CN210172874U - 一种转向架构架自动化焊接系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种转向架构架自动化焊接系统，该系统中：变位机(7)上设置有用于夹紧待焊构架的夹紧装置，手臂机器人(2)的连接端倒挂在龙门架(1)上，手臂机器人(2)的工作端设置有火焰预热枪(3)和焊枪(5)。变位机(7)和手臂机器人(2)分别依据第一预设运动指令同步运动时，火焰预热枪(3)依据预热指令对待焊构架进行预热；变位机(7)和手臂机器人(2)分别依据第二预设运动指令同步运动时，焊枪(5)依据焊接指令设置焊接工艺参数并对待焊构架上的焊缝进行焊接。本实用新型能够实现转向架构架自动化焊接工艺，有利于保证构架焊接质量和焊接尺寸的稳定性。

Description

一种转向架构架自动化焊接系统

技术领域

本实用新型涉及轨道车辆技术领域，特别涉及一种转向架构架自动化焊接系统。

背景技术

随着轨道牵引装备制造领域的飞速发展，城轨车辆普遍应用于各大中城市，作为城轨车辆运行承受各种载荷的集合体，转向架构架的焊接质量至关重要。

构架焊接是构架制造过程中的关键工序，尤其是侧梁与横梁焊接构成构架的过程，是保证构架整体焊接质量和尺寸链控制的关键环节。

现有技术中，构架焊接采用手工作业方式，其工艺流程为：手工组装→手工焊接。

构架焊接焊缝是构架承重各种载荷的关键焊缝，但是，手工焊接构架存在诸多问题。例如：焊缝受焊工技能水平、焊工的责任心等影响较大，焊接质量和焊接尺寸不稳定、构架体焊接变形难以控制；焊接作业人员需要高空作业，从而存在一定的安全风险、焊接作业强度大、部分焊接空间受限、影响焊接质量。

因此，如何实现转向架构架自动化焊接，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种转向架构架自动化焊接系统，能够实现转向架构架自动化焊接。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种转向架构架自动化焊接系统，包括变位机、龙门架和多轴关节式手臂机器人，所述变位机上设置有用于夹紧待焊构架的夹紧装置，所述手臂机器人的连接端倒挂在所述龙门架上，所述手臂机器人的工作端设置有火焰预热枪和焊枪；

所述变位机和所述手臂机器人分别依据第一预设运动指令同步运动时，所述火焰预热枪依据预热指令对所述待焊构架进行预热；

所述变位机和所述手臂机器人分别依据第二预设运动指令同步运动时，所述焊枪依据焊接指令设置焊接工艺参数并对所述待焊构架上的焊缝进行焊接。

优选地，在上述转向架构架自动化焊接系统中于，所述手臂机器人的工作端还设置有激光传感器，所述激光传感器用于对待焊构架上的焊缝进行识别和分析并得到测量结果，所述手臂机器人通过所述测量结果调整所述焊枪适应焊道路径的偏差并调整焊接工艺参数。

优选地，在上述转向架构架自动化焊接系统中于，还包括焊缝跟踪系统，所述焊缝跟踪系统中通过电弧传感器测量所述焊枪和所述焊缝之间的位置关系，以控制所述焊枪始终位于焊道中央且与焊道保持预设高度。

