CN115007998B - 一种狭窄深缝焊接工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种狭窄深缝焊接工具，包括操作平台、工件夹持部、焊接部、可视组件以及探测设备；通过设置了焊接平台将具有狭窄深缝的待焊部件置于所述焊接平台上，通过焊接平台上设置的对准凹槽对待焊部件的焊缝进行定位，由于焊接搅拌头沿着平行于所述对准凹槽的方向滑动，通过调整待焊部件的焊缝与所述对准凹槽相互平行，即可以使待焊部件的焊缝与焊接搅拌头的滑动方向接近平行，避免了由于焊接搅拌头的滑动方向与焊缝的实际方向偏差可能导致的焊接搅拌头刚性断裂的情况，此外对于不规则形状的焊缝也可以在进一步焊接前调整工件的方向避免造成焊接搅拌头的刚性断裂。

Description

一种狭窄深缝焊接工具

技术领域

本申请涉及搅拌摩擦焊领域，具体涉及一种狭窄深缝焊接工具。

背景技术

针对铝合金焊接现在传统焊接方式为氩弧焊焊接方式，随着新能源汽车发展以及在车身逐步实现轻量化的趋势下，许多零部件逐渐被铝合金材质替代，为了保证质量且需要降低制造成本部分零件使用一次性压铸成型，所以零配件之间焊接会出现一些较窄且深的区域是传统焊接无法加工的。

现有技术中的狭窄深缝焊接工具在焊接时需要提前将较窄的区域周边影响焊接的部分在压铸时去除，在该处焊接完成后，在单独焊接上去，不仅造成时间上的浪费，加大制造的成本，多次拼接完成的零件在质量上还会低于一次完成的零件，因此现有技术中可以采用搅拌摩擦焊接对部件进行焊接，但现有技术对于狭窄深缝的部件进行搅拌摩擦焊接时焊接搅拌头刚性较强在焊缝不平行的环境下使用时常常会导致焊接搅拌头的刚性断裂，本申请通过设置一种新型的狭窄深缝焊接工具解决传统焊接对较窄且深的区域焊接的焊接搅拌头易于刚性断裂问题。

发明内容

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种狭窄深缝焊接工具，包括操作平台、工件夹持部、焊接部、可视组件以及探测设备，其特征在于：所述操作平台上固定设置有焊接平台，所述焊接平台上设置有对准凹槽；所述焊接部包括固定板，所述固定板上设置有旋转电机，焊接搅拌头通过转动轴承与所述旋转电机的输出轴可拆卸连接，所述焊接部还包括可以相对于所述操作平台左右滑动的滑动组件，所述焊接搅拌头固定设置在所述滑动组件上，所述对准凹槽的中心线与所述焊接搅拌头的滑动方向平行设置；所述可视组件包括焊接头摄像部以及焊缝摄像部，所述焊缝摄像部设置于所述对准凹槽的正上方，并可以沿其固定杆转动。

所述对准凹槽内涂覆有黄色或红色油漆，所述焊缝摄像部具体采用CCD摄像机对焊缝区域进行成像。

所述操作平台上方还固定设置有支撑平台，所述支撑平台设置在所述工件夹持部的上方。

所述操作平台包括平台主体以及延伸主体，支撑腿设置在平台主体上，所述延伸主体固定设置在所述平台主体的侧部，所述焊接平台固定设置在所述延伸主体上。

所述焊接搅拌头从上至下包括固持轴肩、摩擦轴肩、第一搅拌针、第二搅拌针、第三搅拌针，所述第一搅拌针的半径大于所述第二搅拌针的半径，所述第一搅拌针的长度大于所述第二搅拌针的长度，所述第二搅拌针的半径大于所述第三搅拌针的半径，所述第二搅拌针的长度大于所述第三搅拌针的长度。

所述平台主体上设置有滑动部，所述滑动部包括驱动电机，与所述驱动电机的输出轴固定连接设置的丝杆，所述丝杆上配合设置有滑块，所述固定板固定设置在所述滑块上，通过所述固定板带动所述焊接搅拌头沿着平行于所述对准凹槽的方向滑动。

