一种自动焊接用变位工装、自动焊接系统及自动焊接流水线

摘要

本发明涉及自动焊接技术领域，具体涉及一种自动焊接用变位工装，包括架体，所述架体包括相对设置的第一支架、第二支架以及位于第一支架和第二支架之间的水平支架，所述第一支架、第二支架和水平支架通过动力带动可在竖平面转动，在所述水平支架上设有滑轨，滑轨上设有两个可沿滑轨滑动的滑块，每个滑块上均设有连接杆，在每个连接杆的内侧均设有用于压紧待焊接工件的压紧锥，两个压紧锥在相向运动压紧过程中，可自动调节压紧高度。本发明还提供了基于上述自动焊接用变位工装的自动焊接系统和自动焊接流水线。本发明的自动焊接用变位工装可自动调节压紧高度，以适配不同尺寸工件的压紧定位，同时定位精度高，对中效果好。

说明书

技术领域

本发明涉及自动焊接技术领域，具体涉及一种自动焊接用变位工装、自动焊接系统及自动焊接流水线。

背景技术

随着数字化，自动化，计算机，机械设计技术的发展，以及对焊接质量的高度重视，自动焊接已发展成为一种先进的制造技术，自动焊接设备在各工业的应用中所发挥的作用越来越大，应用范围正在迅速扩大。目前，自动焊接技术已广泛应用在塑料、汽车制造业、金属加工、五金家电、钢构、压力容器、机械加工制造、造船、航天等领域。应用自动焊接技术后，大大提高了焊接件的外观和内在质量，并保证了质量的稳定性，降低了劳动强度，改善了劳动环境，降低人工焊接技能要求及生产成本，提高了生产效率。

现有技术中，自动化焊接设备主要由以下几部分构成：焊接电源、焊件移动或变位机构、焊件夹紧机构、焊接机头用移动机构、主控制器、焊接机器人以及辅助装置。现有技术的自动焊接设备存在的不足之处在于：对于通过定位内孔实现夹紧定位的焊件来说，焊件夹紧机构的压紧件通常是固定式的，若需要压紧不同尺寸的焊件，则需要更换压紧件，操作繁琐，效率低，普适性差；并且由于采用固定式压紧件，往往不具备自适应微调功能，导致定位精度低，对中效果差。

发明内容

本发明目的之一在于提供一种可调节压紧高度的自动焊接用变位工装，以适配不同尺寸工件的压紧定位，同时提高定位精度，提高对中效果。

自动焊接用变位工装，包括架体，所述架体包括相对设置的第一支架、第二支架以及位于第一支架和第二支架之间的水平支架，所述第一支架、第二支架和水平支架通过动力带动可在竖平面转动，在所述水平支架上设有滑轨，滑轨上设有两个可沿滑轨滑动的滑块，每个滑块上均设有连接杆，在每个连接杆的内侧均设有用于压紧待焊接工件的压紧锥，所述两个压紧锥在相向运动压紧过程中，可自动调节压紧高度。

本发明自动焊接用变位工装的原理及有益效果如下：

1、待焊接工件到达焊接工位后，通过两个压紧锥抵住待焊接工件的内孔，从而实现待焊接工件的压紧定位，在焊接过程中，通过动力带动第一支架、第二支架和水平支架在竖平面转动，从而使待焊接工件也在竖平面转动，即本发明自动焊接用变位工装具备旋转变位功能，这样的设计无需调整焊枪焊接角度，焊枪始终朝下即可完成焊接。

2、本发明自动焊接用变位工装可在压紧过程中，自动调节压紧锥的压紧高度，从而自适应压紧不同尺寸的工件，同时输送线也无需为了适配压紧锥的压紧高度（若压紧高度固定，则输送线需要具备调整输送高度的功能）而调整输送高度，简化了输送线的结构，降低输送线制造成本。

3、可实现待焊接工件中心自动压紧定位，且由于两个压紧锥在相向运动压紧过程中，可自动调节压紧高度，因此相当于具备自适应微调功能，此种设计在每次压紧定位过程中，可尽量确保两个压紧锥和待焊接工件的中心线在同一条水平线上，降低误差，从而提高定位精度。

进一步地，本发明还包括第一压紧气缸和第二压紧气缸，第一压紧气缸安装在第一支架上，所述第一压紧气缸的活塞杆与其中一个连接杆固定连接，第二压紧气缸安装在第二支架上，所述第二压紧气缸的活塞杆与另一个连接杆固定连接。

