CN114985883B - 一种垫板全自动焊接生产线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垫板全自动焊接生产线，涉及铁路轨道道岔用铁垫板焊接自动化领域。该焊接生产线包括自动焊接设备、大件自动取料设备、小件自动取料设备、重载输送线、小件输送线和视觉识别系统，大件自动取料设备用于完成大件底板的上料和垫板焊接成品的下料,小件自动取料设备用于完成小件的上料,重载输送线用于提供大件底板的上料输送和垫板焊接成品的下料输送,小件输送线用于提供小件的上料输送,视觉识别系统采集焊接前的工件尺寸/焊接完成的垫板焊接成品的尺寸并将检测数据传输给工控机，以输出控制信号。本发明可实现垫板的全程自动化焊接，提升了垫板焊接质量及效率，焊接精度高，焊接质量稳定可靠，节省了人工成本，改善了工作环境。

Description

一种垫板全自动焊接生产线

技术领域

本发明涉及铁路轨道道岔用铁垫板焊接自动化领域，具体涉及一种垫板全自动焊接生产线。

背景技术

在铁路轨道建设中，铁垫板是一种重要的轨道支撑件，其常采用具有较强抗震和抗冲击的材料制成。常用的铁垫板按时速分类可分为：普速（时速160公里以下）、提速（时速160公里以上）和高速（时速250公里以上）三种；按结构特点分类可分为：客运专线、GLC和重载道岔等，以下统一简称为垫板。

垫板在焊接生成过程中，需要在大件的底板工件上焊接各类诸如铁座、台板、导铁、滑床台等小件工件。传统的垫板焊接为人工组对，组对完成后再采用手工或者半自动焊接，之后再人工去检测垫板焊接成品的关键尺寸。因为垫板种类繁多，各类工件数量综合起来会有上千种，需要匹配成百上千的手工工装，工装需要经常保养维护，对于不常用的工装即使维护也难免精度丢失，不能再用，就得更换。而且，在手工或半自动焊接生产垫板时，工件的转移、输送、装夹、焊接以及上下料码垛都需要人工辅助完成，工件物料的转运环节较多较繁杂，焊接生产效率不高，焊接质量不稳定，且工人劳动强度高，人工成本高。

截至目前，国内还没有关于垫板全自动焊接的涉及方案，因此，亟需一套集成化的全自动设备去解决以上技术问题，提高焊接质量和效率，降低工人的劳动强度和人力成本。

发明内容

为了解决上述技术存在的缺陷，本发明提供一种可实现全程自动化焊接的垫板全自动焊接生产线。

本发明实现上述技术效果所采用的技术方案是：

一种垫板全自动焊接生产线，包括：

自动焊接设备，基于视觉识别完成对轨道垫板的全自动焊接作业；

大件自动取料设备，设在所述自动焊接设备的左侧，用于完成大件底板的上料和垫板焊接成品的下料；

小件自动取料设备，设在所述自动焊接设备的右侧，用于完成小件的上料；

重载输送线，设在所述大件自动取料设备的外侧，用于提供大件底板的上料输送和垫板焊接成品的下料输送；

小件输送线，分别设在所述大件自动取料设备和所述小件自动取料设备的外侧，用于提供小件的上料输送；

视觉识别系统，基于计算机视觉识别采集焊接前的工件尺寸/焊接完成的垫板焊接成品的尺寸，以输出焊接前的工件尺寸数据/垫板焊接成品的品质检测信息给工况机，通过工况机指导所述大件自动取料设备和所述小件自动取料设备准确放置工件进行精密组对焊接，以及指导所述大件自动取料设备按合格品/NG品分流垫板焊接成品的下料位置。

优选地，在上述的垫板全自动焊接生产线中，所述自动焊接设备包括至少一套自动焊接装置，所述自动焊接装置包括焊接变位机、焊接工装夹具和焊接机器人，所述焊接工装夹具设在所述焊接变位机上，所述焊接机器人位于所述焊接工装夹具的上方。

优选地，在上述的垫板全自动焊接生产线中，所述焊接变位机包括相对设置的倾转驱动箱，两所述倾转驱动箱的相向内侧端分别设有与所述倾转驱动箱内部的倾转电机传动连接的法兰转盘。

优选地，在上述的垫板全自动焊接生产线中，所述焊接工装夹具包括工装支架、设在所述工装支架上的伺服驱动机构、设在所述伺服驱动机构上的两自定心夹具，以及分别位于两所述自定心夹具一侧的压紧机构，所述工装支架的两端分别与对应侧的所述倾转驱动箱的所述法兰转盘连接，所述伺服驱动机构用于驱动两所述自定心夹具在同一直线方向上相向靠近或相对远离，以对应底板工件两端的基准圆孔/基准U形止口/基准长条孔，并对底板工件的基准圆孔/基准U形止口/基准长条孔进行定位夹紧，所述压紧机构用于向下压紧底板工件的端部。

优选地，在上述的垫板全自动焊接生产线中，所述伺服驱动机构包括对中移动滑轨总成和两个滑座，两所述自定心夹具分别通过对应的所述滑座可移动地连接在所述对中移动滑轨总成上。

优选地，在上述的垫板全自动焊接生产线中，所述压紧机构包括连接在所述滑座外侧的气缸、设在所述气缸导杆端的传动座以及铰接在所述传动座上的压紧臂，在所述传动座内部的传动机构驱动下，所述压紧臂具有90°的转动角度。