所述操作平台的顶部上固定设置有支撑平台，所述支撑平台上固定设置有所述探测设备，所述探测设备包括支架，所述支架通过四个固定支腿分别固定设置在所述支撑平台上的四个支座上。

所述支架上倒挂设置有机械臂，所述机械臂包括水平旋转部以及转动设置在所述水平旋转部上的大臂，所述大臂可以在竖直平面内进行转动，所述大臂上还转动设置有小臂，所述小臂可以在竖直平面内相对于大臂进行转动，在所述小臂的自由端设置有第二旋转部，所述第二旋转部可以绕Z轴方向进行转动，所述第二旋转部的相对于所述小臂的另一端设置有探测仪。

所述探测仪包括激光测距仪、行走探测端以及压力探测端，所述探测仪具有四个端面，所述探测仪通过转轴固定设置在所述第二旋转部上，所述激光测距端设置在转轴的远离所述第二旋转部的端面上，所述行走探测端以及压力探测端分别设置在转轴的侧部端面上。

所述压力探测端与所述探测仪的主体通过压簧连接，所述压力探测端的端面上设置有压力应变片，所述压簧保证所述压力探测端的端部与所述焊缝的一边贴合。

有益效果

(1)本申请通过设置了焊接平台将具有狭窄深缝的待焊部件置于所述焊接平台上，通过焊接平台上设置的对准凹槽对待焊部件的焊缝进行定位，由于焊接搅拌头沿着平行于所述对准凹槽的方向滑动，通过调整待焊部件的焊缝与所述对准凹槽相互平行，即可以使待焊部件的焊缝与焊接搅拌头的滑动方向接近平行，避免了由于焊接搅拌头的滑动方向与焊缝的实际方向偏差可能导致的焊接搅拌头刚性断裂的情况，此外对于不规则形状的焊缝也可以在进一步焊接前调整工件的方向避免造成焊接搅拌头的刚性断裂；

(2)本申请还设置了探测设备，在焊接前可以对焊缝进行探测，探测仪可以随着焊缝的走向转动，当检测到所述探测仪的转向大于预设阈值时(此处的阈值是根据焊接搅拌头的刚度进行计算，转向小于预设阈值时焊接搅拌头不会因为焊缝不平整而产生碰撞导致刚性断裂)，探测仪可以报警，通过探测设备的设置可以进一步保证焊接质量以及焊接搅拌头的安全。

附图说明

图1为本发明狭窄深缝焊接工具整体结构图(为了方便展示去除了探测设备的整体结构)；

图2为本发明狭窄深缝焊接工具局部放大图一；

图3为本发明狭窄深缝焊接工具局部放大图二；

图4为本发明狭窄深缝焊接工具局部放大图三；

图5为本发明狭窄深缝焊接工具局部放大图四；

图6为本发明狭窄深缝焊接工具的探测设备的整体结构放大图；

图7为本发明狭窄深缝焊接工具的探测设备的局部放大图；

图8本发明狭窄深缝焊接工具探测仪局部放大图；

图9本发明狭窄深缝焊接工具焊接搅拌头局部放大图。

具体实施方式

以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-9，一种狭窄深缝焊接工具，包括操作平台1、工件夹持部2、焊接部3、可视组件4以及探测设备5，所述操作平台1上固定设置有焊接平台101，所述焊接平台101上设置有对准凹槽102；所述焊接部3包括固定板301，所述固定板301上设置有旋转电机302，焊接搅拌头303通过转动轴承304与所述旋转电机302的输出轴可拆卸连接，所述焊接部3还包括可以相对于所述操作平台1左右滑动的滑动组件6，所述焊接搅拌头303固定设置在所述滑动组件6上，所述对准凹槽102的中心线与所述焊接搅拌头303的滑动方向平行设置；所述可视组件4包括焊接头摄像部401以及焊缝摄像部402，所述焊缝摄像部402设置于所述对准凹槽102的正上方，并可以沿其固定杆403转动。当将具有狭窄深缝的待焊部件由工件夹持部2固定在所述焊接平台101上后，所述焊缝摄像部402可以沿着所述焊接平台101的方向左右转动，若在焊缝摄像部402的传输图像中可以观察到所述对准凹槽102，则认为待焊部件的焊缝与焊接头302的滑动方向平行，此时进行焊接则不会导致焊接搅拌头的刚性断裂。