优选地，在上述转向架构架自动化焊接系统中于，还包括焊接数据监控系统，所述焊接数据监控系统包括监控装置和触摸屏，其中：

所述监控装置能够对所述焊枪连接的焊接电源进行监控，能够手动或自动进行数据备份、数据还原、管理焊机特性曲线；

所述触摸屏用于对所述焊接电源进行配置、对焊接参数进行管理、对用户使用权限进行设置。

优选地，在上述转向架构架自动化焊接系统中于，所述火焰预热枪和所述焊枪通过自动换枪装置进行切换。

优选地，在上述转向架构架自动化焊接系统中于，所述手臂机器人中的电机传动轴上安装有制动器，所述制动器能够在失电情况下自动抱闸。

优选地，在上述转向架构架自动化焊接系统中于，所述手臂机器人设置有两个，用于对所述待焊构架对称施焊。

优选地，在上述转向架构架自动化焊接系统中于，所述变位机包括角形架和面板，其中：

所述角形架通过第一交流伺服电机驱动以转动至不同角度；

所述面板安装在所述角形架的延伸臂上，且由第二交流伺服电机驱动以转动至不同角度，所述夹紧装置安装在所述面板上；

所述第一交流伺服电机、所述第二交流伺服电机和所述手臂机器人信号连接以令所述变位机和所述手臂机器人同步运动。

优选地，在上述转向架构架自动化焊接系统中于，还包括组装胎、随行夹具、搬运机器人和清枪装置，其中：

侧梁和横梁在所述组装胎中进行组装和点焊以构成所述待焊构架；

所述随行夹具用于对所述待焊构架进行夹紧固定，所述变位机上的所述夹紧装置能够与所述随行夹具连接；

所述搬运机器人用于将所述待焊构架搬运到所述变位机的所述夹紧装置内；

所述清枪装置中设置有用于剪断焊丝的剪丝机构。

优选地，在上述转向架构架自动化焊接系统中于，所述随行夹具和所述变位机之间采用零点定位系统和快换接口进行连接。

从上述技术方案可以看出，本实用新型提供的转向架构架自动化焊接系统，通过手臂机器人和变位机能够实现转向架构架的自动化焊接工艺。该自动化焊接工艺中，通过程序编程的方式控制焊接参数、焊接顺序以及焊接姿态。

可见，本实用新型提供的转向架构架自动化焊接系统可以代替手工焊接，从而避免了焊接作业人员高空作业导致的安全风险大、焊接作业强度大、部分焊接空间受限、影响焊接质量等问题，避免焊工技能水平、焊工责任心等不确定因素影响，有利于保证焊接质量和焊接尺寸的稳定性。

而且，通过在手臂机器人上同时设置有火焰预热枪和焊枪，从而能够通过同一个手臂机器人实现预热和焊接两种不同工艺，不仅节省设备占用空间，而且节省设备成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的转向架构架自动化焊接系统的正视图；

图2为本实用新型实施例提供的转向架构架自动化焊接系统的俯视图。

其中：

1-龙门架，2-手臂机器人，3-火焰预热枪，4-激光传感器，

5-焊枪，6-清枪装置，7-变位机，8-焊接电源，9-焊接数据监控系统，

71-角形架，72-面板。

具体实施方式

本实用新型公开了一种转向架构架自动化焊接系统，能够实现转向架构架自动化焊接。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1和图2，图1和图2分别为本实用新型实施例提供的转向架构架自动化焊接系统的主视图和俯视图。

本实用新型实施例提供的转向架构架自动化焊接系统，包括变位机7、龙门架1和多轴关节式手臂机器人2，变位机7上设置有用于夹紧待焊构架的夹紧装置，手臂机器人2的连接端倒挂在龙门架1上，手臂机器人2的工作端设置有火焰预热枪3和焊枪5。

变位机7和手臂机器人2分别依据第一预设运动指令同步运动时，火焰预热枪3依据预热指令对待焊构架进行预热。

变位机7和手臂机器人2分别依据第二预设运动指令同步运动时，焊枪5依据焊接指令设置焊接工艺参数并对待焊构架上的焊缝进行焊接。

在此需要说明的是，变位机7和手臂机器人2的运动轨迹使提前设置好的(过程中也可根据实际情况进行适应性调整)。“变位机7和手臂机器人2同步运动”是指变位机7和手臂机器人2同时启动，且彼此配合地运动，以使火焰预热枪3能够对待焊构架进行预热、焊枪5能够对焊缝进行焊接。

从上述技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的转向架构架自动化焊接系统，通过手臂机器人2和变位机7能够实现转向架构架的自动化焊接工艺。该自动化焊接工艺中，通过程序编程的方式控制焊接参数、焊接顺序以及焊接姿态。

