CN116890167A - 一种用于试制样件、实验开发的智能焊接设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于试制样件、实验开发的智能焊接设备；包括设备主体和智能化系统；所述设备主体底部安装有滚轮和固定脚杯方便移动及固定，台面安装有柔性装夹平台，用于多种焊接工装，方便装夹、拆卸，侧面设置有打开门，内部设置有安装检修空间；所述智能化系统包括焊接系统、激光系统、检测系统、寻位跟踪系统、恒温系统以及数字化系统，一体化设备结构主体，减少占地面积，便于移动；在工件焊接过程中，可以进行焊前扫描焊缝位置，也可以进行一边焊接一边追踪，并实时检测焊缝熔深，气孔及焊接质量；焊接完成后上传焊接数据，并可出质量报告；此设备可以提高实验人员的工作效率，减少实验工序，降低人员操作难度，降低劳动成本。
Description
技术领域
本发明涉及智能焊接制造领域，具体地说是一种用于试制样件、实验开发的智能焊接设备。
背景技术
随着社会经济与科学技术的进步与完善，为现代工业发展提供了积极的促进作用，也对检测要求越来越严格。传统机械设计和检测技术已经无法满足现代社会发展需求，比如传统焊接方式需要更换工装时相对困难，需要人工更换和大量时间，降低了工作效率；不仅如此，焊接质量的好坏需要憨厚由实验人员进行检测，但这种检测会对工件造成一定损害，影响焊接效果，所以急需一种既能减少更换工装的时间，又能在焊接过程中实现焊接质量检测的焊接设备，提高焊接工作效率。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于试制样件、实验开发的智能焊接设备，以解决普通焊接设备更换工装困难且需要人工花费大量时间更换，以及实验人员焊后检测需要对工件损害的问题。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种用于试制样件、实验开发的智能焊接设备，包括设备主体100和智能化系统，其特征在于：设备主体100包括框架式结构1、支撑轮2、固定调节脚3、打开门4、柔性装夹平台5、柔性关节臂6、线缆支架7和送丝机8、激光焊接头9、显示器10、控制按钮11和设备安装台面17，所述框架式结构1四周设置有3个打开门4方便调试和维修，所述设备安装台面17固定在所述框架式结构1上方，方便各设备的固定安装。
所述支撑轮2、所述固定调节脚3通过安装板02固定在框架式结构四周，所述打开门4通过合页401与所述框架式结构1进行连接，并且上面装有门把手402方便打开，所述柔性装夹平台5通过螺栓安装在所述设备安装台面17上，所述柔性关节臂6关节臂为六轴，关节臂通过伺服电机、减速机以及力控系统进行运动，每轴关节自由度为±360度，且安装有绝缘套03，防止电流对所述柔性关节臂6的内部零件损坏，所述线缆支架7上装有平衡器09，通过挂钩与所述线缆支架7进行连接，用于光纤及线缆的吊装，防止所述柔性关节臂6在运动过程中与线缆干涉，所述线缆支架7通过线缆支架安装板04安装在所述设备安装台面17上，所述送丝机8通过送丝管与所述激光焊接头9进行连接进行送丝，通过内部驱动电机带动导向轮传动将焊丝送到所述激光焊接头9上，通过安装支架安装在所述柔性关节臂6的第三轴上，减少送丝长度，提高送丝精度；所述激光焊接头9通过连接法兰06与所述柔性关节臂6进行连接，所述激光焊接头9上装有蓝光灯901，方便观察焊接效果，送丝嘴902对于需要填丝焊接的进行送丝，所述控制按钮11上装有电机驱动器，为焊接平台提供旋转动力，进行管件类产品焊接，所述控制按钮11是通过PLC进行对所述柔性装夹平台5上的气动装夹系统19进行驱动。
