TWM633662U - 自動化輔助焊接設備 - Google Patents

Abstract

一種自動化輔助焊接設備，包括：料架、機座機械手臂、焊接單元、巡跡測距鏡頭及控制主機；料架供一管件放置，管件圓弧外壁設有多個欲焊接處；該機械手臂安裝於機座上，機械手臂遠離該機座的一端安裝著巡跡測距鏡頭及焊接單元，巡跡測距鏡頭由機械手臂帶動且以藍光掃描欲焊接處，經控制主機內的工業電腦運算獲得焊接路徑；焊接單元由機械手臂帶動依循焊接路徑對管件欲接處的圓弧外壁進行焊接；以及控制主機電性連接機座、機械手臂、巡跡測距鏡頭及焊接單元並控制各構件的運作；藉此能在管件不動的情形下，進行自動化的焊接作業。

Description

自動化輔助焊接設備

本創作為一種焊接設備的技術領域，尤其指一種管件固定不動，焊接單元能沿管件圓弧外壁循跡焊接的自動化設備。

隨著半導體製程技術的成熟發展，各式精密廠房大興土木中，半導體製程中必須大量使用到各種酸鹼溶劑、有機溶劑及特殊氣體…等原料以協助製程反應，過程中就必須利用管件於廠區內輸送，但此類製程原料對人體或其他生物體而言，皆具有一定的毒性，因此管件對各銜接處或連接處的封密性，相對要求更為嚴格。此類焊接作業人員需要有經過驗證單位檢測合格後，取得焊接證照才有資格作業，因焊接技術門檻高，取得證照及培養焊接能力需歷時多年，造成業界優秀的焊接人才短缺，

再者，這些管件通常由直管連接著分歧管或多個彎管，加工前會初歩多點焊接定位，之後再於銜接處精準焊接封密，隨著彎管數目形狀多變化就多，此類管件無法自動焊接，通常是由人工逐段焊接，焊接成品偶爾因工作人員操作問題，產生焊道過厚或過薄導致密合度不佳，影響製成品良率問題，另外此類作業焊接時間長，加工難度增加，且焊接品質不易控制，容易因不小心的疏失造成瑕疵，對後續影響甚鉅。為解決上述問題， 本發明人思考設計一自動化輔助焊接設備。

本創作的主要目的是提供一種自動化輔助焊接設備，當欲焊接的管件移載至工作區內即不再移動，之後由機械手臂配合巡跡測距鏡頭及焊接單元，先精準地計算管件的焊接路徑，再執行焊接作業，藉此提升焊接品質、增加焊接效率。

為實現前述目的，本創作採用了如下技術方案：

本創作為一種自動化輔助焊接設備，包括：料架、機座、機械手臂、焊接單元、巡跡測距鏡頭及控制主機；料架供一管件放置，管件圓弧外壁設有多個欲焊接處；該機械手臂安裝於機座上；機械手臂遠離該機座的一端安裝著巡跡測距鏡頭及焊接單元，巡跡測距鏡頭由機械手臂帶動且以藍光掃描欲焊接處，經控制主機內的工業電腦運算獲得焊接路徑；焊接單元由機械手臂帶動依循焊接路徑對管件欲焊接處的圓弧外壁進行焊接；以及控制主機電性連接移動機械、機械手臂、巡跡測距鏡頭及焊接單元並控制各構件的運作；

作為較佳優選實施方案之一，焊接單元包括一焊槍及一送線機，焊槍負責執行焊接作業，送線機負責持續供給焊料進行焊接。

作為較佳優選實施方案之一，機械手臂是擁有七個軸向關節的多臂結構。

作為較佳優選實施方案之一，機座能帶動機械手臂進行水平及縱向的移動。

作為較佳優選實施方案之一，機座包括一載台、縱向移載機構、第一軸移載機構及第二軸移載機構，載台供機械手臂安裝於此，載台安裝於縱向移載機構的垂直滑軌模組處，並受其帶動能垂直上升或下降，縱向移載機構安裝於第一軸移載機構上，第一軸移載機構設有水平滑軌模組，負責帶動縱向移載機構以水平移動，第一軸移載機構設置於第二軸移載機構上，並受其帶動能以平行移動，第一軸移載機構的移動方向是與第二軸移載機構的移動方向垂直。

