CN106425254B - 一种箱体机器人焊接系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人焊接系统，特别涉及一种箱体机器人焊接系统。包括变位机头架、工装夹具、机器人滑台行走机构、机器人焊接系统、变位机尾架及变位机底座，其中变位机头架和变位机尾架安装在变位机底座上，变位机尾架可沿靠近或远离变位机头架的方向移动，工装夹具的两端通过快速连接装置分别与变位机头架和变位机尾架连接，机器人滑台行走机构设置于变位机底座的一侧，机器人焊接系统设置于机器人滑台行走机构上。本发明由伺服驱动的滑台行走机构可以做X轴直线运动，以及变位机和工件的旋转，配合机器人焊枪来实现各种角度的焊接。

Description

一种箱体机器人焊接系统

技术领域

本发明涉及一种机器人焊接系统，特别涉及一种箱体机器人焊接系统。

背景技术

随着机器人在工业中的广泛应用，越来越多工厂开始使用机器人对板材组成的大型工件进行焊接。由于工件本身质量大，人工组对、焊接工序非常繁琐，也无法对工件进行翻转。人工手动也无法实现快速准确的焊接，目前普遍采用变位机配合机器人来进行焊接工作，即由变位机上的夹具将要焊接的工件固定，通过变位机调整工件的位置，使工件达到合适的的焊接姿态，来符合机器人的焊接要求。

焊接机器人按照预先设定好的程序运行，机器人夹持焊枪到达焊缝始端开始焊接，在焊接过程中变位机可以适时转动工件，使得工件上的焊缝有利于机器人的焊接作业。焊接结束，机器人复位。变位机带动工件适时翻转，以适应工件的准确焊接，并减少工件焊接带来的焊接变形。通常的箱体焊接系统受工件的下料/组对精度，工装夹具制造精度影响。使机器人焊接时不能够正确的找到焊缝位置而影响焊接质量，效率也提高不上去。一对一的工装也不能适用多个规格的箱体的焊接。需要制作多套工装，浪费资金，占用存放场地。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种箱体机器人焊接系统。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种箱体机器人焊接系统，包括变位机头架、工装夹具、机器人滑台行走机构、变位机尾架、变位机底座及机器人焊接系统，其中变位机头架和变位机尾架安装在变位机底座上，所述变位机尾架通过变位机尾架滑台可沿靠近或远离变位机头架的方向移动，所述工装夹具的两端分别与变位机头架和变位机尾架连接、并且通过变位机头架的驱动可转动，所述机器人滑台行走机构设置于变位机底座的一侧，用于驱动机器人焊接系统做X轴直线行走，所述机器人焊接系统设置于机器人滑台行走机构上，用于完成工件的焊接。

所述工装夹具包括夹具底座及安装在所述夹具底座上的横向定位装置、横向顶紧装置、纵向定位装置及纵向顶紧装置，其中夹具底座的两端通过连接装置分别与变位机头架和变位机尾架连接，所述横向定位装置和横向顶紧装置沿横向相对设置，所述横向顶紧装置可沿横向移动，所述纵向定位装置和纵向顶紧装置用于工件的纵向定位和夹紧，所述纵向顶紧装置可沿纵向移动。

所述纵向顶紧装置包括沿纵向相对设置的纵向顶紧装置I和纵向顶紧装置II，所述纵向顶紧装置I和纵向顶紧装置II从工件的两侧压紧。

所述纵向定位装置设置于纵向顶紧装置I或纵向顶紧装置II上。

所述横向顶紧装置包括横向滑座、横向顶紧压头、横向顶紧螺杆及锁紧螺母，其中横向滑座与设置于夹具底座上的横向滑轨滑动连接，所述横向顶紧螺杆与横向滑座螺纹连接、并且端部设有横向顶紧压头，所述锁紧螺母与横向滑座螺纹连接，用于锁紧横向滑座。

