CN216066077U - 一种上、下桅杆自动化焊接生产线装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种上、下桅杆自动化焊接生产线装置，包括内焊缝焊接单元、外焊缝焊接单元、重载机械手、焊接夹具及电气控制系统；内焊缝焊接单元和外焊缝焊接单元分别包括变位机头部、变位机尾部和焊接机器人，变位机尾部置于变位机地轨上，焊接机器人装于机器人安装C型架上，机器人安装C型架的下部置于机器人地轨上，变位机头部和变位机尾部分别装有焊接夹具；重载机械手通过重型机械手回转机构置于重型机械手地轨上。焊接夹具包括下压紧模组和对中压紧模组，并设有360°翻转装置。可实现上、下桅杆焊接生产线的自动化作业，用机器人代替焊接工人，减少生产过程的人工参与度以削弱主观因素给产品带来的不可控性。实现信息化、智能化生产，并对生产过程进行全方面地把控。

Description

一种上、下桅杆自动化焊接生产线装置

技术领域

本实用新型涉及一种小港机焊接设备，尤其涉及一种上、下桅杆自动化焊接生产线装置。

背景技术

目前，在小港机在加工制造过程中，大多采用手工焊接作业的方式进行生产。上、下桅杆是工程机械领域打桩机的重要部件，尺寸大，有众多板材焊接而成，焊接结构复杂、目前主要采用传统的手工焊，存在加工效率低、焊接质量受人为因素影响较大、焊接质量控制难度大。全线使用手工焊接的方式难以把控到生产的各个方面，从而影响产能，增加不良率。

随着生产力水平的不断加大，用户对相关产品的质量要求越来越高、结构设计越来越复杂、数量需求越来越大，从而使传统的手工作业因焊接工人情绪的变化而出现的生产速度有限、焊接品质难把控等不稳定因素，以及部分结构焊缝手工加工可达性差的弊端愈发强烈地暴露出来。

有鉴于此，特提出本实用新型，将自动化设备引入，有效地弥补手工作业的不足。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种上、下桅杆自动化焊接生产线装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的上、下桅杆自动化焊接生产线装置，包括内焊缝焊接单元、外焊缝焊接单元、重载机械手、焊接夹具及电气控制系统；

所述内焊缝焊接单元和外焊缝焊接单元分别包括变位机头部、变位机尾部和焊接机器人，所述变位机头部固定在变位机连接座上，所述变位机连接座上设有变位机地轨，所述变位机尾部置于所述变位机地轨上，所述焊接机器人装于机器人安装C型架上，所述机器人安装C型架的下部置于机器人地轨上，所述机器人安装C型架上装有除尘系统和焊接电源，所述变位机头部和所述变位机尾部分别装有所述焊接夹具；

所述重载机械手装于所述内焊缝焊接单元和外焊缝焊接单元的一侧。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的上、下桅杆自动化焊接生产线装置，将自动化设备引入传统手工产业，减少了工人的参与度，并对操作者的工作进行引导，减少主观因素对产品质量的影响，在满足传统手工作业的基础功能与灵活性的同时，也将智能制造、物联网等信息产业的新兴技术注入到了作业过程中，促进了信息在整条生产线上的流动，从而做到“一次编程，多次生产”的规范化作业模式，满足了日益增长的产品质量与生产力需求，实现了加工过程可控、生产速度更快、产品质量稳定等诸多优点，可以做到对生产过程各个方面的定量控制。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的上、下桅杆自动化焊接生产线装置布局示意图；

图2为本实用新型实施例内焊缝焊接单元结构示意图；

图3为本实用新型实施例外焊缝焊接单元结构示意图；

图4为本实用新型实施例重型机械手结构示意图；

图5为本实用新型实施例变位机与工装夹具安装相对位置示意图；

图6为本实用新型实施例焊接夹具结构示意图；

图7为本实用新型实施例上、下桅杆内外焊接自动生产线装置生产流程示意图。

图中：

1、变位机头部，2、机器人地轨，3、焊接机器人，4、机器人安装C型架，5、除尘系统，6、焊接电源，7、变位机尾部，8、变位机地轨，9、变位机连接座，10、焊接夹具；

