CN116871802A - 一种多功能异形组立装焊平台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多功能异形组立装焊平台,包括智能控制台、C型翻转及行走机构、电动升降式装配料架、电动升降式焊接料架,调节C型翻转的间距适用大尺寸异形工件。工件位移信息的数据化记录和控制，能批量化自动化装焊，完成装焊后，可将工件直接沿翻转轨道行走到下一个需要翻转的工位和下一个工序的等待位；本发明适应性强、翻身效率高，解决了异形组立腹板拼接、腹板和面板高效装配及翻转后焊接的问题，使得焊接工序可以无缝嵌入自动化流水线。
Description
技术领域
本发明涉及船舶、重工及海洋工程领域，尤其涉及一种多功能异形组立装焊平台。
背景技术
随着工业自动化水平的不断提高，船舶、重工及海洋工程制造领域也在不断地实现自动化，以提高生产效率，从而节约时间成本和人力成本。现有的翻转装焊设备在使用的过程中存在如下缺陷：
工件翻身使用的是行车吊运翻身，效率低，操作难度大；
在翻转的过程中，吊索具很容易划伤工件的表面，施工空间需求较大；
3、传统的工件装配固定方式是人工固定，操作复杂，精确度低。
4、单个C型翻转不能处理异形、大尺寸的工件。
5、传统的工件翻转无法嵌入自动化智能化的流水线。
现有技术一种用于中，CN202221698857.1一种用于中、重型钢梁焊接辅助的C形翻转变位设备，虽然采用了两台C型翻转协同作业，解决了钢梁工件等中、重型工件的翻转，但其固定一个C型翻转、没有考虑到适用流水线作业而给出技术解决方案，无法和焊接工位特别是自动焊接工位无缝对接以及其他需要翻转的工序无缝对接，限制了流水线化、自动化的生产的可能。
发明内容
一种多功能异形组立装焊平台，用于解决异形组立腹板拼接以及腹板和面板高效装配，及快速高效翻转的问题。
本发明提供的技术方案： 一种多功能异形组立装焊平台，包括一个智能控制平台，一组行程传感器,两台C型翻转及行走机构与翻转机轨道，其特征在于，所述两台C型翻转及行走机构与翻转机轨道滑动组合，用于实现翻转机的双轴线方向运动，沿着翻转机轨道方向两侧设置电动升降式装配料架和电动升降式焊接料架各两组，所述电动升降式焊接料架包括三号腹板支撑块、料架升降机构，所述C型翻转及行走机构（1）包括C型翻转架和一号腹板支撑块。
所述电动升降式装配料架具备工件气动夹紧功能。
所述电动升降式装配料架底部配置轮子及电动行走装置，可装配工件行走到不同工序的工位。
所述两台C型翻转及行走机构与翻转机轨道滑动组合，两台C型翻转及行走机构均可行走，可调节两台台C型翻转的位置使得间距能用于装配超大尺寸及异形非标的工件。
所述两台C型翻转及行走机构装配工件后可以沿着翻转机轨道携带工件同步行走，将工件送达到多个不同工位进行翻转，配合工位任务所需的翻转。
所述沿着翻转机轨道可以延长，两台台C型翻转携带工件可直接沿翻转轨道行走到下一个工序的待加工的位置，进行翻转的多个工序无缝嵌入到流水线作业。
所述电动升降式装配料架、两台C型翻转及行走机构在行走时的控制进行优化，在设备现实的运行环境下，在起始行走时会产生一个加速滞后误差，试样证明这种误差和行走机构的质量M存在近似正比关系，所用需要加以校正系数u，设加速的总时长为t0，减速的总时长为t1，行走的最高速度v0，最大加速度a0，在加速时行走的控制计算公式如下：
v(t)={3*-2*/>}*v0+u*m
a(t)={6*-6*/>}*a0
减速是加速的逆向过程，因此减速时行走的控制计算公式如下：
v(t)= v0-{3*-2*/>}*v0-u*m
a(t)= a0-{6*-6*/>}*a0
