CN211889423U - 一种机器人搅拌摩擦点焊系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种机器人搅拌摩擦点焊系统，包括焊接机器人、支撑机器人及控制系统，焊接机器人用于带动点焊机头移位至待焊接件的一侧，支撑机器人用于带动支撑机头移位至待焊接件的另一侧，点焊机头上设有扭矩控制装置，用于监测点焊机头旋转过程中的实时扭矩值，采用焊接机器人带动点焊机头移位至待焊接件的一侧，支撑机器人带动支撑机头移位至待焊接件的另一侧，点焊机头与支撑机头同步移位至待焊接件的焊点位置相对的两侧，同步接触待焊接件并同步施加压力，完成点对点的搅拌摩擦点焊，能够适应复杂的曲面的点焊需求，扭矩控制装置实时监测点焊过程中的实时扭矩值，以便及时做出调整，保证焊接质量，操作简便。

Description

一种机器人搅拌摩擦点焊系统

技术领域

本实用新型涉及搅拌摩擦点焊的技术领域，尤其涉及一种机器人搅拌摩擦点焊系统。

背景技术

随着全球资源与环境保护问题的日趋严峻，运载工具的轻量化设计成为汽车、航空航天等制造领域的发展方向。一方面采用铝合金代替传统的钢材料，另一方面通过高效的新型工艺技术提高产品的可靠性并降低产品重量。铝合金作为运载工具的主要制造材料，其主要连接方式有电阻点焊和铆接技术。其中，电阻点焊生产效率高、操作灵活性好，但也存在许多局限性，主要表现在：a.焊接过程需要提供大电流，耗能大；b.铝合金表面氧化膜造成电极寿命明显缩短； C.由于焊接大电流的作用，工件将产生明显的热变形，且焊缝中易出现缺陷和焊点质量不稳定，接头质量差；d.焊接过程中有飞溅，点焊工作环境差。铆接技术是铝合金构件中一种常用的连接技术，但是采用铆接技术一方面会增加铝合金构件的重量，另一方面在铆接过程中会产生大量的噪音，生产环境恶劣，另外，铆接技术需要在铝合金构件上预开孔，增加了生产成本。

为解决上述问题，研究开发了一种新的铝合金点焊连接技术，即摩擦搅拌点焊技术，其利用搅拌工具的高速旋转，在零件表面产生摩擦热与塑性变形，进而完成焊合。然而，现有的搅拌摩擦点焊设备通常由焊接机头、固定机构、控制系统和支撑机构等组成，一般的支撑机构为固定座或C型支撑结构。搅拌摩擦点焊在焊接过程中，焊接机头与背部支撑架分别位于被焊工件的两侧，当焊接大型复杂曲面结构件，如飞机带筋壁板结构以及机身结构时，由于存在固定座结构和空间的限制，C型支撑结构的内腔尺寸较小等问题，很难采用固定座或C型支撑结构进行点对点的法向焊接与支撑，无法实现焊点位置的精准支撑，且焊接质量也无法掌控。与此同时，点焊设备在工作过程中搅拌头的旋转会产生较大的扭矩，如选取的旋转速度不合适时，容易产生焊接缺陷，影响焊接质量。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能适应复杂焊接面，并实时掌控点焊过程中轴向压力的机器人搅拌摩擦点焊系统，旨在解决现有的点焊设备无法实现焊点位置精准支撑，且焊接质量无法掌控的问题。

一种机器人搅拌摩擦点焊系统，用于焊接待焊接件，包括焊接机器人、支撑机器人及控制系统，所述控制系统分别与所述焊接机器人及所述支撑机器人电连接，用于控制所述焊接机器人与所述支撑机器人动作；

所述焊接机器人上设有点焊机头，所述焊接机器人用于带动点焊机头移位至所述待焊接件的一侧；

所述支撑机器人上设有支撑机头，所述支撑机器人用于带动支撑机头移位至所述待焊接件的另一侧；

所述控制系统分别与所述点焊机头及所述支撑机头电连接，在所述点焊机头与所述支撑机头移位至所述待焊接件的焊点位置相对两侧时，驱动所述点焊机头与所述支撑机头同步作业；

其中，所述点焊机头上设有扭矩控制装置，所述扭矩控制装置与所述控制系统电连接，用于监测所述点焊机头旋转过程中的实时扭矩值，并将获取的所述实时扭矩值传输至所述控制系统。

