CN117206645A - 一种双丝高速焊接机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双丝高速焊接机器人，具体涉及焊接领域，包括行走机器人、用于焊接工件与工件之间接缝的双丝焊接单元和平衡单元；平衡单元包括与第一焊丝平行布置的第一长导体、与第二焊丝平行布置的第二长导体、用于为第一长导体提供与第一焊丝相反方向电流的第一连接电路、用于为第二长导体提供与第二焊丝相反方向电流的第二连接电路。本发明通过使第一长导体与第一焊丝之间形成的电磁斥力向外扩张，第二长导体与第二焊丝之间形成的电磁斥力也向外扩张，从而抵消第一焊丝和第二焊丝之间向外扩张的电磁斥力，进而消除了焊接熔池液体受到单向的电磁力，抑制了焊接熔池液体分离，保证了焊接质量。

Description

一种双丝高速焊接机器人

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，更具体地说，本发明涉及一种双丝高速焊接机器人。

背景技术

双丝埋弧焊，是指有两根焊丝的电弧焊接法，该焊接法具有较高的熔敷率和焊接速度。其中共熔池法的Tandem双丝焊是两焊丝在工件上形成同一个熔池。由于其供电电源和送丝机构都是独立的，在进行焊接参数的调节时可以根据焊接需要分别进行设置，这样能更好的控制电弧，应用较为方便。

但是在实际应用中，Tandem双丝焊由两套送丝机构、两个独立供电电源等组成，由于该两焊丝分别受不同的直流供电电源控制，在焊接时，当两焊丝的直流电弧方向相反时，将两焊丝看做平行导体，基于电磁学的右手定则和左手定则，两焊丝之间会产生相反安培力-斥力（即左侧焊丝受到的电磁力方向向左，右侧焊丝受到的电磁力方向向右），斥力会推动工件焊缝间的焊接熔池内未凝结的液体相互远离，形成缝隙；当焊接工件板厚增加时，为了保证焊接熔深，直流电弧的电流就要增加，而电流增加，两焊丝间的斥力也就增加，进而该焊接熔池液体受到的分力越大，让焊接熔池两侧的液体远离的距离也就越大，从而容易导致两工件的焊缝之间产生缝隙，进而影响焊接质量。

发明内容

本发明提供的一种双丝高速焊接机器人，所要解决的问题是：现有的双焊丝电流增加，会导致两焊丝间的斥力变大，导致两工件的焊缝之间产生缝隙，进而影响焊接质量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种双丝高速焊接机器人，包括行走机器人、用于焊接工件与工件之间接缝的双丝焊接单元和用于抵消第一焊丝和第二焊丝通电后两者之间斥力的平衡单元；

行走机器人，用于携带双丝焊接单元沿焊接路径行走；

双丝焊接单元包括两个送丝机构、两个独立直流供电电源、第一焊丝、第二焊丝、两个导电嘴以及焊枪，其中两个送丝机构分别用于第一焊丝和第二焊丝的进给，第一焊丝和第二焊丝对应布置在焊接路径中线的两侧，两个导电嘴分别用于包覆第一焊丝和第二焊丝，并且两个导电嘴均安装于焊枪内；

平衡单元包括与第一焊丝平行布置的第一长导体、与第二焊丝平行布置的第二长导体、用于为第一长导体提供与第一焊丝相反方向电流的第一连接电路、用于为第二长导体提供与第二焊丝相反方向电流的第二连接电路。

在一个优选的实施方式中，双丝焊接单元还包括导电嘴，行走机器人上安装有安装架一，导电嘴安装于安装架一上，焊枪安装于安装架二上。

在一个优选的实施方式中，送丝机构包括焊丝卷筒、第一轮和第二轮，焊丝卷筒安装于安装架二上，第一轮和第二轮均转动安装于安装架二上，且第一轮和第二轮的旋转方向相反，第一轮的轮面和第二轮的轮面压紧第一焊丝或第二焊丝，当第一轮和第二轮旋转时，推送第一焊丝和第二焊丝进给。

