，模拟后的效果抽象，无法准确地表现出实际焊接效果，从而影响教学效果的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种工业机器人高仿焊接模拟教学装置，包括六轴机械臂、焊枪模拟装置和正交双轴变位机，焊枪模拟装置包括模拟焊枪、模拟焊丝输送装置、料盘，料盘上缠绕有模拟焊丝，模拟焊枪上设置有加热模块；模拟焊枪固定连接在六轴机械臂的法兰盘上，正交双轴变位机上固定连接有工作台，工作台上设置有夹持装置，夹持装置上夹持有待焊接的工件，模拟焊丝通过模拟焊丝输送装置送至模拟焊枪，模拟焊枪利用模拟焊丝对工件进行焊接模拟操作。

可选地，所述模拟焊枪包括加热管，加热管的中心开设有导丝孔，加热管的顶部设置有散热器，散热器的顶部设置有进丝口，加热管的底部设置有喷嘴，进丝口和喷嘴均与导丝孔连通，加热模块靠近喷嘴设置。

可选地，加热模块包括加热元件和测温元件，加热元件和测温元件安装在加热管上。

可选地，所述散热器外设置有冷却装置，冷却装置包括两个互相配合的冷却罩，两个冷却罩共同组成一个冷却空间，散热器位于冷却空间内，两个冷却罩之间通过螺栓锁紧，一侧的冷却罩上设置有供压缩气体进出的进气口和出气口。

可选地，进气口处设置有用于调整气体流速的进气阀，出气口处设置有消音器。

可选地，两个冷却罩的连接处设置有密封垫，冷却罩与加热管的连接处设置有密封圈。

可选地，冷却罩的外侧均匀开设有若干散热槽。

可选地，模拟焊枪与六轴机械臂的法兰盘之间为可拆卸固定连接，模拟焊枪的顶部设置有快换装置。

可选地，所述模拟焊丝的材料采用ABS。

一种工业机器人高仿焊接模拟教学装置的焊接模拟方法包括以下步骤：

1）利用六轴机械臂调整模拟焊枪的位置，利用正交双轴变位机变位机调整工件的位置，使模拟焊枪和焊缝形成一个合适的焊接角度；

2）料盘上的模拟焊丝通过模拟焊丝输送装置送入模拟焊枪内，模拟焊丝在模拟焊枪内经过加热模块加热至熔融状态后，从模拟焊枪内流出；

3）六轴机械臂能够根据设定的程序，带动模拟焊枪沿着焊缝轨迹移动，并将熔融状态的模拟焊丝填充在焊缝内，六轴机械臂能够带动模拟焊枪模拟焊接人员不同的运丝手法，从而模拟不同的焊接工艺，得到不同形态的焊迹花纹。

本发明的工业机器人高仿焊接模拟教学装置具有以下优点：

（1）模拟焊丝通过模拟焊丝输送装置送入模拟焊枪中进行加热，再由模拟焊枪将熔化后的模拟焊丝焊接在工件上，模拟焊丝的模拟过程与焊条的真实焊接过程高度相似，而且能够模拟出真实的焊缝效果，模拟效果与实际效果契合度高，教学效果好。

（2）六轴机械臂能够带动模拟焊枪在空间内作出复杂的空间曲线，以此来模拟各种焊接工艺，使得到的焊缝更加真实。

（3）正交二轴变位机与六轴机械臂联动，能够实现工件位置和姿态的动态调整，使模拟焊枪能够从最佳角度对工件进行焊接操作。

（4）采用ABS材料模拟焊接不会产生烟尘，而且材料可回收利用，更为环保。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是模拟焊枪的结构示意图之一。

图3是模拟焊枪的结构示意图之二。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种工业机器人高仿焊接模拟教学装置，包括六轴机械臂1、焊枪模拟装置和正交双轴变位机5，焊枪模拟装置包括模拟焊枪4、模拟焊丝输送装置2、料盘3，料盘3上缠绕有模拟焊丝，模拟焊丝的材料采用ABS，ABS材料模拟焊接时不会产生焊烟、粉尘等有害物质，而且ABS材料可回收利用，更有利于环保，除了ABS材料外，模拟焊丝也可以采用PLA、PC等材质，还可以采用可降解材质。

如图2-图3所示，模拟焊枪4的顶部设置有快换装置407，模拟焊枪4通过快换装置407可拆卸固定连接在六轴机械臂1的法兰盘上，方便模拟焊枪4的装卸。模拟焊枪4包括加热管404，加热管404的中心开设有导丝孔406，加热管404的顶部设置有散热器403，散热器403的顶部设置有进丝口401，加热管404的底部设置有喷嘴405，进丝口401和喷嘴405均与导丝孔406连通，加热模块包括加热元件410和测温元件，加热元件410和测温元件安装在加热管404上，加热元件410靠近喷嘴405设置。散热器403外设置有冷却装置，冷却装置包括两个互相配合的冷却罩411，两个冷却罩411共同组成一个冷却空间，散热器403位于冷却空间内，冷却罩411的外侧均匀开设有若干散热槽，能够加速热量的散发。两个冷却罩411之间通过螺栓锁紧，两个冷却罩411的连接处设置有密封垫402，冷却罩411与加热管404的连接处设置有密封圈412。一侧的冷却罩411上设置有供压缩气体进出的进气口和出气口，进气口处设置有用于调整气体流速的进气阀408，出气口处设置有消音器409，消除噪声污染。通过进气口向冷却空间内通入压缩气体，然后压缩气体将散热器403释放的热量通过出气口排出，确保模拟焊枪4的正常使用，密封垫402和密封圈412能够确保冷却空间的密封性，提高压缩气体的冷却效果。