所述纵向顶紧装置I和纵向顶紧装置II的结构相同，均包括纵向滑座、纵向锁紧螺栓、纵向压头、纵向压板及纵向压紧螺栓，其中纵向滑座与设置于夹具底座上的纵向滑轨滑动连接，所述纵向压板通过纵向压紧螺栓与纵向滑座连接，所述纵向压板的一端下方设有纵向压头，所述纵向锁紧螺栓与纵向滑座螺纹连接，用于锁紧纵向滑座。

所述机器人滑台行走机构包括滑轨、滑座、驱动伺服电机、驱动齿轮及驱动齿条，其中滑座与滑轨滑动连接，所述驱动齿条设置于滑轨的内侧、并且与滑轨平行，所述驱动伺服电机设置于滑座上、并且输出轴与驱动齿轮连接，所述驱动齿轮与驱动齿条啮合，所述机器人焊接系统安装在滑座上。

所述机器人焊接系统包括焊接电源、机器人、焊枪及激光寻位跟踪装置，其中机器人安装在所述机器人滑台行走机构上，所述焊枪安装在所述机器人的执行端、并且与焊接电源连接。

所述激光寻位跟踪装置包括激光器和监控镜头，所述激光器用于纠正工件各个尺寸的偏差以及在焊接过程中出现的实时焊接变形，所述监控镜头的作用是可以通过显示器实时的监控焊缝质量。

所述机器人的下端设有用于清洗焊枪的清枪器。

本发明的优点及有益效果是：

1.本发明采用激光激光寻位跟踪装置，装在机器人焊枪上的专用激光跟踪能对工件的焊缝进行实时跟踪焊接，由伺服驱动的滑台行走机构可以做X轴直线运动，以及变位机和工件的旋转，配合机器人焊枪来实现各种角度的焊接。

2.本发明的行走机构为机器人正装滑台行走机构，可以在伺服电机的驱动下做X轴直线运动，配合机器人焊接系统、实现全工件的覆盖，实现最大化的焊接可达性。

3.本发明的变位机为伺服电机控制的单轴翻转变位机，尾端可滑动，与工装夹具结合起来兼容不同规格范围的工件，通过变位机以及与变位机连接的工装夹具带动工件的的转动来实现机器人焊接需要的各种角度。

4.本发明的工装具有通用性，能够通过调节定位元件，在一定调节范围内适应多种工件的定位夹紧。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的左视图；

图4为本发明的轴测图；

图5为本发明中机器人焊接系统的结构示意图；

图6为图5的俯视图；

图7为图5的左视图；

图8为本发明中机器人组件的结构示意图；

图9为本发明中变位机的结构示意图；

图10为本发明中工装夹具的结构示意图；

图11为图10的俯视图；

图12为图10的左视图；

图13为本发明中工装夹具的轴侧图；

图14为本发明中连接装置的结构示意图；

图15为本发明中横向顶紧装置的结构示意图；

图16为本发明中纵向顶紧装置的结构示意图。

图中：1为变位机头架，2为工装夹具，201为夹具底座，202为连接装置，2021为一级工装，2022为二级工装，2023为定位销，2024为铰链螺栓，203为横向定位装置，204为横向顶紧装置，2041为横向滑座，2042为横向顶紧压头，2043为横向顶紧螺杆，2044为锁紧螺母，205为纵向定位装置，206为纵向顶紧装置I，2061为纵向滑座，2062为纵向锁紧螺栓，2063为纵向压头，2064为纵向压板，2065为纵向压紧螺栓，207为纵向顶紧装置II，3为工件，4为机器人滑台行走机构，401为滑轨，402为滑座，403为驱动伺服电机，404为驱动齿轮，405为驱动齿条，5为机器人焊接系统，501为焊接电源，502为机器人，503为清枪器，504为拖链，505焊枪，506为激光寻位跟踪装置，5061为激光器，5062为监控镜头，6为变位机尾架，7为护栏，9为变位机底座，10为变位机尾架滑台，11为变位机法兰盘。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1-4、图9所示，本发明提供的一种箱体机器人焊接系统，包括变位机头架1、工装夹具2、机器人滑台行走机构4、变位机尾架6、变位机底座9及机器人焊接系统5，其中变位机头架1和变位机尾架6安装在变位机底座9上，所述变位机尾架6与变位机底座9之间设有可滑动的变位机尾架滑台10，通过变位机尾架滑台10可沿靠近或远离变位机头架1的方向移动，如图9所示。所述工装夹具2的两端分别与变位机头架1和变位机尾架6连接、并且通过变位机头架1的驱动可转动，所述机器人滑台行走机构4设置于变位机底座9的一侧，用于驱动机器人焊接系统5做X轴直线行走。所述机器人焊接系统5设置于机器人滑台行走机构上、并且通过机器人滑台行走机构的驱动沿X轴作直线运动。