有益效果：通过第一压紧气缸和第二压紧气缸，带动两个连接杆同时沿着滑轨滑动，从而带动两个压紧锥相向运动压紧待焊接工件，并且本发明中，第一压紧气缸和第二压紧气缸分别安装在第一支架和第二支架上，使得整个工装结构紧凑，第一支架和第二支架不仅作为带动待焊接工件转动的架体，而且还对第一压紧气缸和第二压紧气缸起到承载作用。

进一步地，本发明还包括连接块，所述压紧锥固定在所述连接块上，在每个所述连接杆上还开设有开口朝向内侧的导向槽，在所述导向槽内部设有导向柱，导向柱上部固定在导向槽上部侧壁，在导向柱外周设有压簧，所述压簧上部与导向槽上部侧壁固定，所述连接块伸入所述导向槽，所述压簧下部与连接块的中部固定，所述连接块位于导向槽内部的一端设置有配重块。

有益效果：压紧锥固定在连接块上，压簧下部与连接块的中部固定，因此在压紧锥未压紧待焊接工件时，在压簧的弹力作用下，压紧锥处于最低位置，配重块的设置，对压紧锥起到稳定的作用，以上压紧锥这种浮动设计结构，使得压紧锥在压紧待焊接工件过程中，可根据工件尺寸大小，微调压紧高度，从而满足不同尺寸工件的压紧要求。具体在工作过程中，若待焊接工件在焊接工位时，且两个压紧锥处于最低位置时，若待焊接工件内孔和两个压紧锥的中心线在同一水平线上（即同一水平高度上），则两个压紧锥在相向运动过程中，一周的压紧面同时与待焊接工件的内孔相抵，若待焊接工件在焊接工位时，且两个压紧锥处于最低位置时，待焊接工件内孔的中心线水平高度高于两个压紧锥的中心线水平高度，则两个压紧锥处于下部的压紧面首先与待焊接工件内孔的下部相抵，从而迫使两个压紧锥同时向上浮动，直至两个压紧锥的中心线与待焊接工件的中心线处于同一水平高度为止，两压紧锥继续相向运动，完成自动对中后实现待焊接工件的压紧定位。

进一步地，本发明所述压紧锥的锥面具有平直段，在所述第一支架和第二支架上分别设置两个顶块，每个顶块的上端面均为可在两个压紧锥相向运动压紧过程中，与压紧锥的平直段相抵使压紧锥稳定调节压紧高度的弹性顶面，在压紧锥处于最低位置时，弹性顶面处于弹性收缩状态。

有益效果：通过进一步设置两个顶块，并且在两个顶块上部设置可与压紧锥的平直段相抵使压紧锥稳定调节压紧高度的弹性顶面，从而在两个压紧锥相向运动压紧过程中，对两个压紧锥进一步起到导向稳定的作用。

进一步地，本发明还包括分别设置在第一支架和第二支架外侧的两个固定支架，其中一个固定支架上安装有伺服电机，所述伺服电机通过减速机与第一支架传动，另一个固定支架上安装有轴承，所述第二支架安装在轴承上。

有益效果：通过伺服电机带动整个架体转动，伺服电机可以精确控制转动角度和速度，达到精确控制的目的。

本发明的目的之二在于提供一种自动焊接系统，通过采用可调节压紧高度的自动焊接用变位工装，适配不同尺寸工件的压紧定位，提高定位精度，同时采用自动化的设计，提高焊接效率和焊接质量。

一种自动焊接系统，包括以上技术中任一项所涉及的自动焊接用变位工装，还包括主控制器，设置在水平支架上以水平支架的中心对称设置的两个行程开关，以及焊接机器人，所述主控制器，用于在压紧过程中控制两个压紧气缸，使两个压紧气缸的活塞杆均伸长；以及根据两个行程开关的压紧到位信号控制两个压紧气缸，使两个压紧气缸的活塞杆位置保持；所述主控制器，还用于在焊接过程中控制所述伺服电机，使所述伺服电机带动整个支架旋转；所述主控制器，还用于根据自动焊接用变位工装的伺服位置，控制焊接机器人进行焊接；所述主控制器，还用于判断伺服位置是否到位，若到位，则控制所述伺服电机停止工作；所述主控制器，还用于在待焊接工件完成焊接后，控制两个压紧气缸电磁阀，使气路换向，两个压紧气缸的活塞杆收缩。