所述智能化系统包括激光系统12、检测系统13、寻位跟踪系统14、温控系统15、数字化系统16和柔性关节臂控制柜20；所述激光系统12通过所述安装支架07固定在所述框架式结构1内部，所述激光系统12利用激光二极管和激光晶体的特性，将电能转化为光能，从而产生光束，通过将多个激光器堆叠在一起，使用折射和反射来实现光能的增强，激光晶体能够产生特定波长的高能量、高密度的激光光束，具有高可靠性、高精度和高效率等优点；激光通过光纤传输至所述激光焊接头9上实现聚焦焊接；所述检测系统13以及所述寻位跟踪系统14安装至激光焊接头9上可以进行实时扫描和检测。所述温控系统15固定在框架式结构1内部，所述温控系统15是用于焊接过程中使所述激光焊接头9和所述激光系统12保持恒温状态的控制系统，避免温度波动引起激光焊接过程中的焊接质量的稳定，达到完好可控的焊接效果，所述数字化系统16将焊接质量报告集成到实验室的网络系统中，使相关方可以通过登录系统查看和下载报告；这种方式可以实现数据的集中管理和实时更新，提高数据的安全性和可靠性，方便焊接零件质量追溯及品控管理；所述柔性关节臂控制柜20为通过平板无线局域网连接装有控制软件的平板电脑或手机进行对柔性关节臂6进行控制，对不同种类工件进行焊接。
所述柔性装夹平台5包括定位装夹安装18和所述气动装夹系统19，所述柔性装夹平台5通过电机旋转进行管件类焊接，钣金件05对电机起到防灰尘作用，提供了极高的便捷性，可操作性，可以随时切换工作进行试制焊接，也可以对管件类工件快速更换。
所述气动装夹系统19是通过气动缸产生的气压力实现对工件的夹紧或松开；控制阀用于控制气动缸的动作，将气体送入或排出气缸，从而实现夹紧或松开的操作。
所述智能化系统支持APP无线直连电脑以及手机直连，通过APP软件对柔性关节臂进在操作，在柔性关节臂本体上装有拖动操作控制按钮，按下之后可拖动关节臂进行操作控制,真正做到简单易操作，配合自主研发的动力学算法，实现了单手手持控制操作和无传感器的碰撞检测，保证人与机器协同工作的安全，增加了拖动轨迹再现功能，完全重现拖动轨迹。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
本发明的用于试制样件、实验开发的智能焊接设备平台对于工装的安装方便快捷，解决了更换工装的困难，减少了人工更换工装的时间，提高了工作效率，另外，本发明重点解决了实验人员在试样完成后的质量检测，本智能焊接系统带焊缝寻位系统，并且可以在焊接过程中进行焊接质量检测解决了目前靠工件的破坏性进行检测的目的。
附图说明
图1为本发明设备整体结构主视图；
图2为本发明设备整体结构侧视图；
图3为本发明框架式结构内部系统图；
图4为本发明焊枪零件图；
图5为本发明设备工作流程图；
图中：1-框架式结构、2-支撑轮、3-固定调节脚、4-打开门、5-柔性装夹平台、6-柔性关节臂、7-线缆支架、8-送丝机、9-激光焊接头、10-显示器、11-控制按钮、12-激光系统、13-检测系统、14-寻位跟踪系统、15-温控系统、16-数字化系统、17-设备安装台面、18-柔性平台、19-气动装夹系统、20-柔性关节臂控制柜、02-安装板、03-绝缘套、04-线缆支架安装板、05-保护钣金、06-连接法兰、07-安装支架、09-平衡器、401-合页、402-门把手、901-蓝光笔、902-送丝嘴。
具体实施方式
为阐明技术问题、技术方案、实施过程及性能展示，以下结合实施例，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仅用以解释。本发明，并不用于限定本发明。以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