其中，t为从加速开始到即时经历的时长，v(t)为即时速度，a(t)为即时加速度，u为校正系数，m是行走主体的质量。
进一步 将校正系数u赋值为0.0026。
所述智能控制平台控制C型翻转及行走机构、电动升降式装配料架和电动升降式焊接料架；C型翻转及行走机构、电动升降式装配料架和电动升降式焊接料架所有位移及转角的时间、位移信息，均由行程传感器传递给智能控制平台，并存储在智能控制平台，工件放置到装配料架开始，到完成工件在翻转机轨道上对应工位的装焊、喷涂及需要翻转的其他任务，放置到待下一步处置的位置为一个线程，智能控制台记录存储一个线程，经过用户设置后，智能控制平台发出循环控制指令，生成批量化、自动化的工序处理能力。
所述两台C型翻转及行走机构的C型翻转架采用滚圈式结构，两台C型翻转配合，同步旋转能实现工件翻转，设置翻转机轨道（5）高低曲线起伏，两个C型翻转在翻转机轨道不同高度时，能够控制工件在翻转机的双轴线方向的倾斜角度。
所述电动升降式装配料架包括二号腹板支撑块、料架升降机构、面板顶紧机构和面板升降机构，所述面板升降机构在主结构框架上能前后移动。
所述电动升降式装配料架能通过料架升降机构进行升降，能调节料架高度并且能完成与C型翻转架的工件交接。
所述电动升降式装配料架的面板升降机构能用于装配不同尺寸面板工件。
所述电动升降式装配料架中面板顶紧机构的底座能旋转，能对不同的弧形工件顶紧，同时在电动升降式装配料架的另一端有固定式挡板与之配合。
所述电动升降式焊接料架的三号腹板支撑块在主结构框架上能前后移动。
所述电动升降式焊接料架能通过料架升降机构进行升降，能调节料架高度并且能完成与C型翻转架的工件交接。
所述所有与工件接触的设备部件的表面安装有聚氨酯垫板。
一种多功能异形组立装焊平台的装配工艺，适用于大型强框组立的装焊，包括以下步骤：
S1：将强框组立的腹板吊运到电动升降式装配料架上，将强框组立的面板吊运到电动升降式装配料架靠近面板顶紧机构一侧；
S2：通过面板提升机构和面板顶紧机构配合，将面板与腹板装配定位后，点焊固定；
S3：松开面板顶紧机构，装配料架提升至夹取高度。两台C型翻转架移动到预定夹紧腹板的位置；
S4：两台C型翻转架夹紧强框腹板后，翻转90°，移动到电动升降式焊接料架位置，再翻转90°后，焊接料架提升到夹取高度接零件。之后两台C型翻转架松开并退出焊接料架工位；
S5：在焊接料架上进行面板与腹板装配处另一侧点焊定位，之后开始焊接该侧焊缝；
S6：两台C型翻转架重复S3步骤夹起工件后，翻转180°，将工件放置在翻转机轨道另一次的焊接料架上，进行另外一侧角焊缝的焊接，之后两台台C型翻转携带工件可直接沿翻转轨道行走到下一个工序的待加工的位置，进行翻转的多个工序无缝嵌入到流水线作业。
进一步的，步骤S4和S6中，两台C型翻转架可满足大尺寸异形工件翻转。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明一种多功能异形组立装焊平台，通过两台C型翻转机构对大尺寸强框组立进行转运及翻身，工件翻转180°仅需30秒左右。释放车间行车资源，并且相较于行车吊运翻身而言，效率高，操作简单。
本发明一种多功能异形组立装焊平台，两台C型翻转机构均可行走，通过更灵活的调节C型翻转机之间的间距，并在升降料架的配合下，实现大尺寸强框组立高效翻身，以及在各个台架上快速转运。无需焊接吊耳及使用其他吊索具（如板夹），能有效避免工件吊运过程中表面划伤，并且节省施工空间。
