一种自动焊接系统及焊接方法与流程

本发明涉及焊接技术领域，具体是一种自动焊接系统及焊接方法。

背景技术：

近些年来，由焊接机器人完成自动焊接的技术日渐成熟，自动焊接广泛应用到各行各业中，代替人工，提高了效率和自动化水平。但现在能见到的焊接机器人，极大部分是气体保护焊。一般来说焊接机器人由以下几部分组成：成型的机器人本体、控制系统、焊接电源系统、焊接装置等。其中焊接电源系统用现有的人工焊接电源系统即可，焊接装置中专用焊枪的设计是最为主要的，不同厂家专用焊枪形状不同，但作用原理一样。

现有的焊接机器人，特别是焊接装置机构，不能完成普通焊条的焊接，原因有如下几个方面：一是气体保护焊的焊丝可以弯曲，而普通焊条需要一根一根送出，而且是刚性的，不可能弯曲；二是气体保护焊的焊丝通过焊接装置的末端时留有3-4厘米长，能有效消除抖动带来的影响，而普通焊条被抓取后，由于长度太长，焊接过程中产生的抖动无法消除，焊接轨迹难以保证；三是气体保护焊的焊丝可以通过送丝机构根据焊接要求进行送丝，而普通焊条由于是刚性，只能通过焊条的直线运动来实现，现有的焊接机器人不能完成普通焊条的焊接。

技术实现要素：

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种自动焊接系统及焊接方法，能够完成普通焊条的自动焊接，提高焊接质量。

本发明采用技术方案如下：

本发明提供一种自动焊接系统，包括：

焊条送出机构，所述焊条送出机构包括壳体和用于将容置于壳体内的焊条逐一送出壳体外的振动组件，所述振动组件安装在壳体内；

焊接机器人，所述焊接机器人包括机器人臂、机器人控制装置和焊接机构，所述焊接机构固定在所述机器人臂上，所述机器人控制装置用于控制所述机器人臂以及焊接机构动作；

所述机器人臂具有节肢驱动器和多个依次相连的节肢，所述节肢驱动器与所述机器人控制装置相连；所述焊接机构包括支架、设置在支架上的抓取组件和用于使抓取组件运动的焊接驱动器，所述焊接驱动器与所述机器人控制装置相连；

所述机器人控制装置通过运行控制程序控制所述节肢驱动器，使机器人臂带动焊接机构移动，所述焊接组件用于从所述焊条送出机构抓取并保持焊条，所述机器人控制装置还通过运行控制程序控制所述焊接驱动器，使抓取组件带动焊条移动实现对工件的焊接，并在焊接过程中控制抓取组件所保持的焊条始终伸出焊接机构预设长度。

优选地，所述壳体包括底板以及与所述底板相连的第一侧板、第二侧板、第三侧板和第四侧板，所述第一侧板、第二侧板、第三侧板和第四侧板首尾顺次相连，所述第一侧板与第三侧板相对，第二侧板与第四侧板相对，所述底板的内表面设有焊条容置槽，所述焊条容置槽靠近所述第四侧板，所述第二侧板上设有支撑件，所述第一侧板具有焊条出孔，所述焊条出孔与所述焊条容置槽同轴；

所述振动组件包括振动板、振动气缸、检测传感器和焊条送出气缸，所述振动气缸和检测传感器均安装在所述底板的内表面，所述振动板的一侧与所述支撑件对接，另一侧与所述焊条容置槽对接，振动板的下表面与所述振动气缸接触；所述焊条送出气缸安装在第三侧板上，焊条送出气缸的活塞杆的伸缩方向与所述焊条容置槽的长轴相互平行。

优选地，所述检测传感器包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器位于所述焊条出孔与焊条容置槽之间，所述第二传感器位于焊条容置槽与第三侧板之间。

优选地，所述支架包括第一安装座、第二安装座和连接板，所述连接板的两端分别与第一安装座和第二安装座相连，所述第二安装座上具有定位台和导向件；

所述焊接驱动器包括丝杠、连接座和驱动电机，所述连接座与所述丝杆螺纹连接，所述丝杠的一端设置在第一安装座上，丝杠的另一端设置在第二安装座上，所述驱动电机设置在所述第一安装座上，驱动电机的输出轴与所述丝杠相连，所述驱动电机用于驱动丝杆旋转，从而带动所述连接座沿着丝杠移动；

所述抓取组件包括延长座、定位座、弹出焊条弹簧、夹紧卡簧和夹紧焊条弹簧，所述定位座固定在所述连接座上，所述定位座为中空结构，定位座的内表面具有安装台阶；所述延长座为中空结构，延长座具有导向部，所述导向部伸入定位座内并能够相对于所述定位座伸缩运动；所述夹紧卡簧为中空结构，所述夹紧卡簧由封闭段和开口段组成，所述封闭段的一端与开口段相连，封闭段的另一端具有凸台，所述开口段具有向外扩大的膨胀部，所述夹紧卡簧安装在定位座内，夹紧卡簧的凸台与定位座的安装台阶相配合，夹紧卡簧的开口段部分伸入所述延长座的导向部中，所述夹紧焊条弹簧套设在夹紧卡簧上，所述夹紧焊条弹簧的一端与所述安装台阶相抵，另一端与所述导向部的端面相抵，所述弹出焊条弹簧设置在夹紧卡簧的封闭段中，弹出焊条弹簧的一端固定在夹紧卡簧的封闭段中，另一端为自由端；