实施例1
如图1-图4所示，一种用于试制样件、实验开发的智能焊接设备，包括设备主体100和智能化系统，其特征在于：设备主体100包括框架式结构1、支撑轮2、固定调节脚3、打开门4、柔性装夹平台5、柔性关节臂6、线缆支架7和送丝机8、激光焊接头9、显示器10、控制按钮11和设备安装台面17，所述框架式结构1四周设置有3个打开门4方便调试和维修，所述设备安装台面17固定在所述框架式结构1上方，方便各设备的固定安装。
所述支撑轮2、所述固定调节脚3通过安装板02固定在框架式结构四周，所述打开门4通过合页401与所述框架式结构1进行连接，并且上面装有门把手402方便打开，所述柔性装夹平台5通过螺栓安装在所述设备安装台面17上，所述柔性关节臂6关节臂为六轴，关节臂通过伺服电机、减速机以及力控系统进行运动，每轴关节自由度为±360度，且安装有绝缘套03，防止电流对所述柔性关节臂6的内部零件损坏，所述线缆支架7上装有平衡器09，通过挂钩与所述线缆支架7进行连接，用于光纤及线缆的吊装，防止所述柔性关节臂6在运动过程中与线缆干涉，所述线缆支架7通过线缆支架安装板04安装在所述设备安装台面17上，所述送丝机8通过送丝管与所述激光焊接头9进行连接进行送丝，通过内部驱动电机带动导向轮传动将焊丝送到所述激光焊接头9上，通过安装支架安装在所述柔性关节臂6的第三轴上，减少送丝长度，提高送丝精度；所述激光焊接头9通过连接法兰06与所述柔性关节臂6进行连接；
作为优选，所述激光焊接头9上装有蓝光灯901，方便观察焊接效果，送丝嘴902对于需要填丝焊接的进行送丝；
所述控制按钮11上装有电机驱动器，为焊接平台提供旋转动力，进行管件类产品焊接，所述控制按钮11是通过PLC进行对所述柔性装夹平台5上的气动装夹系统19进行驱动。
所述智能化系统包括激光系统12、检测系统13、寻位跟踪系统14、温控系统15、数字化系统16和柔性关节臂控制柜20；所述激光系统12通过所述安装支架07固定在所述框架式结构1内部，所述激光系统12利用激光二极管和激光晶体的特性，将电能转化为光能，从而产生光束，通过将多个激光器堆叠在一起，使用折射和反射来实现光能的增强，激光晶体能够产生特定波长的高能量、高密度的激光光束，具有高可靠性、高精度和高效率等优点；激光通过光纤传输至所述激光焊接头9上实现聚焦焊接；所述检测系统13以及所述寻位跟踪系统14安装至激光焊接头9上可以进行实时扫描和检测。所述温控系统15固定在框架式结构1内部，所述温控系统15是用于焊接过程中使所述激光焊接头9和所述激光系统12保持恒温状态的控制系统，避免温度波动引起激光焊接过程中的焊接质量的稳定，达到完好可控的焊接效果，所述数字化系统16将焊接质量报告集成到实验室的网络系统中，使相关方可以通过登录系统查看和下载报告；这种方式可以实现数据的集中管理和实时更新，提高数据的安全性和可靠性，方便焊接零件质量追溯及品控管理；所述柔性关节臂控制柜20为通过平板无线局域网连接装有控制软件的平板电脑或手机进行对柔性关节臂6进行控制，对不同种类工件进行焊接。
所述柔性装夹平台5包括定位装夹安装18和所述气动装夹系统19，所述柔性装夹平台5通过电机旋转进行管件类焊接，钣金件05对电机起到防灰尘作用，提供了极高的便捷性，可操作性，可以随时切换工作进行试制焊接，也可以对管件类工件快速更换。
所述气动装夹系统19是通过气动缸产生的气压力实现对工件的夹紧或松开；控制阀用于控制气动缸的动作，将气体送入或排出气缸，从而实现夹紧或松开的操作。
