CN212885622U - 一种机器人堆焊装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及焊接设备领域，具体涉及一种机器人堆焊装置，其包括控制机构、变位机、机械臂，设置于变位机的转盘上的卡盘机构；一机械臂的末端部可移动地指向卡盘机构的夹合位上端，所述的末端部设置有焊接机构、测距传感器，所述的测距传感器检测焊接机构与工件的距离、工件目标堆焊廓线并反馈至控制机构，控制机构接收反馈信号，并控制变位机进行角度摆动和转盘转动，控制机械臂带动焊接机构，使焊接机构沿设定轨迹相对于被卡盘结构夹合的工件进行空间移动。其不间断能够对工件完成多形态堆焊层的连续堆焊，提高工作效率及堆焊合格率，提高产品质量及稳定性。

Description

一种机器人堆焊装置

技术领域

本实用新型涉及焊接设备领域，具体涉及一种机器人堆焊装置。

背景技术

在工件表面堆焊不同功能的金属层，能够对应为工件提高对应的性能。如在工件表面进行耐高温、耐腐蚀或耐磨合金金属层的堆焊，能够对应提高工件对应的相关性能。

以高炉风口为例，其是应用于高炉炼铁进风系统最后环节的一个重要设备，安装于炉腹与炉底之间的炉墙中，并将部分前段伸入炉内。伸入炉内的高炉风口部分其直接承受1500度以上高温铁流的热冲蚀，以及炉料、炉渣的冲击磨损，以往采用纯铜整体铸造而成的高炉风口会因上述的炉内环境影响因素造成工件寿命的降低，故目前通过在风口前段设置耐高温、耐磨合金形成堆焊层，能够降低炉内环境对高炉风口的影响。

根据高炉风口伸入炉内位置的不同以及功能需求的不同，往往需要在高炉风口工件内壁、端面、外壁指定区域配对地进行不同形状堆焊层的焊接，如焊接形成直堆焊、斜堆焊、缺口直堆焊、缺口斜堆焊等不同形态的堆焊层。

而完成上述多种形态的堆焊层的焊接，对于工人的操作要求较高，并且，由于堆焊层的耐高温特性，在工人进行堆焊作业时，受限于工人的技术水平，难以确保进行标准化作业；同时工人在高温、强电弧环境的焊接环境下，不仅具备一定的安全隐患，并且难以做到稳定连续的准确焊接，故堆焊层容易产生尺寸偏差、咬边、气孔、未焊透、夹渣、裂纹、焊瘤等缺陷，高炉风口工作的恶劣环境下更容易放大这些缺陷，乃至于使堆焊层出现剥落，从而对高炉风口的寿命造成影响。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种机器人堆焊装置，其不间断能够对工件完成多形态堆焊层的连续堆焊，提高工作效率及堆焊合格率，提高产品质量及稳定性。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术手段加以实施：

一种机器人堆焊装置，其包括控制机构、变位机、机械臂，设置于变位机的转盘上的卡盘机构；一机械臂的末端部可移动地指向卡盘机构的夹合位上端，所述的末端部设置有焊接机构、测距传感器，所述的测距传感器检测焊接机构与工件的距离、工件目标堆焊廓线并反馈至控制机构，控制机构接收反馈信号，并控制变位机进行角度摆动和转盘转动，控制机械臂带动焊接机构，使焊接机构沿设定轨迹相对于被卡盘结构夹合的工件进行空间移动。

进一步的，所述的变位机包括承载架、摆动台机构、旋转台机构，所述摆动台机构的摆动齿盘驱动机构设置于承载架上，摆动板、摆动齿盘相互固定以相同摆动轴同轴轴接于承载架；所述摆动齿盘驱动机构在控制机构的控制下，带动摆动齿盘沿摆动轴进行摆动。

进一步的，所述的摆动齿盘驱动机构为齿盘驱动电机、一级减速器、二级减速器，齿盘驱动电机在控制机构的控制下，经一级、二级减速器进行两级减速，带动摆动齿盘沿摆动轴进行摆动。

