CN116237671A - V400插芯套自动焊接的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种V400插芯套自动焊接的装置及方法，装置包括工作台面和设置在工作台面上的上料机构、下料机构、机械手机构、相机机构和转盘机构。与现有技术相比，本发明的积极效果是：相比现有人工焊接，相同产量、相同时间下，人力要6人，设备只需要2人操作，节省人力4人；相比人工焊接，人工效率20秒/颗，设备效率7秒/颗，提升效率285％；与人工焊接相比，设备不仅替换人力成本、效率，还提高良率，设备采用自动上下料，相机图像识别，精度高，重复性好，良率提升显著。

Description

V400插芯套自动焊接的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种V400插芯套自动焊接的装置及方法。

背景技术

在光通信行业中，器件在备料阶段有一种原料叫壳体，相当于人的“身体”一样，会在上面组装多种其他产品，如滤波片，隔离器，插芯套等，其中插芯套会焊接在壳体中，其过程就是将插芯套放入壳体固定的孔位后，表面接触部分三个方向共焊接九个点，保证焊接完整性；目前此段工艺采用人工焊接，人工上料壳体，人工上料插芯套确认方向，再将插芯套插入壳体后进行焊接，由于是三组焊枪，焊接一次旋转15°再焊接，再反向旋转30°再焊接，三个方向共九个焊点，焊接完成后取出产品；人工焊接存在的问题：人工上下料麻烦缓慢，效率低下；插芯套放入壳体的角度靠人眼识别插芯套上的标记点，所以放入角度存在人为误差；焊接时每次焊接需要人为确认，可能会导致漏焊或者多焊，稳定性差。综上所述，需要开发一台效率高，焊接稳定，上下料方便，且能自动识别插芯套角度的插芯套自动焊接的设备。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种V400插芯套自动焊接的装置及方法。

本发明所采用的技术方案是：一种V400插芯套自动焊接的装置，包括工作台面和设置在工作台面上的上料机构、下料机构、机械手机构、相机机构和转盘机构，其中：

所述上料机构包括安装在工作台面上的壳体上料盘固定座和插芯套上料盘固定座，以及分别设置在两个固定座上的壳体上料盘和插芯套上料盘；

所述转盘机构包括上料工位、焊接工位和下料工位，其中：上料工位包括安装在转盘底部组件上的固定壳体旋转组件；焊接工位包括焊枪组件和壳体插芯套固定焊接组件；下料工位包括固定壳体旋转组件和下料工位组件；

所述机械手机构包括安装在机械手底座上的四轴机械手和安装在四轴机械手上的壳体插芯套取放一体组件；

所述相机机构包括通过连接件安装在工作台面下方的碗型镜头光源和相机。

本发明还公开了一种V400插芯套自动焊接的方法，包括如下步骤：

步骤一、放置上料盘、下料盘：将分别装满V400壳体和插芯套的两个上料盘放置在上料位置，将空的下料盘放置在下料位置；

步骤二、机械手上料：机械手机构先将壳体放入转盘机构上料工位的固定壳体旋转组件中，固定壳体旋转组件将壳体固定住，机械手机构再吸取插芯套到相机机构位置，通过相机机构识别确保插芯套标记点的角度正确后，放入转盘上料工位的壳体中；转盘25逆时针旋转120°到达焊接工位；

步骤三、焊接：当装有插芯套的壳体到达焊接工位后，壳体插芯套固定焊接组件将插芯套压住，确保V400壳体处于水平位置后，焊枪组件进行第一次焊接，焊接完成后，壳体插芯套固定焊接组件松开压住的插芯套，待V400壳体顺时针旋转15°后进行第二次焊接，完成后再逆时针旋转30°进行第三次焊接，最后再顺时针旋转15°回到初始旋转位置，完成焊接工序；转盘逆时针旋转120°到达下料工位；

步骤四、机械手下料：当壳体插芯套焊接完成到达下料工位后，机械手机构先将V400壳体取出放入下料盘中，下料工位组件再对下料工位刚取走的V400壳体位置进行吹气清洁焊渣，然后转盘再逆时针旋转120°到上料工位；如此循环，上料、焊接、下料三个工位同时进行工作。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