作為較佳優選實施方案之一，機械手臂帶動巡跡測距鏡頭及焊接單元沿管件圓周外壁移動時，第一次是先由巡跡測距鏡頭掃描及確認焊接路徑，第二次再由焊接單元依循焊接路徑進行焊接工作。

作為較佳優選實施方案之一，管件包括直管、分歧管及彎管，焊接處指直管、分歧管與彎管其中任兩管的銜接處 。

作為較佳優選實施方案之一，料架頂端具有一承接部，管件是放置於承接部上且位置被固定。

與現有技術相比，本創作自動化輔助焊接設備具有下列具體的功效： 1.        焊接精密度高，品質佳； 2.        縮短焊接作業人員能力培訓時間； 3.        自動化的焊接作業，能減少焊接工時，提高生產效率； 4.        對具有多個欲焊接處的管件，例如連接著多個分歧管或彎管的結構，本創作能使焊接難度降低，且焊接效率提昇； 5.        本創作能因使用的焊接單元種類不同，設定不同的焊接方式，增加可適用的焊接範圍。

下面將結合具體實施例和附圖，對本創作的技術方案進行清楚、完整地描述。需要說明的是，當元件被稱為「安裝於或固定於」另一個元件，意指它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是「連接」另一個元件，意指它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。在所示出的實施例中，方向表示上、下、左、右、前和後等是相對的，用於解釋本案中不同部件的結構和運動是相對的。當部件處於圖中所示的位置時，這些表示是恰當的。但是，如果元件位置的說明發生變化，那麼認為這些表示也將相應地發生變化。

除非另有定義，本文所使用的所有技術和科學術語與屬於本創作技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中所使用的術語只是為了描述具體實施例的目的，不是旨在限制本創作。本文所使用的術語「和/或」包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

如圖1所示，為本創作自動化輔助焊接設備的立體圖。本創作自動化輔助焊接設備包括料架1、機座2、機械手臂3、巡跡測距鏡頭4、焊接單元5及控制主機6。料架1供欲焊接的管件7放置。該機械手臂安裝於機座2上。機械手臂3負責帶動巡跡測距鏡頭4及焊接單元5移動至管件7欲焊接處。巡跡測距鏡頭4由機械手臂3帶動且以藍光掃描管件7欲焊接處，經控制主機6內的工業電腦運算獲得焊接路徑；焊接單元5由機械手臂3帶動依循焊接路徑對管件7進行焊接作業。控制主機6負責控制各構件運作。藉此能在管件7不動的情形下，本設備能自動移動焊接單元5對管件7圓弧外壁進行精準地自動焊接作業。

接著就各構件的結構作一詳細的說明：料架1是供放置欲焊接的管件7。在本實施例中料架1設有兩組，且每個料架1頂端具有呈Y型的承接部11，以支撐長條狀管件7的位置，但料架1的數目及承接部11的形狀並不以此為限。管件7圓弧外壁設有多個欲焊接處70，本實施中管件7包括至少一直管71、分歧管72及彎管73，欲焊接處70指直管71、分歧管72與彎管73其中任兩管的銜接處。在實際的操作中，各管的銜接位置會先點焊多個接點，作初步的固定，便於之後吊掛管件7移載於料架1上，再進行精準的密封焊接。管件7長度、形狀及多個欲焊接處70等資訊可先行傳送至控制主機6，或經其他掃描設備進行掃描，當管件7移載至料架1上，便可由控制主機6驅動各構件快速移動至相關位置。