进一步的，所述的承载架上设置有减震装置、止动装置，摆动板摆动至接近最大摆动角度时，所述的减震装置降低摆动板或转盘的向下压力；所述的摆动板摆动至最大摆动角度时，所述的止动装置向控制装置反馈摆动零点信号，并使摆动板止动。

进一步的，还设置有转盘对位感应器，所述的转盘转动至设定位置时，转盘对位感应向控制机构反馈转动零点信号。

进一步的，卡盘机构为气动卡盘机构。

进一步的，所述的气动卡盘机构设置有气动回转器，气动回转器驱动气动卡盘机构的卡盘部自转。

进一步的，所述的旋转台机构包括旋转驱动机构、中部具有空心腔的转盘，转盘环接于摆动板，摆动板下端的旋转驱动机构驱动转盘相对于摆动板自转，所述气动回转器设置于所述的空心腔内。

进一步的，所述的焊接机构、测距传感器设置于隔热板上，所述焊接机构的焊接枪头朝向隔热板一侧，测距传感器设置于隔热板另一侧。

进一步的，还设置有检视相机，所述检视相机设置于所述末端部，所述检视相机的检视视野朝向所述的焊接枪头。

本实用新型具有以下有益之处：

1.采用本设备代替人工堆焊作业，能消除工人在高温、强电弧环境下作业的安全隐患；由机械臂及变位机运动组合，能够不间断地对工件内表面、端面、外表面完成多形态堆焊层的连续稳定堆焊，提高工作效率并确保堆焊质量，机械臂动作灵活，容易适应不同形状、规格尺寸的工件的堆焊作业；

2.采用气动卡盘装夹工件，保证夹紧力稳定，减少工件因热胀冷缩造成的夹紧变形或夹不紧现象；

3.通过设置齿盘驱动电机经一级、二级减速器进行两级减速，使工件能够以稳定且合理的配速摆动，通过气动回转器驱动气动卡盘机构的卡盘部自转，使工件能够以稳定且合理的配速自转，从而能够使焊接机构和高炉风口工件之间焊接位点准确可控。

附图说明

图1是本实用新型的示意图；

图2为本实用新型的气动卡盘机构的示意图；

图3为图1的A区域放大示意图；

图4为高炉风口堆焊后的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本实用新型进行具体阐述。

实施例

如图1-3所示，一种机器人堆焊装置，其包括六轴机械臂1、控制机构5、变位机、卡盘机构4，其中：

六轴机械臂1的末端部可移动地指向卡盘机构4的夹合位上端，所述的末端部设置有焊接机构、激光测距传感器14、检测相机；

变位机包括承载架21、摆动台机构、旋转台机构，设置于承接架外侧的齿盘驱动电机221、一级减速器222、二级减速器223构成摆动扇齿盘驱动机构22；摆动轴24两端固定架设于承载架21两侧壁板上缘，摆动板26中部轴接于摆动轴24，摆动扇齿盘25固定于摆动板26一侧并与摆动板26以相同摆动轴24同轴轴接于承载架21，在控制机构5的控制下，齿盘驱动电机221经两级减速器输出动力，使二级减速器223的输出齿轮向摆动扇齿盘25的齿面输出动力，带动摆动扇齿盘25沿摆动轴24进行角度摆动，从而使摆动板26沿摆动轴24进行角度摆动；

承载架21上设置有减震装置、止动装置，其中，减震装置为设置于承载架21后壁板上的弹簧销27，止动装置为设置于摆动板26下端的接近传感器23，本实施例设置摆动板26摆动至接近最大摆动角度，变位机的转盘32压制弹簧销27，弹簧销27的提供弹性作用力降低转盘32的向下压力；并且，在摆动板26摆动至最大摆动角度时，接近传感器23向控制装置反馈摆动零点信号，使控制机构5控制齿盘驱动电机221停止运行，从而使摆动板26止动。设定摆动板26最大摆动角度为180°，即水平状态时，控制机构5接收所述的摆动零点信号，能向操作工提供摆动板26摆动零点检测功能，从而工件吊装放置于气动卡盘时，能够更好的完成对位承载。

