CN116408566A - 预制桩焊接机及预制桩焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预制桩焊接机及预制桩焊接方法，所述支架上具有镂空的中间区域；支架下方设有转盘结构，所述转盘结构的外圆环能圆周转动；所述外圆环上设有横向驱动机构，所述横向驱动机构上的滑台上设有第一电机驱动的转盘，转盘上设有能沿Z轴、Y轴方向移动的传动组件，所述传动组件设有安装架，所述安装架上设有对预制桩的焊缝处焊接的焊枪、以及扫描预制桩的焊缝轨迹的扫描相机。预制桩焊接机无需与预制桩绑定，通过吊装的方式实现预制桩缝隙焊接，调整方便；采用扫描相机采集焊缝轨迹，能够精确的获得焊缝的坐标位置，实现自动对预制桩的连接位置处的焊缝进行焊接处理。焊接结束后，将焊接影像资料自动上传至后台。

Description

预制桩焊接机及预制桩焊接方法

技术领域

本发明属于桩基施工技术领域，涉及一种预制桩焊接机及预制桩焊接方法。

背景技术

目前，预制桩(包括管桩和方桩，管桩的横截面为圆形，方桩的横截面为正方形)焊接的施工方式是将待焊接的下节预制桩沉入土体，再将上节预制桩悬吊对准下节预制桩，使得两节桩的两端板相互靠拢，环绕两端板接缝处焊接一圈，使上下节预制桩成为整体后继续沉桩；然后将另一段上节预制桩吊装就位再次进行焊接，待焊接万完成之后再继续沉桩，如此循环，直到完成整个沉桩任务。

传统的预制桩焊接采用人工焊接方式，焊接工人水平参差不齐，难以保证焊接质量。为此如专利号CN106624514B提出了一种管桩焊接机器人，通过三组支撑构件将固定在管桩圆周上，其上的小车焊接平台对焊缝进行焊接操作。由于整个管桩焊接机器人是固定在管桩上，当一节管桩焊接好后，管桩焊接机器人存在拆装不便，无法快速的进入第二节管桩焊接操作。

因此，有必要对现有技术予以改良以克服现有技术中的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预制桩焊接机及预制桩焊接方法，通过对预制桩焊接设备的改进，克服背景技术中存在的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：

一种预制桩焊接机包括用于吊装的支架，所述支架上具有镂空的中间区域；支架下方设有转盘结构，所述转盘结构的外圆环能圆周转动；所述外圆环上设有横向驱动机构，所述横向驱动机构上的滑台上设有第一电机驱动的转盘，转盘上设有能沿Z轴、Y轴方向移动的传动组件，所述传动组件设有安装架，所述安装架上设有对预制桩的焊缝处焊接的焊枪、以及扫描管桩的焊缝轨迹的扫描相机。

进一步来说，所述安装架上设有对焊缝记录的记录相机。

进一步来说，所述转盘结构包括固定在支架底部的内圆环，所述内圆环的内圈与支架的中间区域对应；所述外圆环嵌套在内圆环外围并能沿着内圆环转动；所述支架上设有驱动电机，所述驱动电机的驱动轴上设有驱动齿轮，所述外圆环的外侧面为与驱动齿轮啮合的圆周状齿轮。

进一步来说，所述横向驱动机构位于圆周状齿轮下方；所述横向驱动机构包括横向电机和横向丝杆模组，所述横向丝杆模组的壳体固定在外圆环上。

进一步来说，所述传动组件包括与横向丝杆模组的滑台固定连接的垂直支架，所述垂直支架上设有垂直驱动机构，所述垂直驱动机构包括垂直电机和垂直丝杆模组，所述垂直丝杆模组的壳体固定在垂直支架上；所述垂直丝杆模组的滑台上设有水平支架，所述水平支架上设有纵向驱动机构，所述纵向驱动机构包括纵向电机和纵向丝杆模组，所述纵向丝杆模组的壳体固定在水平支架上；所述安装架设置在纵向丝杆模组的滑台上。

进一步来说，所述横向驱动机构的行程应大于等于内圆环的内径。

进一步来说，预制桩焊接机上设有激光测距仪，用来判断压下去的桩总共有多长(桩长)。具体的方法为用激光测距仪来判断夹箍向下移动的距离(夹箍为抱住预制桩向下压的部件)。该激光测距仪同样与后台服务器连接，后台服务器通过对激光测距仪感应的信号处理(预制桩下压计数、向上移动不计数)，获得下压的桩长。