在其中一个实施例中，所述控制系统包括：

焊接伺服驱动系统，与所述焊接机器人及所述点焊机头电连接，用于驱动焊接机器人动作，并驱动所述点焊机头的点焊作业；

支撑伺服驱动系统，与所述支撑机器人及所述支撑机头电连接，用于驱动所述支撑机器人动作，并驱动所述支撑机头的支撑作业；及

数控系统，分别与所述焊接伺服驱动系统及所述支撑伺服驱动系统电连接，用于控制所述焊接伺服驱动系统及所述支撑伺服驱动系统同步驱动所述点焊机头与所述支撑机头。

在其中一个实施例中，所述扭矩控制装置包括采集模块及与所述采集模块连接的传输模块，所述采集模块用于获取所述点焊机头上的实时扭矩值，所述传输模块与所述数控系统连接，用于将获取的所述实时扭矩值传输至所述数控系统。

在其中一个实施例中，所述数控系统包括与所述传输模块连接的判断模块及与所述判断模块连接的显示模块，所述判断模块比对接收到的所述实时扭矩值是否落入预设扭矩范围值，所述显示模块实时显示所述判断模块的比对结果。

在其中一个实施例中，所述数控系统包括与所述判断模块连接的报警模块，当所述实时扭矩值未落入所述预设扭矩范围值时，所述报警模块发出警报信息。

在其中一个实施例中，所述点焊机头包括点焊安装座、点焊驱动电机及点焊头，所述点焊安装座与所述焊接机器人连接，所述点焊驱动电机与所述点焊头均装设于所述点焊安装座上，且所述点焊驱动电机分别与所述点焊头及所述控制系统连接，所述扭矩控制装置设于所述点焊驱动电机上。

在其中一个实施例中，所述扭矩控制装置为扭矩传感器，所述点焊驱动电机包括主轴电机及键，所述键与所述主轴电机的输出端连接，所述点焊头与所述键连接，所述扭矩传感器套设于所述主轴电机连接有所述键的一端。

在其中一个实施例中，所述点焊头包括搅拌针、内轴肩及压紧套，所述搅拌针设于所述内轴肩内且凸伸于所述内轴肩，所述压紧套套设于所述内轴肩周侧。

在其中一个实施例中，所述支撑机头包括支撑安装座、支撑驱动电机及支撑头，所述支撑安装座与所述支撑机器人连接，所述支撑驱动电机与所述支撑头均装设于所述支撑安装座上，且所述支撑驱动电机分别与所述支撑头及所述控制系统连接。

实施本实用新型实施例，将具有如下有益效果：

本实施例中的机器人搅拌摩擦点焊系统，采用焊接机器人带动点焊机头移位至待焊接件的一侧，支撑机器人带动支撑机头移位至待焊接件的另一侧，并在控制系统的控制下，驱动点焊机头与支撑机头同步移位至待焊接件的焊点位置相对的两侧，同步接触待焊接件并同步施加压力，完成点对点的搅拌摩擦点焊，能够适应复杂的曲面的点焊需求，且扭矩控制装置实时监测点焊过程中的实时扭矩值，以便及时做出调整，保证焊接质量，操作简便。

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。

其中：

图1为机器人搅拌摩擦点焊系统的框架结构示意图；

图2为机器人搅拌摩擦点焊系统的工作结构示意图；

图3为机器人搅拌摩擦点焊系统的工作结构示意简图；

图4为机器人搅拌摩擦点焊系统的点焊机头的结构示意图；

图5为机器人搅拌摩擦点焊系统的点焊驱动电机的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以容许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图5，一种机器人搅拌摩擦点焊系统，用于焊接待焊接件50，包括焊接机器人210、支撑机器人310及控制系统10，控制系统10分别与焊接机器人210及支撑机器人310电连接，用于控制焊接机器人210与支撑机器人 310动作。

焊接机器人210上设有点焊机头220，焊接机器人210用于带动点焊机头 220移位至待焊接件50的一侧；支撑机器人310上设有支撑机头320，支撑机器人310用于带动支撑机头320移位至待焊接件50的另一侧，控制系统10分别与点焊机头220及支撑机头320电连接，在点焊机头220与支撑机头320移位至待焊接件50的焊点位置相对两侧时，驱动点焊机头220与支撑机头320同步作业。

其中，点焊机头220上设有扭矩控制装置40，扭矩控制装置40与控制系统 10电连接，用于监测点焊机头220旋转过程中的实时扭矩值，并将获取的实时扭矩值传输至控制系统10。

一种机器人搅拌摩擦点焊系统，分别设置有焊接机器人210与支撑机器人 310，将点焊机头220装设于焊接机器人210上，支撑机头320装设于支撑机器人310上，在焊接机器人210与支撑机器人310的动作下，点焊机头220与支撑机头320可分别位于待焊接件50焊接面的相对两侧，不受待焊接件50的结构复杂度影响，能适应复杂曲面的焊接需求。

在工作过程中，控制系统10发出指令，驱动点焊机头220与支撑机头320 同时接触于待焊接件50焊接面的相对两侧，并同时施加压力，点焊机头220与支撑机头320点对点，一焊一顶，实现焊点位置的精准支撑，待焊接结束时，焊接机器人210与支撑机器人310相对远离运动，使得点焊机头220与支撑机头 320同步离开待焊接件50，提高焊接质量。

