CN115609192A - 一种管板焊接系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管板焊接技术领域，具体为一种管板焊接系统，包括数控台下侧活动安装有电机，电机的输出端固定安装有组合轴，数控台用于控制电机水平竖直移动，组合轴上固定安装有焊枪，电机下端固定安装有焊板，焊板开设有圆孔，圆孔内活动放置有焊管，合轴的下端安装有自动对接装置，且自动对接装置完成对接后焊枪才能工作，自动对接装置上端安装有压力检测装置，当压力检测装置所受压力达到预设值时焊枪工作。本发明通过自动对接装置内定位块伸出并紧密贴附在焊管内表面来完成焊枪与焊管的对准，来解决焊枪和焊管的对准问题，无需借助相机、扫描仪、视觉体统等电子仪器，既能完成焊接又节约成本。

Description

一种管板焊接系统

技术领域

本发明涉及管板焊接技术领域，具体为一种管板焊接系统。

背景技术

管板焊接在工业中应用广泛，但是要将焊管良好的焊接在焊板上对一般焊工来说有一定难度且焊接生产速度慢，现有的管板焊接方式有人工焊接和自动焊接及其组合的多种方式，人工焊接对工人的体力要求高且作业环境差，自动管板焊接机器通过激光扫描仪或工业相机视觉拍照定位焊管的孔中心两种手段确定平面管板孔中心点的坐标，再进行焊接。

目前市场使用的自动焊接机器有很多，例如上海美焊智能化科技股份有限公司生产的型号为MWP系列的管板自动焊接机售价约为三万左右，需要装载紧密的扫描仪和相机还需要搭配视觉系统，用来定位焊管与焊板的交界，整套对接系统占设备成本约40％,其中扫描仪6000元左右，视觉系统5000元左右，且工作环境烟尘较多，每年对设备的保养费用在500元左右其中扫描仪等对接设备占比较大，扫描仪平均使用寿命为7年，而且此方案对技术要求高，软件算法复杂，容易受到外部环境的干扰，如环境光照反光干扰，焊管端面金属反射光线干扰等对自动焊接机器能精准找到管板孔中心点的坐标带来很多不确定性的因素，造成焊接成本高。

为此，提出一种管板焊接系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管板焊接系统，通过自动对接装置内定位块伸出并紧密贴附在焊管内表面来完成焊枪与焊管的对准，通过压力传感器传递信号辅助数控台来启动焊枪完成管板的焊接的方法以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种管板焊接系统，包括：

数控台，所述数控台下侧活动安装有电机，所述电机的输出端固定安装有组合轴，所述数控台用于控制电机水平竖直移动；

焊枪，所述组合轴上固定安装有焊枪；

焊板，所述电机下端固定安装有焊板，所述焊板开设有圆孔，所述圆孔内活动放置有焊管；

还包括：

自动对接装置，所述组合轴的下端安装有自动对接装置，自动对接装置用来完成焊管焊板的自动对接，且自动对接装置完成对接后焊枪才能工作；

压力检测装置，所述自动对接装置上端安装有压力检测装置，当压力检测装置所受压力达到预设值时，焊枪工作。

优选的，所述自动对接装置包括固定安装在组合轴底面的压块，所述压块靠近底面的外侧壁上固定安装有压环，所述压块外侧壁转动安转有限位板，且限位板开设有与压块相互配合的通孔，所述压块位于通孔内，所述限位板底面固定安装有套筒，所述套筒外侧壁上开设有三个梯形槽，所述三个梯形槽内滑动安装有三个定位块，所述每个定位块顶端固定连接有复位弹簧，所述数控台底壁上固定安装有移动盘，所述移动盘内部镂空且下底面开设有活动孔，所述移动盘内滑动安装有移动块，所述移动块的底壁与电机固定连接。

电机的转轴与组合轴同轴且电机带动焊枪转动，当电机的孔中心没有对准焊管的孔中心时，利用3个定位块卡在焊管内壁时的反作用力，使得移动块在移动盘内活动进而对焊管的孔中心进行矫正，进而对准焊管的孔中心，当数控台升起时，通过复位弹簧将定位块拉回，拉环卡住套筒使其与数控台一起回到初始位置，保证下次焊接的进行。

