CN213104980U

CN213104980U - 一种超声烙铁钎焊机器人系统

Info

Publication number: CN213104980U
Application number: CN202021978270.7U
Authority: CN
Inventors: 郭卫兵; 刘昊; 薛海涛
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2020-09-11
Filing date: 2020-09-11
Publication date: 2021-05-04
Anticipated expiration: 2030-09-11

Abstract

本实用新型为一种超声烙铁钎焊机器人系统。该系统包括控制系统、送丝机、机器人运动系统、超声波发生器、超声波换能器、变幅杆、电阻丝、烙铁杆和烙铁头；其中，所述的机器人运动系统固定在焊接台上；在机器人运动系统的上部，超声波发生器通过高频电缆线连接超声波换能器，超声波换能器前部装有钛合金变幅杆，变幅杆上固定有烙铁杆；烙铁杆的顶端为烙铁头,烙铁杆上还缠绕有加热电阻丝；所述的送丝机经夹具夹在机器人运动系统的上部，送丝管道输出端与烙铁头相邻。本实用新型可同时实现超声钎焊、自动送丝、空间复杂形状焊缝的自动化焊接，焊接效率、自动化程度、焊接质量和稳定性等都有大幅提升。

Description

一种超声烙铁钎焊机器人系统

技术领域

本实用新型属于焊接技术领域，具体来说是一种适用于金属、陶瓷、玻璃、太阳能电池等材料的自动化多维度超声烙铁钎焊机器人。

背景技术

随着航空、航天、核能、电子等新技术的发展，新材料、新结构形式的采用，对连接技术提出了更高的要求，钎焊行业得到了快速的发展，出现了许多新的钎焊方法，其应用也越来越广泛。

在钎焊陶瓷、玻璃、合金(如铝合金)时，钎料在母材表面的润湿性较差，超声波钎焊通过液体的空化效应将母材表面的氧化膜清除。同时，超声振动可以促进钎料与母材的溶解和反应，提高界面结合强度。因此超声钎焊广泛地应用于太阳能电池、陶瓷、玻璃和金属的连接。例如，公开号为CN106356424A的专利发明了一种太阳能电池Si片Al背电极与Cu电极引线绿色环保钎焊的方法，将涂覆无铅Sn基钎料的铜焊带放置于太阳能电池Al背场上,对待焊部位进行加热；待钎料熔化后,使用手持超声烙铁施加超声,完成焊接。公开号为CN110963716A的专利发明了一种真空玻璃预涂覆金属焊料的装置和方法，焊丝通过送丝装置向电烙铁头处输送，利用超声波发生器带动电烙铁头产生径向振动，焊丝在电烙铁头的热作用下熔融并与玻璃的金属化层结合。

由此可见，目前超声波钎焊通常需要人工来操作，无法进行精确可控的复杂型自动化焊接，同时人工超声钎焊具有焊接过程不均匀、焊接效率低、质量差等问题，无法进行规模化生产，不利于超声焊接这一技术的大规模使用。

随着科技的进步，焊接行业在谋求产业的转型升级，信息化、自动化、智能化已经成为了行业发展的主要路径。焊接机器人在工程机械领域的扩展及广泛应用，大大提高了整体生产效率，改善了焊接工人的工作条件，提高了焊接生产柔性化水平及焊接质量，同时也推动了焊接相关领域的自动化升级。而且由于人力成本的上升，工程机械行业自动化、智能化生产已成为大势所趋。

实用新型内容

本实用新型的目的为针对当前手工超声钎焊工艺设备中存在的不足，提出一种超声烙铁钎焊机器人系统。该系统是由超声电烙铁、自动送丝机构和机器人运动系统耦合而成，其中，超声电烙铁由超声波发生器、超声波换能器、变幅杆和电烙铁组成，然后超声电烙铁和自动送丝结构耦合组成自动送丝超声电烙铁，该装置体积较小，可以通过夹具机械连接于三维坐标行走机构(或多轴机械臂)。本实用新型相比于普通超声烙铁，该系统可同时实现超声钎焊、自动送丝、空间复杂形状焊缝的自动化焊接，焊接效率、自动化程度、焊接质量和稳定性等都有大幅提升，适用于金属、陶瓷、玻璃、太阳能电池等材料的自动化多维度超声钎焊机器人。

本实用新型包含以下内容:

