CN116673644A - 一种金属壁面自动焊接装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属壁面自动焊接装置及其使用方法，包括车体、车体行走装置和焊接装置；车体的下方设有多个行走轮，行走轮由安装在车体内的车体行走装置驱动，行走轮采用磁性材料制成且可磁吸在金属壁面上；焊接装置包括焊枪位置调整单元，焊枪位置调整单元固定在车体上且焊枪位置调整单元与滑板I滑动连接，焊枪通过转动副固定在滑板I上，焊枪角度调整单元固定在滑板I上，焊枪角度调整单元的活动端与焊枪连接且在焊枪角度调整单元的作用下调整焊枪角度，焊缝追踪单元固定在滑板I上且焊缝追踪单元对准焊枪位置，焊枪位置调整单元可在垂直与车体所在平面的方向调整滑板I的位置。本发明的装置，自动化程度高，施工成本低廉且施工效率高。

Description

一种金属壁面自动焊接装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，涉及一种金属壁面自动焊接装置及其使用方法。

背景技术

储槽是用来储存液体的大型容器，直径大，通过钢板上下重叠放置并焊接，最终形成的罐体，储槽最终高度可达数十米，目前采用的施工方法为手工搭设脚手架的方式，通过一层层升高，达到焊接储槽壁拼缝的目的，整个过程施工工程量大，投入人力多，高空作业量大，施工费事费力，危险系数高且效率低下。

在储槽实际施工时候，有三道以上缝需要进行焊接，施工人员需要搭设至少两层的站立平台，用于焊接辅助施工，每焊接一层罐体，辅助施工几乎占用一半的时间，导致整个施工过程时间长，施工过程中，还需要施工人员携带较重的焊接器具一同行走，导致施工人员劳动强度高，施工费时费力，效率低下，同时施工过程中，随着高度不断升高，也增加了高空作业掉落人员或者物件的风险，同时对焊接质量稳定造成一定的影响。

因此，开发一种辅助施工量少、施工效率高、焊接质量好且无人员高空作业风险的储槽施工方法极具现实意义。

发明内容

由于现有技术存在上述缺陷，本发明提供了一种辅助施工量少、施工效率高、焊接质量好且无人员高空作业风险的储槽施工方法，具体是提供了一种金属壁面自动焊接装置及其使用方法，采用自动焊接小车代替纯人工焊接，减少对专业人员的技术依赖，同时可以大大提高施工效率，节约工期，节约成本支出，还降低施工人员的劳动强度。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种金属壁面自动焊接装置，包括车体、车体行走装置和焊接装置；

所述车体的下方设有多个行走轮，行走轮由安装在车体内的车体行走装置驱动，行走轮采用磁性材料制成且可磁吸在金属壁面上；

所述焊接装置包括焊枪、焊枪位置调整单元、滑板I、焊枪角度调整单元和焊缝追踪单元，所述焊枪位置调整单元固定在车体上且焊枪位置调整单元与滑板I滑动连接，所述焊枪通过转动副固定在滑板I上，所述焊枪角度调整单元固定在滑板I上，焊枪角度调整单元的活动端与焊枪连接且在焊枪角度调整单元的作用下即可使得焊枪围绕转动副转动实现焊枪角度的调整，焊缝追踪单元固定在滑板I上且焊缝追踪单元对准焊枪位置，焊枪位置调整单元可在垂直与车体所在平面的方向调整滑板I的位置即调整焊枪、焊缝追踪单元的位置。

本发明的金属壁面自动焊接装置，机构设计合理且整体较为简单，利用车体行走装置、焊枪位置调整单元即可完成对焊枪在三维空间上的调整，车体围绕金属壁面行走是利用焊枪角度调整单元、焊枪位置调整单元即可确保焊枪始终位于焊缝的正上方，能够显著提高焊接质量，通过焊缝追踪单元追踪焊缝后控制车体行走装置、焊枪位置调整单元及焊枪角度调整单元，实现焊接的闭环控制，控制逻辑简单，软件编辑成本低廉且反馈迅速，应用前景好。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种金属壁面自动焊接装置，所述焊枪位置调整单元包括竖向调整子单元和水平调整子单元；

所述竖向调整子单元包括垂直固定在车体上的竖直固定杆、滑板II和竖向驱动电机，竖直固定杆的长度方向上开有滑槽II，滑板II与滑槽II滑动连接，竖向驱动电机的固定端固定在竖直固定杆上且竖向驱动电机的活动端与滑板II固定连接；