1、相比现有人工焊接，相同产量、相同时间下，人力要6人，设备只需要2人操作，节省人力4人；

2、相比人工焊接，人工效率20秒/颗，设备效率7秒/颗，提升效率285％；

3、与人工焊接相比，设备不仅替换人力成本、效率，还提高良率，设备采用自动上下料，相机图像识别，精度高，重复性好，良率提升显著。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为V400插芯套自动焊接设备整体正视图；

图2为V400插芯套自动焊接设备工作台面4俯视图；

图3为V400插芯套自动焊接设备工作台面4正视图；

图4为V400插芯套自动焊接设备工作台面4左视图；

图5为上料机构6示意图；

图6为转盘机构13示意图；

图7为转盘底部组件22示意图；

图8为固定壳体旋转组件23示意图；

图9为固定壳体旋转组件23正视图；

图10为焊枪组件11示意图；

图11为壳体插芯套固定焊接组件12示意图；

图12为机械手机构8示意图；

图13为壳体插芯套取放一体组件42半剖视图；

图14为相机机构9示意图；

图15为下料工位组件10示意图。

图中附图序号标记包括：V400插芯套自动焊接设备脚杯1、V400插芯套自动焊接设备电控安装板2、V400插芯套自动焊接设备1100*850*1670尺寸框架3、V400插芯套自动焊接设备工作台面4、V400插芯套自动焊接设备工作台面保护罩5、上料机构6、下料机构7、机械手机构8、相机机构9、下料工位组件10、焊枪组件11、壳体插芯套固定焊接组件12、转盘机构13、壳体上料盘固定座14、固定壳体料盘轴夹15、V400壳体16、壳体上料盘17、插芯套18、插芯套上料盘19、固定插芯套料盘轴夹20、插芯套上料盘固定座21、转盘底部组件22、固定壳体旋转组件23、DDR马达24、转盘25、气动滑环26、步进电机27、主动轮28、固定壳体工装29、固定壳体气缸30、从动轮31、轴承32、接近传感器33、气嘴接头34、焊枪枪头35、XY滑台36、焊枪底座37、激光测距传感器38、固定插芯套滑台气缸39、壳体插芯套固定底座40、四轴机械手41、壳体插芯套取放一体组件42、机械手底座43、花键轴承座连接件44、中空花键轴连接件45、花键轴承46、花键轴承座47、中空花键轴48、吸嘴49、碗型镜头光源50、相机51、下料工位组件底座52、下料工位吹气气缸53、下料工位吹气气嘴54。

具体实施方式

V400插芯套自动焊接设备，整体结构如图1所示，包括：V400插芯套自动焊接设备脚杯1、V400插芯套自动焊接设备电控安装板2、V400插芯套自动焊接设备1100*850*1670尺寸框架3、V400插芯套自动焊接设备工作台面4、V400插芯套自动焊接设备工作台面保护罩5等，其中，在V400插芯套自动焊接设备1100*850*1670尺寸框架3中的V400插芯套自动焊接设备工作台面4距离地面767mm，适合人员操作高度；V400插芯套自动焊接设备电控安装板2安装设备的电气部分；V400插芯套自动焊接设备脚杯1支撑V400插芯套自动焊接设备，固定位置，防止设备随意移动。

如图2、3、4所示，在V400插芯套自动焊接设备工作台面4上包含有上料机构6、下料机构7、机械手机构8、相机机构9、下料工位组件10、焊枪组件11、壳体插芯套固定焊接组件12、转盘机构13。其中上料机构6、下料机构7、相机机构9在V400插芯套自动焊接设备工作台面4左手边，处于机械手机构8运动范围内，相机机构9从下向上拍照，拍照对象为机械手机构8吸取的插芯套18产品底部；转盘机构13位于V400插芯套自动焊接设备工作台面4的右手边，焊枪组件11、壳体插芯套固定焊接组件12、下料工位组件10都包含于转盘机构13中，转盘机构13一直逆时针以120°进行旋转，分为三个工位：分别是上料工位、焊接工位、下料工位，且三个工位都以固定壳体旋转组件23为基准，用于装载V400壳体16和插芯套18；机械手机构8将V400壳体16和插芯套18放入上料工位后，等待下料工位是否有焊接好的产品需要下料，执行取放工作，转盘机构13最大的特点是一直循环，保证每个工位作业的一致性，提高生产效率。其中：