一种预制桩焊接方法，包括如下步骤：

步骤1、设备初始状态，然后驱动电机带动外圆环转动360°，扫描相机在这过程中对上节预制桩、下节预制桩之间的焊缝进行扫描，其中上节预制桩、下节预制桩沿竖直方向放置；

步骤2、后台服务器对扫描的焊缝数据进行采点处理，并获得每个采点焊缝与扫描相机之间的水平距离La、垂直距离Ha；计算每个采点的水平偏离位置△L、垂直偏离位置△H，其计算公式如下：△L＝La-L；△H＝Ha-H；其中L为扫描相机到内圆环中心点的距离减去管桩的半径(或方桩边长的一半)；扫描相机在初始状态下H为0；

步骤3、后台服务器根据获得的每个采点的水平偏离位置△L、垂直偏离位置△H，结合焊枪理想状态下需要进深的距离，获得每个采点焊枪需要移动的轨迹；并将焊枪的移动指令发送给控制器；

步骤4、控制器根据预制桩的类型分别进行焊接操作；当预制桩为管桩时，横向驱动机构始终处于静止状态，焊机启动，控制器控制垂直电机、纵向电机使得焊枪抵接管桩上，驱动电机带动下使焊枪圆周转动，垂直电机、纵向电机根据获得的采点轨迹调整位置，进而完成圆周焊接操作；当预制桩为方桩时，横向电机带动焊枪处于第一位置，焊机启动，然后控制垂直电机、纵向电机使得焊枪抵接在方桩的一端，横向电机启动，垂直电机、纵向电机根据采点轨迹带动焊枪，焊枪对方桩的一侧焊缝进行焊接操作，直至该侧的焊缝焊接完成；然后焊枪回位，驱动电机带动焊枪旋转指定角度，焊枪通过同样的步骤对方桩的另一侧面焊缝进行焊接操作，最终完成对方桩的焊缝焊接操作。其中焊枪焊接时位置无需特意调整(即扫描相机扫描一周后无需返回初始状态的位置)，可直接采用以下两种方式进行。第一种：将扫描相机扫描的终点作为焊枪焊接的起点进行焊接；第二种：扫描相机在扫描过程中后台服务器快速对扫描数据进行处理，焊枪跟随扫描相机在扫描过程中进行焊接(即一边扫描一边焊接)，通过这两种方式均可提高效率。

进一步来说，步骤4完成焊接后，驱动电机带动外圆环转动360°，记录相机在这过程中对上节预制桩、下节预制桩之间的焊缝情况进行拍摄记录，并将其存储在后台服务器内。打桩时每根预制桩都有编号，该预制桩的基础数据也一起存储在后台服务器内，因此在后台服务器内实现了焊缝影像资料采集储存和桩长记录储存。

进一步来说，步骤1中设备初始状态是指：横向驱动机构上的滑台处于指定位置，转盘处于指定角度，垂直驱动机构上的滑台处于指定位置，纵向驱动机构上的滑台处于指定位置；在此状态下，扫描相机到内圆环中心点的距离是固定值。

进一步来说，步骤4中方桩焊接时，第一位置对应该侧焊缝的一端点，该端点的坐标通过扫描相机扫描获得。

采用上述技术方案，具有以下有益效果：预制桩焊接机无需与预制桩绑定，通过吊装的方式实现管桩缝隙焊接，调整方便；采用扫描相机采集焊缝轨迹，能够精确的获得焊缝的坐标位置，实现自动对预制桩的连接位置处的焊缝进行焊接处理；对焊接后的焊接情况进行记录，便于后续质检维护判断。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明提供的装配态结构示意图(管桩)。