一种超声烙铁钎焊机器人系统，该系统包括控制系统、送丝机、机器人运动系统、超声波发生器、超声波换能器、变幅杆、电阻丝、烙铁杆和烙铁头；其中，所述的机器人运动系统固定在焊接台上；在机器人运动系统的上部，超声波发生器通过高频电缆线连接超声波换能器，超声波换能器前部的输出端装有钛合金变幅杆，变幅杆上固定有烙铁杆；烙铁杆的顶端为烙铁头,烙铁杆上还缠绕有加热电阻丝；所述的送丝机经夹具夹在机器人运动系统的上部，送丝管道输出端与烙铁头相邻，并与烙铁杆夹角15°～90°；

所述的控制系统包含计算机和控制器；计算机和控制器相连，控制器分别和超声波发生器、超声波换能器、加热电阻丝、送丝机及机器人运动系统相连。

所述的机器人运动系统为多轴机械臂或者三维坐标行走机构。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型克服了人工超声钎焊的不准确、不均匀、效率低等问题，使整个焊接过程自动化，焊接方向多维度，解决了人工无法进行复杂的曲面、曲线焊接和立体化焊接等问题，降低了焊接成本，提高了产品质量，在金属、陶瓷、玻璃、太阳能电池等材料连接领域具有很大的应用前景。

所述超声波发生器的超声频率范围为20～100kHz，功率范围为0.5～10kW，加热系统可加热温度范围为0～800℃，送丝系统所能送丝直径范围0.1～5mm，送丝系统与烙铁杆的角度为15～90°。

所述机器人运动系统为三维坐标行走机构或多轴机械臂。当使用三维坐标行走机构时，其特征在于三维坐标行走机构的XYZ轴长度分别为X:0～2000mm、Y：0～2000mm、Z:0～2000mm，水平满载行走速度为0～200mm/s，垂直满载行走速度为0～100mm/s，定位精度优于1.0mm。当使用多轴机械臂时，多轴机械臂的活动范围为1000×1000×1000mm，自由度数为6，定位精度优于1.0mm。

附图说明

图1为本实用新型中当机器人运动系统为三维坐标行走机构时整体的结构图；

图2为超声电烙铁和送丝机的组合示意图；

图3为本实用新型中机器人运动系统为多轴机械臂时整体的结构图；

图4为超声电烙铁的结构示意图。

其中，1-超声系统、2-加热系统、3-送丝机、4-三维坐标行走机构、5-多轴机械臂系统、6-超声波发生器、7-超声波换能器、8-变幅杆、9-电阻丝、10-烙铁杆、11-烙铁头。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的保护范围中。

本实用新型性所述的超声烙铁钎焊机器人系统，包括超声系统1、加热系统2、送丝机构3、机器人运动系统、控制系统；

所述的超声系统1包括超声波发生器6和超声波换能器7，二者相连；

所述的加热系统2为加热电阻丝9，烙铁杆10和烙铁头11；

所述的机器人运动系统固定在焊接台上；在机器人运动系统的上部，超声波发生器6通过高频电缆线连接超声波换能器7，超声波换能器7前部的输出端装有钛合金变幅杆8，变幅杆8上固定有烙铁杆10；烙铁杆10的顶端为烙铁头11,烙铁杆10上还缠绕有加热电阻丝9，与烙铁头11耦合形成超声电烙铁，结构如图4所示；

所述的送丝机3经夹具夹在机器人运动系统的上部，送丝管道输出端对准超声电烙铁头部，并与烙铁杆夹角15°～90°。

所述的送丝机构3为自动送丝机；自动送丝机构内部由送丝通道、主动轮、从动轮等构成，为公知器件。

所述的机器人运动系统为多轴机械臂或者三维坐标行走机构；当为三维坐标行走机构时，具体为公开号为CN211028971U的专利所示；当为多轴机械臂时，具体为公开号为CN209551709U的专利所示；但并非仅限定于此。

所述的超声系统经夹具夹持的位置在三维坐标行走装置的滑块上或多轴机械臂的末端工作头上。

所述的超声烙铁钎焊机器人系统；超声发生器、电烙铁、自动送丝机构和机器人运动系统的电源集成在一个电源箱中。

本实用新型中，超声波发生器、超声波换能器、变幅杆和电烙铁组成超声电烙铁；然后超声电烙铁和自动送丝结构耦合组成自动送丝超声电烙铁。该装置体积较小，可以通过夹具机械连接于三维坐标行走机构(或多轴机械臂)。