搅拌摩擦焊接中对于焊接搅拌头的刚度要求高，因此对于狭窄深缝的部件进行焊接时焊接搅拌头刚性较强在焊缝不平行的环境下使用时常常会导致焊接搅拌头的刚性断裂，本申请通过设置了焊接平台将具有狭窄深缝的待焊部件置于所述焊接平台上，通过焊接平台101上设置的对准凹槽102对待焊部件的焊缝进行定位，由于焊接搅拌头303沿着平行于所述对准凹槽102的方向滑动，通过调整待焊部件的焊缝与所述对准凹槽102相互平行，即可以使待焊部件的焊缝与焊接搅拌头303的滑动方向接近平行，避免了由于焊接搅拌头303的滑动方向与焊缝的实际方向偏差可能导致的焊接搅拌头刚性断裂的情况，此外对于不规则形状的焊缝也可以在进一步焊接前调整工件的方向避免造成焊接搅拌头的刚性断裂。

优选的，所述对准凹槽102内涂覆有亮色油漆(通常为黄色或红色，与待焊接部件的金属色相互区别)，所述焊缝摄像部402具体采用CCD摄像机对焊缝进行成像，通过对准凹槽102内涂覆有亮色油漆以便于计算机可以对所述焊缝摄像部402的图像进行高精度识别。

进一步的，所述操作平台1上方还固定设置有支撑平台105，所述支撑平台105设置在所述工件夹持部2的上方。优选的，所述操作平台1包括平台主体103以及延伸主体104，支撑腿106设置在平台主体103上，所述延伸主体104固定设置在所述平台主体103的侧部，所述焊接平台101固定设置在所述延伸主体104上；通过延伸主体104的设置可以延长操作平台的长度，使大规格的待焊接件可以实现焊接。

进一步的，所述工件夹持部2包括升降平台以201以及夹持板202，所述升降平台以201具有两个并对称设置在所述焊接平台101上方两侧，所述升降平台201通过升降电机203的伸缩可相对于所述焊接平台101升降，两个所述夹持板202分别固定设置在两个所述升降平台以201相对的一端，待焊接工件可以由夹持板202固定夹持在所述焊接平台101上，通过升降平台以201的升降可以达到固定夹持不同厚度的待焊接件的目的。

优选的，所述焊接搅拌头303从上至下包括固持轴肩3031、摩擦轴肩3032、第一搅拌针3033、第二搅拌针3034、第三搅拌针3035，所述第一搅拌针3033的半径大于所述第二搅拌针3034的半径，所述第一搅拌针3033的长度大于所述第二搅拌针3034的长度，所述第二搅拌针3034的半径大于所述第三搅拌针3035的半径，所述第二搅拌针3034的长度大于所述第三搅拌针3035的长度，本申请焊接搅拌头的搅拌针通过三次变径在能够保证其刚性的情况下使其能够到达窄且深的区域进行焊接作业。

进一步的，所述平台主体103上设置有滑动部6，所述滑动部6包括驱动电机601，与所述驱动电机601的输出轴固定连接设置的丝杆602，所述丝杆602上配合设置有滑块603，所述固定板301固定设置在所述滑块603上，通过所述固定板301带动所述焊接搅拌头303沿着平行于所述对准凹槽102的方向滑动。

进一步的，所述操作平台1的顶部上固定设置有支撑平台105，所述支撑平台105上固定设置有所述探测设备5，所述探测设备5包括支架501，所述支架501通过四个固定支腿502分别固定设置在所述支撑平台105上的四个支座1051上。