优选地，在上述的垫板全自动焊接生产线中，所述自动焊接设备设有防护除尘系统，所述防护除尘系统包括密封式防护房和除尘装置，所述自动焊接设备设在所述防护房内，所述防护房设有便于配合上下料进出的电动升降门和可升降的防弧遮光板，所述防护房的顶部设有吸尘罩，所述吸尘罩连接有排风管道。

优选地，在上述的垫板全自动焊接生产线中，所述自动焊接设备包括两套对称设置的自动焊接装置。

优选地，在上述的垫板全自动焊接生产线中，所述大件自动取料设备包括设在所述自动焊接设备左侧的左行走导轨和设在所述左行走导轨上的左上下料机器人，所述左上下料机器人设有抓取大件的大件抓具。

优选地，在上述的垫板全自动焊接生产线中，所述小件自动取料设备包括设在所述自动焊接设备右侧的右行走导轨和设在所述右行走导轨上的右上下料机器人，所述右上下料机器人设有抓取小件的小件抓具。

优选地，在上述的垫板全自动焊接生产线中，所述小件抓具为三合一抓具，包括额定负载20kg的第一抓具、额定负载10kg的第二抓具和额定负载5kg的第三抓具。

优选地，在上述的垫板全自动焊接生产线中，还包括设在所述大件自动取料设备一侧，用于配合所述大件自动取料设备完成垫板焊接成品翻转码放的倒手平台。

优选地，在上述的垫板全自动焊接生产线中，还包括工件侧重力对中机构，所述工件侧重力对中机构包括位于所述大件自动取料设备一侧的大件侧重力对中机构以及位于所述小件自动取料设备一侧的小件侧重力对中机构，所述大件侧重力对中机构包括侧倾斜度为35～40°的大件对中板和小件对中板，所述大件对中板和所述小件对中板的上板面均设有阵列式布置的万向钢珠，所述大件对中板的下倾沿和右侧沿分别设有一列对中滚轮，所述小件对中板的下倾沿和右侧沿分别设有一列对中滚动钢柱。

优选地，在上述的垫板全自动焊接生产线中，所述重载输送线包括并列设置的底板上料输送线、合格品下料输送线、NG品下料输送线，以及横向设置在所述底板上料输送线、所述合格品下料输送线和所述NG品下料输送线同一端侧的横移输送线。

优选地，在上述的垫板全自动焊接生产线中，所述小件输送线包括分别用于积放并输送各类小件的一号输送线、二号输送线、三号输送线、四号输送线、五号输送线、六号输送线和七号输送线，所述一号输送线和所述二号输送线并列设在所述重载输送线的一侧，所述三号输送线、所述四号输送线、所述五号输送线、所述六号输送线和所述七号输送线并列设在所述小件自动取料设备的外侧。

本发明的有益效果为：本发明的垫板全自动焊接生产线通过大件自动取料设备、小件自动取料设备、重载输送线、小件输送线和自动焊接设备的协调配合，可以实现垫板的全程自动化焊接，解决了现有垫板自动焊接中工件不能自动定位找正，工序衔接慢，易出错等问题，提升了垫板焊接质量及效率，焊接精度高，焊接质量稳定可靠，节省了人工成本，改善了工作环境。

附图说明

图1为本发明一实施例所述垫板全自动焊接生产线的整体结构图；

图2为本发明一实施例中所述自动焊接装置的立体图；

图3为本发明一实施例所述焊接工装夹具的立体图；

图4为本发明一实施例所述焊接工装夹具在去掉防护机构后的俯视图；

图5为本发明一实施例所述压紧机构的立体图；

图6为本发明一实施例所述焊接工装夹具在去掉防护机构后的俯视图；

图7为本发明一实施例所述防护除尘系统的结构图；

图8为本发明一实施例双工位自动焊接设备的立体图；

图9为本发明一实施例双机位自动焊接设备在防护除尘系统中的结构图；

图10为本发明一实施例具有双机位自动焊接设备的垫板全自动焊接生产线的整体结构俯视图；

图11为本发明一实施例所述大件自动取料设备的立体图；

图12为本发明一实施例所述大件抓具的结构图；

图13为本发明一实施例所述小件自动取料设备的立体图；

图14为本发明一实施例所述小件抓具的结构图；

图15为本发明一实施例所述倒手平台的立体图；

图16为本发明一实施例中垫板在倒手前的状态图；

图17为本发明一实施例中垫板在倒手后的状态图；

图18为本发明一实施例中垫板在托盘中正反码垛的状态图；

图19为本发明一实施例所述大件侧重力对中机构的立体图；

图20为本发明一实施例所述重载输送线的俯视图；

图21为本发明一实施例所述小件输送线的俯视图。

具体实施方式

为使对本发明作进一步的了解，下面参照说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参见图1，如图所示，本发明的实施例提出的一种垫板全自动焊接生产线，该垫板全自动焊接生产线包括自动焊接设备1、大件自动取料设备2、小件自动取料设备3、重载输送线4、小件输送线5和视觉识别系统9。其中，该自动焊接设备1基于视觉识别完成对轨道垫板的全自动焊接作业，大件自动取料设备2设在该自动焊接设备1的左侧，用于完成大件底板的上料和垫板焊接成品的下料。小件自动取料设备3设在该自动焊接设备1的右侧，用于完成小件的上料。重载输送线4设在大件自动取料设备2的外侧，用于提供大件底板的上料输送和垫板焊接成品的下料输送。小件输送线5分别设在大件自动取料设备2和小件自动取料设备3的外侧，用于提供小件的上料输送。其中，视觉识别系统9基于计算机视觉识别，用于采集焊接前的工件尺寸和焊接完成的垫板焊接成品的尺寸。通过采集焊接前的工件尺寸，用于输出焊接前的工件尺寸数据给工况机，基于采集的工件尺寸数据，工况机指导大件自动取料设备2和小件自动取料设备3分别准确地放置工件进行精密组对焊接。通过采集焊接完成后的垫板焊接成品的尺寸，用于输出垫板焊接成品的品质检测信息给工况机，基于输出的品质检测信息，工况机指导大件自动取料设备2按合格品/NG品分流垫板焊接成品的下料位置。其中，图1所示的小件输送线5包括两条并列于重载输送线4一侧的输送线以及五条并列设置在小件自动取料设备3外侧的输送线，构成小件输送线5的七条输送线采用简要示意图示出。