如图5-7所示，所述机器人滑台行走机构4包括滑轨401、滑座402、驱动伺服电机403、驱动齿轮404及驱动齿条405，其中滑座402与滑轨401滑动连接，所述驱动齿条405设置于滑轨401的内侧、并且与滑轨401平行，所述驱动伺服电机403设置于滑座402上、并且输出轴与驱动齿轮404连接，所述驱动齿轮404与驱动齿条405啮合，所述机器人焊接系统5安装在滑座402上。

所述机器人焊接系统5包括焊接电源501、机器人502、焊枪505及激光寻位跟踪装置506，其中机器人502安装在所述机器人滑台行走机构4的滑座402上，所述焊枪505安装在所述机器人502的执行端、并且与焊接电源501连接。所述机器人502的下端设有用于清洗焊枪505的清枪器503。

所述机器人滑台行走机构4为机器人正装滑台行走机构，可以在伺服电机的驱动下做X轴直线运动，配合机器人实现全工件的覆盖，实现最大化的焊接可达性。通过机器人正装滑台行走机构，配合变位机的旋转实现工件的不同的角度/位置，实现合适的焊接位置。

如图8所示，所述激光寻位跟踪装置506包括激光器5061和监控镜头5062，所述激光器5061用于纠正工件各个尺寸的偏差以及在焊接过程中出现的实时焊接变形，监控镜头5062的作用是可以通过显示器实时的监控焊缝质量。

如图10-13所示，所述工装夹具2包括夹具底座201及安装在所述夹具底座201上的横向定位装置203、横向顶紧装置204、纵向定位装置205及纵向顶紧装置，其中夹具底座201的两端分别与变位机头架1和变位机尾架6连接，所述横向定位装置203和横向顶紧装置204沿横向相对设置，所述横向顶紧装置204可沿横向移动，用于工件3的横向定位和夹紧。所述纵向定位装置205和纵向顶紧装置用于工件3的纵向定位和夹紧，所述纵向顶紧装置可沿纵向移动。

所述纵向顶紧装置包括沿纵向相对设置的纵向顶紧装置I 206和纵向顶紧装置II207，所述纵向顶紧装置I 206和纵向顶紧装置II 207从工件3的两侧夹紧。

所述纵向定位装置205设置于纵向顶紧装置I 206或纵向顶紧装置II 207上。本实施例中，所述纵向定位装置205为L型定位板。所述纵向顶紧装置I 206和纵向顶紧装置II207均为两组，且对称设置于工件3的两侧。

如图15所示，所述横向顶紧装置204包括横向滑座2041、横向顶紧压头2042、横向顶紧螺杆2043及锁紧螺母2044，其中横向滑座2041与设置于夹具底座201上的横向滑轨滑动连接，所述横向顶紧螺杆2043与横向滑座2041螺纹连接、并且端部设有横向顶紧压头2042，所述锁紧螺母2044与横向滑座2041螺纹连接，用于锁紧横向滑座2041。

如图16所示，所述纵向顶紧装置I 206和纵向顶紧装置II 207的结构相同，均包括纵向滑座2061、纵向锁紧螺栓2062、纵向压头2063、纵向压板2064及纵向压紧螺栓2065，其中纵向滑座2061与设置于夹具底座201上的纵向滑轨滑动连接，所述纵向压板2064通过纵向压紧螺栓2065与纵向滑座2061连接，所述纵向压板2064的一端下方设有纵向压头2063，所述纵向锁紧螺栓2062与纵向滑座2061螺纹连接，用于锁紧纵向滑座2061。所述纵向定位装置205设置于纵向滑座2061上。