所述上料机构6的结构如图5所示，包括：壳体上料盘固定座14、固定壳体料盘轴夹15、V400壳体16、壳体上料盘17、插芯套18、插芯套上料盘19、固定插芯套料盘轴夹20、插芯套上料盘固定座21等。其中壳体上料盘17和插芯套上料盘19都是15*15阵列排布，呈一一对应关系，且V400壳体16在壳体上料盘17中是有方向一致性的，保证机械手机构8取料的一致性；壳体上料盘固定座14和插芯套上料盘固定座21安装在V400插芯套自动焊接设备工作台面4上，两个固定座固定料盘方式都是销钉限位，使用固定壳体料盘轴夹15和固定插芯套料盘轴夹20进行固定，即可完成上料；生产完成后，松开固定壳体料盘轴夹15和固定插芯套料盘轴夹20取下壳体上料盘17和插芯套上料盘19即可。

所述转盘机构13结构如图6所示，包括：下料工位组件10、焊枪组件11、壳体插芯套固定焊接组件12、转盘底部组件22、固定壳体旋转组件23等。其中上料工位只有固定壳体旋转组件23，用于上料V400壳体16后顶紧并真空吸住，再放入插芯套18；焊接工位包含有焊枪组件11、壳体插芯套固定焊接组件12，壳体插芯套固定焊接组件12可测量V400壳体16的水平度和压紧插芯套18在V400壳体16中的位置，待焊枪组件11完成第一次焊接后松开，固定壳体旋转组件23继续旋转V400壳体16进行焊接，直到完成三次焊接后回到旋转最初位置；下料工位包含有固定壳体旋转组件23和下料工位组件10，下料工位组件10的主要作用是待机械手机构8取走焊接好的V400壳体16后，对固定壳体旋转组件23中所掉落的焊渣进行吹气清洁，防止下次上料V400壳体16时放置不水平。

所述转盘底部组件22的结构如图7所示，包括：DDR马达24、转盘25、气动滑环26等。DDR马达24的特点类似于直线电机，运动时没有回程间隙，可以达到旋转时所需要的精度要求，且DDR马达24属于中空电机，可从电机中间布线，DDR马达24安装在V400插芯套自动焊接设备工作台面4上，转盘25安装在DDR马达24上，气动滑环26安装在转盘25上，气动滑环26的特点是由定子和转子组成，且可以通过气路，实现转盘旋转不会带动气管旋转的功能；由于转盘25上安装的固定壳体旋转组件23需要用到气管，气动滑环26就可转接气管，保证了转盘25在旋转的同时不会缠绕气管。

所述的固定壳体旋转组件23结构如图8和图9所示，包括：步进电机27、主动轮28、固定壳体工装29、固定壳体气缸30、从动轮31、轴承32、接近传感器33、气嘴接头34等。步进电机27上安装有主动轮28，主动轮28和从动轮31都是齿数相同的同步轮，通过同步带连接转动，固定壳体工装29是呈U型槽结构，将V400壳体16放入其中后固定壳体气缸30从固定壳体工装29的U型开口处伸进去顶紧V400壳体16，轴承32保证旋转的同心度，接近传感器33作为旋转的原点信号，保证旋转不会丢失位置，气嘴接头34安装在中空旋转轴上，给放入固定壳体工装29的V400壳体16提供真空吸附，保证V400壳体16不会发生位移，且气嘴接头34是可360°旋转的接头，不会随固定壳体工装29一起旋转。