在一个优选的实施方式中，送丝机构还包括驱动齿轮，驱动齿轮的一端与电机的输出端连接，第一轮和第二轮沿焊丝进给方向布置有两个，且两个第一轮的一端均同轴固定连接有从动齿轮，位于焊丝同一边侧的两个从动齿轮均与驱动齿轮啮合，当驱动齿轮旋转时，位于焊丝同一边侧的两个从动齿轮同向旋转。

在一个优选的实施方式中，第一连接电路和第二连接电路中的导线均设有伸缩段，用于为第一长导体或第二长导体移动提供余量，第一长导体和第二长导体外均设有平衡单元移动机构，用于驱动平衡单元远离或靠近双丝焊接单元。

在一个优选的实施方式中，平衡单元移动机构包括第二架，第二架上安装有气缸二，气缸二的输出端连接有夹爪，夹爪用于夹持第一长导体或第二长导体，气缸二的伸缩方向与第一长导体轴向垂直设置。

在一个优选的实施方式中，平衡单元移动机构还包括安装架三，安装架三安装于行走机器人上，安装架三的一端安装有第一架，第一架上安装有气缸一，气缸一的输出端与第二架连接，气缸一的伸缩方向与第一长导体轴向平行设置。

在一个优选的实施方式中，第一架上安装有用于为气缸一伸缩导向的导杆一，第二架上安装有用于为气缸二伸缩导向的导杆二。

在一个优选的实施方式中，行走机器人上安装有用于实时监测焊缝溶液分离状态的焊缝监测单元，焊缝监测单元包括用于实时拍摄焊接处熔池液体图片的摄像机、与第一连接电路或第二连接电路中串联连接的滑动变阻器、基于摄像机拍摄图片中焊接处熔池液体分离间距与预设标定之间对比的比对程序、基于比对程序输出焊接质量来调节滑动变阻器，改变流经第一长导体和第二长导体电流大小的处理系统。

一种双丝高速焊接方法，包括下列步骤，

S1、建立焊缝实时监测模型，设定不同焊缝中熔池液体分离间距标准，划定不同的分离间距所对应的焊接质量，作为标定，将焊接质量标定录入处理系统中，编辑焊接质量实时监测程序；

S2、焊接质量信息实时监测，通过摄像机实时拍摄焊接处熔池液体的图片，基于拍摄图片中熔池液体分离间距与预设标定之间的对比，得到此时焊接处的焊接质量结果，将焊接质量结果信息传递给处理系统；

S3、电流调节，处理系统基于输入的焊接质量结果，调整滑动变阻器组件至相应的调节距离。

本发明的技术效果和优点：

本发明通过使第一长导体与第一焊丝之间也形成平行通电导体间的复合电磁场，并使第一长导体与第一焊丝之间形成的电磁斥力向外扩张，第二长导体与第二焊丝之间形成的电磁斥力也向外扩张，从而抵消第一焊丝和第二焊丝之间向外扩张的电磁斥力，进而消除了焊接熔池液体受到单向的电磁力，抑制了焊接熔池液体分离，保证了焊接质量。

附图说明

图1为本发明整体结构的外观示意图。

图2为本发明双丝焊接单元的立体结构示意图。

图3为本发明图2的正视结构示意图。

图4为本发明双丝焊接单元与平衡单元配合的状态示意图。

图5为本发明平衡单元与平衡单元移动机构的配合结构示意图。

图6为本发明平衡单元移动机构的立体结构示意图。

图7为本发明图2中A处结构的放大示意图。

图8为本发明在背景技术中提出的Tandem双丝焊的原理示意图。

图9为本发明焊接方法的流程图。

附图标记为：1、行走机器人；11、安装架一；2、双丝焊接单元；21、第一焊丝；22、第二焊丝；23、安装架二；24、导电嘴；25、送丝机构；251、驱动齿轮；252、焊丝卷筒；253、第一轮；254、第二轮；255、从动齿轮；3、平衡单元；31、第一长导体；32、第二长导体；33、伸缩段；4、平衡单元移动机构；41、安装架三；42、第一架；43、气缸一；44、导杆一；45、第二架；46、气缸二；47、导杆二；5、夹持机构；51、驱动件；52、夹爪；6、焊缝监测单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照说明书附图1-图8，一种双丝高速焊接机器人，包括行走机器人1、用于焊接工件与工件之间接缝的双丝焊接单元2和用于抵消第一焊丝21和第二焊丝22通电后两者之间斥力的平衡单元3；