旋转台机构采用旋转驱动电机31作为旋转驱动机构，选用中部具有空心腔的转盘32，并将转盘32环接于摆动板26，旋转驱动机构设置于摆动板26下端，并驱动转盘32相对于摆动板26自转。合理地设置变位机的旋转台机构结构，能够在卡盘机构4卡合工件，并在摆动板26呈角度摆动时，摆动板26上端下端具有更为合理的配重，同时，采用中部具有空心腔的转盘32，能够削减设备整体重量的同时，为卡盘机构4提供更多的安装空间；

优选的，在本实施例中，设定卡盘机构4为气动卡盘机构4，其夹紧力稳定，并且相对于液压式卡盘机构4或机械式卡盘机构4，能减少工件因热胀冷缩造成的夹紧变形或夹不紧现象；

进一步的，所述的气动卡盘机构设置有气动回转器43，并将气动回转器43设置于所述的空心腔内，通过该设置，相对于变位机转盘32为卡盘机构4提供的自转功能，其能够为气动卡盘机构4的卡盘部42提供更为精准的自转效果，使被卡盘部42的气动夹爪41夹持的工件获得更为可控的自转调节，并且其配重合理，进一步提高了设备运行的稳定性；此外，本实施设置气动夹爪41为二阶气动夹爪，可根据需要合理设置为多阶气动夹爪，其能够满足更多尺寸工件的夹持。

此外，在摆动板26上还设置有转盘对位感应器33，当转盘32转动至设定位置时，转盘32对位感应向控制机构5反馈转动零点信号。设置转盘32感应标与转盘对位感应器33的角度为0°时对应上述设定位置，控制机构5接收转动零点信号，能向操作工提供转动零点检测功能，在工件被固定于气动卡盘时，通过转盘32的自转，激光测距传感器14能够工件外周进行距离检测，上述转动零点信号能够提供自转的周数的信号反馈；配合激光测距传感器14具备的距离检测功能，能够在测定工件距离变化具有明显的差异时，判断工件摆放偏心并提供报警，从而保证工件处于对中位置。

在本实施例中，六轴机械臂1的末端旋轴17设置有一隔热板10，末端旋轴17和隔热板10构成末端部，焊接机构、激光测距传感器14设置于隔热板10上，所述焊接机构的焊接枪主体被隔热板10上的固定座12所锁定，并使焊接枪头13朝向隔热板10一侧，并使焊接枪入料口11、激光测距传感器14设置于隔热板10另一侧，通过该设置，能够避免堆焊时的高温、强电弧环境对激光测距传感器14和焊接枪入料口11内的物料造成影响；优选的，本实施例通过在末端旋轴17侧边设置一支架15，将检视相机16安装于支架15上并远离所述的焊接枪头13，并控制检视相机16的检视视野朝向所述的焊接枪头13，通过该设置，远离焊接机构的检视相机16能够在堆焊时获得更为充足的视野，并且减少高温、强电弧环境对相机的影响；更优选的，设置支架15为可调节支架15，还能更便于检视相机16进行必要的角度调节，或者距离调节，更便于设备的调试。

以高炉风口工件6的堆焊加工为例，在外部吊装机械将高炉风口工件6吊装至气动卡盘机构4并预夹持后，将机器人的末端部指向卡盘机构4的夹合位上端的高炉风口工件6，并通过控制机构5控制其移动至检视位，使末端部设置的焊接枪头13、测距传感器、检视相机16朝向高炉风口工件6设定的目标堆焊位置；

启动变位机摆动台机构并使摆动板26移动至水平状态，控制机构5接收摆动零点信号并控制旋转台机构的转盘32自转，带动气动卡盘机构4以及高炉风口工件6自转。在此过程中，激光测距传感器14检测焊接机构与工件的距离、工件目标堆焊廓线并反馈至控制机构5进行校验，控制机构5接收反馈信号，若测定工件距离变化具有明显的差异时，则判断工件摆放偏心并提供报警，操作工能够通过控制机构5控制卡盘部42上的气动夹爪41进行方位调整，并进行再次校验，保证工件处于对中位置进行紧密夹合；