进一步的，当数控台因移动误差导致套筒轻微偏离焊管时，通过移动块在移动盘的移动，调整电机及整个组合轴位置，弥补数控台的误差。

进一步的，所述套筒外侧壁底部开设有斜倒角。

若是数控台移动误差较大，或移动速度过快导致移动块在移动盘内惯性移动较大，又或者设备发生抖动，导致数控台下降时套筒底壁接触焊管顶壁，利用倒角与焊管的接触保证套筒能进入焊管内。

进一步的，所述限位板上固定安装有气缸，所述每个定位块外表面均开设有两列连接孔，且所述每个定位块顶部均开设有两个竖孔，所述竖孔与连接孔联通，所述竖孔与气缸相互配合。

当密封缸内压力达到预定值时，通过气缸吸气的形式使定位块与焊管的接触更加紧密。

进一步的，所述压块靠近底面的外侧壁上固定安装有压环，所述压块的外侧壁底端固定连接滚珠轴承，所述滚珠轴承位于压环的下侧。

当电机旋转时，压块被带动在滚珠轴承内圈旋转，而利用滚珠轴外圈承代替压块对定位进行挤压，避免压块在定位块表面旋转而造成表面磨损，压环使得滚珠轴承的外径和内径不发生相对移动。

进一步的，定位块与滚珠轴承的接触面可以用楔块替代。

在定位块与滚珠轴承的接触面开槽，槽内固定安装楔块，滚珠轴承的压力施加在楔块上，当楔块磨损时，直接更换楔块，提高定位块的使用寿命。

进一步的，可在限位板开槽，在槽内设置滑动组件，如滑块滑轨，在对较大直径的焊管焊接时，可滑动伸出滑块以满足生产。

另外，作为本发明的另一种实施方式，此方案的核心在于移动块在移动盘内任意方向移动以及3个定位块被推出的距离相同，关于定位块如何被压紧在焊管内壁，可以在套筒内设置液压缸或密封缸通过压块压缩液油或气体的方式推动定位块，液压或者气动的方式相比于机械式的挤压，对定位块的行程控制更为准确和方便。

优选的，所述组合轴包括焊枪定位装置和压力检测装置，焊枪定位装置用来调整焊枪的水平及竖直位置，压力检测装置用来控制数控台的下降距离及焊枪和电机的工作，所述压力检测装置位于焊枪定位装置下端，所述压力检测装置包括固定安装在焊枪定位装置底壁的密封缸，所述密封缸内滑动安装有活塞杆，所述活塞杆与压块固定连接，所述密封缸外侧壁上固定安装有压力感应器。

通过数控台对密封缸施加的压力，侧面反应压块对定位块的压紧程度，若密封缸内压力达到设定值，便说明定位块被牢固压紧在焊管内壁上，此时压力感应器控制数控台停止下降并且电机旋转、焊枪工作。

进一步的，利用密封缸内的压力反映压块的压紧程度，避免了定位块被过度挤压造成定位块和焊管内部的磨损。

进一步的，所述密封缸的底壁上固定安装有三个卡块，所述压块内开设有与卡块相互配合的三个卡槽。

密封缸与活塞杆若发生相对转动则会破坏密封缸的气密性，利用密封缸底壁的卡块带动压块转动，而活塞杆与压块固定连接，使密封缸与活塞杆同步转动，有效保证密封缸的功能性。

进一步的，卡块6底面开设有倒角，压块11的卡槽顶面开设有倒角。

在卡块为嵌入卡槽前，密封缸与活塞杆发生一定角度的转动，可以利用卡块底面与卡槽顶面开设的倒角弥补位置的偏差。

进一步的，所述定位块的材料为Q195钢。

常见的管板焊接材料多为Q235,考虑到定位块会挤压焊管内壁，所用材料强度应小于焊管所用材料强度，确保焊管内壁表面平整度。

另外，作为本发明的方式，压力感应器必须可以将压力信号转化成电信号最后输出至数控台，具体型号和种类无严格规定，本方案采用压缩空气的方式传递压力，在此也可以替换为液压传递压力，或弹簧传递压力，都能达到所需工作效果。