所述的超声波发生器的超声频率范围为20～100kHz，功率范围为0.5～10kW，加热系统可加热温度范围为0～800℃，送丝系统所能送丝直径范围0.1～5mm，送丝系统与烙铁杆的角度为15～90°。

所述的一种超声烙铁钎焊机器人系统，当使用多轴机械臂时，多轴机械臂的活动范围为1000×1000×1000mm，自由度数为6，定位精度优于1.0mm。

所述的一种超声烙铁钎焊机器人系统，当使用三维坐标行走机构时，其特征在于三维坐标行走机构的XYZ轴长度分别为X:0～2000mm、Y：0～2000mm、Z:0～2000mm，水平满载行走速度为0～200mm/s，垂直满载行走速度为0～100mm/s，定位精度优于1.0mm。

实施例1：一种超声烙铁钎焊机器人系统，结构示意图如附图1所示，包括超声波系统、加热系统、自动送丝机、电烙铁、三维坐标行走机构及计算机和PLC控制器组成的控制系统。其中，烙铁杆为钛合金材质，四周缠绕电阻丝加热。烙铁杆与超声波换能器、变幅杆相连组成超声波电烙铁，超声频率为20kHz，功率为1kW，最高加热温度为500℃。自动送丝机通过夹具与超声烙铁固定在一起，示意图如图2所示，送丝机与烙铁杆的角度为45°送丝系统所能送丝直径为0.5mm。耦合而成的自动送丝超声电烙铁经夹具固定在三维坐标行走机构的滑块上。超声波系统、电烙铁、自动送丝机构和行走机构的电源集成在一个电源箱中。三维坐标行走机构由三或四个丝杠直线模组垂直相连，模组上配置有单导轨和单滑块。该三维坐标行走机构与控制器相连，XYZ轴长度分别为X:1000mm、Y:1000mm、Z:1000mm，水平满载行走速度为0～100mm/s，垂直满载行走速度为0～50mm/s，定位精度优于1.0mm。超声波发生器、加热系统、送丝机、控制器与计算机相连，通过PLC编程来实现自动化多维度焊接。

本实用新型中，控制系统中涉及的协议或软件的编写，均为公知技术。

实施例2：一种超声烙铁钎焊机器人系统，结构示意图如附图3所示，包括超声波系统、加热系统、自动送丝机、电烙铁、多轴机械臂及计算机控制系统。其中，烙铁杆为钛合金材质，四周缠绕电阻丝加热。烙铁杆与超声波换能器、变幅杆相连组成超声波电烙铁，超声频率为50kHz，功率为5kW，最高加热温度为700℃。自动送丝机通过夹具与超声烙铁固定在一起，送丝机与烙铁杆的角度为80°送丝系统所能送丝直径为1mm。耦合而成的自动送丝超声电烙铁经夹具固定在多轴机械臂上。超声波系统、电烙铁、自动送丝机构和多轴机械臂的电源集成在一个电源箱中。多轴机械臂为关节型多轴机械臂，由可旋转的底座以及数个关节组成。多轴机械臂的活动范围为1000×1000×1000mm，自由度数为6。超声波发生器、加热系统、送丝机及多轴机械臂与计算机相连，进而实现自动化多维度焊接，定位精度优于0.5mm。

本实用新型未尽事宜为公知技术。

Claims

1.一种超声烙铁钎焊机器人系统，其特征为该系统包括控制系统、送丝机、机器人运动系统、超声波发生器、超声波换能器、变幅杆、电阻丝、烙铁杆和烙铁头；其中，所述的机器人运动系统固定在焊接台上；在机器人运动系统的上部，超声波发生器通过高频电缆线连接超声波换能器，超声波换能器前部的输出端装有钛合金变幅杆，变幅杆上固定有烙铁杆；烙铁杆的顶端为烙铁头,烙铁杆上还缠绕有加热电阻丝；所述的送丝机经夹具夹在机器人运动系统的上部，送丝管道输出端与烙铁头相邻，并与烙铁杆夹角15°～90°；

2.如权利要求1所述的超声烙铁钎焊机器人系统，其特征为所述的机器人运动系统为多轴机械臂或者三维坐标行走机构。