CN115338537A - 一种钢筋网自动化激光焊接设备及其焊接方法 - Google Patents

一种钢筋网自动化激光焊接设备及其焊接方法 Download PDF

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Abstract

一种钢筋网自动化激光焊接设备及其焊接方法，涉及焊接技术领域，解决钢筋网自动焊接过程中因钢筋搭接间隙过大而造成无效焊接的技术问题，解决方案为：移动横梁跨设于平移轨道的上方，压紧辅助工装安装于移动横梁上，顶升辅助工装设置于工作台的下方，并且顶升辅助工装工作状态时位于压紧辅助工装正下方的投影位置处；柔性机械臂安装在移动横梁上，视觉采集摄像头和焊接头均安装于柔性机械臂上；PLC控制器分别与平移电机、油缸、视觉识别装置、柔性机械臂和自动焊接装置电性连接。本发明在焊前通过顶升辅助工装和压紧辅助工装对钢筋网实现有效压紧，进而使得待焊接的节点有效接触，为钢筋网的视觉识别过程和自动焊接过程提供保证。

Description

一种钢筋网自动化激光焊接设备及其焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接设备技术领域，具体为一种钢筋网自动化激光焊接设备及其焊接方法。
背景技术
随着建筑行业技术的不断更迭，建筑物现场浇筑的部分越来越少，大量建筑构件采用预制件，预制件能够在生产车间大批量、规模化生产，然后现场装配，最后对预制件装配部位进行浇筑，不仅能够大幅节省建筑用时，而且资源得到合理调配。
预制件的核心部件是其骨架——钢筋网，传统的建筑行业中，通常通过人工绑扎钢筋制备钢筋网，不仅效率低，而且绑扎位置不精确，绑扎松紧程度不稳定，最影响预制件产品的性能。于是，在现代建筑行业中，使用电阻焊与视觉识别技术相结合，对钢筋网的关键节点自动进行焊接，然而仍存在不足之处：如搭接的钢筋并未接触，但是视觉识别技术受位置遮挡的影响很难发现，于是正常进行焊接操作，并且程序自动执行时认为该节点处已经焊接，实际上由于搭接间隙过大，并未形成有效焊接。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，解决钢筋网自动焊接过程中因钢筋搭接间隙过大而造成无效焊接的技术问题，本发明提供一种钢筋网自动化激光焊接设备及其焊接方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种钢筋网自动化激光焊接设备，它包括桁架体、移动横梁、顶升辅助工装、压紧辅助工装、柔性机械臂、视觉识别装置、自动焊接装置和PLC控制系统，所述视觉识别装置包括视觉采集摄像头，自动焊接装置包括焊接头，PLC控制系统包括PLC控制器；所述桁架体包括立柱、工作台和平移轨道，工作台设置为镂空的框架结构，若干立柱沿工作台两侧长边的长度方向依次布置，两根平行设置的平移轨道分别跨设于两侧立柱的上方；若干钢筋根据需要纵横交织搭接为待焊接的钢筋网，钢筋网放置于工作台上，并且根据需要调整钢筋网的网孔尺寸，其中：
所述移动横梁跨设于平移轨道的上方，移动横梁的两端分别设置第一平移电机，压紧辅助工装安装于移动横梁上，顶升辅助工装设置于工作台的下方，并且顶升辅助工装工作状态时位于压紧辅助工装正下方的投影位置处；