焊接工作时，首先通过重载输送线4和小件输送线5将装满大件和小件的工件输送到位，即分别靠近大件自动取料设备2和小件自动取料设备3的外侧。接着，大件自动取料设备2将重载输送线4上的大件底板抓取固定住，然后通过视觉识别系统9进行定位。此处的定位是指底板的对中定位，大件自动取料设备2抓取固定大件底板后，在大件底板的表面形成有一个规则形状的连接接触面，该连接接触面的中心线与大件底板的中心线重合。然后，大件自动取料设备2将抓取的大件底板放置在自动焊接设备1上装夹固定，接着通过小件自动取料设备3分别从小件输送线5上取下各类小件工件，并放置在自动焊接设备1上装夹固定好的大件底板的上表面。然后，自动焊接设备1对放上的小件工件依次执行基于焊接轨迹示教下的自动焊接，以此实现轨道垫板的全过程自动焊接。具体地，焊接过程包括点焊固定和满焊，在小件自动取料设备3将小件工件放在大件底板上表面时，小件自动取料设备3保持当前的放料状态不撤离，即对小件工件形成一个按压固定作用，然后自动焊接设备1对该小件工件执行两点点焊固定。在点焊固定后，小件自动取料设备3撤离，并去小件输送线5上取下一个小件工件，以准备下一个焊接工位的上料。同时，自动焊接设备1执行对该点焊固定的小件工件的满焊操作，实现该小件工件的完全焊接固定。后续的其余工件的焊接与上述过程相同，在各类工件焊接完成后，自动焊接设备1放松对垫板焊接成品的装夹固定。然后，大件自动取料设备2取下该垫板焊接成品，在视觉识别系统9处执行三维扫描，进行多角度多位置的多次图像数据采集，通过视觉识别系统9实现技术要求中的尺寸检测，并根据尺寸检测结果输出垫板焊接成品的品质检测信息。其中，该品质检测信息包括合格品信息以及NG品信息。具体地，输出的品质检测信息传输至工况机，在该品质检测信息为合格品信息时，工况机控制大件自动取料设备2将当前的垫板焊接成品合格品下料在重载输送线4的合格品下料区；在该品质检测信息为NG品信息时，工况机控制大件自动取料设备2将当前的垫板焊接成品NG品下料在重载输送线4的NG品下料区，实现合格品和NG品的分流输出。

具体地，在本发明的实施例中，该视觉识别系统9包括具有终端运算能力的双目视觉识别相机扫描仪，该双目视觉识别相机扫描仪与工况机连接，用于输出视觉识别信号给工况机，然后通过工况机控制焊接机器人13执行相应的焊接操作。具体地，该双目视觉识别相机扫描仪采用型号为118-148-08-E5扫描仪单次采集范围约550×425mm，该扫描仪包括两台，分别以固定位置及角度设在重载输送线4一侧以及小件输送线5一侧。大件自动取料设备2抓取工件，在该扫描仪的扫描视野中多角度多位置的变化姿态，提供多次尺寸数据采集，可以实现最长1.5m长度中的尺寸检测。在开始进行检测时，该大件自动取料设备2根据调试阶段针对不同工件示教好的路点（示教路径中的标点）进行移动。移动到位后，该扫描仪开始投光采集，采集完成后，大件自动取料设备2开始向下一个路点移动，到位后开始第二次的尺寸数据采集。依此类推，每个工件需要进行6-8次尺寸数据的采集，因此，需要完成6-8次以上的步骤。在引导完成尺寸数据采集后，采集的尺寸数据自动输入到测定程序中，根据调试阶段做好的检测模板进行自动化测量比对，得到X、Y方向的偏移量和Z方向的偏转量，然后上传到操作界面中，指导大件自动取料设备2准确地将工作放置在自动焊接设备1上进行精密组对，以实现工件在底板上的初始准确点组焊接固定，为后续精密地满焊提供支持。小件输送线5上的小件工件的精密组对通过小件输送线5一侧的小件自动取料设备3配合该侧的视觉识别系统9来完成，其工作原理如大件自动取料设备2一侧的大件工件的精密组对，此处不再详述。具体地，在本发明的实施例中，路径示教为现有技术，基于视觉识别的尺寸数据采集和尺寸检测也均属于现有技术，此处不再赘述。

进一步地，在本发明的实施例中，如图1所示，该自动焊接设备1包括一套自动焊接装置，即单机位的自动焊接设备1。其中，如图2所示，该自动焊接装置包括焊接变位机11、焊接工装夹具12和焊接机器人13。其中，该焊接工装夹具12设在焊接变位机11上，焊接机器人13位于焊接工装夹具12的上方。具体地，如图2所示，该焊接机器人13通过倒挂支架113悬挂固定在焊接工装夹具12的上方。焊接变位机11包括相对设置的倾转驱动箱111，两倾转驱动箱111的相向内侧端分别设有与倾转驱动箱111内部的倾转电机传动连接的法兰转盘112。通过倾转驱动箱111的旋转驱动，可以调整焊接工装夹具12的倾转角度，实现工件的船型位置焊接。其中，该焊接变位机11为一轴伺服驱动变位机，伺服驱动器通过脉冲控制运转，可实现翻转的精准控制。

