CN115781142A - 用于圆管柱的无轨自动焊接装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种用于圆管柱的无轨自动焊接装置，包括机架，机架上设有横向伸缩臂，横向伸缩臂端部设有纵向伸缩臂，纵向伸缩臂上设有焊枪夹具，机架设有多个可转动的第一磁力轮，第一磁力轮用于吸附在圆钢管外壁，第一磁力轮转轴方向与圆钢管轴线方向相同,解决了传统导轨式机器人难以焊接大型圆管的问题。

Description

用于圆管柱的无轨自动焊接装置

技术领域

本发明涉及钢结构自动化焊接领域，尤其是涉及一种用于圆管柱的无轨自动焊接装置。

背景技术

焊接是一种劳动强度较大的工作，焊接弧光对于人眼和皮肤具有一定的灼伤作用，目前无论是超高层还是大跨度结构建筑，使用的钢材板厚将越来越厚、强度也越来越高、截面尺寸也将越来越大，焊接量也随之增大，若采用手工焊接，不仅焊接技术效率低、质量不稳定，难以满足当前大型、复杂、超长超厚板等工程的焊接施工，同时也影响身体健康。

利用焊接机器人代替人工焊接，不仅将改善现场恶劣的施工作业条件，降低焊接施工强度。对于普通直线焊缝的焊接，采用导轨式焊接机器人即可胜任，但是圆管柱焊缝为圆弧型且不同的圆管直径不同，导轨式机器人无法焊接圆管背侧的焊缝，因此并不能完美的胜任该工作。

发明内容

本发明提供了一种用于圆管柱的无轨自动焊接装置，解决了传统导轨式机器人难以焊接大型圆管的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于圆管柱的无轨自动焊接装置，包括机架，机架上设有横向伸缩臂，横向伸缩臂端部设有纵向伸缩臂，纵向伸缩臂上设有焊枪夹具，机架设有多个可转动的第一磁力轮，第一磁力轮用于吸附在圆钢管外壁，第一磁力轮转轴方向与圆钢管轴线方向相同。

优选的方案中，机架两侧设有可翻转的辅助架，辅助架设有多个可转动的第二磁力轮，第二磁力轮吸附圆钢管外壁，第二磁力轮转轴方向与圆钢管轴线方向相同。

优选的方案中，机架设有可沿圆钢管轴向方向滑动的滑动腹架，滑动腹架两端各设有可翻转的衔接转架，衔接转架远离机架的一端与辅助架的一端铰接，衔接转架和辅助架翻转以使第一磁力轮切换为吸附圆钢管或脱离圆钢管。

优选的方案中，机架、衔接转架和辅助架组成C型结构以抱住圆钢管外壁。

优选的方案中，还设有第一伸缩缸和第二伸缩缸，第一伸缩缸两端分别与滑动腹架和衔接转架铰接，第二伸缩缸两端分别与辅助架和衔接转架铰接，机架上还设有第三伸缩缸，第三伸缩缸驱动滑动腹架移动。

优选的方案中，机架两端设有立板，立板之间设有至少两个第一导杆，第一导杆为中空结构，第一导杆中设有传动轴，第一磁力轮设在传动轴两端。

优选的方案中，第一导杆一侧设有第二导杆，滑动腹架包括至少两个滑动块，滑动块设有至少两个导向孔，导向孔与第二导杆和第一导杆配合以使滑动块可滑动。

优选的方案中，第一磁力轮一侧设有连接一体的第一同步轮，机架一端设有第二同步轮，第二同步轮端部设有第一驱动电机，还设有同步带，同步带连接第二同步轮和至少两个第一同步轮。

优选的方案中，横向伸缩臂包括横架，横架通过第一导轨装置与机架滑动连接，横架端部设有纵架，横架和纵架组成T型结构，纵架上设有第二导轨装置，第二导轨装置与纵向伸缩臂连接。

优选的方案中，机架与横向伸缩臂之间设有第一丝杠装置，纵向伸缩臂和纵架之间设有第二丝杠装置，还设有第二驱动电机和第三驱动电机，第二驱动电机通过第一丝杠装置驱动横架移动，第三驱动电机通过第二丝杠装置驱动纵向伸缩臂移动。

