一种复杂异型工件自动焊接系统及方法与流程

本发明涉及自动焊接技术，尤其涉及一种复杂异型工件自动焊接系统及方法。

背景技术：

自动焊接技术在工业及制造领域均得到广泛的应用和提高，焊接技术的发展越来越受到工业生产及制造企业的关注；如今，市场上已经出现了很多针对某一特定产品自动焊接装置，例如焊接大型集装箱门板长焊缝的自动焊接装置和点焊车架外形轮廓的焊接装置。这种自动焊接装置生产效率高、工作稳定、焊接质量好、能适用各种复杂的环境。

复杂异型薄壁工件焊接过程中出现大的应力变形，需要在前工序中采用人工点焊完成工件的定位，这将引起定位误差和薄壁工件外形轮廓的变形，传统的示教再现的焊接方式已经不再适用。针对该问题，提出了一种基于路径插补的复杂异型薄壁工件自动焊接系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足,本发明一方面提出一种具有适应工件种类多、生成轨迹快、焊接质量高等优点的复杂异型工件的自动焊接系统，另一方面提供了一种复杂异型工件的自动焊接方法。

上述优点是通过以下技术方案实现的：

一种复杂异型工件的自动焊接系统，包括底座、设置在所述底座上的工件装夹系统、焊接执行系统、主控制系统及触摸屏，

所述的工件装夹系统包括气缸支架、竖直设置在所述气缸支架上的下压气缸、连接下压气缸的推拉板、通过推力轴承转动设置在推拉板底部的第二夹具；

所述的焊接执行系统包括设置于所述下压气缸正下方的回转机构、驱动焊枪沿平面内沿XY方向移动的十字滑台机构，用于根据主控制系统发送的电机指令和脉冲，带动焊枪和工件进行相应的插补运动，完成轮廓焊接；

所述触摸屏设置在所述底座一侧，与主控制系统电路连接，用于调节焊接工艺参数；

所述主控制系统与回转机构及十字滑台机构电路连接，用于根据工件形状，进行插补计算，并发送运动脉冲至所述的焊接执行系统。

进一步地，所述的回转机构包括第一伺服电机、连接于所述第一伺服电机上端输出轴上的第一夹具。

进一步地，所述的十字滑台机构包括由第二伺服电机驱动的Y向线性模组、由第三伺服电机驱动的X向线性模组，所述焊枪通过可调式连接结构与X向线性模组的滑块相连接。

进一步地，所述的可调式连接结构包括连接所述X向线性模组的滑块的滑台连接板、通过固定座竖直固定在所述滑台连接板上的Z向定位杆、可移动地设置在所述Z向定位杆上的Z向滑块、用于调节并锁定Z向滑块Z向位置的锁紧旋钮，所述Z向滑块通过焊枪连接板与所述焊枪相连接。

进一步地，所述的十字滑台机构上设置有限位开关。

进一步地，所述第一夹具通过推力轴承转动设置在所述下压气缸上。

一种基于所述系统的复杂异型工件的自动焊接方法，包括步骤：

(1)将焊接工件的焊缝分成若干关键点，形成若干圆弧段，设定焊接顺序；

(2)求解每段圆弧段的插补方法；

(3)所述主控制系统根据所求的插补方法发送运动脉冲至工件装夹系统及焊接执行系统，带动焊枪和工件按设定的焊接顺序进行相应的插补运动，完成轮廓焊接；

进一步地，所述步骤(2)具体包括：

(21)设定任一圆弧段AB的起点和终点，利用参数方程，圆弧段AB上的所有点可以用下式来表示：

已知所述线段圆心坐标O'(x₀,y₀)、起点坐标A(a_x,a_y)、终点坐标B(b_x,b_y)、焊接移动速度采样时间Δt、圆弧段AB的圆心夹角θ、线段AB的半径R、A点所对应的角度θ₁(-180＜θ₁≤180)、B点所对应的角度θ₂(-180＜θ₂≤180)，其中θ₁为直线AO'与X方向的夹角，θ₂为直线BO'与X方向的夹角；

(22)由速度和采样时间Δt确定每隔一个采样周期Δt，需要绕线段的圆心O’转过的角度Δθ：

(23)设每一段圆弧段所包含的离散点的数目为n，则n可以根据下式求得：

(24)求得圆弧段AB所有的离散点P_t(x_t,y_t)的坐标为：

(25)根据x_t和y_t即可求出每个插补周期各电机的运动脉冲数。

进一步地，所述的步骤(3)具体包括:

(31)下压气缸下压，实现焊接工件的夹紧和定位，接着焊枪运动到设定焊接顺序的起点处；

(32)所述主控制系统根据所求的插补方法发送运动脉冲至工件装夹系统及焊接执行系统，驱动所述第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机，使焊枪按所求的插补方法沿焊接轨迹进行焊接；

(33)焊接完成后，下压气缸上抬，工件卸料。

进一步地，所述焊枪按所求的插补方法沿焊接轨迹进行焊接时，所述焊枪位于焊接点的法向方向上，从而进一步保证和提高焊接质量。

相比现有技术，本发明的优点：采用下压气缸和夹具共同作用与焊接工件，增大了焊接工件定位的精确性；可以根据不同的工件，修改不同的路径插补方案，实现不同类型焊接工件的焊接；采用焊枪平面运动和工件回转运动结合，简化了复杂异型工件路径，提高焊接质量。