行走机器人1，用于携带双丝焊接单元2沿焊接路径行走；

双丝焊接单元2包括两个送丝机构25、两个独立直流供电电源、第一焊丝21、第二焊丝22、两个导电嘴24以及焊枪，其中两个送丝机构25分别用于第一焊丝21和第二焊丝22的进给，第一焊丝21和第二焊丝22对应布置在焊接路径中线的两侧，两个导电嘴24分别用于包覆第一焊丝21和第二焊丝22，并且两个导电嘴24均安装于焊枪内；

平衡单元3包括与第一焊丝21平行布置的第一长导体31、与第二焊丝22平行布置的第二长导体32、用于为第一长导体31提供与第一焊丝21相反方向电流的第一连接电路、用于为第二长导体32提供与第二焊丝22相反方向电流的第二连接电路。

需要说明的是，本发明中不考虑第一长导体31和第二长导体32的直径对电磁力大小的影响，即默认第一长导体31和第二长导体32均与第一焊丝21以及第二焊丝22相同，消除结构差异对电磁力的影响。

在本实施例中，实施场景具体为：将双丝焊接单元2和平衡单元3均安装于行走机器人1上后，行走机器人1带动第一焊丝21和第二焊丝22沿工件与工件之间的焊接路径行走；且两焊丝分别位于焊缝的左右两侧，一起随行走机器人1沿焊接路径行走；

在焊接过程中，第一焊丝21和第二焊丝22熔化，在焊缝处形成熔池，将工件与工件焊接固定，同时，第一连接电路为第一长导体31通以与第一焊丝21方向相反的电流、第二连接电路为第二长导体32通以与第二焊丝22方向相反的电流，且上述通过第一长导体31和第二长导体32的电流值均不小于直流供电电源向第一焊丝21或第二焊丝22提供的电流值，使第一长导体31与第一焊丝21之间也形成平行通电导体间的复合电磁场，并使第一长导体31与第一焊丝21之间形成的电磁斥力向外扩张，第二长导体32与第二焊丝22之间形成的电磁斥力也向外扩张，从而抵消第一焊丝21和第二焊丝22之间向外扩张的电磁斥力，进而消除了焊接熔池液体受到单向的电磁力，抑制了焊接熔池液体分离，保证了焊接质量。

双丝焊接单元2还包括导电嘴24，行走机器人1上安装有安装架一11，导电嘴24安装于安装架一11上，焊枪安装于安装架二23上。

送丝机构25包括焊丝卷筒252、第一轮253和第二轮254，焊丝卷筒252安装于安装架二23上，第一轮253和第二轮254均转动安装于安装架二23上，且第一轮253和第二轮254的旋转方向相反，第一轮253的轮面和第二轮254的轮面压紧第一焊丝21或第二焊丝22，当第一轮253和第二轮254旋转时，推送第一焊丝21和第二焊丝22进给。

送丝机构25还包括驱动齿轮251，驱动齿轮251的一端与电机的输出端连接，第一轮253和第二轮254沿焊丝进给方向布置有两个，且两个第一轮253的一端均同轴固定连接有从动齿轮255，位于焊丝同一边侧的两个从动齿轮255均与驱动齿轮251啮合，当驱动齿轮251旋转时，位于焊丝同一边侧的两个从动齿轮255同向旋转。

在本发明的一个实施例中，第一连接电路和第二连接电路中的导线均设有伸缩段33，用于为第一长导体31或第二长导体32移动提供余量，第一长导体31和第二长导体32外均设有平衡单元移动机构4，用于驱动平衡单元3远离或靠近双丝焊接单元2。

在本发明的一个实施例中，行走机器人1上安装有用于实时监测焊缝溶液分离状态的焊缝监测单元6，焊缝监测单元6包括用于实时拍摄焊接处熔池液体图片的摄像机、与第一连接电路或第二连接电路中串联连接的滑动变阻器、基于摄像机拍摄图片中焊接处熔池液体分离间距与预设标定之间对比的比对程序、基于比对程序输出焊接质量来调节滑动变阻器，改变流经第一长导体31和第二长导体32电流大小的处理系统。