本发明的有益效果为：采用磁轮作为吸附方式，无需轨道，焊接装置更加小巧灵活；可使用于不同管径的圆管柱焊接，使用更加方便；配备有双向伸缩臂，可沿圆管轴向和径向移动焊枪，不仅可以焊接环状接缝，还可在区域内调整位置，降低吊接定位难度；优选方案配备有辅助架，增加吸附力，可抱住圆管，避免磁力失效时装置坠落，辅助架可以将控制箱、钢瓶等一起携带，适合离地高空作业，并且焊接时辅助架一起绕圆管行走，无绕线风险；辅助架和机架可交替抬起并滑移，可沿圆管爬行移动，连续焊接作业时无须多次吊装定位，大大提高焊接效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的示意图。

图2是本发明的焊接装置示意图。

图3是本发明的优化示意图。

图4是机架被抬起示意图。

图5是本发明的机架及移动机构示意图。

图6是本发明的机架及移动机构底部示意图。

图7是本发明的机架及移动机构端部示意图。

图8是本发明的机架结构图。

图9是本发明的横向伸缩臂结构图。

图10是本发明的滑动腹架结构图。

图11是本发明的辅助架结构图。

图中：机架1；立板101；第一导杆102；第二导杆103；传动轴104；第一同步轮105；第一滑轮106；第二同步轮107；第二滑轮108；同步带109；第一驱动电机110；横向伸缩臂2；横架201；纵架202；第一导轨装置203；第一丝杠装置204；第二驱动电机205；纵向伸缩臂3；第二导轨装置301；第二丝杠装置302；第三驱动电机303；第一磁力轮4；激光模块5；焊枪夹具6；滑动腹架7；滑动块701；导向孔702；铰接孔703；横向连接板704；第三伸缩缸705；衔接转架8；第一伸缩缸801；第二伸缩缸802；辅助架9；第二磁力轮901；线夹10；圆钢管11；直径线1101；焊接集成系统12；控制箱13；原料压缩气体瓶14。

具体实施方式

实施例1：

如图1-11中，一种用于圆管柱的无轨自动焊接装置，包括机架1，机架1上设有横向伸缩臂2，横向伸缩臂2端部设有纵向伸缩臂3，纵向伸缩臂3上设有焊枪夹具6，机架1设有多个可转动的第一磁力轮4，第一磁力轮4用于吸附在圆钢管11外壁，第一磁力轮4转轴方向与圆钢管11轴线方向相同。

第一磁力轮4为永磁轮或电磁轮，焊枪夹具6上安装焊枪，焊接装置整体吊装在圆钢管11上需要焊接的位置附近，由于吊装定位并不准确，需要横向伸缩臂2具有位置调节功能以精确定位。工作时，第一磁力轮4吸附紧圆钢管11外壁，横向伸缩臂2前伸至对应的焊接位置上方，激光模块5工作，检测出与圆钢管11外壁的距离，指导纵向伸缩臂3进给至靠近焊缝，焊枪工作，开始焊接，此时第一磁力轮4转动，焊接装置围绕着圆钢管11外壁行走，焊接整圈。

机架1靠近圆钢管11的一侧至少四角设置第一磁力轮4，机架1搭载主要运动机构，机架1尾端设有线夹10。

对于近地焊接，焊接集成系统12、控制箱13和原料压缩气体瓶14只需要线够长即可放置在地面上，但是此种模式制约了焊接装置的可工作场景，因此需要增加装置的磁力吸附力和可使用安装搭载面积。

优选的方案中，机架1两侧设有可翻转的辅助架9，辅助架9设有多个可转动的第二磁力轮901，第二磁力轮901吸附圆钢管11外壁，第二磁力轮901转轴方向与圆钢管11轴线方向相同。

辅助架9在机架1两边各有一个，可用于分散安装搭载焊接集成系统12、控制箱13和原料压缩气体瓶14，平衡好两个辅助架9上的负载物后，机架1、辅助架9一体结构可吊装至高空进行作业，由于辅助架9靠近圆钢管11的一侧也设有至少四个第二磁力轮901，八个磁力轮的吸附力足够承载焊机及自身机构的负重。

由于吊装定位适合初定位，一旦焊接装置吸附于圆钢管11，便不再方便沿圆钢管11轴向移动了，为了不频繁吊装及定位焊接装置，需要焊接装置轴向爬移功能。

优选的方案中，机架1设有可沿圆钢管11轴向方向滑动的滑动腹架7，滑动腹架7两端各设有可翻转的衔接转架8，衔接转架8远离机架1的一端与辅助架9的一端铰接，衔接转架8和辅助架9翻转以使第一磁力轮4切换为吸附圆钢管11或脱离圆钢管11。