进一步的，所述支架501上倒挂设置有机械臂503，所述机械臂503包括水平旋转部504以及转动设置在所述水平旋转部504上的大臂505，所述大臂505可以在竖直平面内进行转动，所述大臂505上还转动设置有小臂506，所述小臂506可以在竖直平面内相对于大臂505进行转动，在所述小臂506的自由端设置有第二旋转部508，所述第二旋转部508可以绕Z轴方向进行转动，所述第二旋转部508的相对于所述小臂506的另一端设置有探测仪507。

进一步的，所述探测仪507包括激光测距仪5071、行走探测端5072以及压力探测端5073，所述探测仪507具有四个端面，所述探测仪507通过转轴509固定设置在所述第二旋转部508上，所述激光测距端5071设置在转轴509的远离所述第二旋转部508的端面上，所述行走探测端5072以及压力探测端5073分别设置在转轴509的侧部端面上；本申请通过设置了探测设备5，可以在对焊缝进行焊接前测量所述焊缝的深度、宽度与焊缝的平整度，方便了根据焊缝的深度以及宽度选取相应的焊接搅拌头，激光测距仪5071通过激光可以测定焊缝的深度，而焊缝的宽度与焊缝的平整度由于狭窄深缝的焊缝宽度较窄使用激光或者其他仪器测距的方式不能实现，因此本申请设置了行走探测端5072以及压力探测端5073，行走探测端5072为滚轮，可以通过旋转带动探测仪507整体沿着焊缝进行移动，同时行走探测端5072的相对端还转动设置有压力探测端5073，可以通过压力探测端5073的端面压力测量实现焊缝宽度测量。

进一步的，所述压力探测端5073与所述探测仪507的主体通过压簧连接，所述压力探测端5073的端面上设置有压力应变片5074，所述压簧保证所述压力探测端5073的端部与所述焊缝的一边贴合，通过压力应变片5074测量所述压力探测端5073的端部受力即可测得弹簧的弹力，由弹簧的弹力可以换算得出弹簧的长度，继而可以间接测量焊缝的宽度。

优选的，所述探测仪507通过铰接座510铰接在所述转轴509上，所述探测仪507可以相对于所述转轴509转动，当所述行走探测端5072沿着所述焊缝行走时，所述探测仪507可以随着焊缝的走向转动，当检测到所述探测仪507的转向大于预设阈值时(此处的阈值是根据焊接搅拌头303的刚度进行计算，转向小于预设阈值时焊接搅拌头303不会因为焊缝不平整而产生碰撞导致刚性断裂)，所述探测仪507可以报警，通过探测设备的设置可以进一步保证焊接质量以及焊接搅拌头的安全。

优选的，所述夹持板202设置为横截面为直角梯形的楔形板状结构，两个所述夹持板202相对的一端横截面积小于两个所述夹持板202相互远离的一端，所述夹持板202上还等间距平行设置有若干退刀孔2021，所述退刀孔2021的大小大于所述焊接搅拌头的轴间直径，通过退刀孔2021的设置可以使得焊接搅拌头在搅拌针焊接断裂或检测到应力较大时为了防止搅拌针断裂提供的退刀槽，，通过设置具有楔形斜面的板状结构利用夹持板202上方空间变大，可以使夹持板202的结构适应所述焊接搅拌头的轴间变径。

搅拌摩擦焊接中对于焊接搅拌头的刚度要求高，现有技术中对于狭窄深缝的部件进行焊接时焊接搅拌头刚性较强在焊缝不平行的环境下使用时常常会导致焊接搅拌头的刚性断裂，本申请通过设置了焊接平台将具有狭窄深缝的待焊部件置于所述焊接平台上，通过焊接平台101上设置的对准凹槽102对待焊部件的焊缝进行定位，由于焊接搅拌头303沿着平行于所述对准凹槽102的方向滑动，通过调整待焊部件的焊缝与所述对准凹槽102相互平行，即可以使待焊部件的焊缝与焊接搅拌头303的滑动方向接近平行，避免了由于焊接搅拌头303的滑动方向与焊缝的实际方向偏差可能导致的焊接搅拌头刚性断裂的情况，此外对于不规则形状的焊缝也可以在进一步焊接前调整工件的方向避免造成焊接搅拌头的刚性断裂；进一步的，本申请还设置了探测设备，在焊接前可以对焊缝进行探测，探测仪507可以随着焊缝的走向转动，当检测到所述探测仪507的转向大于预设阈值时(此处的阈值是根据焊接搅拌头303的刚度进行计算，转向小于预设阈值时焊接搅拌头303不会因为焊缝不平整而产生碰撞导致刚性断裂)，所述探测仪507可以报警。