所述的焊枪组件11结构如图10所示，包括：焊枪枪头35、XY滑台36、焊枪底座37等，其中焊枪枪头35安装在XY滑台36上，XY滑台36安装在焊枪底座37上，整个焊枪组件11分三个方向对准焊接工位安装在V400插芯套自动焊接设备工作台面4上；焊枪枪头35由激光焊枪和相机组成，连接激光器可进行焊接，XY滑台36可让焊枪枪头35在上下和水平方向进行移动，用于补偿焊接点位置。

所述的壳体插芯套固定焊接组件12结构如图11所示，包括：激光测距传感器38、固定插芯套滑台气缸39、壳体插芯套固定底座40等，其中激光测距传感器38和固定插芯套滑台气缸39通过连接件都安装在壳体插芯套固定底座40上，整个壳体插芯套固定焊接组件12挨着焊接工位安装在V400插芯套自动焊接设备工作台面4上；激光测距传感器38可测量传感器到V400壳体16表面的距离，从而知道V400壳体16是否放置水平，固定插芯套滑台气缸39向下压住插芯套18，防止在第一次焊接时，焊枪枪头35的激光将插芯套18相对于V400壳体16的位置焊接发生偏移，后面两次焊接则不需要压紧。

所述的机械手机构8结构如图12所示，包括：四轴机械手41、壳体插芯套取放一体组件42、机械手底座43；其中壳体插芯套取放一体组件42主要功能是吸放V400壳体16和插芯套18，安装在四轴机械手41上，四轴机械手41安装在机械手底座43上，整个机械手机构8安装在V400插芯套自动焊接设备工作台面4上。壳体插芯套取放一体组件42的结构图如图13所示，包含：花键轴承座连接件44、中空花键轴连接件45、花键轴承46、花键轴承座47、中空花键轴48、吸嘴49等，其中吸嘴49安装在中空花键轴48的底部，吸嘴49具有吸取V400壳体16和插芯套18的结构，中空花键轴连接件45安装在中空花键轴48的顶部，连接部分有密封圈连接，防止漏气，中空花键轴连接件45上接气管接头连接气管，中空花键轴48与花键轴承46相互配合可上下滑动，但不能转动，花键轴承46安装在花键轴承座47中，花键轴承座47安装在花键轴承座连接件44上，花键轴承座连接件44采用抱紧式方式，安装在四轴机械手41的旋转轴上。通过此结构机械手机构8可实现对V400壳体16和插芯套18的取放工作，由于具有花键轴承的缓冲结构，不会因为过载损坏工装和产品。

所述的相机机构9结构如图14所示，包括：碗型镜头光源50、相机51等，其中碗型镜头光源50与相机51安装好后通过连接件安装在V400插芯套自动焊接设备工作台面4下方，自下而上的拍照取像，原因是插芯套18是圆柱形，其标记点在圆柱面上，要识别标记点只能通过碗型镜头光源50看到圆柱面上的标记点，从而确定角度。

所述的下料工位组件10结构如图15所示，包括：下料工位组件底座52、下料工位吹气气缸53、下料工位吹气气嘴54等，其中下料工位吹气气嘴54通过连接件安装在下料工位吹气气缸53上，下料工位吹气气缸53安装下料工位组件底座52上，整个下料工位组件10在下料工位附近安装在V400插芯套自动焊接设备工作台面4上，下料工位吹气气缸53是伸缩旋转气缸，做到防止转盘机构13和机械手机构8在自动运转时发生干涉。