所述水平调整子单元包括水平杆、滑板I和水平驱动电机，所述水平杆与滑板II固定连接且水平杆与竖直固定杆垂直，水平杆的长度方向上开有滑槽I，滑板I与滑槽I滑动连接，水平驱动电机的固定端固定在水平杆上且水平驱动电机的活动端与滑板I固定连接。

如上所述的一种金属壁面自动焊接装置，所述车体行走装置包括车体驱动电机、传动链和多组蜗轮蜗杆机构；

每个行走轮设有一组涡轮蜗杆机构，其中涡轮套装固定在行走轮的固定轴且涡轮与蜗杆啮合，蜗杆上套装有传动齿轮，车体驱动电机的驱动轴上套装有驱动齿轮，驱动齿轮以及所有的传动齿轮通过传动链连接，在车体驱动电机的驱动下即可使得行走轮转动。蜗轮蜗杆机构的存在便于实现自锁和更高的行走精度。

如上所述的一种金属壁面自动焊接装置，所述驱动齿轮与传动齿轮相互匹配且驱动齿轮与传动链啮合。

如上所述的一种金属壁面自动焊接装置，所述焊接装置还包括固定在滑板I上的焊缝视觉检测单元，焊缝视觉检测单元对准焊枪位置，焊缝视觉检测单元的存在能够实现焊接质量可追溯，能实时检测焊接后焊缝质量然后实时传递，确认焊接质量并检查是否合格。

如上所述的一种金属壁面自动焊接装置，还包括固定在车体上的车体控制单元，所述车体控制单元分别与焊枪角度调整单元、竖向驱动电机、水平驱动电机、车体驱动电机、焊缝追踪单元电性连接。

如上所述的一种金属壁面自动焊接装置，所述车体上还设有通讯单元，所述通讯单元与车体控制单元电性连接，金属壁面自动焊接装置通过通讯单元可与外接控制元件通讯连接以控制金属壁面自动焊接装置。

本发明还提供如上所述的一种金属壁面自动焊接装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)将金属壁面自动焊接装置放在待焊接位置，行走轮吸附在金属壁面上且保证保证车体中心线与焊缝位置基本对齐；

(2)调整焊缝追踪单元及焊缝视觉检测单元使得其对准焊接位置；

(3)调整竖向驱动电机、水平驱动电机以使得焊枪上的焊丝位于待焊接位置的正上方且保持一定间距；

(4)通过控制车体驱动电机、焊枪角度调整单元、竖向驱动电机及水平驱动电机使得金属壁面自动焊接装置围绕金属壁面边行走边焊接；

(5)完成两块金属壁面的焊接后取下金属壁面自动焊接装置，待下一块金属壁面吊装完成后重复步骤(1)～(4)直至所有的金属壁面完成焊接。

以上技术方案仅为本发明的一种可行的技术方案而已，本发明的保护范围并不仅限于此，本领域技术人员可根据实际需求合理调整具体设计。

上述发明具有如下优点或者有益效果：

(1)本发明的金属壁面自动焊接装置，不需要搭设焊接辅助施工平台，减少总体工程量，节约施工成本；

(2)本发明的金属壁面自动焊接装置，不需要施工人员携带负重进行焊接施工，降低施工人员劳动强度；

(3)本发明的金属壁面自动焊接装置，不需要施工人员在高处进行施工，提升施工的安全性；

(4)本发明的金属壁面自动焊接装置，一条长焊缝实现自动焊接，焊接质量稳定，施工效率高；

(5)本发明的金属壁面自动焊接装置，自动化程度高，高可操作性，减少对专业焊接人员的依赖；

(6)本发明的金属壁面自动焊接装置，能够实现焊接质量追溯，应用前景好。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1～3分别为本发明的金属壁面自动焊接装置在不同视角下的结构示意图；

其中，1-行走轮，2-车体，3-焊枪，4-焊枪角度调整单元，5-焊缝追踪单元，6-焊缝视觉检测单元，7-竖向调整子单元，8-水平调整子单元，9-待焊接金属壁面，10-车体驱动电机，11-传动链，12-蜗轮蜗杆机构。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明中的结构作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。