优选的，所述焊枪定位装置包括固定安装在电机输出端的丝杆筒，所述丝杆筒的外侧壁下侧开设有定位孔，所述定位孔内固定转动安装有把手，所述把手直通丝杆筒内，且所述把手位于丝杆筒内的一端固定安装有锥齿轮一，所述锥齿轮一上转动安装有锥齿轮二，所述锥齿轮二顶壁上固定安装有丝杆，所述丝杆顶端转动连接在丝杆筒内顶壁，所述丝杆上转动安装有螺母，所述螺母靠近固定板的固定安装有定位条，所述定位条内开设有定位槽，所述定位槽内滑动安装有固定板，所述螺定位条近靠固定板的一侧开设由固定孔，所述固定孔内转动安装有螺钉，所述螺钉下活动安装有垫片，所述固定板与焊枪固定连接，所述丝杆筒外侧壁开设有与定位条相互配合的滑动槽。

通过转动把手和拧紧螺钉的形式调整并固定焊枪的位置，以适应不同直径的焊管，采用丝杆控制竖直移动，固定板的滑动控制水平移动。

进一步的，丝杆筒外侧壁下侧固定安装有防松块，所述防松块上开设有防松孔，所述防松孔内转动连接有把手，所述把手远离圆心的表面开设有穿孔，所述穿孔内转动安装有压条，所述压条与穿孔螺纹连接。

通过压条与穿孔的螺纹连接方式，将压条顶紧在防松块上，如此把手便能在设备工作时保持不动，进而保证焊枪位置不变。

另外，作为本发明的方式，限定焊枪距离的方式可以是电动推杆的形式，也可以是气缸或者液压的形式。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明所述的一种管板焊接系统，相比现有的自动焊接机器而言，在不借助激光扫描仪或工业相机视觉拍照定位的条件下，通过顶出定位块后，移动块可在移动盘内移动的形式调整电机及整个组合轴位置，使电机的输出轴轴心与焊管的轴心重合，以此对准焊管的孔中心，通过气缸的抽气使定位块更为紧密的贴附在焊管内侧壁。而且对工作环境要求底，无需考虑光线的干扰，焊接工作稳定，在完成焊接的同时降低了成本。

2、本发明所述的一种管板焊接系统，设有压力检测装置，通过挤压密封缸内气体所产生的压力侧面表明定位块是否被压紧，当密封缸内压力达到预定值时，反向说明定位块已被压块压紧，从而使数控台停止下降，并且控制气缸吸气，此时焊枪已到达焊点，启动电机便可以完成焊接工作，实现自动化焊接。

3、本发明所述的一种管板焊接系统，设有定位块紧固装置，定位块四周倒有圆角，使焊管内壁与定位块接触面所形成的空间近乎封闭，当密封缸内压力达到预定值时，通过气缸吸气的形式抽出定位块与焊管内壁的空气将定位块牢固的贴附在焊管内壁，确保焊枪能够稳定的工作。

附图说明

图1为本发明的整体结构图；

图2为图1的局部放大A图；

图3为图1的局部放大B图；

图4为本发明的剖视图；

图5为图4的局部放大C图；

图6为图4的局部放大D图；

图7为图4的局部放大E图；

图8为图4的局部放大F图。

图中：1、数控台；2、移动盘；3、电机；4、丝杆筒；5、密封缸；6、卡块；7、气缸；8、限位板；9、套筒；10、定位块；11、压块；12、压力传感器；13、焊枪；14、固定板；15、移动块；16、把手；17、复位弹簧；18、滚珠轴承；19、压环；20、活塞杆；1601、锥齿轮一；1602、锥齿轮二；1603、丝杆；1604、螺母；1605、防松块；1606、压条；1607、螺钉；1608、垫片；1609、定位条。