本发明利用转盘循环方式，提供了一种将产品壳体和插芯套依次上料、焊接、下料的组装过程，达到无缝衔接的生产方式。其工程过程主要包括四个步骤：1、放置上料下料盘；2、机械手上料；3、焊接；4、机械手下料。首先放置上料下料盘：将装满V400壳体16的壳体上料盘17和装满插芯套18的插芯套上料盘19分别放置在上料盘位置，下料盘放置在下料位置。机械手上料：机械手机构8先将V400壳体16从壳体上料盘17真空吸取放置于转盘机构13的上料工位，顶紧及吸附V400壳体16确保固定位置后，机械手机构8再去插芯套上料盘19吸取一颗插芯套18移动到相机机构9的拍照位置，取像拍照确定插芯套18标记点的角度后，机械手机构8带动插芯套18旋转到需要的标准角度，然后放入上料工位的V400壳体16中，转盘25逆时针旋转120°到达焊接工位。焊接：壳体插芯套固定焊接组件12会先将插芯套18压住，确保第一次焊接稳定，再测定V400壳体16是否处于水平位置，然后焊枪组件11进行第一次焊接，焊接完成后，壳体插芯套固定焊接组件12松开压住的插芯套18，待V400壳体16顺时针旋转15°后进行第二次焊接，完成后再逆时针旋转30°进行第三次焊接，最后再顺时针旋转15°回到初始旋转位置，完成焊接工序。机械手下料：当转盘25将焊接完成的V400壳体16旋转到下料工位后，机械手机构8先将V400壳体16取出放入下料盘17中，下料工位组件10再对下料工位刚取走的V400壳体16位置进行吹气清洁焊渣，然后转盘25再逆时针旋转120°到上料工位。如此循环，三个工位同时进行工作，提高焊接效率。

本发明还提供了一种V400插芯套自动焊接的方法，包括如下步骤：

步骤一、放置上下料盘：

上料盘分为壳体上料盘和插芯套上料盘，将放满壳体和插芯套的料盘，按照规定方向，放入壳体上料盘固定座和插芯套上料盘固定座，使用轴夹固定后完成上料。对于焊接好插芯套的壳体，放置于下料盘中，由于下料放入位置要求不高，下料盘工装直接放置于漏型的下料盘底座上面；

步骤二、机械手上料：

机械手机构中的壳体插芯套取放一体组件具有吸取壳体和插芯套的功能，机械手机构先将壳体放入转盘机构的上料工位的固定壳体旋转组件中，固定壳体旋转组件将壳体固定住，机械手机构再吸取插芯套到相机机构位置，通过相机机构识别插芯套标记点的角度，旋转后再放入转盘上料工位的壳体中，转盘再旋转120°到达焊接工位；

步骤三、焊接插芯套：

当装有插芯套的壳体到达焊接工位，壳体插芯套固定焊接组件会下压将插芯套固定住，激光测距传感器测量传感器到壳体表面距离，防止壳体不水平，无异常后进行第一次焊接，焊接完成后壳体插芯套固定焊接组件松开，固定壳体旋转组件让壳体顺时针旋转15°，进行第二次焊接，完成后再次逆时针旋转30°，焊接第三次，完成后再顺时针旋转15°，回到最初始位置，转盘旋转120°，壳体到达下料工位。

步骤四、机械手下料：

当壳体插芯套焊接完成到达下料工位后，固定壳体旋转组件松开焊接好的壳体，机械手机构将焊接好的壳体插芯套吸取走，放入下料盘中，到此完成一颗壳体插芯套的焊接工作，后续焊接一直循环步骤一至步骤四即可。

本发明与背景技术的不同之处：

(1)背景技术人工上下料麻烦缓慢，效率低下。本发明设备使用机械手替代人工上下料，速度快，精度高，效率是人工的两倍。

(2)插芯套放入方向靠人眼识别插芯套上的标记点放入，角度存在人为误差；焊接时每次焊接需要人为确认，可能会导致漏焊或者多焊，稳定性差。本发明使用相机图像识别，精度高，误差在5°以内，确保焊接稳定性，且焊接时有工装压紧焊接，设备自动确认焊接状态，不会发生漏焊或者多焊情况，一致性好。

Claims (10)

1.一种V400插芯套自动焊接的装置，其特征在于：包括工作台面和设置在工作台面上的上料机构、下料机构、机械手机构、相机机构和转盘机构，其中：

所述上料机构包括安装在工作台面上的壳体上料盘固定座和插芯套上料盘固定座，以及分别设置在两个固定座上的壳体上料盘和插芯套上料盘；

所述转盘机构包括上料工位、焊接工位和下料工位，其中：上料工位包括安装在转盘底部组件上的固定壳体旋转组件；焊接工位包括焊枪组件和壳体插芯套固定焊接组件；下料工位包括固定壳体旋转组件和下料工位组件；