所述智能化系统支持APP无线直连电脑以及手机直连，通过APP软件对柔性关节臂进在操作，在柔性关节臂本体上装有拖动操作控制按钮，按下之后可拖动关节臂进行操作控制,真正做到简单易操作，配合自主研发的动力学算法，实现了单手手持控制操作和无传感器的碰撞检测，保证人与机器协同工作的安全，增加了拖动轨迹再现功能，完全重现拖动轨迹。
如图5所示，所述智能化系统中所述检测系统13通过对等离子体，热辐射，和激光光束的背反射来实时检测焊接的质量。在焊接过程中，焊接质量检测系统会比较收的的信号（等离子体，热辐射和激光光束）和合格产品的信号参考值，然后将偏差实时报告给焊接设备。所述寻位跟踪系统14是运用光学三角测量和灰度分析原理来识别焊缝位置，并基于实时外部轴的位置，即焊接头实时位置，来计算下一时刻点的焊缝位置。焊缝跟踪系统能同轴测量焊缝水平和垂直位置偏移且测量位置在焦点的几毫米处。新测量到的位置会被立即传输到振镜控制系统并预选扫描的振幅和频率。
本发明提出的智能焊接设备可以实现以下功能：
（1）即时检测:激光焊接焊缝实时扫描可以在焊接过程中即时检测焊缝的质量和形状。通过实时监测焊缝的宽度、深度、几何形状等参数可以及时发现焊接缺陷和问题，采取纠正措施，避免进一步的质量问题。
（2）高精度检测:激光焊接检测可以实现高精度的焊接缺陷检测。激光可以提供高分辨率的光束，能够精确地扫描焊接接头并检测出微小的缺陷，如裂纹、气孔等。
（3）非接触检测:激光焊接检测是一种非接触式的检测方法，不需要直接接触焊接接头，避免了对焊接接头的二次损伤和变形，确保焊接质量的准确性和完整性。
（4）高效率检测:激光焊接检测可以快速进行，检测速度快，可以在短时间内完成对焊接接头的全面检测，提高生产效率。
（5）自动化集成:激光焊接检测可以与自动化设备和系统集成，实现自动化的焊接检测和数据分析。这可以提高检测的准确性和一致性，并减少人工操作的需求。
（6）多参数检测:激光焊接检测可以同时检测多个参数，如焊接质量、焊缝形状、焊接深度等。这有助于全面评估焊接质量，并及时调整焊接参数以达到所需的质量标准。
本发明智能焊接平台对于工装的安装方便快捷，解决了更换工装的困难，减少了人工更换工装的时间，提高了工作效率，另外，本发明重点解决了实验人员在试样完成后的质量检测，本智能焊接系统带焊缝跟踪系统，并且可以在焊接过程中进行焊接质量检测解决了目前焊接靠对工件的破坏进行检测的目的。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种用于试制样件、实验开发的智能焊接设备，其特征在于，包括设备主体100和智能化系统，其特征在于：设备主体（100）包括框架式结构（1）、支撑轮（2）、固定调节脚（3）、打开门（4）、柔性装夹平台（5）、柔性关节臂（6）、线缆支架（7）和送丝机（8）、激光焊接头（9）、显示器（10）、控制按钮（11）和设备安装台面（17），所述框架式结构（1）四周设置有3个打开门（4）方便调试和维修，所述设备安装台面（17）固定在所述框架式结构（1）上方，方便各设备的固定安装。
2.根据权利要求1所述的一种用于试制样件、实验开发的智能焊接设备，其特征在于，所述支撑轮（2）、所述固定调节脚（3）通过安装板（02）固定在框架式结构四周，所述打开门（4）通过合页（401）与所述框架式结构（1）进行连接，并且上面装有门把手（402）方便打开，所述柔性装夹平台（5）通过螺栓安装在所述设备安装台面（17）上，所述柔性关节臂（6）关节臂为六轴，关节臂通过伺服电机、减速机以及力控系统进行运动，每轴关节自由度为±360度，且安装有绝缘套（03），防止电流对所述柔性关节臂（6）的内部零件损坏，所述线缆支架（7）上装有平衡器（09），通过挂钩与所述线缆支架（7）进行连接，用于光纤及