在校验完毕后，控制机构5接收反馈信号，控制变位机进行角度摆动和转盘32转动，控制六轴机械臂1带动焊接机构，使焊接机构沿程控设定轨迹相对于被卡盘结构夹合的高炉风口工件6进行空间移动，焊接枪入料口11持续稳定地向焊接枪头13供应合金焊粉，焊接机构能够稳定且连续地为高炉风口工件6提供堆焊，并且，在本实施例中，设置齿盘驱动电机221经一级、二级减速器223进行两级减速，以及经过气动回转器43驱动气动卡盘机构的卡盘部42自转，使得高炉风口工件6能够以稳定且合理的配速摆动、自转，从而能够使焊接机构和高炉风口工件6之间焊接位点准确可控；并且在必要时，如需要人工进行堆焊层的热变形补偿时，操作工通过检视相机16的视觉检测功能，能够通过检视相机16对焊接位点进行检视，并经控制机构5手动设定轨迹，使焊接机构沿手动设定轨迹相对于被卡盘结构夹合的高炉风口工件6进行空间移动，为堆焊过程提供辅助。

通过结合变位机提供的摆动、自转，以及六轴机器人的空间运动，高炉风口工件6能够形成如图4般的具有缺口直堆焊71以及缺口斜堆焊72的堆焊层7，并且堆焊层7焊接牢固，不出现尺寸偏差、咬边、气孔、未焊透、夹渣、裂纹、焊瘤等焊接效果不良现象。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种机器人堆焊装置，其特征在于：包括控制机构、变位机、机械臂，设置于变位机的转盘上的卡盘机构；一机械臂的末端部可移动地指向卡盘机构的夹合位上端，所述的末端部设置有焊接机构、测距传感器，所述的测距传感器检测焊接机构与工件的距离、工件目标堆焊廓线并反馈至控制机构，控制机构接收反馈信号，并控制变位机进行角度摆动和转盘转动，控制机械臂带动焊接机构，使焊接机构沿设定轨迹相对于被卡盘结构夹合的工件进行空间移动。

2.如权利要求1所述的机器人堆焊装置，其特征在于：所述的变位机包括承载架、摆动台机构、旋转台机构，所述摆动台机构的摆动齿盘驱动机构设置于承载架上，摆动板、摆动齿盘相互固定并以相同摆动轴同轴轴接于承载架；所述摆动齿盘驱动机构在控制机构的控制下，带动摆动齿盘沿摆动轴进行摆动。

3.如权利要求2所述的机器人堆焊装置，其特征在于：所述的摆动齿盘驱动机构为齿盘驱动电机、一级减速器、二级减速器，齿盘驱动电机在控制机构的控制下，经一级、二级减速器进行两级减速，带动摆动齿盘沿摆动轴进行摆动。

4.如权利要求2所述的机器人堆焊装置，其特征在于：所述的承载架上设置有减震装置、止动装置，摆动板摆动至接近最大摆动角度时，所述的减震装置降低摆动板或转盘的向下压力；所述的摆动板摆动至最大摆动角度时，所述的止动装置向控制装置反馈摆动零点信号，并使摆动板止动。

5.如权利要求1所述的机器人堆焊装置，其特征在于：还设置有转盘对位感应器，所述的转盘转动至设定位置时，转盘对位感应向控制机构反馈转动零点信号。

6.如权利要求2所述的机器人堆焊装置，其特征在于：卡盘机构为气动卡盘机构。

7.如权利要求6所述的机器人堆焊装置，其特征在于：所述的气动卡盘机构设置有气动回转器，气动回转器驱动气动卡盘机构的卡盘部自转。

8.如权利要求7所述的机器人堆焊装置，其特征在于：所述的旋转台机构包括旋转驱动机构、中部具有空心腔的转盘，转盘环接于摆动板，摆动板下端的旋转驱动机构驱动转盘相对于摆动板自转，所述气动回转器设置于所述的空心腔内。

9.如权利要求1所述的机器人堆焊装置，其特征在于：所述的焊接机构、测距传感器设置于隔热板上，所述焊接机构的焊接枪头朝向隔热板一侧，测距传感器设置于隔热板另一侧。

10.如权利要求9所述的机器人堆焊装置，其特征在于：还设置有检视相机，所述检视相机设置于所述末端部，所述检视相机的检视视野朝向所述的焊接枪头。

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