11、重型机械手抓手，12、重型机械手C型架，13、重型机械手回转机构，14、待焊接上、下桅杆，15、重型机械手地轨；

16、对中压紧安装板，17、下压紧安装板，18、下压紧模组，19、下压紧电机， 20、下压紧压头，21、对中压紧电机，22、对中压紧压头，23、对中压紧模组。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例作进一步地详细描述。本实用新型实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本实用新型的上、下桅杆自动化焊接生产线装置，其较佳的具体实施方式是：

包括内焊缝焊接单元、外焊缝焊接单元、重载机械手、焊接夹具及电气控制系统；

所述内焊缝焊接单元和外焊缝焊接单元分别包括变位机头部、变位机尾部和焊接机器人，所述变位机头部固定在变位机连接座上，所述变位机连接座上设有变位机地轨，所述变位机尾部置于所述变位机地轨上，所述焊接机器人装于机器人安装C型架上，所述机器人安装C型架的下部置于机器人地轨上，所述机器人安装C型架上装有除尘系统和焊接电源，所述变位机头部和所述变位机尾部分别装有所述焊接夹具；

所述重载机械手装于所述内焊缝焊接单元和外焊缝焊接单元的一侧。

所述重载机械手包括重型机械手C型架，所述重型机械手C型架上设有重型机械手抓手，所述重型机械手C型架底部设有重型机械手回转机构，所述重型机械手回转机构置于重型机械手地轨上。

所述焊接夹具包括固定在下压紧安装板下部的对中压紧安装板，所述下压紧安装板上装有下压紧模组、下压紧电机和下压紧压头，所述对中压紧安装板上装有对中压紧模组、对中压紧电机和对中压紧压头。

所述焊接夹具与所述变位机头部和所述变位机尾部之间分别设有360°翻转装置。

所述电气控制系统包括重型机械手控制单元，焊接机器人控制单元和变位机控制单元；

还包括PLC及HMI、电气控制柜、控制线缆、线槽、按钮操作盒、三色报警灯、蜂鸣器和示较器。

本实用新型的智能焊接上、下桅杆装置，是针对桅杆产品的一套自动化焊接智能制造系统。其目的在于实现上、下桅杆焊接生产线的自动化作业，用机器人代替焊接工人，减少生产过程的人工参与度以削弱主观因素给产品带来的不可控性。实现信息化、智能化生产，并对生产过程进行全方面地把控。

具体实施例：

如图1所示，上、下桅杆内外焊缝焊接生产线(下简称焊接生产线)装置是自动化焊接作业的智能制造设备集合，实现桅杆类产品全面自动化焊接。产线包括外焊缝焊接单元、内焊缝焊接单元、重载机械手、除尘系统等几个部分构成，其中内、外焊缝机器人工作站共用一套机器人行走导轨。三个单元通过总线方式实现信号交互，从而实现产线内自动上料、自动焊接、自动下料。

内、外焊缝焊接单元硬件部分分别由一套变位机头部、变位机尾部、一套焊接夹具、一套机器人安装C型架、焊接机器人、焊接电源、除尘系统等主要部件构成，完成上下桅杆内、外焊缝的焊接工作，两个站之间工件由重载机械手实现焊接件的转运。

上、下桅杆自动化焊接生产线装置包括以下功能：

生产线建立PLC实时数据采集系统，设备关键工作参数和和过程数据等信息的采集，并由PLC上传至甲方制造执行系统，实现数据自动采集，并接收甲方制造执行系统的统计、分析、决策结果，实现生产过程的智能化控制；