与此同时，在焊接过程中，扭矩控制装置40能够实时监测点焊机头220上的实时扭矩值，以便及时获取点焊机头220旋转作业时的扭矩数据，以便及时做出反馈，为判定焊点质量提供过程参数的依据，便于掌控焊接质量。

需要指出的是，在本实施例中，焊接机器人210与支撑机器人310均采用重载型工业机器人，最大承载力可选用2400kg，具体参数可根据焊接对象进行选择更换。

在其中一个实施例中，控制系统10包括焊接伺服驱动系统120、支撑伺服驱动系统130及数控系统110，焊接伺服驱动系统120与焊接机器人210及点焊机头220电连接，用于驱动焊接机器人210动作，并驱动点焊机头220的点焊作业；支撑伺服驱动系统130与支撑机器人310及支撑机头320电连接，用于驱动支撑机器人310动作，并驱动支撑机头320的支撑作业；数控系统110分别与焊接伺服驱动系统120及支撑伺服驱动系统130电连接，用于控制焊接伺服驱动系统120及支撑伺服驱动系统130同步驱动点焊机头220与支撑机头320。如此，焊接伺服驱动系统120与支撑伺服驱动系统130基于数控系统110，点焊机头220及与点焊机头220相对的支撑机头320同步到达待焊接件50的焊点位置两侧，且法向同轴，保证点焊进行时焊接机器人210与支撑机器人310始终进行点对点的法向焊接与支撑，实现焊接力与焊点位置的精准控制。

在其中一个实施例中，扭矩控制装置40包括采集模块及与采集模块连接的传输模块，采集模块用于获取点焊机头220上的实时扭矩值，传输模块与数控系统110连接，用于将获取的实时扭矩值传输至数控系统110，如此，以便实时对扭矩变化进行监测，便于工作人员及时掌控每次焊接过程的焊接质量。

在其中一个实施例中，数控系统110包括与传输模块连接的判断模块及与判断模块连接的显示模块，判断模块比对接收到的实时扭矩值是否落入预设扭矩范围值，显示模块实时显示判断模块的比对结果，以便工作人员实时掌控点焊机头220工作过程中的扭矩数据，当实时扭矩值未落入预设扭矩范围值时，可以及时进行调整，保证焊接质量。其中，显示装置可以选用显示屏。

在其中一个实施例中，数控系统110包括与判断模块连接的报警模块，当实时扭矩值未落入预设扭矩范围值内时，报警模块发出警报信息，反应及时告知工作人员，以便做出调整。

在其中一个实施例中，点焊机头220包括点焊安装座222、点焊驱动电机 224及点焊头226，点焊安装座222与焊接机器人210连接，点焊驱动电机224 与点焊头226均装设于点焊安装座222上，且点焊驱动电机224分别与点焊头 226及控制系统10连接，扭矩控制装置40设于点焊驱动电机224上。

进一步地，扭矩控制装置40为扭矩传感器，点焊驱动电机224包括主轴电机2242及键2244，键2244与主轴电机2242的输出端连接，点焊头226与键 2244连接，扭矩传感器套设于主轴电机2242连接有键2244的一端。主轴电机 2242驱动键2244转动，进而带动点焊头226转动作业。扭矩传感器能实时监测到主轴电机2242的旋转过程中的实时扭矩值，以便在扭矩过大时及时做出调整。其中，点焊头226包括搅拌针2262、内轴肩2264及压紧套2266，搅拌针2262 设于内轴肩2264内且凸伸于内轴肩2264，压紧套2266套设于内轴肩2264周侧，主轴电机2242驱动内轴肩2264及搅拌针2262旋转完成焊接作业，点焊头 226具体结构公知，在此不做赘述。支撑机头320包括支撑安装座、支撑驱动电机及支撑头，支撑安装座与支撑机器人310连接，支撑驱动电机与支撑头均装设于支撑安装座上，且支撑驱动电机分别与支撑头及控制系统10连接。如此，点焊驱动电机224驱动点焊头226提供焊接力，支撑驱动电机驱动支撑机头320 提供支撑力，进而实现搅拌摩擦点焊的目的。

具体工作过程如下：

焊前，数控系统110控制控制焊接伺服驱动系统120与支撑伺服驱动系统 130，以使得焊接机器人210与支撑机器人310同步运动，预先设定预设扭矩范围值；

焊接开始，点焊机头220运动至待焊接件50的焊接面，支撑机头320运动至待焊接件50的焊接面的另一侧，且与点焊机头220法向同轴，支撑机头320 跟随点焊机头220进行镜像移动，点焊机头220下行过程中接触待焊接件50，同时支撑机头320也接触待焊接件50，并产生支撑力，点焊机头220继续下行直至点焊以给定的压力值顶紧在待焊接件50上，此时支撑机头320继续上升直至支撑头产生与压力值相同的支撑力；