作为本发明的一种优选实施例，该焊接机器人13采用发那科M-10iD/8L型自动焊接机器人，其采用臂展2m，负载8Kg的配置，具有智能寻位功能，具备在焊缝起始点寻位并起弧焊接的能力，以及电弧跟踪能力。该型焊接机器人在焊接过程中，可实时对焊接中的电流信号进行采样，根据摆动两端的焊接电流偏差值及趋势，分析得出水平及垂直方向的路径纠正数据，及时传递给机器人控制柜，然后通过机器人控制柜实时修正机器人的运动轨迹，保证达到稳定的焊接要求。在点组焊接时，大件自动取料设备2和小件自动取料设备3取件组对，焊接机器人13点焊固定，取代人工夹具定位点焊，实现了各类大小工件的自动化点组成型。该型焊接机器人在整体焊接时，通过起始点寻位功能和电弧跟踪功能完成对工件的焊接，当工件外形尺寸有些许公差时，也可以通过电弧跟踪解决。

进一步地，在本发明的一实施例中，如图3所示，该焊接工装夹具12包括工装支架121、设在工装支架121上的伺服驱动机构122、设在伺服驱动机构122上的两自定心夹具，以及分别位于两自定心夹具各一侧的压紧机构123。如图2所示，该工装支架121的两端分别与对应侧的倾转驱动箱111的法兰转盘112连接。其中，伺服驱动机构122用于驱动两自定心夹具在同一直线方向上相向靠近或相对远离，以对应底板工件两端的基准圆孔/基准U形止口/基准长条孔，并对底板工件的基准圆孔/基准U形止口/基准长条孔进行定位夹紧。基准孔（基准圆孔/基准U形止口/基准长条孔）的定位，能真正定位底板的基准位置，是确保后续工件与底板组对以及焊接其他零件的基准位置。在两自定心夹具将大件的底板工件定心夹紧后，两侧的压紧机构123用于向下压紧底板工件的端部，从而实现对大件的底板工件在X轴、Y轴以及Z轴方向的定位夹紧。

进一步地，在本发明的一实施例中，如图4所示，该伺服驱动机构122包括对中移动滑轨总成1221和两个滑座1222，两自定心夹具分别通过对应的滑座1222可移动地连接在对中移动滑轨总成1221上。如图5所示，该压紧机构123包括连接在滑座1222外侧的气缸1231、设在气缸1231导杆端的传动座1232以及铰接在传动座1232上的压紧臂1233。在该传动座1232内部的传动机构驱动下，压紧臂1233具有90°的转动角度。具体地，该对中移动滑轨总成1221由伺服电机、对中正反移动精密滚珠丝杠、精密直线导轨、滑块、滑座架等组成，两个滑座1222分别固定在对应侧的滑座架上，伺服电机与对中正反移动精密滚珠丝杠传动连接。作为一种现有技术，对中移动滑轨总成的具体结构此处不再赘述。当伺服电机驱动对中正反移动精密滚珠丝杠转动，进而带动滑块沿精密直线导轨对中运动，进而带动滑块上安装的滑座1222以及固定在滑座1222上的自定心夹具移动，实现两自定心夹具在精密直线导轨上相向靠近或相对远离，以满足不同长度的圆孔底板/U形止口底板/长条孔底板的夹紧定位，可满足底板基准孔0～12mm偏心的需求。

该焊接工装夹具12具有满足基准孔的直径Ф32mm～Ф78mm，基准孔中心距离从592mm～1359mm，基准孔的偏心距为0～12mm的底板的定位夹紧，可满足客专线垫板的基准圆孔的定位夹紧，满足GLC系列道岔垫板底板的基准长条孔的定位夹紧，以及满足研线1115等重载型道岔垫板底板的基准U形止口的对中定位夹紧的功能。

在本发明的一实施例中，如图4所示，两自定心夹具分别为三爪自定心夹具126和二爪自定心夹具127，通过卡盘带动对应定心夹具上的定位卡爪可实现对底板的对中定位夹紧，完成对底板在X轴和Y轴两个方向上4个自由度以及Z轴方向上扭转自由度的限制。客专线垫板底板的基准孔中心距范围为592mm～1359mm，安装上定位圆孔的夹爪，一端为三爪自定心，一端为二爪自定心，可在保证定心的基础上，避免过定位。在装夹固定时，先输入底板基准孔的中心距，通过对中移动滑轨总成1221的运动，使卡盘移动到相应的长度位置，然后输入底板基准孔的偏心距，通过滑座1222的移动，使卡盘移动到相应的偏心位置。接着，操控三爪自定心夹具126和二爪自定心夹具127先后动作，实现对底板的涨紧夹紧，最后通过压紧机构123实现对底板在Z轴方向上压紧，对底板实现全部定位夹紧。