具体实施方式

实施例一，请参阅图1至图8，本发明提供一种管板焊接系统，技术方案如下：

一种管板焊接系统，包括：

数控台1，数控台1下侧活动安装有电机3，电机3的输出端固定安装有组合轴，数控台1用于控制电机3水平竖直移动；

焊枪13，组合轴上固定安装有焊枪13；

焊板，电机3下端固定安装有焊板，焊板开设有圆孔，圆孔内活动放置有焊管。

若对外径为10cm，内径为9cm，孔中心距为20cm，的焊管与焊板进行焊接且焊管焊板的竖直距离为5mm。

开始焊接前，先设定好数控台1的行进参数，每次水平移动10cm，降下焊枪13使枪尖对准焊管与焊板的交界，即焊点，并固定枪尖与焊管的水平距离。如此只需自动对接装置完成同轴对接后，再降下焊枪13至焊点即可开始焊接，用数控台将焊枪升至初始位置，准备工作完成。

进行焊接时，数控台1下降，限位板8的直径要大于焊管的直径，套筒外径为9cm，壁厚为2cm，当数控台1带动限位板8下降直至接触焊管时，套筒9被卡住，压块11继续下降，将定位块10顶在焊管的内侧壁上，定位块10未受到压力时位于套筒9内，同时压块11收到定位块10的反作用力，若是此时压块11与焊管不同轴，通过移动块15在移动盘2内的滑动，电机3会被定位块10矫正以往完成对接，压力传感器12与数控台1电性连接，数控台1与焊枪13、电机3电性连接，此时定位块10已无法移动而密封缸5与焊枪13则继续下降与活塞杆20形成相对移动，压缩缸内的气体被压缩并将压力传至压力传感器12，当压力到达1Mpa时，说明定位块10已被压紧在焊管内侧壁上，此时焊枪13刚好达到预定焊接位置并且压力传感器12将压力信号传输给数控台1，使数控台1停止下降，数控台1控制焊枪13工作并且控制电机3旋转一周完成焊接，而后数控台1上升至初始位置，于是焊枪13的预设高度就是当限位板8与焊管接触时下降的距离加密封缸5下降使压力传感器12到达1Mpa的距离，假设开始时，限位板8与焊管的竖直距离为20cm，当限位板8与焊管接触后，数控台1继续下降3cm，密封缸内压力才达到1Mpa，所以固焊枪的初始高度应该为23cm，在焊接开始时可以提前测出。

完成焊接后，数控台1带着压块11上升，定位块10在不受压力的情况下被复位弹簧17拉回初始位置，并且在上升过程中，由于压环19的直径大于限位板8通孔的直径，压环19带动套筒9上升，保证下次对接能进行，焊枪13设置的高度根据自动对接装置完成同轴对接时，压力传感器12达到预定压力时数控台1所下降的行程而决定，当焊接的一批同一直径的焊管时，焊枪13所设高度只需测量一次。

比较如上海美焊智能化科技股份有限公司生产的型号为MWP系列的管板自动焊接机，该设备拥有自动焊接和自动对接功能，采购设备的成本约为三万元左右，而山东海德瑞工业自动化设备有限公司所生产型号为QW-52的管板自动焊接设备，其设备拥有自动焊接而无自动对接的功能，售价约为一万三千元，粗略对比可知一套对接装置的价格在一万元以上。

从对接到完成焊接用时约在4s左右，从焊管内抬起带移动至下一组管板用时约为2s，若是对16×16数量的管板焊接用时约为24min。

对比上海美焊智能化科技股份有限公司生产的型号为MWP系列的管板自动焊接机，在无环境干扰的情况下，其扫描用时约平均为2.5s，焊接约为1s，同样焊接16×16数量的管板焊接用时约为23min，焊接速度与本发明相近，但本方案不仅解决了自动焊接的问题，还兼备自动对接的功能，结构简单，在同样完成对接焊接工作的同时，节约设备采购的成本。