图2为本发明提供的装配态结构示意图(方桩)。

图3为本发明提供的立体示意图。

图4为本发明提供的仰视示意图。

图5为本发明提供的左视示意图。

图6为本发明提供的主视示意图。

图7为本发明提供的流程示意图。

图8为理想状态下焊缝、焊枪的水平轨迹示意图。

图9为实际状态下焊缝、焊枪的水平轨迹示意图。

图10为实际状态下焊缝、焊枪的垂直轨迹示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例

参见图1-图6所示，一种预制桩焊接机，包括用于吊装的支架1，该支架1的中部区域为镂空结构，供预制桩垂直插入并通过。支架1的上端具有用于吊装的四个支点101、支架1的下端面设有圆环状的转盘结构2。转盘结构2包括内圆环201、外圆环202、驱动电机203等，其中内圆环201固定在支架1上，其内圈与支架的镂空结构上下对应；外圆环202嵌套在内圆环201外围并能沿着内圆环201转动，驱动电机203设置在支架1上，驱动电机203的驱动轴上设有驱动齿轮204，外圆环202的外侧面为与驱动齿轮204啮合的圆周状齿轮，驱动电机203进而能够带动外圆环202圆周转动。

在圆周状齿轮下方的外圆环202上设有横向驱动机构3(X轴方向)，该横向驱动机构3为横向电机301驱动的横向丝杆模组302，横向丝杆模组302的壳体固定在外圆环202上。

横向丝杆模组302的滑台上设有第一电机驱动的转盘10，转盘10上设有传动组件。该传动组件包括固定在横向丝杆模组302的滑台上的垂直支架401，该垂直支架401上设有垂直驱动机构4(Z轴方向)，该垂直驱动机构4为垂直电机402驱动的垂直丝杆模组403，垂直丝杆模组403的壳体固定在垂直支架401上。垂直丝杆模组403的滑台上设有水平支架501，该水平支架501位于垂直丝杆模组403一侧并在垂直电机402的驱动下上下移动。水平支架501上上设有纵向驱动机构5(Y轴方向)，该纵向驱动机构5为纵向电机502驱动的纵向丝杆模组503，纵向丝杆模组503的壳体固定在水平支架501上。该纵向丝杆模组503的滑台上设有安装架6。

本申请文件的预制桩焊接机具有五轴传动功能，分别为横向驱动机构3提供的X轴方向传动、纵向驱动机构5提供的Y轴方向传动、垂直驱动机构4提供的Z轴方向传动、转盘结构2提供的圆周转动、转盘10提供的圆周偏位转动。

该安装架6上设有对预制桩的焊缝处焊接的焊枪7。该安装架6上设有用于扫描预制桩的焊缝轨迹的扫描相机8。该安装架上还安装有记录相机9，对焊接后的焊缝进行拍摄记录，已备后续查看。上述横向丝杆模组、垂直丝杆模组、纵向丝杆模组均对应有一个拖链，辅助其稳定运行。

扫描相机8在预制桩下压过程中一直处于拍摄状态，并将摄像数据传输给后台服务器。由于水泥柱表面与焊缝表面的信号是不一样的，后台服务器能够监测到焊缝，并停止预制桩的下压操作，此时焊缝处于扫描相机的识别区域内。

本发明的预制桩焊接机上设有激光测距仪，用来判断压下去的桩总共有多长(桩长)。具体的方法为用激光测距仪来判断夹箍向下移动的距离(夹箍为抱住预制桩向下压的部件)。该激光测距仪同样与后台服务器连接，后台服务器通过对激光测距仪感应的信号处理(预制桩下压计数、向上移动不计数)，获得下压的桩长。

本实施例中的横向丝杆模组、垂直丝杆模组、纵向丝杆模组均由市面上直接采购获得，属于现有技术范畴，故不在对其具体结构进行阐述。焊枪通过线路与焊机相连。支架1外部设有控制箱，控制箱内的控制器分别与驱动电机、横向电机、垂直电机、纵向电机相连，后台服务器与扫描相机、记录相机、控制器相连，实现设备的自动化焊接操作。

本实施例中的横向驱动机构的行程应大于等于内圆环的内径，以满足不同尺寸的方桩焊接需求。

如图7所示，一种预制桩焊接方法，采用上述预制桩焊接机进行焊接操作，包括如下步骤：

步骤1、设备初始状态，然后驱动电机带动外圆环转动一周(360°)，扫描相机在这过程中对上节预制桩、下节预制桩之间的焊缝进行扫描，其中上节预制桩、下节预制桩沿竖直方向放置。其中设备初始状态是指横向驱动机构上的滑台处于指定位置，转盘处于指定角度，垂直驱动机构上的滑台处于指定位置，纵向驱动机构上的滑台处于指定位置；在此状态下，扫描相机到内圆环中心点的距离L1是固定值。同时焊枪安装后其位置不动，扫描相机与焊枪之间的位置偏差也是固定值，上述固定值测量得出后预先存储在后台服务器内。