所述机械手机构包括安装在机械手底座上的四轴机械手和安装在四轴机械手上的壳体插芯套取放一体组件；

所述相机机构包括通过连接件安装在工作台面下方的碗型镜头光源和相机。

2.根据权利要求1所述的V400插芯套自动焊接的装置，其特征在于：在壳体上料盘固定座和插芯套上料盘固定座上分别设置有固定壳体料盘轴夹和固定插芯套料盘轴夹。

3.根据权利要求1所述的V400插芯套自动焊接的装置，其特征在于：所述转盘底部组件包括安装在工作台面上的DDR马达、在DDR马达上安装的转盘、在转盘上安装的气动滑环。

4.根据权利要求1所述的V400插芯套自动焊接的装置，其特征在于：所述固定壳体旋转组件包括步进电机、主动轮、固定壳体工装、固定壳体气缸和从动轮，其中：主动轮安装在步进电机上，主动轮和从动轮齿数相同且通过同步带连接转动；在固定壳体工装上设置固定壳体气缸；在固定壳体工装的中空旋转轴上安装有气嘴接头，在固定壳体工装上设置有接近传感器。

5.根据权利要求1所述的V400插芯套自动焊接的装置，其特征在于：所述焊枪组件包括安装在工作台面上的焊枪底座、在焊枪底座上安装的XY滑台、在XY滑台上安装的焊枪枪头。

6.根据权利要求1所述的V400插芯套自动焊接的装置，其特征在于：所述壳体插芯套固定焊接组件包括安装在工作台面上的壳体插芯套固定底座，以及通过连接件都安装在壳体插芯套固定底座上的激光测距传感器和固定插芯套滑台气缸。

7.根据权利要求1所述的V400插芯套自动焊接的装置，其特征在于：所述壳体插芯套取放一体组件包括花键轴承座连接件、中空花键轴连接件、花键轴承、花键轴承座和中空花键轴，其中：花键轴承座连接件采用抱紧式方式安装在四轴机械手的旋转轴上，在花键轴承座连接件上安装花键轴承座，在花键轴承座上安装花键轴承和中空花键轴，在中空花键轴的底部安装吸嘴，在中空花键轴的顶部安装中空花键轴连接件。

8.根据权利要求1所述的V400插芯套自动焊接的装置，其特征在于：所述下料工位组件包括安装在工作台面上的下料工位组件底座，在下料工位组件底座上安装下料工位吹气气缸，在下料工位吹气气缸上通过连接件安装有下料工位吹气气嘴。

9.根据权利要求4所述的V400插芯套自动焊接的装置，其特征在于：所述下料机构包括安装在工作台面上的漏型下料盘底座、以及放置于下料盘底座上的下料盘工装。

10.一种V400插芯套自动焊接的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、放置上料盘、下料盘：将分别装满V400壳体和插芯套的两个上料盘放置在上料位置，将空的下料盘放置在下料位置；

步骤二、机械手上料：机械手机构先将壳体放入转盘机构上料工位的固定壳体旋转组件中，固定壳体旋转组件将壳体固定住，机械手机构再吸取插芯套到相机机构位置，通过相机机构识别确保插芯套标记点的角度正确后，放入转盘上料工位的壳体中；转盘25逆时针旋转120°到达焊接工位；

步骤三、焊接：当装有插芯套的壳体到达焊接工位后，壳体插芯套固定焊接组件将插芯套压住，确保V400壳体处于水平位置后，焊枪组件进行第一次焊接，焊接完成后，壳体插芯套固定焊接组件松开压住的插芯套，待V400壳体顺时针旋转15°后进行第二次焊接，完成后再逆时针旋转30°进行第三次焊接，最后再顺时针旋转15°回到初始旋转位置，完成焊接工序；转盘逆时针旋转120°到达下料工位；

步骤四、机械手下料：当壳体插芯套焊接完成到达下料工位后，机械手机构先将V400壳体取出放入下料盘中，下料工位组件再对下料工位刚取走的V400壳体位置进行吹气清洁焊渣，然后转盘再逆时针旋转120°到上料工位；如此循环，上料、焊接、下料三个工位同时进行工作。

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