機座2供機械手臂3安裝其上，機座2可為固定式，但在本實施例中機座2為可移動式，負責帶動安裝其上的機械手臂3進行水平及縱向的移動，水平方向包括X軸及Y軸方向。本創作機座2包括一載台21、縱向移載機構22、第一軸移載機構23及第二軸移載機構24。載台21用以供機械手臂3樹立安裝於此。載台21安裝於縱向移載機構22的垂直滑軌模組處，並受其帶動能垂直上升或下降。縱向移載機構22安裝於第一軸移載機構23上，第一軸移載機構23設有水平滑軌模組，負責帶動縱向移載機構22作水平移動，此水平移動方向是指垂直於兩料架1的方向。第一軸移載機構23設置於第二軸移載機構24上，並受其帶動能作水平移動，此水平移動方向是以平行於兩料架1的方向。第一軸移載機構24可為馬達、螺桿、滑軌等所構成的傳動機構。第一軸移載機構23的移動方向是與第二軸移載機構24的移動方向相垂直。本創作機座2是負責帶動機械手臂3移動至靠近管件7欲焊接處70的位置，之後再利用機械手臂3作更精準的移動。

機械手臂3是至少擁有六個軸向關節的多臂結構，本實施例中機械手臂3為七軸向機械手臂，使得控制的角度範圍大、移動方位及位置更為精確，且機械手臂3具備人機共處的設計，即當機械手臂3在運作時若被人員不小心觸碰，就會立即停止，藉此有利用在焊接作業前觀察及檢查機械運作的順暢性及正確性。機械手臂3底端是安裝於載台21，機械手臂3遠離機座2的一端安裝著巡跡測距鏡頭4及焊接單元5。機械手臂3能精確地帶動巡跡測距鏡頭4及焊接單元5沿管件7圓周外壁欲焊接處70移動，運作方式是先由巡跡測距鏡頭4掃描及確認焊接路徑，之後再由移動焊接單元5依循焊接路徑進行焊接工作。

如圖2所示，巡跡測距鏡頭4是利用藍光級的(短波長)去掃描管件7的欲接焊處70，並將資料送回控制主機6內的工業電腦，經工業電腦運算處理，以大數據分析技術用來精確定位焊接時軌跡，避開金屬的反射及偽路徑(例如刮痕)找出正確的銜接位置或是先前經多點焊接點所構成的初步焊接路徑，之後計算出管件7半徑、圓心及補償角度，經運算且精度補償後並再計算出欲執行的最終焊接路徑。

焊接單元5是用以對管件7欲焊接處70進行焊接作業，焊接單元5包括一焊槍51及一送線機52，焊槍51負責執行焊接作業，送線機52負責持續供給焊料進行焊接。焊接方式可依焊接單元5種類而執行相對的焊接作業，例如可為電焊、亞焊或雷射焊接等。焊接單元5是由機械手臂3依前述焊接路徑對管件7進行焊接作業。在實際的焊接作業中，是先執行管件7一半圓周的焊接，之後退出，調整機械手臂3方位，之後再移入進行另一半圓周的焊接。另外巡跡測距鏡頭4與焊接單元5採同側並排狀結合於機械手臂3，此目的在於：巡跡測距鏡頭4掃描焊接位置後，機械手臂3只要控制焊接單元5微量偏移即可移動至正確的移動基準點，利於後續控制焊接單元5循環焊接路徑移動。

控制主機6主要是電性連接於機座2、機械手臂3、巡跡測距鏡頭4及焊接單元5，並控制前述各構件的運作。控制主機6內部安裝有工業電腦，能準確地控制機械手臂3以帶動巡跡測距鏡頭4及焊接單元5移動，並對巡跡測距鏡頭4所獲得的資料進行演算，以大數據分析技術用來精確定位焊接時軌跡，達到精度補償的目的，進而獲得正確的焊接路徑，再控制機械手臂3帶動焊接單元5依循焊接路徑對管件7進行焊接。

接著就本創作實際運作方式作簡單的說明：如圖3及圖4所示，管件7放置於料架1後，即不再移動。控制主機6可依接收到的資料或經其他掃描設備進行掃描，獲得管件7數個欲焊接處70位置，接著機座2帶動機械手臂3移動至其中一個欲焊接處70附近。之後再由機械手臂3帶動巡跡測距鏡頭4及焊接單元5沿管件7的外壁移動，原則上僅第一次移動半個圓周區域，第二次再移動另外半個圓周區域，作業流程先由巡跡測距鏡頭4掃描及計算出焊接路徑，此時焊接單元5並不作動，之後要由機械手臂3操作焊接單元5依循焊接路徑進行焊接工作。整體經由控制主機6的精確控制，就能達到全自動對管件7多個欲焊接處70進行焊接，且焊接品質精良、效率高。