本发明自动焊接系统的有益效果在于：

自动焊接系统采用的自动焊接用变位工装可在压紧过程中，自动调节压紧锥的压紧高度，从而自适应压紧不同尺寸的工件，同时输送线也无需为了适配压紧锥的压紧高度（若压紧高度固定，则输送线需要具备调整输送高度）而调整输送高度，简化了输送线的结构，降低输送线制造成本。可实现待焊接工件中心自动压紧定位，且由于两个压紧锥在相向运动压紧过程中，可自动调节压紧高度，因此相当于具备自适应微调功能，此种设计在每次压紧定位过程中，可尽量确保两个压紧锥和待焊接工件的中心线在同一条水平线上，降低误差，从而提高定位精度。通过主控制器、两个行程开关、焊接机器人、第一压紧气缸、第二压紧气缸和伺服电机可实现自动化的协同控制，提高焊接效率和焊接质量。

进一步地，本发明自动焊接系统还包括分别设置在两个压紧锥的压紧面上的压力传感器，所述压力传感器用于检测压紧面与待焊接工件之间的压力值，所述主控制器，用于根据压力值，调节两个压紧锥的压紧力度。

有益效果：通过设置在两个压紧锥的压紧面上的压力传感器，可用于检测压紧面与待焊接工件之间的压力值，主控制器从而可以根据压力值，判断是否存在过度压紧（有可能对待焊接工件内孔造成损伤）或者压紧不到位（可能会导致待焊接工件变位时定位不稳固，影响焊接）的情况，若存在，则调节两个压紧锥的压紧力度直至满足要求为止。

进一步地，本发明自动焊接系统还包括设置在第一支架上的红外发射器，以及设置在第二支架上的红外接收器，所述红外发射器和红外接收器用于检测待焊接工件是否到达焊接工位，若是，则向主控制器发送压紧开始信号。

有益效果：通过红外发射器和红外接收器，来检测焊接工位上是否有待焊接工件，若是，则向主控制器发送压紧开始信号，从而实现自动检测的功能。

本发明的目的之三在于提供一种自动焊接流水线，该自动焊接流水线，包括以上自动焊接系统中任一项所述的方案，还包括用于输送待焊接工件的输送线以及设置在输送线上用于承载待焊接工件的托盘。

通过该自动焊接流水线中采用的自动焊接用变位工装，可实现旋转变位，这样的设计无需调整焊枪焊接角度，焊枪始终朝下即可完成焊接；本流水线采用的自动焊接用变位工装，可自动调节压紧锥的压紧高度，从而自适应压紧不同尺寸的工件；同时输送线也无需为了适配压紧锥的压紧高度（若压紧高度固定，则输送线需要具备调整输送高度）而调整输送高度，简化了输送线的结构，降低输送线制造成本；可实现待焊接工件中心自动压紧定位，且由于两个压紧锥在相向运动压紧过程中，可自动调节压紧高度，因此相当于具备自适应微调功能，此种设计在每次压紧定位过程中，可尽量确保两个压紧锥和待焊接工件的中心线在同一条水平线上，降低误差，从而提高定位精度。

附图说明

图1为本发明自动焊接用变位工装实施例一的整体结构示意图；

图2为本发明自动焊接用变位工装实施例一中压紧锥与连接杆的浮动连接结构示意图；

图3为本发明自动焊接系统实施例一的示意性框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，下述所描述的优选实施例仅用于对本发明进行解释说明，并不会对本发明的保护范围起到限定作用。

本申请的说明书、权利要求书、实施例中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述特定的顺序或者先后次序。

下面通过优选的具体实施方式对本发明进一步详细说明：

实施例一

说明书附图中的附图标记包括：第一支架1、第二支架2、水平支架3、滑块4、连接杆5、第一压紧气缸6、第二压紧气缸7、固定支架8、伺服电机9、轴承10、压紧锥11、连接块12、导向槽13、导向柱14、压簧15、配重块16、顶块17。

如附图1所示：本实施例所公开的自动焊接用变位工装，包括架体，所述架体包括相对设置的第一支架1、第二支架2以及位于第一支架1和第二支架2之间的水平支架3，第一支架1和第二支架2均竖向设置，第一支架1、第二支架2和水平支架3可以是一体成型，也可以是分体结构，本实施例中优选第一支架1、第二支架2和水平支架3为一体成型结构。所述第一支架1、第二支架2和水平支架3通过动力带动可在竖平面转动，具体结构是：在第一支架1和第二支架2外侧的还分别设置有两个固定支架8，其中一个固定支架8上安装有伺服电机9，所述伺服电机9通过减速机与第一支架1传动，另一个固定支架8上安装有轴承10，所述第二支架2安装在轴承10上。