在本发明的一实施例中，如图6所示，两自定心夹具分别为三爪卡块夹具128和两爪卡块夹具129，该型夹具用于定位夹紧基准长条孔/基准U形止口的底板，在底板安放到位后，通过伺服电机驱动两个滑座1222在精密直线导轨上完成对中运动，即可对基准长条孔/基准U形止口的底板实现恒力矩的定位夹紧。研线1302-205辙叉垫板13号装夹过程：输入底板基准U形止口的中心距，通过对中移动滑轨总成1221的运动，使卡盘移动到相应的长度位置801mm；然后输入底板基准孔的偏心距0mm，通过滑座1222的移动，使卡盘移动到相应的偏心位置。接着操控三爪卡块夹具128和两爪卡块夹具129同步对中动作，实现对具有基准U形止口底板的对中夹紧，最后通过压紧机构123对底板在Z轴方向上压紧，对底板实现全部定位夹紧。

垫板的焊接自动化能提升垫板的焊接质量、效率及规范化，解决垫板底板的自动夹紧定位成为其中关键的一环。在底板孔的中心直径范围Φ32mm～Φ78mm内，基准孔的中心距范围592mm～1359mm内，基准孔的偏心范围0mm～±12mm范围内，研线U型止口距离379mm～801mm范围内，GLC长条（长条中心距8mm）孔中心距600mm～1350mm范围内，通过本发明的焊接工装夹具12可进行自适应运动定位并夹紧，使得后续的垫板焊接在此基础上采用焊接机器人13进行全自动精确焊接。同时，定位夹具设有柔性夹爪安装接口，以满足不同形状夹爪的定位安装，使其可根据不同形状基准孔的底板，安装更换对应的定位夹具，以兼容多套垫板底板的自动定位夹紧。

进一步地，在本发明的一实施例中，如图3所示，该焊接工装夹具12还设有防护机构，该防护机构包括设在对中移动滑轨总成1221两侧的防焊接飞溅护罩。具体地，该防焊接飞溅护罩由前护罩125和后护罩124构成，其中前护罩125的中段位置设有开口。该防护机构为钣金折弯件，安装在整体工装夹具的最外面，保护对中移动滑轨总成1221中的对中正反移动精密滚珠丝杠、精密直线导轨等关键零部件不受焊接飞溅的影响。

进一步地，在本发明的一实施例中，如图7所示，该自动焊接设备1设有防护除尘系统6，该防护除尘系统6包括密封式防护房61和除尘装置。其中，该自动焊接设备1设在防护房61内，防护房61设有便于配合上下料进出的电动升降门62和可升降的防弧遮光板63。防护房61的顶部设有吸尘罩64，吸尘罩64连接有排风管道65。通过该防护除尘系统6，可进行焊接过程烟尘的收集和排放，防止焊接产生的烟尘向外界环境扩散。焊接时，防弧遮光板63自动从上方降下，对焊接工装夹具12的上方周侧进行遮挡，既能防弧光又能密封除尘，同时满足参观需要。具体地，电动升降门62采用电动卷帘门，设置有六道。在上下料时，电动升降门62升起打开，在防护房61的侧部形成操作窗口，方便上下料进出，在工件实现点焊固定后，电动升降门62下降关闭，焊接机器人13在程序设定下完成对工件的全自动焊接。焊接完成后，防护房61的电动升降门62上升打开，大件自动取料设备2和小件自动取料设备3依次放置铁座等工件，重复以上动作，最终完成垫板的全部焊接。在需要参观焊接过程时，电动升降门62不关闭，此时只降下防弧遮光板63，通过该防弧遮光板63即可观看自动焊接过程。

该防护房61的占地面积为：8600×2100×4350mm（长×宽×高（不含漏斗）），能实现烟尘颗粒物排放浓度不大于10mg/m³，有害物质捕集90～95％，焊接过程中没有烟尘明显外溢，除尘器净化效率不低于99.9%，整套防护房61安全可靠，使用寿命长，操作维护简便，车间环境有明显改善。

进一步地，在本发明的一实施例中，如图8和图9所示，该自动焊接设备1包括两套对称设置的自动焊接装置，即双机位的自动焊接设备1，该双机位的自动焊接设备1中的两套自动焊接装置对称置于防护除尘系统6中，通过该双机位的自动焊接设备1可提高垫板焊接效率。如图10所示，为具有双机位的自动焊接设备1的所述垫板全自动焊接生产线的整体结构俯视图。

进一步地，在本发明的一实施例中，如图11所示，该大件自动取料设备2包括设在自动焊接设备1左侧的左行走导轨21和设在左行走导轨21上的左上下料机器人22。其中，该左上下料机器人22设有抓取大件的大件抓具23。左行走导轨21是在精加工的底座上安装精密的行走导轨，通过伺服电机齿轮副驱动左上下料机器人22在该左行走导轨21上行走，以实现对工件和垫板焊接成品的取件或放件。作为本发明的一个实施例，该左行走导轨21的行程长度为6m，行走速度最大为15m/min，该大件抓具23用于抓取20Kg以上的大件工件，如底板。具体地，如图12所示，该大件抓具23为电磁吸附抓具，其与左上下料机器人22的机械臂末端之间连接有直线弹簧，其额定负载100Kg（各型号垫板焊接成品的最大重量为83Kg），安全余量足，设置有断电报警功能，断电保磁，具有双重安全保障，可避免机械臂在摆动过程中，吸附抓取的工件从该大件抓具23上脱落。

进一步地，在本发明的一实施例中，如图13所示，该小件自动取料设备3包括设在自动焊接设备1右侧的右行走导轨31和设在该右行走导轨31上的右上下料机器人32。其中，该右上下料机器人32设有抓取小件的小件抓具33。