实施例1

一种金属壁面自动焊接装置，如图1～3所示，包括车体2、车体行走装置、焊接装置、固定在车体上的车体控制单元；

车体2的下方设有四个行走轮1，行走轮1由安装在车体内的车体行走装置驱动，行走轮1采用磁性材料制成且可磁吸在金属壁面(待焊接金属壁面9)上；

车体行走装置包括车体驱动电机10、传动链11和多组蜗轮蜗杆机构12；

每个行走轮1设有一组涡轮蜗杆机构12，其中涡轮套装固定在行走轮1的固定轴且涡轮与蜗杆啮合，蜗杆上套装有传动齿轮，车体驱动电机的驱动轴上套装有驱动齿轮，驱动齿轮以及所有的传动齿轮(驱动齿轮与传动齿轮相互匹配且驱动齿轮与传动链11啮合)通过传动链11连接，在车体驱动电机的驱动下即可使得行走轮转动；

焊接装置包括焊枪3、焊枪位置调整单元、滑板I、焊枪角度调整单元4、焊缝视觉检测单元6和焊缝追踪单元5，焊枪位置调整单元固定在车体2上且焊枪位置调整单元与滑板I滑动连接，焊枪3通过转动副固定在滑板I上，焊枪角度调整单元4固定在滑板I上，焊枪角度调整单元4的活动端与焊枪3连接且在焊枪角度调整单元4的作用下即可使得焊枪围绕转动副转动实现焊枪角度的调整，焊缝追踪单元5及焊缝视觉检测单元6固定在滑板I上且焊缝追踪单元5及焊缝视觉检测单元6对准焊枪3位置，焊枪位置调整单元可在垂直与车体所在平面的方向调整滑板I的位置即调整焊枪、焊缝追踪单元的位置；

焊枪位置调整单元包括竖向调整子单元7和水平调整子单元8；

竖向调整子单元7包括垂直固定在车体上的竖直固定杆、滑板II和竖向驱动电机，竖直固定杆的长度方向上开有滑槽II，滑板II与滑槽II滑动连接，竖向驱动电机的固定端固定在竖直固定杆上且竖向驱动电机的活动端与滑板II固定连接；

水平调整子单元8包括水平杆、滑板I和水平驱动电机，所述水平杆与滑板II固定连接且水平杆与竖直固定杆垂直，水平杆的长度方向上开有滑槽I，滑板I与滑槽I滑动连接，水平驱动电机的固定端固定在水平杆上且水平驱动电机的活动端与滑板I固定连接；

车体控制单元分别与焊枪角度调整单元4、竖向驱动电机、水平驱动电机、车体驱动电机10、焊缝追踪单元5电性连接，车体上还设有通讯单元，通讯单元与车体控制单元电性连接，金属壁面自动焊接装置通过通讯单元可与外接控制元件通讯连接以控制金属壁面自动焊接装置。

上述金属壁面自动焊接装置的使用方法，包括以下步骤：

1、首先施工人员将放置到预定工作位置上空(小车中心线需要大致位于两个拼缝的中间位置)，到达工作位置过后，将小车放置在储槽壁上；(小车设置有磁性轮，能吸附在储槽壁上，不会发生掉落)

小车进入预定位置后，在控制柜上部选择工作模式，将模式设置为手动模式，此时先调整头部焊缝追踪器的高度以及相机的角度，让上下模组和左右模组以及磁性轮进行运动，看是否有不工作情况，调整焊枪的高度，使得焊枪的焊丝离焊缝高度约2mm。

2、手工测量焊缝的宽度，将宽度值输入到控制系统中。

3、系统切换到手动模式，根据焊缝宽度以及实际施工工艺，设定焊接模式为直线焊接或者摆动焊接。

4、将系统控制模式切换到自动工作模式，小车头部的焊缝追踪装置会不断的追踪焊缝的位置，将数据传回PLC，然后PLC会控制左右模组和上下模组同时运动，以保证焊枪始终处于最合适的位置，从而保证焊接质量。

整套系统通过三台伺服电机以及焊缝追踪器，通过小车的行走，上下模组和左右模组的运动，实现了闭环控制，可以让焊接小车一圈焊接的运动过程中，焊枪始终处于最佳位置，以便得到最好的焊接质量。同时在焊接小车上引入了视觉检测记录系统，可以对每次焊接的质量进行检测和记录。在焊枪焊接时候，还可以实现摆动焊和直线焊接。对于较宽的焊缝，还能实现多道多批次焊接。