本发明一种多功能异形组立装焊平台，通过面板提升机构，使面板和腹板能快速定位装配，并且适用于不同尺寸的工件，通过面板顶紧机构能使工件装配位置紧密贴合，以便进行定位焊接。相较于传统的人工调节并且通过马板固定的方式，效率更高，操作简单，并且装配精度高。
本发明一种多功能异形组立装焊平台，两台C型翻转及行走机构（1）装配工件后可以沿着翻转机轨道（5）携带工件同步行走，将工件送达到多个不同工位进行翻转，配合工位任务所需的翻转。只需要一次装备工件，大大提高了效率。
本发明一种多功能异形组立装焊平台，通过智能控制台记录工序中工件的位移信息，逆向控制操作，能自动化讲本工序处理好的工件返回到初始位置，方便嵌入自动化智能化的生产线。
优化后的加速减速算法控制，大大减少了不必要的震动，提高了精度和加工的安全系数。
附图说明
图1是本发明C型小组立机器人示意图；
图2是本发明中C型翻转及行走机构示意图；
图3是本发明中电动升降式装配料架示意图；
图4是本发明中电动升降式焊接料架示意图；
图5是本发明中的工件示意图。
附图标记如下：1C型翻转及行走机构、2电动升降式装配料架、3电动升降式焊接料架、4工件、5翻转机轨道、1-1C型翻转架、1-2一号腹板支撑块、2-1二号腹板支撑块、2-2料架升降机构、2-3面板顶紧机构、2-4面板提升机构、3-1三号腹板支撑块、3-2料架升降机构、4-1强框架面板、4-2强框架腹板。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-5所示，一种多功能异形组立装焊平台，包括一个智能控制平台，一组行程传感器,两台C型翻转及行走机构（1）与翻转机轨道（5），其特征在于，所述两台C型翻转及行走机构（1）与翻转机轨道（5）滑动组合，用于实现翻转机的双轴线方向运动，沿着翻转机轨道（5）方向两侧设置电动升降式装配料架（2）和电动升降式焊接料架（3）各两组，所述电动升降式焊接料架（3）包括三号腹板支撑块（3-1）、料架升降机构（3-2），所述C型翻转及行走机构（1）包括C型翻转架（1-1）和一号腹板支撑块（1-2）;
所述电动升降式装配料架（2）具备工件气动夹紧功能
所述电动升降式装配料架（2）底部配置轮子及电动行走装置，可装配工件行走到不同工序的工位。
所述两台C型翻转及行走机构（1）与翻转机轨道（5）滑动组合，两台C型翻转及行走机构（1）均可行走，可调节两台台C型翻转的位置使得间距能用于装配超大尺寸及异形非标的工件；
所述两台C型翻转及行走机构（1）装配工件后可以沿着翻转机轨道（5）携带工件同步行走，将工件送达到多个不同工位进行翻转，配合工位任务所需的翻转。
所述沿着翻转机轨道（5）可以延长，两台台C型翻转携带工件可直接沿翻转轨道行走到下一个工序的待加工的位置，进行翻转的多个工序无缝嵌入到流水线作业。
所述电动升降式装配料架（2）、两台C型翻转及行走机构（1）在行走时的控制进行如下优化：
传统机械机构电动行走一般采用梯形调速控制算法，即行走开始做一个加速控制，中间做匀速控制，停止的时候减速控制，这样就存在一个极大的问题，控制与控制之间加速度急剧变化，急动度也就是加加速度值较大，会形成较为剧烈的震动，影响机械的稳定性和控制的精度，甚至带来安全风险。
为了解决急动度突变这一点，我们必须将加速度、速度在时间抽上的变化控制成柔和的曲线，在设备现实的运行环境下，在起始行走时会产生一个加速滞后误差，试样证明这种误差和行走机构的质量M存在近似正比关系，所用需要加以校正系数u，设加速的总时长为t0，减速的总时长为t1，行走的最高速度v0，最大加速度a0，在加速时行走的控制计算公式如下：
v(t)={3*-2*/>}*v0+u*m
a(t)={6*-6*/>}*a0
减速是加速的逆向过程，因此减速时行走的控制计算公式如下：