可见，本实用新型实施例提供的转向架构架自动化焊接系统可以代替手工焊接，从而避免了焊接作业人员高空作业导致的安全风险大、焊接作业强度大、部分焊接空间受限、影响焊接质量等问题，避免焊工技能水平、焊工责任心等不确定因素影响，有利于保证焊接质量和焊接尺寸的稳定性。

而且，通过在手臂机器人2上同时设置有火焰预热枪3和焊枪5，从而能够通过同一个手臂机器人2实现预热和焊接两种不同工艺，不仅节省设备占用空间，而且节省设备成本。

具体地，在预热过程中，火焰预热枪3能够依据预热指令调整预热位置、预热角度、预热时间、与工件的高度距离。预热指令可以由程序方便进行控制，程序的编程用离线和现场示教两种方式。

进一步地，在上述手臂机器人2上还配置有红外线温度传感器，温度探测范围为100℃-300℃。

为了进一步优化上述方案，在上述手臂机器人2的工作端还设置有激光传感器4。激光传感器4用于对待焊构架上的焊缝进行识别和分析并得到测量结果，手臂机器人2通过测量结果调整焊枪5适应焊道路径的偏差并调整焊接工艺参数。

具体地，激光传感器4工作前，需要将焊缝识别相关的计算机方案置入手臂机器人2的控制方案中，以便通过手臂机器人2控制激光传感器4来对焊缝进行识别和分析。激光传感器4对焊缝进行识别和分析的内容包括：寻找焊缝的开始点和结束点、探测焊缝边缘、识别搭接焊接形式、测量间隙大小等。并且，通过激光传感器4能够对焊缝进行实时观察。

为了进一步优化上述方案，在上述转向架构架自动化焊接系统中还设置有焊缝跟踪系统。焊缝跟踪系统中通过电弧传感器测量焊枪5和焊缝之间的位置关系，以控制焊枪5始终位于焊道中央且与焊道保持预设高度。

其中，电弧传感器能够对工件误差进行迅速精确和动态做出反应。在对接和角接焊缝中，电弧传感器通过摆动的电弧测量焊枪5的位置，其原则是焊枪5运行必须在焊道中央，并对焊道保持确定的预设高度。这些数据通过测量电弧电压来实现，该方案可以因工件的制造误差等因素即时反馈做出迅速精确的反应。其具体参数指标参见表一。

表一

序号	技术参数	参数值
			1	控制方式	干伸长控制
2	电弧跟踪精度	±0.1mm
			3	保护精度	二氧化碳、氩气、混合气体
4	测量范围	10-1000A/10-100v
			5	摆动频率范围	0HZ-4HZ

为了进一步优化上述方案，在上述转向架构架自动化焊接系统中还设置有焊接数据监控系统9。该焊接数据监控系统包括监控装置和触摸屏。其中：监控装置能够对焊枪5连接的焊接电源8进行监控，能够手动或自动进行数据备份、数据还原、管理焊机特性曲线；触摸屏用于对焊接电源8进行配置、对焊接参数进行管理、对用户使用权限进行设置。

从而，通过上述焊接数据监控系统9，可以监控焊接过程中焊接参数，并且可以对焊接参数的上下限进行设置，避免焊接过程中异常发生。

其中，该焊接数据监控方案中，可以通过中控电脑和企业局域网络，能够对无限数量的焊接电源8进行监控，可以手动或者自动进行数据管理(例如数据备份和还原)以及焊机特性曲线的管理功能，并且可以根据需要进行扩展，根据自身的需要来决定软件的内容。另外，该焊接数据监控方案中还能够集成用户管理功能，可对用户的使用权限进行设置。

具体地，在上述转向架构架自动化焊接系统中，多轴关节式手臂机器人2优选采用七轴关节式手臂机器人，其特点是所有轴都有一个极大的旋转范围，从而令手臂机器人具有极大的灵巧性能和工作范围。手臂机器人具有细长而紧凑的设计，各轴动态性能高，保证了优良的焊接精度、速度和可重复性。

