CN117921133B - 一种碳化硅换热器管板自动化柔性焊接设备及焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳化硅换热器管板自动化柔性焊接设备及焊接方法，它属于压力容器生产领域，包括设备主体，其一侧设有升降平台，升降平台上设有可转动的电动卡盘，换热器的筒体能够竖直固定在电动卡盘上，设备主体一侧设有结构光测量仪，结构光测量仪能够对筒体进行测量；机械手，机械手端部设有焊炬和线激光测量仪，机械手能够带动焊炬和线激光测量仪移动到筒体和管板交接待焊接位置上方，线激光测量仪能够获得管板与筒体之间的间隙轮廓，焊炬连接有焊接电源；数控模块，数控模块能够根据线激光测量仪扫描的间隙轮廓信息调整与焊炬连接的焊接电源的参数，控制电动卡盘转动，和/或，控制机械手移动。从而自动保证管板与筒体之间间隙焊接质量。

Description

一种碳化硅换热器管板自动化柔性焊接设备及焊接方法
技术领域
本发明涉及压力容器生产领域，具体涉及一种碳化硅换热器管板自动化柔性焊接设备及焊接方法。
背景技术
不锈钢管板与筒体之间的焊接，由于管板与筒体之间的间隙大小变化没有规律，对焊接质量不可控，目前大部分焊接工人手工焊接，对于管板与筒体直径大的，焊接工人长时间焊接，很疲劳，并且对焊接工人颈椎、腰椎损伤很大。
部分半自动设备专机能够对该焊缝进行焊接，但是由于不能实现对管板与筒体之间间隙控制，焊接完成的焊缝质量有缺陷、外观不统一、达不到焊接质量要求。
有鉴于上述现有技术存在的问题，本发明结合相关领域多年的设计及使用经验，设计制造了一种碳化硅换热器管板自动化柔性焊接设备及焊接方法，来克服上述缺陷。
发明内容
对于现有技术中所存在的问题，本发明提供的一种碳化硅换热器管板自动化柔性焊接设备及焊接方法，能够通过结构光测量仪提前自动获取筒体的长度和直径信息，根据上述信息再带动线激光测量仪到达指定位置扫描获得管板与筒体之间的间隙轮廓，然后根据间隙轮廓信息控制机械手、可转动的电动卡盘和焊机参数保证焊接质量。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种碳化硅换热器管板自动化柔性焊接设备，包括设备主体，所述设备主体一侧设有升降平台，所述升降平台上设有可转动的电动卡盘，换热器的筒体能够竖直固定在所述电动卡盘上，所述设备主体一侧还设有检测支架，所述检测支架上设有结构光测量仪，所述结构光测量仪能够对固定在电动卡盘上的筒体进行尺寸测量；
机械手，所述机械手端部设有焊炬和线激光测量仪，所述机械手能够带动所述焊炬和线激光测量仪移动到筒体和管板交接待焊接位置上方，所述线激光测量仪能够扫描获得管板与筒体之间的间隙轮廓，所述焊炬连接有焊接电源；
数控模块，所述数控模块与结构光测量仪、线激光测量仪、机械手、焊接电源以及电动卡盘连接，所述数控模块能够根据线激光测量仪扫描的间隙轮廓信息调整与焊炬连接的焊接电源的参数，控制电动卡盘转动，和/或，控制机械手移动。
优选的，所述电动卡盘的转动由卡盘伺服电机带动。
优选的，所述线激光测量仪扫描时，所述电动卡盘在卡盘伺服电机带动下转动一周。
优选的，所述电动卡盘的旋转速度与所述线激光测量仪的扫描速度同步。
优选的，所述设备主体一侧设有竖直导轨，所述竖直导轨一侧设有竖直丝杠和升降伺服电机，所述升降伺服电机能够带动竖直丝杠转动，所述升降平台与所述竖直丝杠螺接并且能够在所述竖直导轨上滑动。
优选的，所述机械手安装在设备主体上方；
所述设备主体一侧设有清枪器，所述机械手能够带动焊炬移动到清枪器位置。