作为本发明的一个实施例，如图14所示，该小件抓具33为三合一抓具，包括额定负载20kg的第一抓具331、额定负载10kg的第二抓具332和额定负载5kg的第三抓具333。该第一抓具331和第三抓具333均为电磁吸附抓具，与右上下料机器人32的机械臂末端之间连接有直线弹簧。第一抓具331和第三抓具333均设置有断电报警功能，具有断电保磁的双重安全保障。第二抓具332为气缸驱动型的夹爪，设置有断气报警功能，具有断气保压的双重安全保障。

在本发明的实施例中，该右行走导轨31是在精加工的底座上安装精密的行走导轨，通过伺服电机齿轮副驱动右上下料机器人32在该右行走导轨31上行走，以实现对小件输送线5上的小件工件的取件或放件。作为本发明的一个实施例，该右行走导轨31的行程长度为6m，行走速度最大为15m/min。作为一种示例性说明，在本发明的实施例中，该左上下料机器人22和右上下料机器人32均采用型号为ABB品牌IRB6700-150/3.2的上下料机器人。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，还包括设在大件自动取料设备2一侧，用于配合大件自动取料设备2完成垫板焊接成品翻转码放的倒手平台7。具体地，如图15所示，该倒手平台7包括支架固定的台板71，其中，台板71的板面上开设有贯通口72，贯通口72在朝向大件自动取料设备2的一侧为开放状，便于该左上下料机器人22的机械臂在此处开放位置进行倒手操作。贯通口72的左右侧边沿成型有至少三个适配不同尺寸长度的垫板焊接成品的第一口沿73、第二口沿74和第三口沿75，不同尺寸长度的垫板焊接成品可对应在不同的口沿处完成倒手操作，可满足最大1500*180*32mm，920*260*25mm的垫板焊接成品放置翻转。如图16和图17所示，为左上下料机器人22抓取垫板焊接成品在倒手平台7上完成该垫板焊接成品的正反抓取，以实现成品件的正反叠加码放。倒手的目的在于正反叠加码放高度不平整的工件，如图18所示，为（07）009-Ⅲ-11垫板100在托盘10上的正反叠加码放状态图，通过该倒手平台7的倒手调整，可以实现垫板焊接成品在托盘上的整齐规则码放，提高托盘利用率。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，还包括基于侧重力对规范边、角工件进行快速对齐的工件侧重力对中机构，该工件侧重力对中机构包括位于大件自动取料设备2一侧的大件侧重力对中机构8以及位于小件自动取料设备3一侧的小件侧重力对中机构8a。具体地，如图19所示，该大件侧重力对中机构8包括侧倾斜度为35～40°的大件对中板81和小件对中板82，大件对中板81和小件对中板82的上板面均设有阵列式布置的万向钢珠83。其中，该大件对中板81的下倾沿和右侧沿分别设有一列对中滚轮811，小件对中板82的下倾沿和右侧沿分别设有一列对中滚动钢柱821。为方便示出大件对中板81的下倾沿和右侧沿分别设置的一列对中滚轮811，在图19所示中，该大件对中板81上板面的万向钢珠83未示出。具体地，该大件对中板81用于对大件的底板工件进行侧重力快速对齐，小件对中板82用于对诸如撑板一类的小件工件进行侧重力快速对齐。其中，对中滚轮811可对大件对中板81上的大件工件进行阻挡，避免大件的底板工件从大件对中板81上滑落，对中滚动钢柱821可对小件对中板82上的小件工件进行阻挡，避免小件的工件从小件对中板82上滑落。通过该大件侧重力对中机构8可以实现对重载输送线4上的大件工件的快速滑动对齐找正，便于大件自动取料设备2中的左上下料机器人22对底板、撑板一类大件工件进行快速的对中定位抓取。

在本发明的实施例中，如图1所示，该小件侧重力对中机构8a的结构与大件侧重力对中机构8中的小件对中板82的结构相同，此处不再赘述，通过小件侧重力对中机构8a可实现对小件输送线5上的小件工件的快速滑动对齐找正，便于小件自动取料设备3中的右上下料机器人32对小件工件进行快速的对中定位抓取。

在一些实施例中，如图20所示，该重载输送线4包括并列设置的底板上料输送线41、合格品下料输送线42、NG品下料输送线43，以及横向设置在底板上料输送线41、合格品下料输送线42和NG品下料输送线43同一端侧的横移输送线44。如图21所示，该小件输送线5包括分别用于积放并输送各类小件的一号输送线51、二号输送线52、三号输送线53、四号输送线54、五号输送线55、六号输送线56和七号输送线57。其中，该一号输送线51和二号输送线52并列设在重载输送线4的一侧，三号输送线53、四号输送线54、五号输送线55、六号输送线56和七号输送线57并列设在小件自动取料设备3的外侧。

具体地，重载输送线4和小件输送线5的各输送线均采用辊筒形式，链条传动，配链条防护罩。其中，小件输送线5的各输送线为上下循环式机构，采用积放式，主要完成垫板除底板外的小零件的自动上料和存放。在重载输送线4和小件输送线5的各输送线上，托盘10的定位精度在±2mm以内。