如图8所示，理想状态下，预制桩位于内圆环201正中间，焊枪焊接时向前进深H1的距离就能对预制桩的焊缝进行焊接(图8中S1为预制桩的焊缝轨迹、S2为焊枪的移动轨迹)。而实际情况如图9-图10所示，预制桩并不位于内圆环201正中间，焊枪至焊缝的水平距离、垂直距离(A1-A6)均不同，为此需要对焊枪焊接时的位置进行调整。

步骤2、后台服务器对扫描的焊缝数据进行采点处理(采点1千个)，采点数量根据焊缝的长度适时调整。获得每个采点焊缝与扫描相机之间的水平距离La、垂直距离Ha；计算每个采点的水平偏离位置△L、垂直偏离位置△H，其计算公式如下：△L＝La-L；△H＝Ha-H；其中L为扫描相机到内圆环中心点的距离减去管桩的半径(或方桩边长的一半)；扫描相机在初始状态下H为0。在实际应用中L和H均为一个固定值，并不会随着焊枪的移动而改变。

步骤3、后台服务器根据获得的每个采点的水平偏离位置△L、垂直偏离位置△H，结合焊枪理想状态下需要进深的距离H1，获得每个采点焊枪需要移动的轨迹(△L+H1，△H)；并将焊枪的移动指令发送给控制器。

步骤4、控制器根据预制桩的类型分别进行焊接操作，焊接时焊枪无需返回(即扫描相机扫描一周后无需返回初始状态的位置)，可直接采用以下两种方式进行。第一种：将扫描相机扫描的终点作为焊枪焊接的起点进行焊接；第二种：扫描相机在扫描过程中后台服务器快速对扫描数据进行处理，焊枪跟随扫描相机在扫描过程中进行焊接(即一边扫描一边焊接)，通过这两种方式均可提高效率。具体为：

当预制桩为管桩时，横向驱动机构始终处于静止状态，焊机启动，控制器控制垂直电机、纵向电机使得焊枪抵接管桩上，驱动电机带动下使焊枪圆周转动，垂直电机、纵向电机根据获得的采点轨迹调整位置，进而完成圆周焊接操作。

当预制桩为方桩时，横向电机带动焊枪处于第一位置(第一位置对应该侧焊缝的一端点，该端点的坐标通过扫描相机扫描获得)，焊机启动，然后控制垂直电机、纵向电机使得焊枪抵接在方桩的一端，横向电机启动，垂直电机、纵向电机根据采点轨迹带动焊枪，焊枪对方桩的一侧焊缝进行焊接操作，直至该侧的焊缝焊接完成；然后焊枪回位，驱动电机带动焊枪旋转指定角度(本实施例中旋转90°)，焊枪通过同样的步骤对方桩的另一侧面焊缝进行焊接操作，最终完成对方桩的焊缝焊接操作。

步骤5、步骤4完成焊接后，驱动电机带动外圆环转动360°，记录相机在这过程中对上节预制桩、下节预制桩之间的焊缝情况进行拍摄记录，并将其存储在后台服务器内。打桩时每根预制桩都有编号，该预制桩的基础数据也一起存储在后端服务器内，因此在后端服务器内实现了焊缝影像资料采集储存和桩长记录储存。

本发明的工作原理：通过吊装的方式实现预制桩缝隙焊接，无需与预制桩绑定。预制桩焊缝焊接前先用采用扫描相机采集焊缝轨迹，获得精确的焊缝坐标位置，并在后台计算出焊枪每个采点需要水平移动、垂直移动的距离，并由控制器控制执行机构根据计算结果移动焊枪位置，进而完成对焊缝的焊接操作。焊接完成后会对焊接情况进行拍摄记录，便于后续质检维护判断。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种预制桩焊接机，其特征在于：包括用于吊装的支架，所述支架上具有镂空的中间区域；支架下方设有转盘结构，所述转盘结构的外圆环能圆周转动；所述外圆环上设有横向驱动机构，所述横向驱动机构上的滑台上设有第一电机驱动的转盘，转盘上设有能沿Z轴、Y轴方向移动的传动组件，所述传动组件设有安装架，所述安装架上设有对预制桩的焊缝处焊接的焊枪、以及扫描预制桩的焊缝轨迹的扫描相机。