所述顶升辅助工装包括顶升架、顶升轨道、第二平移电机、顶升油缸、激光测距仪和顶升单元，所述顶升架沿宽度方向跨设于工作台的下方，第二平移电机分别设置于顶升架的两端；所述顶升轨道设置于顶升架的上方，顶升油缸设置于顶升轨道与顶升架之间；在顶升轨道上依次设置若干顶升单元，激光测距仪的激光发射端与激光接收端分别设置于相邻的顶升单元上；所述顶升单元包括行走电机、气动伸缩杆和顶头，气动伸缩杆安装于行走电机的上方，行走电机驱动气动伸缩杆沿顶升轨道运动至预定位置，气动伸缩杆的活塞杆的上端安装顶头，顶头与钢筋网下表面对应的钢筋接触；
所述压紧辅助工装包括压紧油缸、支撑臂和压板，压紧油缸竖直向下固定设置于移动横梁两端的下方，支撑臂竖直向下安装于压紧油缸的活塞杆上，支撑臂的下端部安装压板，压板与钢筋网的上表面接触；
所述柔性机械臂通过滑移底座安装在移动横梁上，滑移底座上安装第三平移电机，视觉采集摄像头和焊接头均安装于柔性机械臂上；
PLC控制器分别与第一平移电机、第二平移电机、顶升油缸、压紧油缸、视觉采集摄像头、柔性机械臂和焊接头电性连接：
PLC控制器控制第一平移电机正转或者反转，从而带动移动横梁沿平移轨道往复滑动；
PLC控制器控制第二平移电机正转或者反转，从而带动顶升架沿桁架体的长度方向往复滑动；
PLC控制器控制第三平移电机正转或者反转，从而通过滑移底座带动柔性机械臂沿移动横梁往复滑动；
PLC控制器控制顶升油缸的活塞杆伸出或者缩回，从而带动顶升轨道相对于顶升架升起或者下降；
PLC控制器控制压紧油缸的活塞杆伸出或者缩回，从而带动支撑臂和压板升起或者下降；
PLC控制器控制行走电机正转或者反转，从而带动顶升单元沿顶升轨道往复滑动；
PLC控制器控制气动伸缩杆伸出或者缩回，从而驱动顶头与钢筋网下表面对应的钢筋接触或者分离；
视觉采集摄像头扫描、识别并采集钢筋网需要焊接的节点位置坐标，然后将坐标信号传送至PLC控制器与自动焊接装置，PLC控制器控制柔性机械臂动作，自动焊接装置控制焊接头对需要焊接的节点进行焊接。
进一步地，所述桁架体的上方平行设置两根移动横梁，并且工作过程中两根移动横梁相向运动。
进一步地，沿压板的长度方向等间距布置三组顶升辅助工装。
进一步地，所述顶头的上端面设置V形缺口。
一种钢筋网自动化激光焊接设备的焊接方法，包括以下步骤：
S1、将若干钢筋根据需要纵横交织搭接为待焊接的钢筋网，钢筋网放置于工作台上，并且根据需要调整钢筋网的网孔尺寸；
S2、PLC控制器控制第一平移电机正转，移动横梁沿平移轨道运动至第一行待焊接工位处；于此同时，PLC控制器控制第二平移电机正转，顶升架沿桁架体的长度方向滑动至移动横梁正下方的投影位置处；
S3、根据钢筋网的网孔尺寸设定顶升单元的间距，通过激光测距仪将相邻顶升单元间距的信号反馈至PLC控制器，PLC控制器根据激光测距仪的反馈信号控制行走电机带动顶升单元沿顶升轨道运动至预定位置；
S4、PLC控制器控制气动伸缩杆伸出，进而驱动顶头将钢筋网顶起；与此同时，PLC控制器控制压紧油缸的活塞杆伸出，进而带动支撑臂和压板下降，压板与顶升辅助工装配合，将钢筋网的第一行待焊接工位处压紧；
S5、PLC控制器控制第三平移电机正转，从而通过滑移底座带动柔性机械臂沿移动横梁滑动，与此同时视觉采集摄像头扫描、识别并采集钢筋网第一行待焊接工位需要焊接的节点位置坐标，然后将坐标信号分别传送至PLC控制器与自动焊接装置；
S6、待视觉识别装置对待焊接节点扫描结束后，PLC控制器控制第三平移电机反转，柔性机械臂沿移动横梁滑动至起始位置，然后PLC控制器控制第三平移电机再次正转，柔性机械臂再次沿移动横梁滑动，于此同时自动焊接装置控制焊接头对需要焊接的节点进行焊接；
S7、第一行待焊接工位自动焊接结束后，重复上述步骤S2～S6，依次对钢筋网全部待焊接节点进行自动焊接，自动焊接结束后各零件回退至起始位置。