以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种狭窄深缝焊接工具，包括操作平台、工件夹持部、焊接部、可视组件以及探测设备，其特征在于：所述操作平台上固定设置有焊接平台，所述焊接平台上设置有对准凹槽；所述焊接部包括固定板，所述固定板上设置有旋转电机，焊接搅拌头通过转动轴承与所述旋转电机的输出轴可拆卸连接，所述焊接部还包括可以相对于所述操作平台左右滑动的滑动组件，所述焊接搅拌头固定设置在所述滑动组件上，所述对准凹槽的中心线与所述焊接搅拌头的滑动方向平行设置；所述可视组件包括焊接头摄像部以及焊缝摄像部，所述焊缝摄像部设置于所述对准凹槽的正上方，并可以沿其固定杆转动；所述操作平台上方还固定设置有支撑平台，所述支撑平台设置在所述工件夹持部的上方；所述操作平台包括平台主体以及延伸主体，支撑腿设置在平台主体上，所述延伸主体固定设置在所述平台主体的侧部，所述焊接平台固定设置在所述延伸主体上；所述平台主体上设置有滑动部，所述滑动部包括驱动电机，与所述驱动电机的输出轴固定连接设置的丝杆，所述丝杆上配合设置有滑块，所述固定板固定设置在所述滑块上，通过所述固定板带动所述焊接搅拌头沿着平行于所述对准凹槽的方向滑动；所述操作平台的顶部上固定设置有支撑平台，所述支撑平台上固定设置有所述探测设备，所述探测设备包括支架，所述支架通过四个固定支腿分别固定设置在所述支撑平台上的四个支座上；所述支架上倒挂设置有机械臂，所述机械臂包括水平旋转部以及转动设置在所述水平旋转部上的大臂，所述大臂可以在竖直平面内进行转动，所述大臂上还转动设置有小臂，所述小臂可以在竖直平面内相对于大臂进行转动，在所述小臂的自由端设置有第二旋转部，所述第二旋转部可以绕Z轴方向进行转动，所述第二旋转部的相对于所述小臂的另一端设置有探测仪；所述探测仪包括激光测距仪、行走探测端以及压力探测端，所述探测仪具有四个端面，所述探测仪通过转轴固定设置在所述第二旋转部上，所述激光测距端设置在转轴的远离所述第二旋转部的端面上，所述行走探测端以及压力探测端分别设置在转轴的侧部端面上。

2.根据权利要求1所述的狭窄深缝焊接工具，其特征在于：所述对准凹槽内涂覆有黄色或红色油漆，所述焊缝摄像部具体采用CCD摄像机对焊缝区域进行成像。

3.根据权利要求1所述的狭窄深缝焊接工具，其特征在于：所述焊接搅拌头从上至下包括固持轴肩、摩擦轴肩、第一搅拌针、第二搅拌针、第三搅拌针，所述第一搅拌针的半径大于所述第二搅拌针的半径，所述第一搅拌针的长度大于所述第二搅拌针的长度，所述第二搅拌针的半径大于所述第三搅拌针的半径，所述第二搅拌针的长度大于所述第三搅拌针的长度。

4.根据权利要求1所述的狭窄深缝焊接工具，其特征在于，所述压力探测端与所述探测仪的主体通过压簧连接，所述压力探测端的端面上设置有压力应变片，所述压簧保证所述压力探测端的端部与焊缝的一边贴合。