5、储槽壁整圈焊接完成，检查确认没有问题过后，施工人员手持焊接小车两边的把手，将焊接小车从储槽壁上取下后进行下一段焊接。

本发明的金属壁面自动焊接装置已在现场实际应用，应用后发现焊接辅助工作少、焊接质量高、施工效率高且相比于传统工艺大大降低了施工成本，应用前景好。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种金属壁面自动焊接装置，其特征在于：包括车体、车体行走装置和焊接装置；

所述车体的下方设有多个行走轮，行走轮由安装在车体内的车体行走装置驱动，行走轮采用磁性材料制成且可磁吸在金属壁面上；

所述焊接装置包括焊枪、焊枪位置调整单元、滑板I、焊枪角度调整单元和焊缝追踪单元，所述焊枪位置调整单元固定在车体上且焊枪位置调整单元与滑板I滑动连接，所述焊枪通过转动副固定在滑板I上，所述焊枪角度调整单元固定在滑板I上，焊枪角度调整单元的活动端与焊枪连接且在焊枪角度调整单元的作用下即可使得焊枪围绕转动副转动实现焊枪角度的调整，焊缝追踪单元固定在滑板I上且焊缝追踪单元对准焊枪位置，焊枪位置调整单元可在垂直与车体所在平面的方向调整滑板I的位置即调整焊枪、焊缝追踪单元的位置。

2.根据权利要求1所述的一种金属壁面自动焊接装置，其特征在于，所述焊枪位置调整单元包括竖向调整子单元和水平调整子单元；

所述竖向调整子单元包括垂直固定在车体上的竖直固定杆、滑板II和竖向驱动电机，竖直固定杆的长度方向上开有滑槽II，滑板II与滑槽II滑动连接，竖向驱动电机的固定端固定在竖直固定杆上且竖向驱动电机的活动端与滑板II固定连接；

所述水平调整子单元包括水平杆、滑板I和水平驱动电机，所述水平杆与滑板II固定连接且水平杆与竖直固定杆垂直，水平杆的长度方向上开有滑槽I，滑板I与滑槽I滑动连接，水平驱动电机的固定端固定在水平杆上且水平驱动电机的活动端与滑板I固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种金属壁面自动焊接装置，其特征在于，所述车体行走装置包括车体驱动电机、传动链和多组蜗轮蜗杆机构；

每个行走轮设有一组涡轮蜗杆机构，其中涡轮套装固定在行走轮的固定轴且涡轮与蜗杆啮合，蜗杆上套装有传动齿轮，车体驱动电机的驱动轴上套装有驱动齿轮，驱动齿轮以及所有的传动齿轮通过传动链连接，在车体驱动电机的驱动下即可使得行走轮转动。

4.根据权利要求3所述的一种金属壁面自动焊接装置，其特征在于，所述驱动齿轮与传动齿轮相互匹配且驱动齿轮与传动链啮合。

5.根据权利要求1所述的一种金属壁面自动焊接装置，其特征在于，所述焊接装置还包括固定在滑板I上的焊缝视觉检测单元，焊缝视觉检测单元对准焊枪位置。

6.根据权利要求3所述的一种金属壁面自动焊接装置，其特征在于，还包括固定在车体上的车体控制单元，所述车体控制单元分别与焊枪角度调整单元、竖向驱动电机、水平驱动电机、车体驱动电机、焊缝追踪单元电性连接。

7.根据权利要求6所述的一种金属壁面自动焊接装置，其特征在于，所述车体上还设有通讯单元，所述通讯单元与车体控制单元电性连接，金属壁面自动焊接装置通过通讯单元可与外接控制元件通讯连接以控制金属壁面自动焊接装置。

8.如权利要求1～7任一项所述的一种金属壁面自动焊接装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将金属壁面自动焊接装置放在待焊接位置，行走轮吸附在金属壁面上且保证保证车体中心线与焊缝位置基本对齐；

(2)调整焊缝追踪单元及焊缝视觉检测单元使得其对准焊接位置；

(3)调整竖向驱动电机、水平驱动电机以使得焊枪上的焊丝位于待焊接位置的正上方且保持一定间距；

(4)通过控制车体驱动电机、焊枪角度调整单元、竖向驱动电机及水平驱动电机使得金属壁面自动焊接装置围绕金属壁面边行走边焊接；

(5)完成两块金属壁面的焊接后取下金属壁面自动焊接装置，待下一块金属壁面吊装完成后重复步骤(1)～(4)直至所有的金属壁面完成焊接。