进一步地，在所述步骤S1中，将不同尺寸规格和网孔尺寸的若干块钢筋网均放置于工作台上，并且根据需要在移动横梁上设置若干组压紧辅助工装。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在焊前通过顶升辅助工装和压紧辅助工装对钢筋网实现有效压紧，进而使得待焊接的节点有效接触，为钢筋网的视觉识别过程和自动焊接过程提供保证。
附图说明
图1为本发明立体结构示意图；
图2为提升辅助工装侧视结构示意图；
图3为顶升单元主视结构示意图；
图4为压紧辅助工装立体结构示意图。
图中：
1为桁架体，1-1为立柱，1-2为工作台，1-3为平移轨道；
2为移动横梁；
3为顶升辅助工装，3-1为顶升架，3-2为顶升轨道，3-3为第二平移电机，3-4为顶升油缸，3-5为激光测距仪，3-6为顶升单元，3-6-1为行走电机，3-6-2为气动伸缩杆，3-6-3为顶头；
4压紧辅助工装为，4-1为压紧油缸，4-2为支撑臂，4-3为压板；
5为第一平移电机；
6为柔性机械臂，6-1为滑移底座，6-2为第三平移电机；
7为视觉识别装置；
8为自动焊接装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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至图4所示的一种钢筋网自动化激光焊接设备，它包括桁架体1、移动横梁2、顶升辅助工装3、压紧辅助工装4、柔性机械臂6、视觉识别装置7、自动焊接装置8和PLC控制系统，所述视觉识别装置7包括视觉采集摄像头，自动焊接装置8包括焊接头，PLC控制系统包括PLC控制器；所述桁架体1包括立柱1-1、工作台1-2和平移轨道1-3，工作台1-2设置为镂空的框架结构，若干立柱1-1沿工作台1-2两侧长边的长度方向依次布置，两根平行设置的平移轨道1-3分别跨设于两侧立柱1-1的上方；若干钢筋根据需要纵横交织搭接为待焊接的钢筋网，钢筋网放置于工作台1-2上，并且根据需要调整钢筋网的网孔尺寸，其中：
所述移动横梁2跨设于平移轨道1-3的上方，移动横梁2的两端分别设置第一平移电机5，压紧辅助工装4安装于移动横梁2上，顶升辅助工装3设置于工作台1-2的下方，并且顶升辅助工装3工作状态时位于压紧辅助工装4 正下方的投影位置处；
所述顶升辅助工装3包括顶升架3-1、顶升轨道3-2、第二平移电机3-3、顶升油缸3-4、激光测距仪3-5和顶升单元3-6，所述顶升架3-1沿宽度方向跨设于工作台1-2的下方，第二平移电机3-3分别设置于顶升架3-1的两端；所述顶升轨道3-2设置于顶升架3-1的上方，顶升油缸3-4设置于顶升轨道 3-2与顶升架3-1之间；在顶升轨道3-2上依次设置若干顶升单元3-6，激光测距仪3-5的激光发射端与激光接收端分别设置于相邻的顶升单元3-6上；所述顶升单元3-6包括行走电机3-6-1、气动伸缩杆3-6-2和顶头3-6-3，气动伸缩杆3-6-2安装于行走电机3-6-1的上方，行走电机3-6-1驱动气动伸缩杆3-6-2沿顶升轨道3-2运动至预定位置，气动伸缩杆3-6-2的活塞杆的上端安装顶头3-6-3，顶头3-6-3与钢筋网下表面对应的钢筋接触；
所述压紧辅助工装4包括压紧油缸4-1、支撑臂4-2和压板4-3，压紧油缸4-1竖直向下固定设置于移动横梁2两端的下方，支撑臂4-2竖直向下安装于压紧油缸4-1的活塞杆上，支撑臂4-2的下端部安装压板4-3，压板4-3 与钢筋网的上表面接触；