2.根据权利要求1所述的预制桩焊接机，其特征在于：所述安装架上设有对焊缝记录的记录相机。

3.根据权利要求1所述的预制桩焊接机，其特征在于：所述转盘结构包括固定在支架底部的内圆环，所述内圆环的内圈与支架的中间区域对应；所述外圆环嵌套在内圆环外围并能沿着内圆环转动；所述支架上设有驱动电机，所述驱动电机的驱动轴上设有驱动齿轮，所述外圆环的外侧面为与驱动齿轮啮合的圆周状齿轮。

4.根据权利要求3所述的预制桩焊接机，其特征在于：所述横向驱动机构位于圆周状齿轮下方；所述横向驱动机构包括横向电机和横向丝杆模组，所述横向丝杆模组的壳体固定在外圆环上。

5.根据权利要求4所述的预制桩焊接机，其特征在于：所述传动组件包括与转盘固定连接的垂直支架，所述垂直支架上设有垂直驱动机构，所述垂直驱动机构包括垂直电机和垂直丝杆模组，所述垂直丝杆模组的壳体固定在垂直支架上；所述垂直丝杆模组的滑台上设有水平支架，所述水平支架上设有纵向驱动机构，所述纵向驱动机构包括纵向电机和纵向丝杆模组，所述纵向丝杆模组的壳体固定在水平支架上；所述安装架设置在纵向丝杆模组的滑台上。

6.根据权利要求4所述的预制桩焊接机，其特征在于：所述横向驱动机构的行程应大于等于内圆环的内径。

7.一种预制桩焊接方法，采用权利要求1-6的预制桩焊接机，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、设备初始状态，然后驱动电机带动外圆环转动360°，扫描相机在这过程中对上节预制桩、下节预制桩之间的焊缝进行扫描，其中上节预制桩、下节预制桩沿竖直方向放置；

步骤2、后台服务器对扫描的焊缝数据进行采点处理，并获得每个采点焊缝与扫描相机之间的水平距离La、垂直距离Ha；计算每个采点的水平偏离位置△L、垂直偏离位置△H，其计算公式如下：△L＝La-L；△H＝Ha-H；其中L为扫描相机到内圆环中心点的距离减去管桩的半径或方桩边长的一半；扫描相机在初始状态下H为0；

步骤3、后台服务器根据获得的每个采点的水平偏离位置△L、垂直偏离位置△H，结合焊枪理想状态下需要进深的距离，获得每个采点焊枪需要移动的轨迹；并将焊枪的移动指令发送给控制器；

步骤4、控制器根据预制桩的类型分别进行焊接操作；当预制桩为管桩时，横向驱动机构始终处于静止状态，焊机启动，控制器控制垂直电机、纵向电机使得焊枪抵接管桩上，驱动电机带动下使焊枪圆周转动，垂直电机、纵向电机根据获得的采点轨迹调整位置，进而完成圆周焊接操作；当预制桩为方桩时，横向电机带动焊枪处于第一位置，焊机启动，然后控制垂直电机、纵向电机使得焊枪抵接在方管桩的一端，横向电机启动，垂直电机、纵向电机根据采点轨迹带动焊枪，焊枪对方桩的一侧焊缝进行焊接操作，直至该侧的焊缝焊接完成；然后焊枪回位，驱动电机带动焊枪旋转指定角度，焊枪通过同样的步骤对方桩的另一侧面焊缝进行焊接操作，最终完成对方桩的焊缝焊接操作。

8.根据权利要求7所述的预制桩焊接方法，其特征在于：步骤4完成焊接后，驱动电机带动外圆环转动360°，记录相机在这过程中对上节预制桩、下节预制桩之间的焊缝情况进行拍摄记录，并将其存储在后台服务器内。

9.根据权利要求7所述的预制桩焊接方法，其特征在于：步骤1中设备初始状态是指：横向驱动机构上的滑台处于指定位置，转盘处于指定角度，垂直驱动机构上的滑台处于指定位置，纵向驱动机构上的滑台处于指定位置；在此状态下，扫描相机到内圆环中心点的距离是固定值。

10.根据权利要求7所述的预制桩焊接方法，其特征在于：步骤4中方桩焊接时，第一位置对应该侧焊缝的一端点，该端点的坐标通过扫描相机扫描获得。

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