生产线能够实现不同规格型号产品生产快速切换，平均换型时间小于20分钟；能够兼容至少10种型号产品共线柔性生产。

具备自动和手动切换模式，在手动模式下保证人员安全进入，可人工进行工件检查和作业；

生产线的控制系统能实现自动控制，具备互锁功能以防误操作，能够显示和处理设备报警；

生产线在变位机、操作台等位置配置多处急停按钮，在发生危险时，方便操作人员在工件就近位置能够迅速停止产线工作；

生产线具有警告功能。例如，利用蜂鸣器，指示灯等对危险性做出警告；

生产线对周围环境的安全性具有感知功能。例如，利用互锁，安全光幕等对进入危险领域的行为具有感知功能。感知到危险行为后，迅速自动断电，运动机构自动紧急停止等；

生产线具有电弧跟踪和接触寻位功能，可以避免待焊接零件来料偏差造成的无法焊接问题，大大提高了整个产线的智能化水平。

以下对各个单元进行分别阐述：

(1)内焊缝焊接单元

如图2所示，内焊缝焊接单元由一套变位机头部、变位机尾部、一套焊接夹具、一套机器人安装C型架、焊接机器人、焊接电源、除尘系统等主要部件构成，变位机采用变位机头部固定，尾部配备行走地轨，可实现不同长度的桅杆类产品的焊接，夹具采用左右侧板对中夹紧、法兰板上方下压夹紧的结构，将工件固定在变位机头尾座之间；对中夹紧和下压夹紧均采用转矩控制的电机来实现。该独特的实际思路即保证了被焊接件的重心始终保持在变位机中心，又确保了设备能够夹持不同高度尺寸的桅杆，一方面增加了设备在运行过程中的稳定性和可靠性，另一方可以降低变位机动力输出能，节省设备采购成本。变位机会±90°翻转做配合从而尽量保证所有内焊缝处于良好的焊接位置，对焊接产品的质量稳定提供了有利的保障。

外焊缝焊接机器人是固定安装在C型架上，依靠C型架在导轨上行走覆盖所有焊缝位置。

(2)外焊缝焊接单元

如图3所示，外焊缝焊接单元由一套变位机头部、变位机尾部、一套焊接夹具、一套机器人安装C型架、焊接机器人、焊接电源、除尘系统等主要部件构成，变位机采用变位机头部固定，尾部配备行走地轨，可实现不同长度的桅杆类产品的焊接，夹具采用左右侧板对中夹紧、法兰板上方下压夹紧的结构，将工件固定在变位机头尾座之间；对中夹紧和下压夹紧均采用转矩控制的电机来实现。该独特的实际思路即保证了被焊接件的重心始终保持在变位机中心，又确保了设备能够夹持不同高度尺寸的桅杆，一方面增加了设备在运行过程中的稳定性和可靠性，另一方可以降低变位机动力输出能，节省了设备采购成本。变位机会±90°翻转做配合从而尽量保证所有内焊缝处于良好的焊接位置，对焊接产品的质量稳定提供了有利的保障。

外焊缝焊接机器人是固定安装在C型架上，依靠C型架在导轨上行走覆盖所有焊缝位置。

(3)重载机械手

如图4所示，重载机械手由地轨、抓手、C型架以及回转机构构成，共同组成一套完整的重型机械手，抓取待焊接上、下桅杆件，并沿着地轨将桅杆运送到内焊缝焊接单元，焊接单元完成桅杆内焊缝后，通过总线通讯控制重型机械手将完成的焊件运送到外焊缝单元，待外焊缝单元焊接完成后，重型机械手抓取焊件并运送到下一道工序。

重型机械手抓手采用伺服电机夹紧方式，不仅稳定可靠且可以进行精确地位置控制。同时，重型机械手C型底座架安装有回转机构，便于在运送过程中碰撞内外焊缝焊接机器人以、机器人C型架、变位机等机构，达到提高了设备的柔性。重型机械手地轨长度覆盖内、外焊缝两个焊接单元，有效地保证运输的范围。

(4)焊接夹具及变位机

如图5所示，焊接夹具安装在首尾变位机上，在变位机的驱动下可以夹着工件做+-360度旋转，是待焊接件处于一个较为合适的位置，提高的设备的柔性，从而保证了产品质量的稳定性。