v(t)= v0-{3*-2*/>}*v0-u*m
a(t)= a0-{6*-6*/>}*a0
其中，t为从加速开始到即时经历的时长，v(t)为即时速度，a(t)为即时加速度，u为校正系数，m是行走主体的质量。
进一步 将校正系数u赋值为0.0026。
所述智能控制平台控制C型翻转及行走机构（1）、电动升降式装配料架（2）和电动升降式焊接料架（3）；C型翻转及行走机构（1）、电动升降式装配料架（2）和电动升降式焊接料架（3）所有位移及转角的时间、位移信息，均由行程传感器传递给智能控制平台，并存储在智能控制平台，工件放置到装配料架（2）开始，到完成工件在翻转机轨道（5）上对应工位的装焊、喷涂及需要翻转的其他任务，放置到待下一步处置的位置为一个线程，智能控制台记录存储一个线程，经过用户设置后，智能控制平台发出循环控制指令，生成批量化、自动化的工序处理能力。
其中，所述两台C型翻转及行走机构（1）的C型翻转架（1-1）采用滚圈式结构，两台C型翻转配合，同步旋转能实现工件（4）翻转，设置翻转机轨道（5）高低曲线起伏，两个C型翻转在翻转机轨道（5）不同高度时，能够控制工件在翻转机的双轴线方向的倾斜角度。
其中，电动升降式装配料架2包括二号腹板支撑块2-1、料架升降机构2-2、面板顶紧机构2-3和面板升降机构2-4，面板升降机构2-4在主结构框架上能前后移动，并且带丝杆锁紧功能，能满足各种异形尺寸工件的支撑、调节及夹紧。
其中，电动升降式装配料架2能通过料架升降机构2-2进行升降，能降低料架高度并且能完成与C型翻转架1-1的工件交接。
其中，电动升降式装配料架2的面板升降机构2-4具备高定位精度，并且适用于不同尺寸工件4。
其中，电动升降式装配料架2中面板顶紧机构2-3的底座能旋转，有一定的旋转角度，能对不同的弧形工件顶紧，更好的适应弧形工件的顶紧，同时在电动升降式装配料架2的另一端有固定式挡板与之配合。
其中，电动升降式焊接料架3的三号腹板支撑块3-1在主结构框架上能前后移动，并且带丝杆锁紧功能；
其中，电动升降式焊接料架3能通过料架升降机构3-2进行升降，能降低料架高度并且能完成与C型翻转架1-1的工件交接；
其中，有与工件接触的设备部件的表面安装有聚氨酯垫板；
一种多功能异形组立装焊平台实施例，，适用于大型强框组立的装焊，包括以下步骤：
S1：将强框组立的腹板4-2吊运到电动升降式装配料架上，将强框组立的面板4-1吊运到电动升降式装配料架2靠近面板顶紧机构一侧；
S2：通过面板提升机构2-4和面板顶紧机构2-3配合，将强框面板4-1与腹板4-2装配定位后，点焊固定；
S3：松开面板顶紧机构2-3，装配料架2提升至夹取高度。两台C型翻转架1-1移动到预定夹紧腹板的位置；
S4：两台C型翻转架1-1夹紧强框腹板后，翻转90°，移动到电动升降式焊接料架3位置，再翻转90°后，焊接料架3提升到夹取高度接零件。之后两台C型翻转架1-1松开并退出焊接料架3工位；
S5：在焊接料架3上进行强框面板4-1与腹板4-2装配处另一侧点焊定位，之后开始焊接该侧焊缝；
S6：两台C型翻转架1-1重复S3步骤夹起工件后，翻转180°，将工件放置在翻转机轨道另一侧的焊接料架3上，进行另外一侧角焊缝的焊接，之后两台台C型翻转携带工件直接沿翻转轨道行走到下一个工序的待加工的位置，进行翻转的多个工序无缝嵌入到流水线作业。
其中，在翻转机轨道5上设置有两个C型翻转及行走机构1,在翻转机轨道5两侧设置两个电动升降式装配料架2和两个电动升降式焊接料架3。
本实施例的示意工件4最大重量4吨，最大长度16m,宽度5m，工件4由4-1强框面板和4-2强框腹板组成。