本实施例中，在所述水平支架3上设有滑轨，滑轨上设有两个可沿滑轨滑动的滑块4，每个滑块4上均设有连接杆5，在每个连接杆5的内侧均设有用于压紧待焊接工件的压紧锥11，本实施例中，两个连接杆5带动压紧锥11在压紧过程中的相向运动，通过第一压紧气缸6和第二压紧气缸7的同步动作实现，具体是：第一压紧气缸6水平安装在第一支架1上，所述第一压紧气缸6的活塞杆与其中一个连接杆5固定连接，第二压紧气缸7水平安装在第二支架2上，所述第二压紧气缸7的活塞杆与另一个连接杆5固定连接，第一压紧气缸6的安装高度和第二压紧气缸7的安装高度相同。

在本实施例中，所述的两个压紧锥11分别固定在两个连接块12上，压紧锥11与连接块12可以是螺纹连接，也可以是焊接，也可以是一体成型，本实施例优选为压紧锥11与连接块12采用螺纹连接。

如附图2所示，本实施例中，所述两个压紧锥11在相向运动压紧过程中，可自动调节压紧高度，具体是采用如下浮动结构实现：在每个所述连接杆5上开设有开口朝向内侧的导向槽13，在所述导向槽13内部设有导向柱14，导向柱14上部固定在导向槽13上部侧壁，在导向柱14外周设有压簧15，所述压簧15上部与导向槽13上部侧壁固定，所述连接块12伸入所述导向槽13，所述压簧15下部与连接块12的中部固定。

本实施例中，压簧15在自然伸长状态下的长度小于导向柱14的高度，在所述连接块12上开有导向孔，所述导向柱14穿设于所述导向孔，导向柱14的下部固定有限位片，以此导向柱14在压紧锥11调节压紧高度时，对压紧锥11起到导向稳定的作用，使压紧锥仅沿着导向柱14方向上下调节高度，导向柱14对压簧15也起到支撑导向的作用，压簧15下部与连接块12连接的部位位于导向孔的外周，压簧15可以采用焊接的方式与连接块12固定。

在另一实施例中，压簧15在自然伸长状态下的长度大于导向柱14的高度，这样压簧15的下部可直接与连接块12的中部固定，连接块12中部不开设导向孔，导向柱14未与连接块12连接，压簧15在自然伸长状态下的长度大于导向柱14的高度，可以为压紧锥11自动上下调节高度时提供浮动空间。

本实施例中，为了进一步使压紧锥11、连接块12、压簧15的连接结构稳定，在所述连接块12位于导向槽13内部的一端设置一块配重块16。

本实施例中，为了在两个压紧锥11相向运动压紧过程中，对两个压紧锥11进一步起到导向稳定的作用，所述压紧锥11的锥面具有平直段，在所述第一支架1和第二支架2上分别设置两个顶块17，每个顶块17的上端面均为可在两个压紧锥11相向运动压紧过程中，与压紧锥11的平直段相抵使压紧锥11稳定调节压紧高度的弹性顶面，在压紧锥11处于最低位置时，弹性顶面处于弹性收缩状态。

在其他实施例中，也可以在导向槽下部设置另一压簧的方式，即设置另一压簧，该压簧的顶部与连接块中部固定，底部固定在导向槽的下部侧壁，导向柱14的下部固定在导向槽的下部侧壁，该另一压簧设置在导向柱14的外周，连接块中部开导向孔，导向柱14穿过所述导向孔，两个压簧处于平衡时，压紧锥处于自然稳定状态，这样在压紧锥上下调节压紧高度时，通过连接块上、下分别设置的两个压簧以及导向柱14进行稳定调节。

在其他实施例中，也可以在连接柱的上部内侧设置压紧片，压紧片的下底面为弹性面，与压紧锥的平直段相抵，在压紧锥处于最低位置时，弹性面处于弹性张开状态。

如附图3所示，本实施例还公开了一种自动焊接系统，包括如上所述的自动焊接用变位工装，还包括主控制器，设置在水平支架3上以水平支架3的中心对称设置的两个行程开关，以及焊接机器人，本实施例所述主控制器，采用PLC实现协同控制。

本实施例中，为了实现压紧力的自动检测，还包括分别设置在两个压紧锥11的压紧面上的压力传感器，所述压力传感器用于检测压紧面与待焊接工件之间的压力值，所述主控制器，用于根据压力值，调节两个压紧锥11的压紧力度。

本实施例中，为了实现待焊接工件是否到达焊接工位的自动检测，还设置了红外检测器，具体是：还包括设置在第一支架1上的红外发射器，以及设置在第二支架2上的红外接收器，所述红外发射器和红外接收器用于检测待焊接工件是否到达焊接工位，若是，则向主控制器发送压紧开始信号。