变位机头部和尾部安装在一个经过精加工的底座上，保证了变位机头部和尾部的同心度。

变位机尾部装有前后移动的地轨，通过伺服电机控制器前后移动的距离，提高了变位机的柔性，可以适应不同长度的上、下桅杆件。

焊接工装左右各一套，每套结构相同，分别安装在首尾变位机两端的旋转机构上，变位机驱动电机为机器人外部轴电机，控制变位机做+-360度旋转，从而带动待焊接件-上、下桅杆旋转，使其处于一个较为合适的焊接位置，确保焊接质量的稳定性和焊接工艺性。

如图6所示，焊接夹具由下压紧电机、下压紧模组、下压紧压头、对中压紧电机、对中压紧压头、对中压紧模组、下压紧安装板、对中压紧安装板组成。

焊接夹具具有对中夹紧和下压紧功能，其中对中夹紧确保了带焊接件的重心与变位机旋转中心处于同一条直径上，确保变位机旋转时产生偏心力矩最小，提高的变位机的使用寿命和稳定性。

焊接夹具的对中驱动力为伺服电机，可以有效的控制夹持的稳定性和精确的控制夹头移动的距离，进一步降低了设备损坏的可能性。

(5)电气控制系统

电气控制系统主要由机器人控制程序，裸机程序，PLC及HMI，电气控制柜，控制线缆，线槽，按钮操作盒，三色报警灯及蜂鸣器组成。

在示教器上，可以直观方便的设定工艺路径，并可进行存储被随时调用。

对开始工作的时间，待机时间和停机时间进行记录，同时可以记录下用户的操作记录和报警记录。

具有异常诊断报警功能，当控制系统元器件、机器人等出现异常时，红色指示灯亮并发出蜂鸣器报警，提供故障信息。

控制系统与机器人系统进行集成，两者之间通过接口进行通信及相关动作的链接，共同完成焊接的功能，具有配方功能，只需要输入产品编号，就可以完成所有参数设置。

该系统具有“手动”、“自动”选择功能，在“手动”模式下可以人工参与，在“自动”模式下机器人自动完成焊接操作。并且设有电源开/关及指示按钮、急停按钮，当发生意外时可紧急停止。

对每种工件都可方便地设定焊接工艺及参数(焊接程序),焊接程序可进行储存并被随时调用，工作时按操作者选用的焊接程序完成工件的自动焊接。在示较器上，可直观对焊接状况和参数进行监控并可随时提取焊接记录。

焊接工件在组对时难免会存在误差，焊缝的位置和宽窄一致性不高，并且在焊接过程中，先焊合的焊缝产生的变形会作用在工件上，使后焊合的焊缝偏离组对时的位置。为了保证焊接质量，该生产线带有焊接起始点寻位和焊缝跟踪等焊接功能，进一步增加了设备对焊接产品的实用性。

(6)生产流程结构：

本产线的生产流程结构如图7所示。

本实用新型技术方案带来的有益效果

本实用新型针对桩机上、下桅杆类产品，以自动化作业代替传统手工生产模式，设计出一种上、下桅杆内外焊接自动生产线装置。其带来的益处在于：

实现焊接作业自动化，削弱生产线路中人工参与度，从而降低主观因素给产品带来的不可控性，提高产品质量、降低不良率，增加设备使用方的产品竞争力；

生产线模块化设计，各个单元相对独立又相互关联，既能够独立完成各自的任务由可以通过总线通讯将每个单元相互关联，实现整个产线单元间的无缝连接，自动化程度高，降低人工成本，减轻了工人劳动强度、改善生产环境；

生产线的所有工作时间、检修、故障点都可以通过HMI方式显示，方面及时排除设备故障，跟踪设备利用率，为设备使用产品和生产管理提供数据依据、大大降低管理成本；

生产线采用目前常用的柔细6轴机器人与自助研发的变位机和焊接夹具有效配合，设备智能化程度高和柔性好，对焊接合格而质量稳定产品提供保障，降低了设备使用方产品故障率，增加行业核心竞争力。

设备操作界面简单，功能齐全，很多影响产品质量的参数已经潜入到电气程序中，在使用过程中无需在进行设备，支持一键启动即可完成整个产品的焊接，降低设备使用方的技术门槛，提高其生产效率；