附图说明

图1为本发明实施例的自动焊接系统结构示意图。

图2为图1中A处局部放大示意图。

图3为本发明焊接工件实例的示意图。

图4是圆弧段插补示意图。

图中所示为：1-气缸支架；2-第一夹具；3-第一伺服电机；4-焊枪；5-第二伺服电机；6-第三伺服电机；7-X向线性模组；8-十字线性滑台；9-Y向线性模组；10-底座；11-第二夹具；12-下压气缸；13-焊枪连接板；14-固定座；15-滑台连接板；16-锁紧旋钮；17-Z向滑块；18-Z向定位杆。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

如图1所示，一种复杂异型工件的自动焊接系统，包括底座10、设置在所述底座10上的工件装夹系统、焊接执行系统、主控制系统及触摸屏(图中未画出，本领域普通技术人员可根据实际需要进行设置)，

所述的工件装夹系统包括气缸支架1、竖直设置在所述气缸支架1上的下压气缸12、连接下压气缸12的推拉板11、通过推力轴承转动设置在推拉板11底部的第二夹具；

所述的焊接执行系统包括设置于所述下压气缸12正下方的回转机构、驱动焊枪4沿平面内沿XY方向移动的十字滑台机构8，用于根据主控制系统发送的电机指令和脉冲，带动焊枪4和工件进行相应的插补运动，完成轮廓焊接；

所述触摸屏设置在所述底座10一侧，与主控制系统电路连接，用于调节焊接工艺参数；

所述主控制系统与回转机构及十字滑台机构8电路连接，用于根据工件形状，进行插补计算，并发送运动脉冲至所述的焊接执行系统。

具体而言，所述的回转机构包括第一伺服电机3、连接于所述第一伺服电机3上端输出轴上的第一夹具2。

具体而言，所述的十字滑台机构8包括由第二伺服电机5驱动的Y向线性模组9、由第三伺服电机驱动的X向线性模组7，所述焊枪4通过可调式连接结构与X向线性模组7的滑块相连接。

如图2所示，所述的可调式连接结构包括连接所述X向线性模组7的滑块的滑台连接板15、通过固定座竖直固定在所述滑台连接板15上的Z向定位杆18、可移动地设置在所述Z向定位杆18上的Z向滑块17、用于调节并锁定Z向滑块17Z向位置的锁紧旋钮16，所述Z向滑块17通过焊枪连接板13与所述焊枪4相连接，焊接之前，可根据需要扭松锁紧旋钮16，调节Z向滑块17在Z向定位杆18上的位置，使焊枪4与工件的焊缝位于同一水平高度上，接着扭紧锁紧旋钮16，将Z向滑块17固定即可。

在本发明的另一实施例中，所述的十字滑台机构8上设置有限位开关，可限定所述十字滑台机构8在安全范围内进行X、Y方向的平面移动。

一种基于所述系统的复杂异型工件的自动焊接方法，包括步骤：

(1)将焊接工件的焊缝分成若干关键点A-J，形成若干圆弧段，设定焊接顺序(如图3)；

(2)求解每段圆弧段的插补方法；

(3)所述主控制系统根据所求的插补方法发送运动脉冲至工件装夹系统及焊接执行系统，带动焊枪4和工件按设定的焊接顺序进行相应的插补运动，完成轮廓焊接；

具体而言，所述步骤(2)具体包括：

(21)设定任一圆弧段AB的起点和终点，利用参数方程，圆弧段AB上的所有点可以用下式来表示：

已知所述线段圆心坐标O'(x₀,y₀)、起点坐标A(a_x,a_y)、终点坐标B(b_x,b_y)、焊接移动速度采样时间Δt、圆弧段AB的圆心夹角θ、线段AB的半径R、A点所对应的角度θ₁(-180＜θ₁≤180)、B点所对应的角度θ₂(-180＜θ₂≤180)，其中θ₁为直线AO'与X方向的夹角，θ₂为直线BO'与X方向的夹角(图4所示)；

(22)由速度和采样时间Δt确定每隔一个采样周期Δt，需要绕线段的圆心O’转过的角度Δθ：

(23)设每一段圆弧段所包含的离散点的数目为n，则n可以根据下式求得：

(24)求得圆弧段AB所有的离散点P_t(x_t,y_t)的坐标为：

(25)根据x_t和y_t即可求出每个插补周期各电机的运动脉冲数。

具体而言，所述的步骤(3)具体包括:

(31)下压气缸12下压，实现焊接工件的夹紧和定位，接着焊枪4运动到设定焊接顺序的起点处；

(32)所述主控制系统根据所求的插补方法发送运动脉冲至工件装夹系统及焊接执行系统，驱动所述第一伺服电机3、第二伺服电机5、第三伺服电机6，使焊枪4按所求的插补方法沿焊接轨迹进行焊接；

(33)焊接完成后，下压气缸12上抬，工件卸料。

具体而言，所述焊枪4按所求的插补方法沿焊接轨迹进行焊接时，所述焊枪4位于焊接点的法向方向上，从而进一步保证和提高焊接质量。

这样，通过上述步骤即实现了整个工件的焊接过程，具有适应工件种类多、焊接质量高等优点，生产效率高、工作稳定、焊接质量好、能适用各种复杂的环境。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。