优选的，所述焊接电源的参数包括焊接电压参数、焊接电流参数或弧压参数。
优选的，所述焊炬自带送丝机构。
一种碳化硅换热器管板自动化柔性焊接方法，通过管板自动化柔性焊接设备进行加工，其步骤如下：
S1.初始状态机械手将焊炬移动到安全零点位置；
S2.升降平台降低到最低点，电动卡盘打开，工人将筒体吊到电动卡盘上并自动夹紧；
S3.结构光测量仪对装夹好的筒体进行拍照，并通过数控模块获取筒体长度和直径信息；
S4.升降平台升到焊接位置，机械手带动线激光测量仪及焊炬到达指定位置；
S5.启动线激光测量仪和电动卡盘，电动卡盘带动筒体旋转一周，线激光测量仪将激光投射到被测位置，通过反射光或漫反射光对管板和筒体交接焊接处进行扫描，可以把不均匀的间隙通过数控模块匹配到实际要焊接的轨迹中，经过数控模块处理然后再调节焊接电源参数、及机械手带动焊炬的姿态，然后启动焊接；
S6.焊接结束后，机械手带动焊炬回到零点位置，升降平台回落，电动卡盘打开，将焊接好的筒体吊走即可。
优选的，S5中也可以边扫描边焊接，根据焊接热变形后的间隙轮廓及时调整焊接参数和焊接轨迹。
该发明的有益之处在于：
1.本发明能够通过结构光测量仪提前自动获取筒体的长度和直径信息，数控模块根据上述信息再带动线激光测量仪到达指定位置扫描获得管板与筒体之间的间隙轮廓，然后根据间隙轮廓信息控制机械手移动、电动卡盘转动和焊机参数保证焊接质量，实现了自动化柔性焊接，能够用于各种筒体直径的管板筒体的焊接，无需人工参与，不仅节省了劳动强度，而且提高了生产效率。
2.本发明根据筒体直径可以选择合适的步骤对管板和筒体之间的间隙进行焊接，第一种，可以通过线激光测量仪提前扫描获得管板与筒体之间的间隙轮廓，然后把不均匀的间隙通过数控模块计算出实际要焊接的轨迹，并根据焊接轨迹调整焊接电源的参数；第二种，可以边扫描边焊接，间隙轮廓随着焊接带来的热变形会出现变动，因此边扫描边焊接可以及时通过热变形后的间隙轮廓及时调整焊接参数和焊接轨迹，保证焊接质量。对于筒体直径大于500mm的，可以选择第一种或第二种，对于筒体直径小于500mm的，优选用第一种。
附图说明
图1为一种碳化硅换热器管板自动化柔性焊接设备的轴测图；
图2为一种碳化硅换热器管板自动化柔性焊接设备的结构示意图；
图3为一种碳化硅换热器管板自动化柔性焊接设备A处的局部放大示意图。
图中：1-设备主体、2-机械手、3-焊炬、4-线激光测量仪、5-检测支架、6-结构光测量仪、7-电动卡盘、8-升降平台、9-焊接电源、10-竖直导轨、11-升降伺服电机、12-竖直丝杠、13-筒体、14-管板。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1至图3所示，一种碳化硅换热器管板自动化柔性焊接设备，包括设备主体1和机械手2，设备主体1一侧设有升降平台8，升降平台8上设有可转动的电动卡盘7，换热器的筒体13能够竖直固定在电动卡盘7上，电动卡盘7的转动由卡盘伺服电机带动。
设备主体1一侧还设有检测支架5，检测支架5上设有结构光测量仪6，结构光测量仪6能够对固定在电动卡盘7上的筒体13进行尺寸测量，具体的，筒体13在电动卡盘7上固定好后，结构光测量仪6便对装夹好的筒体13进行拍照，从而测量出筒体13长度、筒体13直径大小，以便根据筒体13的尺寸信息控制机械手2动作。
机械手2优选安装在设备主体1上方，机械手2端部设有焊炬3和线激光测量仪4，机械手2能够带动焊炬3和线激光测量仪4移动到筒体13和管板14交接待焊接位置上方，线激光测量仪4能够扫描获得管板14与筒体13之间的间隙轮廓，焊炬3为普通的二保焊焊炬3，焊炬3连接有焊接电源9，焊炬3自带送丝机构。