所述柔性机械臂6通过滑移底座6-1安装在移动横梁2上，滑移底座6-1 上安装第三平移电机6-2，视觉采集摄像头和焊接头均安装于柔性机械臂6上；
PLC控制器分别与第一平移电机5、第二平移电机3-3、顶升油缸3-4、压紧油缸4-1、视觉采集摄像头、柔性机械臂6和焊接头电性连接：
PLC控制器控制第一平移电机5正转或者反转，从而带动移动横梁2沿平移轨道1-3往复滑动；
PLC控制器控制第二平移电机3-3正转或者反转，从而带动顶升架3-1沿桁架体1的长度方向往复滑动；
PLC控制器控制第三平移电机6-2正转或者反转，从而通过滑移底座6-1 带动柔性机械臂6沿移动横梁2往复滑动；
PLC控制器控制顶升油缸3-4的活塞杆伸出或者缩回，从而带动顶升轨道 3-2相对于顶升架3-1升起或者下降；
PLC控制器控制压紧油缸4-1的活塞杆伸出或者缩回，从而带动支撑臂 4-2和压板4-3升起或者下降；
PLC控制器控制行走电机3-6-1正转或者反转，从而带动顶升单元3-6沿顶升轨道3-2往复滑动；
PLC控制器控制气动伸缩杆3-6-2伸出或者缩回，从而驱动顶头3-6-3与钢筋网下表面对应的钢筋接触或者分离；
视觉采集摄像头扫描、识别并采集钢筋网需要焊接的节点位置坐标，然后将坐标信号传送至PLC控制器与自动焊接装置8，PLC控制器控制柔性机械臂6动作，自动焊接装置8控制焊接头对需要焊接的节点进行焊接。
进一步地，所述桁架体1的上方平行设置两根移动横梁2，并且工作过程中两根移动横梁2相向运动。
进一步地，沿压板4-3的长度方向等间距布置三组顶升辅助工装3。
进一步地，所述顶头3-6-3的上端面设置V形缺口。
一种钢筋网自动化激光焊接设备的焊接方法，包括以下步骤：
S1、将若干钢筋根据需要纵横交织搭接为待焊接的钢筋网，钢筋网放置于工作台1-2上，并且根据需要调整钢筋网的网孔尺寸；
S2、PLC控制器控制第一平移电机5正转，移动横梁2沿平移轨道1-3运动至第一行待焊接工位处；于此同时，PLC控制器控制第二平移电机3-3正转，顶升架3-1沿桁架体1的长度方向滑动至移动横梁2正下方的投影位置处；
S3、根据钢筋网的网孔尺寸设定顶升单元3-6的间距，通过激光测距仪3-5将相邻顶升单元3-6间距的信号反馈至PLC控制器，PLC控制器根据激光测距仪3-5的反馈信号控制行走电机3-6-1带动顶升单元3-6沿顶升轨道3-2 运动至预定位置；
S4、PLC控制器控制气动伸缩杆3-6-2伸出，进而驱动顶头3-6-3将钢筋网顶起；与此同时，PLC控制器控制压紧油缸4-1的活塞杆伸出，进而带动支撑臂4-2和压板4-3下降，压板4-3与顶升辅助工装3配合，将钢筋网的第一行待焊接工位处压紧；
S5、PLC控制器控制第三平移电机6-2正转，从而通过滑移底座6-1带动柔性机械臂6沿移动横梁2滑动，与此同时视觉采集摄像头扫描、识别并采集钢筋网第一行待焊接工位需要焊接的节点位置坐标，然后将坐标信号分别传送至PLC控制器与自动焊接装置8；
S6、待视觉识别装置7对待焊接节点扫描结束后，PLC控制器控制第三平移电机6-2反转，柔性机械臂6沿移动横梁2滑动至起始位置，然后PLC控制器控制第三平移电机6-2再次正转，柔性机械臂6再次沿移动横梁2滑动，于此同时自动焊接装置8控制焊接头对需要焊接的节点进行焊接；
S7、第一行待焊接工位自动焊接结束后，重复上述步骤S2～S6，依次对钢筋网全部待焊接节点进行自动焊接，自动焊接结束后各零件回退至起始位置。