所述夹具底座201的两端分别通过连接装置202与变位机头架1和变位机尾架6连接。

如图14所示，所述连接装置202包括一级工装2021、二级工装2022、定位销2023及铰链螺栓2024，其中一级工装2021与变位机法兰盘11连接，所述二级工装2022与夹具底座201的端部连接，所述一级工装2021和二级工装2022搭接，并且通过多个定位销2023定位及通过铰链螺栓2024固定连接。

所述一级工装2021与二级工装2022能够实现快速连接，但在装卸工件时二级工装2022不用拆下来，直接将工件装在工装夹具上，一级工装2021与二级工装2022的分离及拆装是在更换产品时使用的(产品更换同时需要更换工装，这样就能提高互换性，使用更多的工件焊接)，正常的装卸工件不用分离。

本发明采用激光激光寻位+跟踪装置，装在机器人焊枪上的专用激光跟踪能对工件的焊缝进行实时跟踪焊接，由伺服驱动的滑台行走机构可以做X轴直线运动，以及由伺服驱动的变位机带动与变位机连接的工装夹具和工件的旋转，配合机器人焊枪来实现各种角度的焊接。

本发明的变位机为伺服电机控制的单轴翻转变位机，头端固定，尾端滑动，与工装夹具结合起来兼容不同规格范围的工件。变位机驱动机构为伺服电机加高精密减速机，变位机上通过工装夹具装有工件，通过变位机带动工件的的转动来实现机器人焊接需要的各种角度。

本发明的焊接2安装在变位机的头箱和变位机尾箱法兰盘上，通过定位元件和压紧元件将工件定位并固定在工装夹具上，这样变位机就能带动工件做旋转运动，来配合机器人焊接。该焊接工装夹具具有通用性，能够通过调节定位元件，在一定调节范围内适应多种工件的定位夹紧。

本发明采用电气集成控制系统：

1)控制系统由机器人系统、变位机系统与焊接系统功能组成，几者之间通过通信接口进行通信及相关动作的链接，共同完成对工件的焊接工作。

2)控制系统通过单元操作台来启动，当焊接完成需要清理焊枪时，机器人可自动运动到清枪器位置自动清理焊枪，机器人通过总线与焊机连接，可控制焊机的启停，焊接参数的调用通过程序号来实现。设备全程由机器人来控制，焊接工艺和流程需要通过示教者来编译规划。

4)控制系统设有传感器，具备自动检测故障并报告故障代码的能力。

5)整个焊接系统预留TCP/IP通讯接口，可以与上位系统进行集成，在焊接系统对应的工位一体机上直接显示，实现与生产任务相关联。

本发明的激光寻位+激光跟踪装置用于纠正工件各个尺寸的偏差以及在焊接过程中出现的实时焊接变形。机器人激光寻位的过程是靠激光条束射出，扫射工件特征点，记录并计算该点位置，理论上讲激光条束的有效长度就是特征点允许的偏差范围。这样的话相关工装夹具的重复定位精度就不需要做的十分精密，因为激光寻位和跟踪有一定的纠偏能力。

本发明的操作使用流程是：

操作工将工件至变位机上的工装上，将工装与工件连接固定好，操作人员按下操作盒上的启动按钮，焊接机器人按照预先设定好的程序运行，机器人夹持焊枪到达焊缝始端开始自动寻位焊接焊接，焊接工件结束，机器人复位，操作人员装卸下工件，并将新工件装到变位机上。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种箱体机器人焊接系统，其特征在于，包括变位机头架(1)、工装夹具(2)、机器人滑台行走机构(4)、变位机尾架(6)、变位机底座(9)及机器人焊接系统(5)，其中变位机头架(1)和变位机尾架(6)安装在变位机底座(9)上，所述变位机尾架(6)通过变位机尾架滑台(10)可沿靠近或远离变位机头架(1)的方向移动，所述工装夹具(2)的两端分别与变位机头架(1)和变位机尾架(6)连接、并且通过变位机头架(1)的驱动可转动，所述机器人滑台行走机构(4)设置于变位机底座(9)的一侧，用于驱动机器人焊接系统(5)做X轴直线行走，所述机器人焊接系统(5)设置于机器人滑台行走机构(4)上，用于完成工件(3)的焊接；