数控模块，所述数控模块与结构光测量仪6、线激光测量仪4、机械手2、焊接电源9以及电动卡盘7连接，所述数控模块能够根据线激光测量仪4扫描的间隙轮廓信息调整焊炬3连接的焊接电源9的参数，控制电动卡盘7转动，和/或，控制机械手2移动。
本发明线激光测量仪4扫描时，电动卡盘7在卡盘伺服电机带动下转动一周，而且电动卡盘7的旋转速度与线激光测量仪4的扫描速度同步，线激光测量仪4测量完成的数据形成3D点云通过数控模块进行转换。
上述结构通过结构光测量仪6提前自动获取筒体13的长度和直径信息，数控模块通过线激光测量仪4扫描获得管板14与筒体13之间的间隙轮廓，然后根据间隙轮廓信息控制机械手2移动，电动卡盘7转动和焊机参数保证焊接质量，实现了自动化柔性焊接，而且还能够用于不同尺寸筒体13和对应管板14的焊接，不仅节省了劳动强度，还提高了生产效率。
具体的，设备主体1一侧设有竖直导轨10，竖直导轨10一侧设有竖直丝杠12和升降伺服电机11，升降伺服电机11能够带动竖直丝杠12转动，升降平台8与竖直丝杠12螺接并且能够在竖直导轨10上滑动。
设备主体1一侧还设有清枪器，在每次焊接完成后，机械手2带着焊炬3自动到达清枪器的位置进行对焊丝伸出长度的准确控制，其次蘸一下防飞溅膏，防止在下次工件焊接时起弧飞溅、这样既可以保证焊接质量、又能保证焊丝长度的统一。
本发明焊接电源9的参数具体包括焊接电压参数、焊接电流参数或弧压参数等。
本发明具体工作步骤：
S1.初始状态机械手2将焊炬3移动到安全零点位置；
S2.升降伺服电机11带动升降平台8降低到最低点，电动卡盘7打开，工人将筒体13吊到电动卡盘7上并自动夹紧；
S3.结构光测量仪6对装夹好的筒体13进行拍照，并通过数控模块获取筒体13长度和直径信息；
S4.升降伺服电机11带动升降平台8升到焊接位置，机械手2带动线激光测量仪4及焊炬3到达指定位置；
S5.启动线激光测量仪4和卡盘伺服电机，卡盘伺服电机驱动电动卡盘7带动筒体13旋转一周，线激光测量仪4将激光投射到被测位置，通过反射光或漫反射光对管板14和筒体13交接焊接处进行扫描，可以把不均匀的间隙通过数控模块匹配到实际要焊接的轨迹中，经过数控模块处理然后再调节焊接电源9参数、及机械手2带动焊炬3的姿态，然后启动焊接；或者，可以边扫描边焊接，间隙轮廓随着焊接带来的热变形会出现变动，因此边扫描边焊接可以及时通过热变形后的间隙轮廓及时调整焊接参数和焊接轨迹，保证焊接质量，对于筒体13直径大于500mm的，上面两种焊接方式可以选择任意一种，对于筒体13直径小于500mm的，优选用前一种；
S6.焊接结束后，机械手2带动焊炬3回到零点位置，升降平台8回落，电动卡盘7打开，将焊接好的筒体13吊走即可。
上述结构和步骤通过线激光测量仪4扫描获得管板14与筒体13之间的间隙轮廓，然后根据间隙轮廓信息控制机械手2移动，电动卡盘7转动和焊机参数保证焊接质量，实现了自动化柔性焊接，能够用于不同尺寸筒体13和对应管板14的焊接，不仅节省了劳动强度，而且提高了生产效率。
应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明做各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种碳化硅换热器管板自动化柔性焊接设备，其特征在于，包括设备主体（1），所述设备主体（1）一侧设有升降平台（8），所述升降平台（8）上设有可转动的电动卡盘（7），换热器的筒体（13）能够竖直固定在所述电动卡盘（7）上，所述设备主体（1）一侧还设有检测支架（5），所述检测支架（5）上设有结构光测量仪（6），所述结构光测量仪（6）能够对固定在电动卡盘（7）上的筒体（13）进行尺寸测量；