下面，以焊接垫板客专线（07）009-Ⅲ-28中序号74垫板为例，对本发明的工作原理进行简要说明：

首先，将托盘装满工件，通过对应输送线输送到存料位置，即靠近左上下料机器人22和右上下料机器人32的位置。然后，重载输送线4上的底板被大件自动取料设备2的左上下料机器人22吸附抓取，在大件侧重力对中机构8上实现工件的快速滑动对齐找正，再经左上下料机器人22吸附抓取对齐找正后的底板工件，在视觉识别系统9的双目视觉相机上进行二次定位，接着被放置到自动焊接设备1的焊接工装夹具12上进行夹紧。然后，小件输送线5上的铁座等小件工件经小件自动取料设备3的右上下料机器人32吸附抓取至小件侧重力对中机构8a上实现快速滑动对齐找正，再经右上下料机器人32吸附抓取对齐找正后的铁座工件。接着，铁座被小件自动取料设备3的右上下料机器人32吸附放置在底板的最左侧，放置准确后，该右上下料机器人32不撤离，焊接机器人13对点组固定的铁座进行2点点焊，点固铁座。然后右上下料机器人32撤离去给另一焊接工位上料，在撤离后，防护除尘系统6的防护房61的电动升降门62闭合，焊接机器人13完成铁座的满焊接。之后，依次完成客专线（07）009-Ⅲ-28中序号74垫板上的台板和其他铁座等工件的焊接。在左上下料机器人22吸附焊接完成的垫板成品去双目视觉相机处完成关键尺寸的检测，给出相关数据到控制中心，便于查阅和记录。涉及到垫板正反码放的，则在双目视觉相机处检测完成后，放置到倒手平台7上，实现倒手换位抓取，之后完成在托盘10上的码垛成型。装满焊接完成的合格品垫板成品在合格品下料输送线42的运送下，到位等待卸载。

在本发明中，焊接机器人13采用的焊接系统采用伏能士焊机配置推拉丝无飞溅功能软件，可确保组对及焊接过程中无飞溅，使组对焊接时底板与焊接零部件之间密贴无飞溅物，不影响焊接质量和焊后零部件高度，滑动类台板与底板配合面处缝隙不大于0.15mm。在保证满足焊接质量（金相组织合格、断面硬度不超过350（HV10）等）的前提下，焊接速度可达到280mm/min以上，焊接电流亦能够达到300A。当焊缝尺寸大于8mm时，采用变位焊接。在客专垫板焊接后，所有焊缝能在周边7mm硫化定位面以外，焊缝尺寸符合图纸和技术条件要求，焊缝连续平整均匀，成型美观，尺寸饱满，焊缝焊满，无气孔、夹渣、凹坑、裂纹、未熔合和咬边。焊接之后能实现基准岔枕螺栓孔中心或基准止口工作面（重载类）与铁座、台板等工作面之间的距离极限偏差为±1.0mm；能实现铁座、台板等焊接件在垫板长度方向中心线的位置度为2mm；能实现垫板上同一承轨槽的两侧与钢轨轨底中心线平行的铁座或台板的工作面平行度为0.5mm，距离极限偏差为-0.5～+1.0;能实现承轨槽支距极限偏差为：外侧-0.5～+1.5，内侧-1.5～+0.5。

以上显示和描述了本发明的基本原理、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的范围内，本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (13)

1.一种垫板全自动焊接生产线，其特征在于，包括：

自动焊接设备（1），基于视觉识别完成对轨道垫板的全自动焊接作业；

大件自动取料设备（2），设在所述自动焊接设备（1）的左侧，用于完成大件底板的上料和垫板焊接成品的下料；

小件自动取料设备（3），设在所述自动焊接设备（1）的右侧，用于完成小件的上料；

重载输送线（4），设在所述大件自动取料设备（2）的外侧，用于提供大件底板的上料输送和垫板焊接成品的下料输送，所述重载输送线（4）包括并列设置的底板上料输送线（41）、合格品下料输送线（42）、NG品下料输送线（43），以及横向设置在所述底板上料输送线（41）、所述合格品下料输送线（42）和所述NG品下料输送线（43）同一端侧的横移输送线（44）；

小件输送线（5），分别设在所述大件自动取料设备（2）和所述小件自动取料设备（3）的外侧，用于提供小件的上料输送，所述小件输送线（5）包括分别用于积放并输送各类小件的一号输送线（51）、二号输送线（52）、三号输送线（53）、四号输送线（54）、五号输送线（55）、六号输送线（56）和七号输送线（57），所述一号输送线（51）和所述二号输送线（52）并列设在所述重载输送线（4）的一侧，所述三号输送线（53）、所述四号输送线（54）、所述五号输送线（55）、所述六号输送线（56）和所述七号输送线（57）并列设在所述小件自动取料设备（3）的外侧；

视觉识别系统（9），基于计算机视觉识别采集焊接前的工件尺寸/焊接完成的垫板焊接成品的尺寸，以输出焊接前的工件尺寸数据/垫板焊接成品的品质检测信息给工况机，通过工况机指导所述大件自动取料设备（2）和所述小件自动取料设备（3）准确放置工件进行精密组对焊接，以及指导所述大件自动取料设备（2）按合格品/NG品分流垫板焊接成品的下料位置；

所述视觉识别系统（9）包括两台具有终端运算能力的双目视觉识别相机扫描仪，分别以固定位置及角度设在所述重载输送线（4）一侧以及所述小件输送线（5）一侧，所述大件自动取料设备（2）抓取工件，在该扫描仪的扫描视野中多角度多位置的变化姿态，提供多次尺寸数据采集，在引导完成尺寸数据采集后，采集的尺寸数据自动输入到测定程序中，根据调试阶段做好的检测模板进行自动化测量比对，得到X、Y、Z方向的偏移量，然后上传到操作界面中，指导所述大件自动取料设备（2）准确地将工作放置在所述自动焊接设备（1）上进行精密组对；

其中，所述精密组对焊接包括步骤：

在所述小件自动取料设备将小件工件放在大件底板上表面时，所述小件自动取料设备保持当前的放料状态不撤离，对小件工件形成一个按压固定作用，然后由所述自动焊接设备对该小件工件执行两点点焊固定；