特别申明：在本说明书中所述的 “实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、要素或者特点包括在本申请概括性描述的实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述并非限定特指的是同一个实施例。也就是说，结合任一实施例描述一个具体特征、要素或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、要素或者特点被包含于本发明申请保护的权利要求范围中，实施例是参照本发明逻辑架构及思路的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域技术人员在本发明技术方案框架下可以设计出很多其他的修改和实施方式，可以对技术方案的要点变换组合/或布局进行多种非本质性变型和改进，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的，可轻易想到实施的非实质性变化或替换，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。
Claims (10)
1.一种多功能异形组立装焊平台，包括一个智能控制平台，一组行程传感器,两台C型翻转及行走机构（1）与翻转机轨道（5），其特征在于，所述两台C型翻转及行走机构（1）与翻转机轨道（5）滑动组合，用于实现翻转机的双轴线方向运动，沿着翻转机轨道（5）方向两侧设置电动升降式装配料架（2）和电动升降式焊接料架（3）各两组，所述电动升降式焊接料架（3）包括三号腹板支撑块（3-1）、料架升降机构（3-2），所述C型翻转及行走机构（1）包括C型翻转架（1-1）和一号腹板支撑块（1-2）;
所述电动升降式装配料架（2）底部配置轮子及电动行走装置，可装配工件行走到不同工序的工位；
所述两台C型翻转及行走机构（1）与翻转机轨道（5）滑动组合，两台C型翻转及行走机构（1）均可行走，可调节两台台C型翻转的位置使得间距能用于装配超大尺寸及异形非标的工件；
所述两台C型翻转及行走机构（1）装配工件后可以沿着翻转机轨道（5）携带工件同步行走，将工件送达到多个不同工位进行翻转，配合工位任务所需的翻转；
所述沿着翻转机轨道（5）可以延长，两台台C型翻转携带工件可直接沿翻转轨道行走到下一个工序的待加工的位置，进行翻转的多个工序无缝嵌入到流水线作业；
所述电动升降式装配料架（2）、两台C型翻转及行走机构（1）在行走时的控制中将加速度、速度在时间抽上的变化控制成柔和的曲线，在设备现实的运行环境下，在起始行走时会产生一个加速滞后误差，试样证明这种误差和行走机构的质量M存在近似正比关系，所用需要加以校正系数u，设加速的总时长为t0，减速的总时长为t1，行走的最高速度v0，最大加速度a0，在加速时行走的控制计算公式如下：
v(t)={3*-2*/>}*v0+u*m
a(t)={6*-6*/>}*a0
减速是加速的逆向过程，因此减速时行走的控制计算公式如下：
v(t)= v0-{3*-2*/>}*v0-u*m
a(t)= a0-{6*-6*/>}*a0
其中，t为从加速开始到即时经历的时长，v(t)为即时速度，a(t)为即时加速度，u为校正系数，m是行走主体的质量；
进一步 将校正系数u赋值为0.0026；