所述工装夹具(2)包括夹具底座(201)及安装在所述夹具底座(201)上的横向定位装置(203)、横向顶紧装置(204)、纵向定位装置(205)及纵向顶紧装置，所述横向定位装置(203)和横向顶紧装置(204)沿横向相对设置，所述横向顶紧装置(204)可沿横向移动，所述纵向定位装置(205)和纵向顶紧装置用于工件(3)的纵向定位和夹紧，所述纵向顶紧装置可沿纵向移动；

所述横向顶紧装置(204)包括横向滑座(2041)、横向顶紧压头(2042)、横向顶紧螺杆(2043)及锁紧螺栓(2044)，其中横向滑座(2041)与设置于夹具底座(201)上的横向滑轨滑动连接，所述横向顶紧螺杆(2043)与横向滑座(2041)螺纹连接、并且端部设有横向顶紧压头(2042)，所述锁紧螺栓(2044)与横向滑座(2041)螺纹连接，用于锁紧横向滑座(2041)；

所述纵向顶紧装置包括沿纵向相对设置的纵向顶紧装置Ⅰ(206)和纵向顶紧装置Ⅱ(207)，所述纵向顶紧装置Ⅰ(206)和纵向顶紧装置Ⅱ(207)从工件(3)的两侧压紧；

所述纵向顶紧装置Ⅰ(206)和纵向顶紧装置Ⅱ(207)的结构相同，均包括纵向滑座(2061)、纵向锁紧螺栓(2062)、纵向压头(2063)、纵向压板(2064)及纵向压紧螺栓(2065)，其中纵向滑座(2061)与设置于夹具底座(201)上的纵向滑轨滑动连接，所述纵向压板(2064)通过纵向压紧螺栓(2065)与纵向滑座(2061)连接，所述纵向压板(2064)的一端下方设有纵向压头(2063)，所述纵向锁紧螺栓(2062)与纵向滑座(2061)螺纹连接，用于锁紧纵向滑座(2061)；

所述纵向定位装置(205)设置于纵向顶紧装置Ⅰ(206)或纵向顶紧装置Ⅱ(207)上，所述纵向定位装置(205)为L型定位板。

2.根据权利要求1所述的箱体机器人焊接系统，其特征在于，所述夹具底座(201)的两端通过连接装置(202)分别与变位机头架(1)和变位机尾架(6)连接。

3.根据权利要求2所述的箱体机器人焊接系统，其特征在于，所述机器人滑台行走机构(4)包括滑轨(401)、滑座(402)、驱动伺服电机(403)、驱动齿轮(404)及驱动齿条(405)，其中滑座(402)与滑轨(401)滑动连接，所述驱动齿条(405)设置于滑轨(401)的内侧、并且与滑轨(401)平行，所述驱动伺服电机(403)设置于滑座(402)上、并且输出轴与驱动齿轮(404)连接，所述驱动齿轮(404)与驱动齿条(405)啮合，所述机器人焊接系统(5)安装在滑座(402)上。

4.根据权利要求1所述的箱体机器人焊接系统，其特征在于，所述机器人焊接系统(5)包括焊接电源(501)、机器人(502)、焊枪(505)及激光寻位跟踪装置(506)，其中机器人(502)安装在所述机器人滑台行走机构(4)上，所述焊枪(505)安装在所述机器人(502)的执行端、并且与焊接电源(501)连接。

5.根据权利要求4所述的箱体机器人焊接系统，其特征在于，所述激光寻位跟踪装置(506)包括激光器(5061)和监控镜头(5062)，所述激光器(5061)用于纠正工件各个尺寸的偏差以及在焊接过程中出现的实时焊接变形，所述监控镜头(5062)的作用是可以通过显示器实时的监控焊缝质量。

6.根据权利要求4所述的箱体机器人焊接系统，其特征在于，所述机器人(502)的下端设有用于清洗焊枪(505)的清枪器(503)。