在点焊固定后，所述小件自动取料设备撤离，并转移至所述小件输送线上取下一个小件工件，以准备下一个焊接工位的上料，同时，所述自动焊接设备执行对该点焊固定的小件工件的满焊操作，实现对该小件工件的完全焊接固定；

对后续的其余工件的焊接与上述焊接过程相同，在各类工件焊接完成后，所述自动焊接设备放松对垫板焊接成品的装夹固定；

由所述大件自动取料设备取下该垫板焊接成品，在所述视觉识别系统处执行三维扫描，进行多角度多位置的多次图像数据采集，通过所述视觉识别系统实现尺寸检测，并根据尺寸检测结果输出垫板焊接成品的品质检测信息。

2.根据权利要求1所述的垫板全自动焊接生产线，其特征在于，所述自动焊接设备（1）包括至少一套自动焊接装置，所述自动焊接装置包括焊接变位机（11）、焊接工装夹具（12）和焊接机器人（13），所述焊接工装夹具（12）设在所述焊接变位机（11）上，所述焊接机器人（13）位于所述焊接工装夹具（12）的上方。

3.根据权利要求2所述的垫板全自动焊接生产线，其特征在于，所述焊接变位机（11）包括相对设置的倾转驱动箱（111），两所述倾转驱动箱（111）的相向内侧端分别设有与所述倾转驱动箱（111）内部的倾转电机传动连接的法兰转盘（112）。

4.根据权利要求3所述的垫板全自动焊接生产线，其特征在于，所述焊接工装夹具（12）包括工装支架（121）、设在所述工装支架（121）上的伺服驱动机构（122）、设在所述伺服驱动机构（122）上的两自定心夹具，以及分别位于两所述自定心夹具一侧的压紧机构（123），所述工装支架（121）的两端分别与对应侧的所述倾转驱动箱（111）的所述法兰转盘（112）连接，所述伺服驱动机构（122）用于驱动两所述自定心夹具在同一直线方向上相向靠近或相对远离，以对应底板工件两端的基准圆孔/基准U形止口/基准长条孔，并对底板工件的基准圆孔/基准U形止口/基准长条孔进行定位夹紧，所述压紧机构（123）用于向下压紧底板工件的端部。

5.根据权利要求4所述的垫板全自动焊接生产线，其特征在于，所述伺服驱动机构（122）包括对中移动滑轨总成（1221）和两个滑座（1222），两所述自定心夹具分别通过对应的所述滑座（1222）可移动地连接在所述对中移动滑轨总成（1221）上。

6.根据权利要求5所述的垫板全自动焊接生产线，其特征在于，所述压紧机构（123）包括连接在所述滑座（1222）外侧的气缸（1231）、设在所述气缸（1231）导杆端的传动座（1232）以及铰接在所述传动座（1232）上的压紧臂（1233），在所述传动座（1232）内部的传动机构驱动下，所述压紧臂（1233）具有90°的转动角度。

7.根据权利要求1所述的垫板全自动焊接生产线，其特征在于，所述自动焊接设备（1）设有防护除尘系统（6），所述防护除尘系统（6）包括密封式防护房（61）和除尘装置，所述自动焊接设备（1）设在所述密封式防护房（61）内，所述密封式防护房（61）设有便于配合上下料进出的电动升降门（62）和可升降的防弧遮光板（63），所述密封式防护房（61）的顶部设有吸尘罩（64），所述吸尘罩（64）连接有排风管道（65）。

8.根据权利要求2所述的垫板全自动焊接生产线，其特征在于，所述自动焊接设备（1）包括两套对称设置的自动焊接装置。

9.根据权利要求1所述的垫板全自动焊接生产线，其特征在于，所述大件自动取料设备（2）包括设在所述自动焊接设备（1）左侧的左行走导轨（21）和设在所述左行走导轨（21）上的左上下料机器人（22），所述左上下料机器人（22）设有抓取大件的大件抓具（23）。

10.根据权利要求1所述的垫板全自动焊接生产线，其特征在于，所述小件自动取料设备（3）包括设在所述自动焊接设备（1）右侧的右行走导轨（31）和设在所述右行走导轨（31）上的右上下料机器人（32），所述右上下料机器人（32）设有抓取小件的小件抓具（33）。

11.根据权利要求10所述的垫板全自动焊接生产线，其特征在于，所述小件抓具（33）为三合一抓具，包括额定负载20kg的第一抓具（331）、额定负载10kg的第二抓具（332）和额定负载5kg的第三抓具（333）。

12.根据权利要求1所述的垫板全自动焊接生产线，其特征在于，还包括设在所述大件自动取料设备（2）一侧，用于配合所述大件自动取料设备（2）完成垫板焊接成品翻转码放的倒手平台（7）。

13.根据权利要求1所述的垫板全自动焊接生产线，其特征在于，还包括工件侧重力对中机构，所述工件侧重力对中机构包括位于所述大件自动取料设备（2）一侧的大件侧重力对中机构（8）以及位于所述小件自动取料设备（3）一侧的小件侧重力对中机构（8a），所述大件侧重力对中机构（8）包括侧倾斜度为35～40°的大件对中板（81）和小件对中板（82），所述大件对中板（81）和所述小件对中板（82）的上板面均设有阵列式布置的万向钢珠（83），所述大件对中板（81）的下倾沿和右侧沿分别设有一列对中滚轮（811），所述小件对中板（82）的下倾沿和右侧沿分别设有一列对中滚动钢柱（821）。

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