设备配备除尘系统，有效的防止焊接产生的烟尘对环境的影响，符合国家节能环保要求。

本实用新型的技术关键点：

上、下桅杆内外焊缝焊接生产线装置由包括外焊缝焊接单元、内焊缝焊接单元、重载机械手、除尘系统等几个部分构成，具有一下几个优点：自动化程度高、操作简单，柔性好，节能环保；

上、下桅杆内外焊缝焊接生产线装置变位机采用尾部移动结构，适用于桅杆类产品的焊接，不只是针对一种产品，而是适用于架构相同尺寸不同的一类桅杆产品的焊接，该结构变位机采用机器人外部轴驱动，在实际焊接过程中，可以和焊接机器人进行协调运动，大大减少设备工序等待时间，充分发挥设备的工作流畅性；

上、下桅杆内外焊缝焊接生产线装置配备自助研发的重载机械手机构，重载机械手行走导轨覆盖整个产线，使上、下件变得流畅，且全自动进行；

上、下桅杆内外焊缝焊接生产线装置焊接夹具采用伺服电机对中夹紧以及上压紧结构，一方面保证了焊接件的偏心最下，从而减小变位机旋转是的惯性矩，延长了设备的使用寿命。另一方面由于增加了下压紧机构，保证了焊接件在变位机上360度旋转时的稳定；

上、下桅杆内外焊缝焊接生产线装置配备除尘系统，有效的防止焊接产生的烟尘对环境的影响，符合国家节能环保要求；

上、下桅杆内外焊缝焊接生产线装置采用现场总线方式将个焊接和运输单元行程信息交互和互锁，具有防错防呆功能；

上、下桅杆内外焊缝焊接生产线装置整体颜色为米白色，移动部件罩盖采用黄色，电气柜采用红色，外观漂亮，简洁、大方、醒目；

上、下桅杆内外焊缝焊接生产线装置电气控制系统，具备手动、自动两种模式，是被适应性强，并可以和设备使用方上位机进行数据传输，可以方便使用方进行生产管理和产能评估。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种上、下桅杆自动化焊接生产线装置，其特征在于，包括内焊缝焊接单元、外焊缝焊接单元、重载机械手、焊接夹具及电气控制系统；

所述内焊缝焊接单元和外焊缝焊接单元分别包括变位机头部、变位机尾部和焊接机器人，所述变位机头部固定在变位机连接座上，所述变位机连接座上设有变位机地轨，所述变位机尾部置于所述变位机地轨上，所述焊接机器人装于机器人安装C型架上，所述机器人安装C型架的下部置于机器人地轨上，所述机器人安装C型架上装有除尘系统和焊接电源，所述变位机头部和所述变位机尾部分别装有所述焊接夹具；

所述重载机械手装于所述内焊缝焊接单元和外焊缝焊接单元的一侧。

2.根据权利要求1所述的上、下桅杆自动化焊接生产线装置，其特征在于，所述重载机械手包括重型机械手C型架，所述重型机械手C型架上设有重型机械手抓手，所述重型机械手C型架底部设有重型机械手回转机构，所述重型机械手回转机构置于重型机械手地轨上。

3.根据权利要求2所述的上、下桅杆自动化焊接生产线装置，其特征在于，所述焊接夹具包括固定在下压紧安装板下部的对中压紧安装板，所述下压紧安装板上装有下压紧模组、下压紧电机和下压紧压头，所述对中压紧安装板上装有对中压紧模组、对中压紧电机和对中压紧压头。

4.根据权利要求3所述的上、下桅杆自动化焊接生产线装置，其特征在于，所述焊接夹具与所述变位机头部和所述变位机尾部之间分别设有360°翻转装置。

5.根据权利要求1至4任一项所述的上、下桅杆自动化焊接生产线装置，其特征在于，所述电气控制系统包括重型机械手控制单元，焊接机器人控制单元和变位机控制单元；

还包括PLC及HMI、电气控制柜、控制线缆、线槽、按钮操作盒、三色报警灯、蜂鸣器和示较器。

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