在本发明的一个实施例中，平衡单元移动机构4包括第二架45，第二架45上安装有气缸二46，气缸二46的输出端连接有夹爪52，夹爪52用于夹持第一长导体31或第二长导体32，气缸二46的伸缩方向与第一长导体31轴向垂直设置。

需要说明的是，平衡单元移动机构4的输出端连接的是夹持机构5，其中夹持机构5包括驱动件51（旋转电机），驱动件51的输出端连接有可自动开合的夹爪52。

在本发明的一个实施例中，平衡单元移动机构4还包括安装架三41，安装架三41安装于行走机器人1上，安装架三41的一端安装有第一架42，第一架42上安装有气缸一43，气缸一43的输出端与第二架45连接，气缸一43的伸缩方向与第一长导体31轴向平行设置。

需要说明的是，在第一长导体连接回路或第二长导体连接回路中不调节电流大小的情形下，基于焊缝监测单元6输出的焊缝溶液分离状态的实时信息，通过控制平衡单元移动机构4使第一长导体31与第一焊丝21之间的距离、第二长导体32与第二焊丝22之间的距离调整，来改变第一长导体31为第一焊丝21提供的抵消的电磁力大小、第二长导体32为第二焊丝22提供的抵消的电磁力大小，使第一长导体31以及第二长导体32能够更精准地抵消第一焊丝21和第二焊丝22之间的电磁斥力，保证焊接过程中的焊接质量。

第一架42上安装有用于为气缸一43伸缩导向的导杆一44，第二架45上安装有用于为气缸二46伸缩导向的导杆二47。

在本发明的一个实施例中，散热组件，散热组件包括风扇和为风扇提供动力的电机，其中电机与平衡单元3中连接电路的输出端连接，用于对工件风冷散热，以减少焊接过程中的热输入，有利于提高母材性能。

参照说明书附图9，一种双丝高速焊接方法，包括以下步骤：

S1、建立焊缝实时监测模型，设定不同焊缝中熔池液体分离间距标准，划定不同的分离间距所对应的焊接质量，作为标定，将焊接质量标定录入处理系统中，编辑焊接质量实时监测程序；

S2、焊接质量信息实时监测，通过摄像机实时拍摄焊接处熔池液体的图片，基于拍摄图片中熔池液体分离间距与预设标定之间的对比，得到此时焊接处的焊接质量结果，将焊接质量结果信息传递给处理系统；

S3、电流调节，处理系统基于输入的焊接质量结果，调整滑动变阻器组件至相应的调节距离，以达到与该焊缝分离间距所对应的第一长导体连接回路或第二长导体连接回路应该所具有的电流大小。

在本实施例中，实施场景具体为：基于焊缝监测单元6输出的焊缝溶液分离状态的实时信息，调整滑动变阻器，改变第一连接电路或第二连接电路中的电流大小，使第一长导体31以及第二长导体32能够更精准地抵消第一焊丝21和第二焊丝22之间的电磁斥力，保证焊接过程中的焊接质量。

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双丝高速焊接机器人，其特征在于：包括行走机器人（1）、用于焊接工件与工件之间接缝的双丝焊接单元（2）和用于抵消第一焊丝（21）和第二焊丝（22）通电后两者之间斥力的平衡单元（3）；

行走机器人（1），用于携带双丝焊接单元（2）沿焊接路径行走；

双丝焊接单元（2）包括两个送丝机构（25）、两个独立直流供电电源、第一焊丝（21）、第二焊丝（22）、两个导电嘴（24）以及焊枪，其中两个送丝机构（25）分别用于第一焊丝（21）和第二焊丝（22）的进给，第一焊丝（21）和第二焊丝（22）对应布置在焊接路径中线的两侧，两个导电嘴（24）分别用于包覆第一焊丝（21）和第二焊丝（22），并且两个导电嘴（24）均安装于焊枪内；

平衡单元（3）包括与第一焊丝（21）平行布置的第一长导体（31）、与第二焊丝（22）平行布置的第二长导体（32）、用于为第一长导体（31）提供与第一焊丝（21）相反方向电流的第一连接电路、用于为第二长导体（32）提供与第二焊丝（22）相反方向电流的第二连接电路。