料盘3上的模拟焊丝通过模拟焊丝输送装置2送入散热器403的进丝口401内，随后进入导丝孔406，经加热元件410加热至熔融状态后，最后通过喷嘴405焊接在工件上，实现物理仿真，模拟焊丝加热至熔融状态然后对工件进行连接的工艺方式，与真实焊条熔化形成熔融区域，熔池冷却凝固后便形成材料之间的连接的工艺契合度极高。此外还可以对六轴机械臂1的移动轨迹进行设定，使其带动模拟焊枪4模拟焊接人员不同的运丝手法，从而模拟不同的焊接工艺，得到不同形态的焊迹花纹，与实际焊接工艺高度契合，受训者获得的技能可直接应用于实际生产。教学完成后，焊接在工件的模拟焊丝，可通过热风机对其加热，使其从工件上脱落，然后回收再利用。

如图1所示，正交双轴变位机5上固定连接有工作台502，工作台502上设置有夹持装置，夹持装置可采用三爪卡盘501，三爪卡盘501夹持住待焊接的工件，夹持装置的作用就是用来固定待焊接的工件，所以其选用的结构包括但不限于三爪卡盘501，也可以采用四爪卡盘、机械卡盘等等，只要是能够起到夹持固定作用的结构均可。

工业机器人高仿焊接模拟教学装置的焊接模拟方法如下：

1）利用六轴机械臂1调整模拟焊枪的位置，利用正交双轴变位机5变位机调整工件的位置，正交双轴变位机5与六轴机械臂1联动可调整工件的空间位置、姿态，使模拟焊枪4能够从最佳角度对工件的焊缝进行焊接操作，设备更加灵活，适用范围更大；

2）料盘3上的模拟焊丝通过模拟焊丝输送装置2送入散热器403的进丝口401内，随后进入导丝孔406，经加热元件410加热至熔融状态后，最后通过喷嘴405流出，实现物理仿真，模拟焊丝加热至熔融状态然后对工件进行连接的工艺方式，与真实焊条熔化形成熔融区域，熔池冷却凝固后便形成材料之间的连接的工艺契合度极高；

3）六轴机械臂1能够根据设定的程序，带动模拟焊枪4沿着设定的焊缝轨迹移动，并将熔融状态的模拟焊丝填充在焊缝内，六轴机械臂1带动模拟焊枪4模拟焊接人员不同的运丝手法，从而模拟不同的焊接工艺，得到不同形态的焊迹花纹，与实际焊接工艺高度契合，受训者获得的技能可直接应用于实际生产。

以上所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种工业机器人高仿焊接模拟教学装置，其特征在于：包括六轴机械臂、焊枪模拟装置和正交双轴变位机，焊枪模拟装置包括模拟焊枪、模拟焊丝输送装置、料盘，料盘上缠绕有模拟焊丝，模拟焊丝的材质为加热后是熔融状态、冷却后是固体状态的可降解材料，模拟焊枪上设置有加热模块，模拟焊枪包括加热管，加热管的中心开设有导丝孔，加热管的顶部设置有散热器，散热器的顶部设置有进丝口，加热管的底部设置有喷嘴，进丝口和喷嘴均与导丝孔连通，加热模块靠近喷嘴设置；模拟焊枪固定连接在六轴机械臂的法兰盘上，正交双轴变位机上固定连接有工作台，工作台上设置有夹持装置，夹持装置上夹持有待焊接的工件，模拟焊丝通过模拟焊丝输送装置送至模拟焊枪，模拟焊枪利用模拟焊丝对工件进行焊接模拟操作。

2.如权利要求1所述的工业机器人高仿焊接模拟教学装置，其特征在于：加热模块包括加热元件和测温元件，加热元件和测温元件安装在加热管上。

3.如权利要求1所述的工业机器人高仿焊接模拟教学装置，其特征在于：所述散热器外设置有冷却装置，冷却装置包括两个互相配合的冷却罩，两个冷却罩共同组成一个冷却空间，散热器位于冷却空间内，两个冷却罩之间通过螺栓锁紧，一侧的冷却罩上设置有供压缩气体进出的进气口和出气口。

4.如权利要求3所述的工业机器人高仿焊接模拟教学装置，其特征在于：进气口处设置有用于调整气体流速的进气阀，出气口处设置有消音器。

5.如权利要求3所述的工业机器人高仿焊接模拟教学装置，其特征在于：两个冷却罩的连接处设置有密封垫，冷却罩与加热管的连接处设置有密封圈。

6.如权利要求3所述的工业机器人高仿焊接模拟教学装置，其特征在于：冷却罩的外侧均匀开设有若干散热槽。

7.如权利要求1所述的工业机器人高仿焊接模拟教学装置，其特征在于：模拟焊枪与六轴机械臂的法兰盘之间为可拆卸固定连接，模拟焊枪的顶部设置有快换装置。

8.如权利要求1-7任一项所述的工业机器人高仿焊接模拟教学装置的焊接模拟方法，其特征在于包括以下步骤：

1）利用六轴机械臂调整模拟焊枪的位置，利用正交双轴变位机调整工件的位置，使模拟焊枪和焊缝形成一个合适的焊接角度；

2）料盘上的模拟焊丝通过模拟焊丝输送装置送入模拟焊枪内，模拟焊丝在模拟焊枪内经过加热模块加热至熔融状态后，从模拟焊枪内流出；

3）六轴机械臂能够根据设定的程序，带动模拟焊枪沿着焊缝轨迹移动，并将熔融状态的模拟焊丝填充在焊缝内，六轴机械臂能够带动模拟焊枪模拟焊接人员不同的运丝手法，从而模拟不同的焊接工艺，得到不同形态的焊迹花纹。

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