衔接转架8和辅助架9组成双翻转机构，可独立改变角度，适应不同直径的圆钢管11，焊接时，焊接集成系统12个磁力轮均吸附在圆钢管11表面，一圈焊缝焊接完毕后，衔接转架8转动，借辅助架9于圆钢管11的抵靠力顶起机架1，使第一磁力轮4脱离圆钢管11表面，由于滑动腹架7可相对于机架1滑动，此时滑动腹架7定位而机架1处于悬空状态，机架1向前移动一段距离，衔接转架8反向转动使第一磁力轮4再次吸附圆钢管11而第二磁力轮901脱离圆钢管11，此时滑动腹架7相对于机架1向前移动，之后，第二磁力轮901再次吸附圆钢管11，完成一个爬移动作循环，多个爬移动作后，焊接装置即可到达下一焊接位置附近，此时调整横向伸缩臂2的伸出长度进行焊接。

优选的方案中，机架1、衔接转架8和辅助架9组成C型结构以抱住圆钢管11外壁。

两个在外端的第二磁力轮901越过圆钢管11的直径线1101，即使磁力吸附失效，依然可以依靠卡紧力，使得焊接装置继续依附在圆钢管11上。

优选的方案中，还设有第一伸缩缸801和第二伸缩缸802，第一伸缩缸801两端分别与滑动腹架7和衔接转架8铰接，第二伸缩缸802两端分别与辅助架9和衔接转架8铰接，机架1上还设有第三伸缩缸705，第三伸缩缸705驱动滑动腹架7移动。

第一伸缩缸801、第二伸缩缸802优选为伺服电缸，可以精确调整衔接转架8和辅助架9的翻转角度。

第三伸缩缸705可采用伺服电缸或液压缸，但是由于液压缸需要配备液压系统，增加了装置的重量和复杂度，因此优选伺服电缸。

优选的方案中，机架1两端设有立板101，立板101之间设有至少两个第一导杆102，第一导杆102为中空结构，第一导杆102中设有传动轴104，第一磁力轮4设在传动轴104两端。

第一导杆102连接两个立板101，使机架1的结构强度更好，内部通道使传动轴104穿过，不影响传动。

优选的方案中，第一导杆102一侧设有第二导杆103，滑动腹架7包括至少两个滑动块701，滑动块701设有至少两个导向孔702，导向孔702与第二导杆103和第一导杆102配合以使滑动块701可滑动。

第一导杆102和第二导杆103作为滑动腹架7的导向轨道使用，四轨道使得机架1被抬起使受力更加均匀分散，防止局部变形。

两个滑动块701之间通过横向连接板704连接一体。

滑动块701还设有铰接孔703，用于与衔接转架8铰接。

优选的方案中，第一磁力轮4一侧设有连接一体的第一同步轮105，机架1一端设有第二同步轮107，第二同步轮107端部设有第一驱动电机110，还设有同步带109，同步带109连接第二同步轮107和至少两个第一同步轮105。

机架1端部还安装有第一滑轮106和第二滑轮108，压迫同步带109用于避让圆钢管11，第二滑轮108位置可调整，用于张紧同步带109。

第一同步轮105与传动轴104连接一体，同步带109驱动两个传动轴104同步转动使四个第一磁力轮4均有驱动力，更好的应对圆钢管11表面局部圆度不佳的情况。

优选的方案中，横向伸缩臂2包括横架201，横架201通过第一导轨装置203与机架1滑动连接，横架201端部设有纵架202，横架201和纵架202组成T型结构，纵架202上设有第二导轨装置301，第二导轨装置301与纵向伸缩臂3连接。

优选的方案中，机架1与横向伸缩臂2之间设有第一丝杠装置204，纵向伸缩臂3和纵架202之间设有第二丝杠装置302，还设有第二驱动电机205和第三驱动电机303，第二驱动电机205通过第一丝杠装置204驱动横架201移动，第三驱动电机303通过第二丝杠装置302驱动纵向伸缩臂3移动。

实施例2：

焊接机器人原理：无导轨焊接机器人主要由控制柜、焊接电源、送丝机、机器人柜体组成、遥控器、带有手把的可移动的焊机机器人本体。焊机机器人本体下方配备四个带磁性的滚轮，通过磁性吸附在钢柱表面，机器人本体上配备有激光跟踪识别传感器，能够根据焊缝位置自动调整焊机方向。