所述智能控制平台控制C型翻转及行走机构（1）、电动升降式装配料架（2）和电动升降式焊接料架（3）；C型翻转及行走机构（1）、电动升降式装配料架（2）和电动升降式焊接料架（3）所有位移及转角的时间、位移信息，均由行程传感器传递给智能控制平台，并存储在智能控制平台，工件放置到装配料架（2）开始，到完成工件在翻转机轨道（5）上对应工位的装焊、喷涂及需要翻转的其他任务，放置到待下一步处置的位置为一个线程，智能控制台记录存储一个线程，经过用户设置后，智能控制平台发出循环控制指令，生成批量化、自动化的工序处理能力。
2.如权利要求1所述的一种多功能异形组立装焊平台，其特征在于，所述两台C型翻转及行走机构（1）的C型翻转架（1-1）采用滚圈式结构，两台C型翻转配合，同步旋转能实现工件（4）翻转，设置翻转机轨道（5）高低曲线起伏，两个C型翻转在翻转机轨道（5）不同高度时，能够控制工件在翻转机的双轴线方向的倾斜角度。
3.如权利要求1所述的一种多功能异形组立装焊平台，其特征在于，电动升降式装配料架（2）包括二号腹板支撑块（2-1）、料架升降机构（2-2）、面板顶紧机构（2-3）和面板升降机构（2-4），所述面板升降机构（2-4）在主结构框架上能前后移动。
4.如权利要求1所述的一种多功能异形组立装焊平台，其特征在于，所述电动升降式装配料架（2）能通过料架升降机构（2-2）进行升降，能调节料架高度并且能完成与C型翻转架（1-1）的工件交接。
5.如权利要求1所述的一种多功能异形组立装焊平台，其特征在于，所述电动升降式装配料架（2）的面板升降机构（2-4）能用于装配不同尺寸面板工件。
6.如权利要求1所述的一种多功能异形组立装焊平台，其特征在于，所述电动升降式装配料架（2）中面板顶紧机构（2-3）的底座能旋转，能对不同的弧形工件顶紧，同时在电动升降式装配料架（2）的另一端有固定式挡板与之配合。
7.如权利要求1所述的一种多功能异形组立装焊平台，其特征在于，所述电动升降式焊接料架（3）的三号腹板支撑块（3-1）在主结构框架上能前后移动。
8.如权利要求1所述的一种多功能异形组立装焊平台，其特征在于，所述电动升降式焊接料架（3）能通过料架升降机构（3-2）进行升降，能调节料架高度并且能完成与C型翻转架（1-1）的工件交接。
9.如权利要求2，3，5，6，7任一所述的一种多功能异形组立装焊平台，其特征在于，所有与工件接触的设备部件的表面安装有聚氨酯垫板。
10.一种适用于权利要求1中一种多功能异形组立装焊平台的装焊方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将强框组立的腹板（4-2）吊运到电动升降式装配料架（2）上，将强框组立的面板（4-1）吊运到电动升降式装配料架（2）靠近面板顶紧机构一侧；
S2：通过面板提升机构（2-4）和面板顶紧机构（2-3）配合配合气动调节间距，将强框面板（4-1）与腹板（4-2）装配定位后，点焊固定；
S3：松开面板顶紧机构（2-3），装配料架（2）提升至夹取高度。两台C型翻转架（1-1）移动到预定夹紧腹板的位置；
S4：两台C型翻转架（1-1）夹紧强框腹板后，翻转90°，移动到电动升降式焊接料架（3）位置，再翻转90°后，焊接料架（3）提升到夹取高度接零件，之后两台C型翻转架（1-1）松开并退出焊接料架（3）工位；
S5：在焊接料架（3）上进行强框面板（4-1）与腹板（4-2）装配处另一侧点焊定位，之后开始焊接该侧焊缝；
S6：两台C型翻转架（1-1）重复S3步骤夹起工件后，翻转180°，将工件放置在翻转机轨道另一侧的焊接料架（3）上，进行另外一侧角焊缝的焊接，之后两台台C型翻转携带工件可直接沿翻转轨道行走到下一个工序的待加工的位置，进行翻转的多个工序无缝嵌入到流水线作业。
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