本实施例的自动焊接系统，所述主控制器，用于在压紧过程中控制两个压紧气缸，使两个压紧气缸的活塞杆均伸长；以及根据两个行程开关的压紧到位信号控制两个压紧气缸，使两个压紧气缸的活塞杆位置保持；所述主控制器，还用于在焊接过程中控制所述伺服电机9，使所述伺服电机9带动整个支架旋转；所述主控制器，还用于根据自动焊接用变位工装的伺服位置，控制焊接机器人进行焊接；所述主控制器，还用于判断伺服位置是否到位，若到位，则控制所述伺服电机9停止工作；所述主控制器，还用于在待焊接工件完成焊接后，控制两个压紧气缸电磁阀，使气路换向，两个压紧气缸的活塞杆收缩。

更加具体的，本实施例以焊接流量计缸体为例，阐述自动焊接系统的原理：当红外发射器和红外接收器检测待焊接工件到达焊接工位后，向主控制器发送压紧开始信号，所述主控制器，在接收到压紧开始信号后，用于控制所述第一压紧气缸6和所述第二压紧气缸7，第一压紧气缸6和第二压紧气缸7的活塞杆均向外伸出，从而推动两个连接杆5在滑块4的导向作用下相向运动，两个连接杆5分别带动两个压紧锥11相向运动，两个压紧锥11在相向运动压紧的过程中，可根据待焊接工件的内孔孔径尺寸自动调节压紧高度，自动对中，并且在两个压紧锥11相向运动压紧待焊接工件过程中，通过下方的顶块17进一步起到导向稳定的作用。

直至两个滑块4触发两个行程开关，主控制器接收压紧到位信号，控制第一压紧气缸6和第二压紧气缸7，使第一压紧气缸6和第二压紧气缸7的活塞杆停止伸长并保持，完成待焊接工件的压紧，所述主控制器，在接收到焊接信号后，用于控制伺服电机9，伺服电机9通过减速机带动第一支架1旋转，从而通过第一支架1带动整个支架共同旋转，待焊接工件在旋转的同时，主控制器监测整个自动焊接用变位工装的伺服位置，控制焊接机器人的运动，焊接机器人携带焊枪运动到焊缝起点位置，焊缝跟踪仪开始工作，跟踪焊接，该缝隙焊完后，焊接机器人移动到另一条焊缝的起点位置焊接，焊接完成，焊接机器人移动到直线缝位置焊接，全部焊接完成后，所述主控制器控制所述伺服电机9停止工作。

本实施例还公开了一种自动焊接流水线，包括前述的自动焊接用变位工装和自动焊接系统，还包括用于输送待焊接工件的输送线以及设置在输送线上用于承载待焊接工件的托盘。

本实施例中，首先人工用焊枪将瓦片和缸体点焊后，然后将流量计缸体放置在输送线的托盘上，在人机屏上选择数据库的缸体型号类型，打开焊接开始按钮，输送线运送流量计到焊接工位。

实施例二

本实施例中，与实施例一不同的是，所述水平支架的下底面具有斜面，自动焊接流水线上的托盘采用浮动结构，具体可以是通过弹簧支撑托盘。采用本实施方式的原理在于：

初始位置时，水平支架应位于高位，以避让输送线和输送线上的托盘，使托盘可以到达焊接工位，当待焊接工件到达焊接工位后，伺服电机带动第一支架、第二支架和水平支架转动，使水平支架逐渐转到低位，在转动到一定角度时，即压紧锥已经处于比较稳定的状态下，主控制器控制第一压紧气缸和第二压紧气缸开始相向运动，逐渐压紧待焊接工件，在此过程中，水平支架继续缓慢转动，使水平支架下底面的斜面抵住托盘，迫使托盘下降，待焊接工件悬空，于此同时，两压紧锥完全压紧待焊接工件，主控制器也控制输送线带着托盘继续向前输送。

本实施方式的优点在于，通过水平支架的变位转动，即可避让托盘，同时还可用于托盘的自动下降，使待焊接工件悬空，而无需设置额外结构或者动力来实现托盘的下降，整体结构简单，设计巧妙，具备实用性。

以上结合附图详细阐述了本申请的优选实施方式，优选实施方式中典型的公知结构及公知性常识技术在此未作过多描述，所属领域普通技术人员可以在本实施方式给出的启示下，结合自身能力完善并实施本发明技术方案，一些典型的公知结构、公知方法或公知性常识技术不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。

本申请要求的保护范围应当以其权利要求书的内容为准，发明内容、具体实施方式及说明书附图记载的内容用于解释权利要求书。

在本申请的技术构思范围内，还可以对本申请的具体实施方式作出若干变型，这些变型后的具体实施方式也应该视为在本申请的保护范围内。