而且，该转向架构架自动化焊接系统中设置有两个手臂机器人2，用于对待焊构架对称施焊。该手臂机器人2可以至少取代四个两班制构架焊接高水平焊工，减少用人成本，且可保证绝对同时对称施焊，减少构架焊接变形。

具体地，在上述转向架构架自动化焊接系统中，火焰预热枪3和焊枪5通过自动换枪装置进行切换。

具体地，在上述转向架构架自动化焊接系统中，手臂机器人2中的电机传动轴上安装有制动器，制动器能够在失电情况下自动抱闸。其其主要数据计数参数见表二。

表二

序号	技术参数	参数值
			1	外形	旋转关节式
2	轴的个数	7
			3	承载容量	≥10kg
4	驱动	每个轴为一台数字控制交流伺服电机
			5	路径测量方案	数字式、绝对值解算器
6	重复定位精度	≤±0.1mm
			7	工作范围直径	≥直径6047mm

具体地，在上述转向架构架自动化焊接系统中，变位机7包括角形架71和面板72，用于夹紧待焊构架的夹紧装置安装在面板72上。优选地，该夹紧装置为气动夹紧装置。

其中，角形架71通过第一交流伺服电机驱动以转动至不同角度；面板72安装在角形架71的延伸臂上，且由第二交流伺服电机驱动以转动至不同角度。第一交流伺服电机、第二交流伺服电机和手臂机器人2信号连接以令变位机7和手臂机器人2同步运动。变位机7和手臂机器人2同步运动时，通过变位机7旋转和转动安装在面板72上并由夹紧装置夹持的待焊构架，能使手臂机器人2上的焊枪5跟踪复杂的焊缝轨迹，满足最佳的焊接位置。

具体地，面板72的中心设置有一个大镗孔，用来提供媒介控制线和与夹紧装置连接的压缩空气通路。

优选地，变位机7为两轴C型工件变位机，是一种可自由编程的新型焊接转胎，具有轴可自由编程、伺服电机可自由编程、可重复性高、有较大的转动范围、手臂机器人2的轴与工件变位同步等特征。

具体地，在上述转向架构架自动化焊接系统中，还包括组装胎、随行夹具、搬运机器人和清枪装置6，其中：

侧梁和横梁在组装胎中进行组装和点焊以构成待焊构架；

随行夹具用于对待焊构架进行夹紧固定，变位机7上的夹紧装置能够与随行夹具连接；

搬运机器人用于将待焊构架搬运到变位机7的夹紧装置内；

清枪装置6中设置有用于剪断焊丝的剪丝机构。

进一步地，随行夹具和变位机7之间采用零点定位系统和快换接口进行连接，以实现快速高效的自动转换、自动导向定位、自动夹紧、自动夹紧检测及重复定位的功能。

综上，本实用新型实施例提供的转向架构架自动化焊接系统的自动化焊接流程为：待焊构架由组装胎移动至变位机上→随行夹具与变位机上的夹紧装置连接→待焊构架预热及温度检测→焊缝位置寻找→焊接→构架脱离变位机→人工检查和补焊。

具体地：

1)待焊构架由组装胎移动至变位机上

在组装胎内，侧梁和横梁进行组装个点焊以构成待焊构架，待焊构架由随行夹具夹紧固定，搬运机器人将待焊构架吊运到变位机7的面板72上。

2)随行夹具与变位机上的夹紧装置连接

启动面板72上的气动夹紧装置，使其与待焊构架上的随行夹具连接，以保证待焊构架和变位机7同步运行。

3)待焊构架预热及温度检测、焊缝位置寻找、焊接

启动手臂机器人2的焊接程序，使其按照程序对待焊构架依次进行预热及温度检测、焊缝位置寻找、焊接；

焊接过程中，焊接数据监控系统根据监控程序指令观察手臂机器人2、焊枪5等设备的运行状态和焊接状态。

4)构架脱离变位机

焊接完成后，松开变位机7中的气动夹紧装置，将随行夹具和完成焊接的构架一起吊运至补焊胎位。

5)人工检查和补焊

构架到达补焊胎位后，针对构架上的焊接焊缝进行人工检查，对接头及部分焊接不到的位置、封口进行人工补焊。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种转向架构架自动化焊接系统，其特征在于，包括变位机(7)、龙门架(1)和多轴关节式手臂机器人(2)，所述变位机(7)上设置有用于夹紧待焊构架的夹紧装置，所述手臂机器人(2)的连接端倒挂在所述龙门架(1)上，所述手臂机器人(2)的工作端设置有火焰预热枪(3)和焊枪(5)；