然而，上述實施例僅例示性說明本創作的功效，而非用於限制本創作，任何熟習此技術領域的人士均可在不違背本創作的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。此外，在上述實施例中的元件的數量僅為例示性說明，也非用於限制本創作。因此本創作的權利保護範圍，應如以下的申請專利範圍所列。

1:料架 11:承接部 2:機座 21:載台 22:縱向移載機構 23:第一軸向移載機構 24:第二軸向移載機構 3:機械手臂 4:巡跡測距鏡頭 5:焊接單元 51:焊槍 52:送線機 6:控制主機 7:管件 70:欲焊接處 71:直管 72:分歧管 73:彎管

圖1為本創作自動化輔助焊接設備的立體圖；

圖2為本創作自動化輔助焊接設備之機械手臂的局部放大圖；

圖3為本創作自動化輔助焊接設備運作的示意圖(一)；

圖4為本創作自動化輔助焊接設備運作的示意圖(二)。

1:料架

11:承接部

2:機座

21:載台

22:縱向移載機構

23:第一軸向移載機構

24:第二軸向移載機構

3:機械手臂

4:巡跡測距鏡頭

5:焊接單元

51:焊槍

52:送線機

6:控制主機

7:管件

70:欲焊接處

71:直管

72:分歧管

73:彎管

Claims (9)

1. 一種自動化輔助焊接設備，包括：料架、機座、機械手臂、焊接單元、巡跡測距鏡頭及控制主機；該料架供一管件放置，該管件圓弧外壁設有多個欲焊接處；該機械手臂安裝於該機座上，該機械手臂遠離該機座的一端安裝著該巡跡測距鏡頭及該焊接單元，由該機械手臂帶動該巡跡測距鏡頭及該焊接單元沿該管件欲焊接處的圓弧外壁移動；該巡跡測距鏡頭是由該機械手臂帶動且以藍光掃描該欲焊接處，經該控制主機內的工業電腦運算獲得焊接路徑；該焊接單元由該機械手臂帶動依循該焊接路徑對該管件進行焊接作業；以及該控制主機電性連接該移動機械、該機械手臂、該巡跡測距鏡頭及該焊接單元並控制各構件的運作。
2. 如請求項1所述之自動化輔助焊接設備，該焊接單元包括一焊槍及一送線機，該焊槍負責執行焊接作業，該送線機負責持續供給焊料進行焊接。
3. 如請求項1所述之自動化輔助焊接設備，該機械手臂是擁有七個軸向關節的多臂結構。
4. 如請求項1所述之自動化輔助焊接設備，該機座能帶動該機械手臂進行水平及縱向的移動。
5. 如請求項4所述之自動化輔助焊接設備，該機座包括一載台、縱向移載機構、第一軸移載機構及第二軸移載機構，該載台供該機械手臂安裝於此，該載台安裝於該縱向移載機構的垂直滑軌模組處，並受其帶動能垂直上升或下降，該縱向移載機構安裝於該第一軸移載機構上，該第一軸移載機構設有水平滑軌模組，負責帶動該縱向移動組以水平移動，該第一軸移載機構設置於該第二軸移載機構上，並受其帶動能以平行移動，但該第一軸移載機構的移動方向是與該第二軸移載機構的移動方向垂直。
6. 如請求項1所述之自動化輔助焊接設備，其中該械手臂帶動該巡跡測距鏡頭及焊接單元沿該管件圓周外壁移動時，是先由該巡跡測距鏡頭掃描及確認焊接路徑，之後再由該焊接單元依循該焊接路徑進行焊接工作。
7. 如請求項1所述之自動化輔助焊接設備，該管件包括直管、分歧管及彎管，該焊接處指該直管、該分歧管與該彎管其中任兩管的銜接處。
8. 如請求項１所述之自動化輔助焊接設備，該料架頂端具有一承接部，該管件是放置於該承接部上且位置被固定。
9. 如請求項１所述之自動化輔助焊接設備，該巡跡測距鏡頭與該焊接單元採同側並排狀結合於該機械手臂。

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