进一步地，在所述步骤S1中，将不同尺寸规格和网孔尺寸的若干块钢筋网均放置于工作台1-2上，并且根据需要在移动横梁2上设置若干组压紧辅助工装4。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种钢筋网自动化激光焊接设备，它包括桁架体(1)、移动横梁(2)、顶升辅助工装(3)、压紧辅助工装(4)、柔性机械臂(6)、视觉识别装置(7)、自动焊接装置(8)和PLC控制系统，所述视觉识别装置(7)包括视觉采集摄像头，自动焊接装置(8)包括焊接头，PLC控制系统包括PLC控制器；所述桁架体(1)包括立柱(1-1)、工作台(1-2)和平移轨道(1-3)，工作台(1-2)设置为镂空的框架结构，若干立柱(1-1)沿工作台(1-2)两侧长边的长度方向依次布置，两根平行设置的平移轨道(1-3)分别跨设于两侧立柱(1-1)的上方；若干钢筋根据需要纵横交织搭接为待焊接的钢筋网，钢筋网放置于工作台(1-2)上，并且根据需要调整钢筋网的网孔尺寸，其特征在于：
所述移动横梁(2)跨设于平移轨道(1-3)的上方，移动横梁(2)的两端分别设置第一平移电机(5)，压紧辅助工装(4)安装于移动横梁(2)上，顶升辅助工装(3)设置于工作台(1-2)的下方，并且顶升辅助工装(3)工作状态时位于压紧辅助工装(4)正下方的投影位置处；
所述顶升辅助工装(3)包括顶升架(3-1)、顶升轨道(3-2)、第二平移电机(3-3)、顶升油缸(3-4)、激光测距仪(3-5)和顶升单元(3-6)，所述顶升架(3-1)沿宽度方向跨设于工作台(1-2)的下方，第二平移电机(3-3)分别设置于顶升架(3-1)的两端；所述顶升轨道(3-2)设置于顶升架(3-1)的上方，顶升油缸(3-4)设置于顶升轨道(3-2)与顶升架(3-1)之间；在顶升轨道(3-2)上依次设置若干顶升单元(3-6)，激光测距仪(3-5)的激光发射端与激光接收端分别设置于相邻的顶升单元(3-6)上；所述顶升单元(3-6)包括行走电机(3-6-1)、气动伸缩杆(3-6-2)和顶头(3-6-3)，气动伸缩杆(3-6-2)安装于行走电机(3-6-1)的上方，行走电机(3-6-1)驱动气动伸缩杆(3-6-2)沿顶升轨道(3-2)运动至预定位置，气动伸缩杆(3-6-2)的活塞杆的上端安装顶头(3-6-3)，顶头(3-6-3)与钢筋网下表面对应的钢筋接触；
所述压紧辅助工装(4)包括压紧油缸(4-1)、支撑臂(4-2)和压板(4-3)，压紧油缸(4-1)竖直向下固定设置于移动横梁(2)两端的下方，支撑臂(4-2)竖直向下安装于压紧油缸(4-1)的活塞杆上，支撑臂(4-2)的下端部安装压板(4-3)，压板(4-3)与钢筋网的上表面接触；
所述柔性机械臂(6)通过滑移底座(6-1)安装在移动横梁(2)上，滑移底座(6-1)上安装第三平移电机(6-2)，视觉采集摄像头和焊接头均安装于柔性机械臂(6)上；
PLC控制器分别与第一平移电机(5)、第二平移电机(3-3)、顶升油缸(3-4)、压紧油缸(4-1)、视觉采集摄像头、柔性机械臂(6)和焊接头电性连接：
PLC控制器控制第一平移电机(5)正转或者反转，从而带动移动横梁(2)沿平移轨道(1-3)往复滑动；
PLC控制器控制第二平移电机(3-3)正转或者反转，从而带动顶升架(3-1)沿桁架体(1)的长度方向往复滑动；
PLC控制器控制第三平移电机(6-2)正转或者反转，从而通过滑移底座(6-1)带动柔性机械臂(6)沿移动横梁(2)往复滑动；
PLC控制器控制顶升油缸(3-4)的活塞杆伸出或者缩回，从而带动顶升轨道(3-2)相对于顶升架(3-1)升起或者下降；