线缆的吊装，防止所述柔性关节臂（6）在运动过程中与线缆干涉，所述线缆支架（7）通过线缆支架安装板（04）安装在所述设备安装台面（17）上，所述送丝机（8）通过送丝管与所述激光焊接头（9）进行连接进行送丝，通过内部驱动电机带动导向轮传动将焊丝送到所述激光焊接头（9）上，通过安装支架安装在所述柔性关节臂（6）的第三轴上，减少送丝长度，提高送丝精度；所述激光焊接头（9）通过连接法兰（06）与所述柔性关节臂（6）进行连接，所述激光焊接头（9）上装有蓝光灯（901），方便观察焊接效果，送丝嘴（902）对于需要填丝焊接的进行送丝，所述控制按钮（11）上装有电机驱动器，为焊接平台提供旋转动力，进行管件类产品焊接，所述控制按钮（11）是通过PLC进行对所述柔性装夹平台（5）上的气动装夹系统（19）进行驱动。
3.根据权利要求1所述的一种用于试制样件、实验开发的智能焊接设备，其特征在于，所述智能化系统包括激光系统（12）、检测系统（13）、寻位跟踪系统（14）、温控系统（15）、数字化系统（16）和柔性关节臂控制柜（20）；所述激光系统（12）通过所述安装支架（07）固定在所述框架式结构（1）内部，所述激光系统（12）利用激光二极管和激光晶体的特性，将电能转化为光能，从而产生光束，通过将多个激光器堆叠在一起，使用折射和反射来实现光能的增强，激光晶体能够产生特定波长的高能量、高密度的激光光束，具有高可靠性、高精度和高效率等优点；激光通过光纤传输至所述激光焊接头（9）上实现聚焦焊接；所述检测系统（13）以及所述寻位跟踪系统（14）安装至激光焊接头（9）上可以进行实时扫描和检测；所述温控系统（15）固定在框架式结构1内部，所述温控系统（15）是用于焊接过程中使所述激光焊接头（9）和所述激光系统（12）保持恒温状态的控制系统，避免温度波动引起激光焊接过程中的焊接质量的稳定，达到完好可控的焊接效果，所述数字化系统（16）将焊接质量报告集成到实验室的网络系统中，使相关方可以通过登录系统查看和下载报告；这种方式可以实现数据的集中管理和实时更新，提高数据的安全性和可靠性，方便焊接零件质量追溯及品控管理；所述柔性关节臂控制柜（20）为通过平板无线局域网连接装有控制软件的平板电脑或手机进行对所述柔性关节臂（6）进行控制，对不同种类工件进行焊接。
4.根据权利要求1所述的一种用于试制样件、实验开发的智能焊接设备，其特征在于，所述柔性装夹平台（5）包括定位装夹安装（18）和所述气动装夹系统（19），所述柔性装夹平台（5）通过电机旋转进行管件类焊接，钣金件（05）对电机起到防灰尘作用，提供了极高的便捷性，可操作性，可以随时切换工作进行试制焊接，也可以对管件类工件快速更换。
5.根据权利要求4所述的一种用于试制样件、实验开发的智能焊接设备，其特征在于，所述气动装夹系统（19）是通过气动缸产生的气压力实现对工件的夹紧或松开；控制阀用于控制气动缸的动作，将气体送入或排出气缸，从而实现夹紧或松开的操作。
6.根据权利要求1所述的一种用于试制样件、实验开发的智能焊接设备，其特征在于，所述智能化系统支持APP无线直连电脑以及手机直连，通过APP软件对柔性关节臂进在操作，在柔性关节臂本体上装有拖动操作控制按钮，按下之后可拖动关节臂进行操作控制,真正做到简单易操作，配合自主研发的动力学算法，实现了单手手持控制操作和无传感器的碰撞检测，保证人与机器协同工作的安全，增加了拖动轨迹再现功能，完全重现拖动轨迹。
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2023
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