所述变位机(7)和所述手臂机器人(2)分别依据第一预设运动指令同步运动时，所述火焰预热枪(3)依据预热指令对所述待焊构架进行预热；

所述变位机(7)和所述手臂机器人(2)分别依据第二预设运动指令同步运动时，所述焊枪(5)依据焊接指令设置焊接工艺参数并对所述待焊构架上的焊缝进行焊接。

2.根据权利要求1所述的转向架构架自动化焊接系统，其特征在于，所述手臂机器人(2)的工作端还设置有激光传感器(4)，所述激光传感器(4)用于对待焊构架上的焊缝进行识别和分析并得到测量结果，所述手臂机器人(2)通过所述测量结果调整所述焊枪(5)适应焊道路径的偏差并调整焊接工艺参数。

3.根据权利要求1所述的转向架构架自动化焊接系统，其特征在于，还包括焊缝跟踪系统，所述焊缝跟踪系统中通过电弧传感器测量所述焊枪(5)和所述焊缝之间的位置关系，以控制所述焊枪(5)始终位于焊道中央且与焊道保持预设高度。

4.根据权利要求1所述的转向架构架自动化焊接系统，其特征在于，还包括焊接数据监控系统(9)，所述焊接数据监控系统(9)包括监控装置和触摸屏，其中：

所述监控装置能够对所述焊枪(5)连接的焊接电源(8)进行监控，能够手动或自动进行数据备份、数据还原、管理焊机特性曲线；

所述触摸屏用于对所述焊接电源(8)进行配置、对焊接参数进行管理、对用户使用权限进行设置。

5.根据权利要求1所述的转向架构架自动化焊接系统，其特征在于，所述火焰预热枪(3)和所述焊枪(5)通过自动换枪装置进行切换。

6.根据权利要求1所述的转向架构架自动化焊接系统，其特征在于，所述手臂机器人(2)中的电机传动轴上安装有制动器，所述制动器能够在失电情况下自动抱闸。

7.根据权利要求1所述的转向架构架自动化焊接系统，其特征在于，所述手臂机器人(2)设置有两个，用于对所述待焊构架对称施焊。

8.根据权利要求1至7任一项所述的转向架构架自动化焊接系统，其特征在于，所述变位机(7)包括角形架(71)和面板(72)，其中：

所述角形架(71)通过第一交流伺服电机驱动以转动至不同角度；

所述面板(72)安装在所述角形架(71)的延伸臂上，且由第二交流伺服电机驱动以转动至不同角度，所述夹紧装置安装在所述面板(72)上；

所述第一交流伺服电机、所述第二交流伺服电机和所述手臂机器人(2)信号连接以令所述变位机(7)和所述手臂机器人(2)同步运动。

9.根据权利要求1至7任一项所述的转向架构架自动化焊接系统，其特征在于，还包括组装胎、随行夹具、搬运机器人和清枪装置(6)，其中：

侧梁和横梁在所述组装胎中进行组装和点焊以构成所述待焊构架；

所述随行夹具用于对所述待焊构架进行夹紧固定，所述变位机(7)上的所述夹紧装置能够与所述随行夹具连接；

所述搬运机器人用于将所述待焊构架搬运到所述变位机(7)的所述夹紧装置内；

所述清枪装置(6)中设置有用于剪断焊丝的剪丝机构。

10.根据权利要求9所述的转向架构架自动化焊接系统，其特征在于，所述随行夹具和所述变位机(7)之间采用零点定位系统和快换接口进行连接。

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