实施例二

当完成一组管板焊接时，数控台1将电机3升起并移动至往下一组管板上方，移动盘2与移动块15可以设置一定摩擦阻力，如此在数控台1较快的水平移动时，也能保证移动块不会发生较大的惯性移动，并且由于数控台1的移动存在一定的误差，有时当数控台1带着套筒9下降时，套筒9的底壁可能会接触焊管而无法完成对接工作，当套筒9底面接触焊管顶端时，移动块15在移动盘2内产生滑动，从而带动套筒9移动完成对套筒9的位置补偿，保证整个设备能有效实施，也弥补了数控台1的行进误差。

实施例三

当需要焊接另一种规格的管板时，需要调节焊枪13的高度，可以转动把手16，同时还需要调整焊枪13枪尖与焊管轴心的水平距离，固定板14能在定位条1609的定位槽内水平移动，拧紧螺钉便可以将固定板14螺钉1607下安装有垫片，即便设备发生抖动也能有效防止螺钉1607松动，如此焊枪13便能实现竖直平面内有限的移动，来适应对不同规格的管板焊接。

工作原理：开始焊接前，确定各焊管之间的距离，推或拉固定板14并拧紧螺钉1607固定焊枪13枪尖与焊管轴心的水平距离，测定当压块11压紧定位块10并使密封缸5内压力到达压力传感器12规定值时数控台1所下降的高度，转动把手16调整焊枪13的高度，将焊管轴心之间的距离数据输入数控台1，将数控台升至初始位置。

参数输入完毕后，进行两次以上预演，若设备可正常运行且生产质量在接受范围内，可进行正常生产。对于有标定规格的管板，可以在数控台1中建立数据库，比如焊枪位置，焊管距离的数据，方便下次生产。

启动数控台1，套筒9在未进入焊管内时是挂在压块11上的，当数控台1下降时，套筒9便一起下降，直至限位板8接触焊管表面，套筒9停止下降而压块11继续下降，套筒9外侧壁底端的滚珠轴承18挤压定位块10，使定位块10发生径向移动并拉伸连接在其顶部的复位弹簧，直至定位块10贴紧焊管内侧壁，完成套筒9与焊管孔中心的同轴校准，此时定位块10与压块11无法移动，压块11与活塞杆20固定连接，密封缸5继续下降使密封缸5底端的卡块6嵌入压块11的卡槽内，数控台1向下的压力由密封缸5传入压力传感器12，当压力传感器12接收的压力达到规定值时，压力传感器12控制气缸7吸气，使定位块10更加贴紧焊管内侧壁，此时焊枪13恰好下降至焊点，数控台1停止下降，数控台1控制焊枪13工作并且电机3旋转带动密封缸5以及压块11旋转，当电机3转完一圈后焊接完成，电机3停止并且将旋转一周后的信号传递至数控台1，使数控台1上升，密封缸5内压力降低，气缸7排气，定位块10不受挤压被弹簧拉至初始位置，数控台1上升带动压环19将套筒9抽出焊管，当套筒9完全抽出焊管时，数控台1移动至下一组管板，此时数控台1若是存在移动精度误差使套筒9外侧壁底部的倒角触碰焊管内侧壁顶部产生侧向力，使移动块15在移动盘2内移动，弥补数控台1精度的误差，使设备正常工作。

Claims (10)