机械手（2），所述机械手（2）端部设有焊炬（3）和线激光测量仪（4），所述机械手（2）能够带动所述焊炬（3）和线激光测量仪（4）移动到筒体（13）和管板（14）交接待焊接位置上方，所述线激光测量仪（4）能够扫描获得管板（14）与筒体（13）之间的间隙轮廓，所述焊炬（3）连接有焊接电源（9）；
数控模块，所述数控模块与结构光测量仪（6）、线激光测量仪（4）、机械手（2）、焊接电源（9）以及电动卡盘（7）连接，所述数控模块能够根据线激光测量仪（4）扫描的间隙轮廓信息调整与焊炬（3）连接的焊接电源（9）的参数，控制电动卡盘（7）转动，和/或，控制机械手（2）移动；
所述设备主体（1）一侧设有竖直导轨（10），所述竖直导轨（10）一侧设有竖直丝杠（12）和升降伺服电机（11），所述升降伺服电机（11）能够带动竖直丝杠（12）转动，所述升降平台（8）与所述竖直丝杠（12）螺接并且能够在所述竖直导轨（10）上滑动。
2.根据权利要求1所述的一种碳化硅换热器管板自动化柔性焊接设备，其特征在于，所述电动卡盘（7）的转动由卡盘伺服电机带动。
3.根据权利要求2所述的一种碳化硅换热器管板自动化柔性焊接设备，其特征在于，所述线激光测量仪（4）扫描时，所述电动卡盘（7）在卡盘伺服电机带动下转动一周。
4.根据权利要求2所述的一种碳化硅换热器管板自动化柔性焊接设备，其特征在于，所述电动卡盘（7）的旋转速度与所述线激光测量仪（4）的扫描速度同步。
5.根据权利要求1所述的一种碳化硅换热器管板自动化柔性焊接设备，其特征在于，所述机械手（2）安装在设备主体（1）上方；
所述设备主体（1）一侧设有清枪器，所述机械手（2）能够带动焊炬（3）移动到清枪器位置。
6.根据权利要求1所述的一种碳化硅换热器管板自动化柔性焊接设备，其特征在于，所述焊接电源（9）的参数包括焊接电压参数、焊接电流参数或弧压参数。
7.根据权利要求1所述的一种碳化硅换热器管板自动化柔性焊接设备，其特征在于，所述焊炬（3）自带送丝机构。
8.一种碳化硅换热器管板自动化柔性焊接方法，其特征在于：通过权利要求1-7任意一项所述的管板自动化柔性焊接设备进行加工，其步骤如下：
S1.初始状态机械手（2）将焊炬（3）移动到安全零点位置；
S2.升降平台（8）降低到最低点，电动卡盘（7）打开，工人将筒体（13）吊到电动卡盘（7）上并自动夹紧；
S3.结构光测量仪（6）对装夹好的筒体（13）进行拍照，并通过数控模块获取筒体（13）长度和直径信息；
S4.升降平台（8）升到焊接位置，机械手（2）带动线激光测量仪（4）及焊炬（3）到达指定位置；
S5.启动线激光测量仪（4）和电动卡盘（7），电动卡盘（7）带动筒体（13）旋转一周，线激光测量仪（4）将激光投射到被测位置，通过反射光或漫反射光对管板（14）和筒体（13）交接焊接处进行扫描，可以把不均匀的间隙通过数控模块匹配到实际要焊接的轨迹中，经过数控模块处理然后再调节焊接电源（9）参数、及机械手（2）带动焊炬（3）的姿态，然后启动焊接，或，边扫描边焊接，根据焊接热变形后的间隙轮廓及时调整焊接参数和焊接轨迹；
S6.焊接结束后，机械手（2）带动焊炬（3）回到零点位置，升降平台（8）回落，电动卡盘（7）打开，将焊接好的筒体（13）吊走即可。
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