焊接，点焊头226的搅拌针2262和内轴肩2264贴合待焊接件50，点焊头 226旋转并实施焊接，支撑头保持顶紧状态；

扭矩监测，扭矩传感器将采集到的实时扭矩值传输至数控系统110，数控系统1101判定是否在预设扭矩范围值内，如果实时扭矩值未落入预设扭矩范围值内，显示屏进行结果显示，且报警模块发出警报，具体在显示屏内完成报警，以便工作人员及时做出反应；

焊接完成，点焊机头220停止运转并向上抬起，支撑机头320压力值减小，与待焊件件迅速分离，完成一个焊点的焊接。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种机器人搅拌摩擦点焊系统，用于焊接待焊接件，其特征在于，包括焊接机器人、支撑机器人及控制系统，所述控制系统分别与所述焊接机器人及所述支撑机器人电连接，用于控制所述焊接机器人与所述支撑机器人动作；

所述焊接机器人上设有点焊机头，所述焊接机器人用于带动点焊机头移位至所述待焊接件的一侧；

所述支撑机器人上设有支撑机头，所述支撑机器人用于带动支撑机头移位至所述待焊接件的另一侧；

所述控制系统分别与所述点焊机头及所述支撑机头电连接，在所述点焊机头与所述支撑机头移位至所述待焊接件的焊点位置相对两侧时，驱动所述点焊机头与所述支撑机头同步作业；

其中，所述点焊机头上设有扭矩控制装置，所述扭矩控制装置与所述控制系统电连接，用于监测所述点焊机头旋转过程中的实时扭矩值，并将获取的所述实时扭矩值传输至所述控制系统。

2.根据权利要求1所述的机器人搅拌摩擦点焊系统，其特征在于，所述控制系统包括：

焊接伺服驱动系统，与所述焊接机器人及所述点焊机头电连接，用于驱动焊接机器人动作，并驱动所述点焊机头的点焊作业；

支撑伺服驱动系统，与所述支撑机器人及所述支撑机头电连接，用于驱动所述支撑机器人动作，并驱动所述支撑机头的支撑作业；及

数控系统，分别与所述焊接伺服驱动系统及所述支撑伺服驱动系统电连接，用于控制所述焊接伺服驱动系统及所述支撑伺服驱动系统同步驱动所述点焊机头与所述支撑机头。

3.根据权利要求2所述的机器人搅拌摩擦点焊系统，其特征在于，所述扭矩控制装置包括采集模块及与所述采集模块连接的传输模块，所述采集模块用于获取所述点焊机头上的实时扭矩值，所述传输模块与所述数控系统连接，用于将获取的所述实时扭矩值传输至所述数控系统。

4.根据权利要求3所述的机器人搅拌摩擦点焊系统，其特征在于，所述数控系统包括与所述传输模块连接的判断模块及与所述判断模块连接的显示模块，所述判断模块比对接收到的所述实时扭矩值是否落入预设扭矩范围值，所述显示模块实时显示所述判断模块的比对结果。

5.根据权利要求4所述的机器人搅拌摩擦点焊系统，其特征在于，所述数控系统包括与所述判断模块连接的报警模块，当所述实时扭矩值未落入所述预设扭矩范围值时，所述报警模块发出警报信息。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的机器人搅拌摩擦点焊系统，其特征在于，所述点焊机头包括点焊安装座、点焊驱动电机及点焊头，所述点焊安装座与所述焊接机器人连接，所述点焊驱动电机与所述点焊头均装设于所述点焊安装座上，且所述点焊驱动电机分别与所述点焊头及所述控制系统连接，所述扭矩控制装置设于所述点焊驱动电机上。

7.根据权利要求6所述的机器人搅拌摩擦点焊系统，其特征在于，所述扭矩控制装置为扭矩传感器，所述点焊驱动电机包括主轴电机及键，所述键与所述主轴电机的输出端连接，所述点焊头与所述键连接，所述扭矩传感器套设于所述主轴电机连接有所述键的一端。

8.根据权利要求6所述的机器人搅拌摩擦点焊系统，其特征在于，所述点焊头包括搅拌针、内轴肩及压紧套，所述搅拌针设于所述内轴肩内且凸伸于所述内轴肩，所述压紧套套设于所述内轴肩周侧。

9.根据权利要求1至5任意一项所述的机器人搅拌摩擦点焊系统，其特征在于，所述支撑机头包括支撑安装座、支撑驱动电机及支撑头，所述支撑安装座与所述支撑机器人连接，所述支撑驱动电机与所述支撑头均装设于所述支撑安装座上，且所述支撑驱动电机分别与所述支撑头及所述控制系统连接。

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