2.根据权利要求1所述的一种双丝高速焊接机器人，其特征在于：双丝焊接单元（2）还包括导电嘴（24），行走机器人（1）上安装有安装架一（11），导电嘴（24）安装于安装架一（11）上，焊枪安装于安装架二（23）上。

3.根据权利要求2所述的一种双丝高速焊接机器人，其特征在于：送丝机构（25）包括焊丝卷筒（252）、第一轮（253）和第二轮（254），焊丝卷筒（252）安装于安装架二（23）上，第一轮（253）和第二轮（254）均转动安装于安装架二（23）上，且第一轮（253）和第二轮（254）的旋转方向相反，第一轮（253）的轮面和第二轮（254）的轮面压紧第一焊丝（21）或第二焊丝（22），当第一轮（253）和第二轮（254）旋转时，推送第一焊丝（21）和第二焊丝（22）进给。

4.根据权利要求3所述的一种双丝高速焊接机器人，其特征在于：送丝机构（25）还包括驱动齿轮（251），驱动齿轮（251）的一端与电机的输出端连接，第一轮（253）和第二轮（254）沿焊丝进给方向布置有两个，且两个第一轮（253）的一端均同轴固定连接有从动齿轮（255），位于焊丝同一边侧的两个从动齿轮（255）均与驱动齿轮（251）啮合，当驱动齿轮（251）旋转时，位于焊丝同一边侧的两个从动齿轮（255）同向旋转。

5.根据权利要求4所述的一种双丝高速焊接机器人，其特征在于：第一连接电路和第二连接电路中的导线均设有伸缩段（33），用于为第一长导体（31）或第二长导体（32）移动提供余量，第一长导体（31）和第二长导体（32）外均设有平衡单元移动机构（4），用于驱动平衡单元（3）远离或靠近双丝焊接单元（2）。

6.根据权利要求5所述的一种双丝高速焊接机器人，其特征在于：平衡单元移动机构（4）包括第二架（45），第二架（45）上安装有气缸二（46），气缸二（46）的输出端连接有夹爪（52），夹爪（52）用于夹持第一长导体（31）或第二长导体（32），气缸二（46）的伸缩方向与第一长导体（31）轴向垂直设置。

7.根据权利要求6所述的一种双丝高速焊接机器人，其特征在于：平衡单元移动机构（4）还包括安装架三（41），安装架三（41）安装于行走机器人（1）上，安装架三（41）的一端安装有第一架（42），第一架（42）上安装有气缸一（43），气缸一（43）的输出端与第二架（45）连接，气缸一（43）的伸缩方向与第一长导体（31）轴向平行设置。

8.根据权利要求7所述的一种双丝高速焊接机器人，其特征在于：第一架（42）上安装有用于为气缸一（43）伸缩导向的导杆一（44），第二架（45）上安装有用于为气缸二（46）伸缩导向的导杆二（47）。

9.根据权利要求8所述的一种双丝高速焊接机器人，其特征在于：行走机器人（1）上安装有用于实时监测焊缝溶液分离状态的焊缝监测单元（6），焊缝监测单元（6）包括用于实时拍摄焊接处熔池液体图片的摄像机、与第一连接电路或第二连接电路中串联连接的滑动变阻器、基于摄像机拍摄图片中焊接处熔池液体分离间距与预设标定之间对比的比对程序、基于比对程序输出焊接质量来调节滑动变阻器，改变流经第一长导体（31）和第二长导体（32）电流大小的处理系统。

10.根据权利要求9所述的一种双丝高速焊接机器人的双丝高速焊接方法，其特征在于：包括下列步骤，

S1、建立焊缝实时监测模型，设定不同焊缝中熔池液体分离间距标准，划定不同的分离间距所对应的焊接质量，作为标定，将焊接质量标定录入处理系统中，编辑焊接质量实时监测程序；

S2、焊接质量信息实时监测，通过摄像机实时拍摄焊接处熔池液体的图片，基于拍摄图片中熔池液体分离间距与预设标定之间的对比，得到此时焊接处的焊接质量结果，将焊接质量结果信息传递给处理系统；

S3、电流调节，处理系统基于输入的焊接质量结果，调整滑动变阻器组件至相应的调节距离。