1.一种管板焊接系统，包括：

数控台(1)，所述数控台(1)下侧活动安装有电机(3)，所述电机(3)的输出端固定安装有组合轴，所述数控台(1)用于控制电机(3)水平竖直移动；

焊枪(13)，所述组合轴上固定安装有焊枪(13)；

焊板，所述电机(3)下端固定安装有焊板，所述焊板开设有圆孔，所述圆孔内活动放置有焊管；

其特征在于，还包括：

自动对接装置，所述组合轴的下端安装有自动对接装置，自动对接装置用来完成焊管焊板的自动对接，且自动对接装置完成对接后焊枪(13)才能工作。

2.根据权利要求1所述的一种管板焊接系统，其特征在于：所述自动对接装置包括固定安装在组合轴底面的压块(11)，所述压块(11)靠近底面的外侧壁上固定安装有压环(19)，所述压块(11)外侧壁转动安转有限位板(8)，且限位板(8)开设有与压块(11)相互配合的通孔，所述压块(11)位于通孔内，所述限位板(8)底面固定安装有套筒(9)，所述套筒(9)外侧壁上开设有三个梯形槽，所述三个梯形槽内滑动安装有三个定位块(10)，所述每个定位块(10)顶端固定连接有复位弹簧(17)，所述数控台(1)底壁上固定安装有移动盘(2)，所述移动盘(2)内部镂空且下底面开设有活动孔，所述移动盘(2)内滑动安装有移动块(15)，所述移动块(15)的底壁与电机(3)固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种管板焊接系统，其特征在于：所述组合轴包括焊枪(13)定位装置和压力检测装置，焊枪定位装置用来调整焊枪(13)的水平及竖直位置，压力检测装置用来控制数控台(1)的竖直下降距离及焊枪(13)、气缸(7)、电机(3)的工作，所述压力检测装置位于焊枪(13)定位装置下端，所述压力检测装置包括固定安装在焊枪(13)定位装置底壁的密封缸(5)，所述密封缸(5)内滑动安装有活塞杆(20)，所述活塞杆(20)与压块(11)固定连接，所述密封缸(5)外侧壁上固定安装有压力感应器(12)。

4.根据权利要求2所述的一种管板焊接系统，其特征在于：所述限位板(8)上固定安装有气缸(7)，所述每个定位块(10)外表面均开设有两列连接孔，且所述每个定位块(10)顶部均开设有两个竖孔，所述竖孔与连接孔联通，所述竖孔与气缸(7)相互配合。

5.根据权利要求3所述的一种管板焊接系统，其特征在于：所述焊枪(13)定位装置包括固定安装在电机(3)输出端的丝杆筒(4)，所述丝杆筒(4)的外侧壁下侧开设有定位孔，所述定位孔内固定转动安装有把手(16)，所述把手(16)直通丝杆筒(4)内，且所述把手(16)位于丝杆筒(4)内的一端固定安装有锥齿轮一(1601)，所述锥齿轮一(1601)上转动安装有锥齿轮二(1602)，所述锥齿轮二(1602)顶壁上固定安装有丝杆(1603)，所述丝杆(1603)顶端转动连接在丝杆筒(4)内顶壁，所述丝杆(1603)上转动安装有螺母(1604)，所述螺母(1604)靠近固定板(14)的固定安装有定位条(1609)，所述定位条(1609)内开设有定位槽，所述定位槽内滑动安装有固定板(14)，所述螺定位条(1609)近靠固定板(14)的一侧开设由固定孔，所述固定孔内转动安装有螺钉(1607)，所述螺钉(1607)下活动安装有垫片，所述固定板(14)与焊枪(13)固定连接，所述丝杆筒(4)外侧壁开设有与定位条(1609)相互配合的滑动槽。

6.根据权利要求5所述的一种管板焊接系统，其特征在于：所述丝杆筒(4)外侧壁下侧固定安装有防松块(1605)，所述防松块(1605)上开设有防松孔，所述防松孔内转动连接有把手(16)，所述把手(16)远离圆心的表面开设有穿孔，所述穿孔内转动安装有压条(1606)，所述压条(1606)与防松块(1605)相互配合。

7.根据权利要求4所述的一种管板焊接系统，其特征在于：所述密封缸(5)的底壁上固定安装有三个卡块(6)，所述压块(11)内开设有与卡块(6)相互配合的三个卡槽。

8.根据权利要求2所述的一种管板焊接系统，其特征在于：所述压块(11)的外侧壁底端固定连接滚珠轴承(18)，所述滚珠轴承(18)位于压环(19)的下侧。

9.根据权利要求1所述的一种管板焊接系统，其特征在于：所述定位块(10)的材料选用Q195钢。

10.根据权利要求1所述的一种管板焊接系统，其特征在于：所述卡块(6)底面开设有倒角，所述压块(11)的卡槽上端开设有倒角。

Images