PLC控制器控制压紧油缸(4-1)的活塞杆伸出或者缩回，从而带动支撑臂(4-2)和压板(4-3)升起或者下降；
PLC控制器控制行走电机(3-6-1)正转或者反转，从而带动顶升单元(3-6)沿顶升轨道(3-2)往复滑动；
PLC控制器控制气动伸缩杆(3-6-2)伸出或者缩回，从而驱动顶头(3-6-3)与钢筋网下表面对应的钢筋接触或者分离；
视觉采集摄像头扫描、识别并采集钢筋网需要焊接的节点位置坐标，然后将坐标信号传送至PLC控制器与自动焊接装置(8)，PLC控制器控制柔性机械臂(6)动作，自动焊接装置(8)控制焊接头对需要焊接的节点进行焊接。
2.根据权利要求1所述的一种钢筋网自动化激光焊接设备，其特征在于：所述桁架体(1)的上方平行设置两根移动横梁(2)，并且工作过程中两根移动横梁(2)相向运动。
3.根据权利要求1所述的一种钢筋网自动化激光焊接设备，其特征在于：沿压板(4-3)的长度方向等间距布置三组顶升辅助工装(3)。
4.根据权利要求1所述的一种钢筋网自动化激光焊接设备，其特征在于：所述顶头(3-6-3)的上端面设置V形缺口。
5.一种如权利要求1所述的钢筋网自动化激光焊接设备的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将若干钢筋根据需要纵横交织搭接为待焊接的钢筋网，钢筋网放置于工作台(1-2)上，并且根据需要调整钢筋网的网孔尺寸；
S2、PLC控制器控制第一平移电机(5)正转，移动横梁(2)沿平移轨道(1-3)运动至第一行待焊接工位处；于此同时，PLC控制器控制第二平移电机(3-3)正转，顶升架(3-1)沿桁架体(1)的长度方向滑动至移动横梁(2)正下方的投影位置处；
S3、根据钢筋网的网孔尺寸设定顶升单元(3-6)的间距，通过激光测距仪(3-5)将相邻顶升单元(3-6)间距的信号反馈至PLC控制器，PLC控制器根据激光测距仪(3-5)的反馈信号控制行走电机(3-6-1)带动顶升单元(3-6)沿顶升轨道(3-2)运动至预定位置；
S4、PLC控制器控制气动伸缩杆(3-6-2)伸出，进而驱动顶头(3-6-3)将钢筋网顶起；与此同时，PLC控制器控制压紧油缸(4-1)的活塞杆伸出，进而带动支撑臂(4-2)和压板(4-3)下降，压板(4-3)与顶升辅助工装(3)配合，将钢筋网的第一行待焊接工位处压紧；
S5、PLC控制器控制第三平移电机(6-2)正转，从而通过滑移底座(6-1)带动柔性机械臂(6)沿移动横梁(2)滑动，与此同时视觉采集摄像头扫描、识别并采集钢筋网第一行待焊接工位需要焊接的节点位置坐标，然后将坐标信号分别传送至PLC控制器与自动焊接装置(8)；
S6、待视觉识别装置(7)对待焊接节点扫描结束后，PLC控制器控制第三平移电机(6-2)反转，柔性机械臂(6)沿移动横梁(2)滑动至起始位置，然后PLC控制器控制第三平移电机(6-2)再次正转，柔性机械臂(6)再次沿移动横梁(2)滑动，于此同时自动焊接装置(8)控制焊接头对需要焊接的节点进行焊接；
S7、第一行待焊接工位自动焊接结束后，重复上述步骤S2～S6，依次对钢筋网全部待焊接节点进行自动焊接，自动焊接结束后各零件回退至起始位置。
6.根据权利要求5所述的一种钢筋网自动化激光焊接设备的焊接方法，其特征在于：在所述步骤S1中，将不同尺寸规格和网孔尺寸的若干块钢筋网均放置于工作台(1-2)上，并且根据需要在移动横梁(2)上设置若干组压紧辅助工装(4)。
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