焊接方法为：

①对焊道进行打磨预热，做好防风防雨措施；

②焊接设备接通电源，焊接机器人本体附着在钢柱表面；

③电控柜上设置焊接电流及电压大小；

④利用遥控器调整焊把姿态，使焊丝杆伸长度及位置能够满足焊接要求。打底前观察焊道是否有不规则区域，如有不规则区域，无法确保焊接质量的，应先人工焊接打底。

⑤开始正式焊接，焊接过程中注意带上面罩观察熔池情况，如发现有焊接气孔或其他缺陷，应立刻停止焊接，分析原因并解决后，刨除缺陷部分再焊接。

⑥焊接过程中注意观察焊接机器人本体运行位置，如发现有偏离情况，应及时用遥控器调整焊接机器人本体姿态。

⑦如采用药芯焊丝焊接，焊接药渣逐层及时清除。

⑧焊接完成后拆除焊接设备

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于圆管柱的无轨自动焊接装置，其特征是：包括机架（1），机架（1）上设有横向伸缩臂（2），横向伸缩臂（2）端部设有纵向伸缩臂（3），纵向伸缩臂（3）上设有焊枪夹具（6），机架（1）设有多个可转动的第一磁力轮（4），第一磁力轮（4）用于吸附在圆钢管（11）外壁，第一磁力轮（4）转轴方向与圆钢管（11）轴线方向相同。

2.根据权利要求1所述用于圆管柱的无轨自动焊接装置，其特征是：机架（1）两侧设有可翻转的辅助架（9），辅助架（9）设有多个可转动的第二磁力轮（901），第二磁力轮（901）吸附圆钢管（11）外壁，第二磁力轮（901）转轴方向与圆钢管（11）轴线方向相同。

3.根据权利要求2所述用于圆管柱的无轨自动焊接装置，其特征是：机架（1）设有可沿圆钢管（11）轴向方向滑动的滑动腹架（7），滑动腹架（7）两端各设有可翻转的衔接转架（8），衔接转架（8）远离机架（1）的一端与辅助架（9）的一端铰接，衔接转架（8）和辅助架（9）翻转以使第一磁力轮（4）切换为吸附圆钢管（11）或脱离圆钢管（11）。

4.根据权利要求3所述用于圆管柱的无轨自动焊接装置，其特征是：机架（1）、衔接转架（8）和辅助架（9）组成C型结构以抱住圆钢管（11）外壁。

5.根据权利要求3所述用于圆管柱的无轨自动焊接装置，其特征是：还设有第一伸缩缸（801）和第二伸缩缸（802），第一伸缩缸（801）两端分别与滑动腹架（7）和衔接转架（8）铰接，第二伸缩缸（802）两端分别与辅助架（9）和衔接转架（8）铰接，机架（1）上还设有第三伸缩缸（705），第三伸缩缸（705）驱动滑动腹架（7）移动。

6.根据权利要求3所述用于圆管柱的无轨自动焊接装置，其特征是：机架（1）两端设有立板（101），立板（101）之间设有至少两个第一导杆（102），第一导杆（102）为中空结构，第一导杆（102）中设有传动轴（104），第一磁力轮（4）设在传动轴（104）两端。

7.根据权利要求6所述用于圆管柱的无轨自动焊接装置，其特征是：第一导杆（102）一侧设有第二导杆（103），滑动腹架（7）包括至少两个滑动块（701），滑动块（701）设有至少两个导向孔（702），导向孔（702）与第二导杆（103）和第一导杆（102）配合以使滑动块（701）可滑动。

8.根据权利要求6所述用于圆管柱的无轨自动焊接装置，其特征是：第一磁力轮（4）一侧设有连接一体的第一同步轮（105），机架（1）一端设有第二同步轮（107），第二同步轮（107）端部设有第一驱动电机（110），还设有同步带（109），同步带（109）连接第二同步轮（107）和至少两个第一同步轮（105）。

9.根据权利要求5所述用于圆管柱的无轨自动焊接装置，其特征是：横向伸缩臂（2）包括横架（201），横架（201）通过第一导轨装置（203）与机架（1）滑动连接，横架（201）端部设有纵架（202），横架（201）和纵架（202）组成T型结构，纵架（202）上设有第二导轨装置（301），第二导轨装置（301）与纵向伸缩臂（3）连接。

10.根据权利要求9所述用于圆管柱的无轨自动焊接装置，其特征是：机架（1）与横向伸缩臂（2）之间设有第一丝杠装置（204），纵向伸缩臂（3）和纵架（202）之间设有第二丝杠装置（302），还设有第二驱动电机（205）和第三驱动电机（303），第二驱动电机（205）通过第一丝杠装置（204）驱动横架（201）移动，第三驱动电机（303）通过第二丝杠装置（302）驱动纵向伸缩臂（3）移动。

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