当延长座受到挤压时，夹紧焊条弹簧受力压缩，夹紧卡簧的开口段脱离夹紧焊条弹簧的限制而处于松开状态，夹紧焊条弹簧处于非压缩状态时，夹紧卡簧的开口段受到夹紧焊条弹簧的限制而处于夹紧状态。

优选地，所述夹紧卡簧的开口段由多个弹性片围合组成，相邻两个弹性片之间具有间隙，每个弹性片具有第一部分和第二部分，所述第一部分与第二部分之间的夹角为钝角，当多个弹性片围合后，所有弹性片的第二部分朝向外侧形成所述膨胀部。

优选地，所述弹出焊条弹簧的伸缩方向与所述夹紧焊条弹簧的伸缩方向一致，均与所述丝杠的长轴平行，且与所述第二安装座上的导向件相对。

优选地，所述焊接机构还包括回零传感器，所述回零传感器安装在所述连接板上，且靠近所述第二安装座；所述回零传感器与所述机器人控制装置相连接，用于在焊接过程中检测抓取机构所保持的焊条，在未检测到所述焊条时向所述机器人控制装置发送信号，以使机器人控制装置控制焊接机构停止焊接并丢弃抓取组件所保持的焊条。

另一方面，本发明提供一种焊接方法，使用所述的自动焊接系统实施所述焊接方法，该方法包括如下步骤：

S1、焊条送出机构将容置于壳体内的焊条送至壳体外；

S2、机器人控制装置控制节肢驱动器，使节肢驱动器驱动机器人臂带着焊接机构移动至焊条送出机构；

S3、机器人控制装置控制焊接驱动器，使焊接驱动器驱动抓取组件向支架的第二安装座移动，抓取暴露在焊条送出机构的壳体外的焊条的前端；

S4、机器人控制装置控制焊接驱动器，使焊接驱动器驱动抓取组件向支架的第一安装座移动直至到达指定位置；当所述抓取组件到达指定位置时，抓取组件所保持的焊条的后端与第二安装座上的导向件之间的距离为预设长度；

S5、机器人控制装置控制节肢驱动器和焊接驱动器，使节肢驱动器驱动机器人臂带着焊接机构移动至焊接位置进行焊接，焊接过程中，焊接驱动器驱动抓取组件向第二安装座移动，抓取组件所保持的焊条始终伸出焊接机构预设长度；

S6、焊接过程中，当回零传感器没有检测到抓取组件所保持的焊条时，回零传感器向机器人控制装置发送信号，机器人控制装置根据所述信号控制焊接机构停止焊接，并控制机器人臂带着焊接机构移动至丢焊位置；

S7、机器人控制装置控制焊接驱动器，使焊接驱动器驱动抓取组件继续向支架的第二安装座移动，抓取组件丢弃所保持的焊条。

优选地，所述步骤S1包括：

S11、将焊条放置于振动板上；

S12、启动振动气缸，振动气缸带动振动板振动，将焊条送至焊条容置槽中；

S13、检测传感器检测到焊条容置槽中的焊条后，焊条送出气缸将焊条从焊条容置槽中推出，使焊条的前端穿过焊条出孔而暴露在壳体之外。

优选地，所述步骤S3中，当抓取组件的延长座与第二安装座上的定位台相抵时，夹紧焊条弹簧受力压缩，夹紧卡簧的开口段脱离夹紧焊条弹簧的限制而处于松开状态，利用夹紧卡簧包住暴露于壳体外的焊条的前端，从而抓取所述焊条，抓取焊条时，焊条的前端挤压夹紧卡簧中的弹出焊条弹簧；

所述步骤S4中，当抓取组件沿着丝杠向第一安装座移动时，夹紧焊条弹簧处于非压缩状态，夹紧卡簧的开口段受到夹紧焊条弹簧的限制而处于夹紧状态，从而保持所述焊条；

所述步骤S7中，当抓取组件的延长座与第二安装座上的定位台相抵时，夹紧焊条弹簧受力压缩，夹紧卡簧的开口段脱离夹紧焊条弹簧的限制而处于松开状态，受挤压的弹出焊条弹簧复位，将焊条从夹紧卡簧中的弹出，从而丢弃所述焊条。

本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：

本发明提供适用于焊条的自动焊接系统及焊接方法，采用焊条送出机构和焊接机构配合，完成普通焊条的自动焊接，解决了实际生产中普通焊条自动焊接的难点，特别对于箱体类零件的焊接，优势明显，可完全代替人工，提高生产效率并降低制造成本。

本发明中，焊条的抓取、保持和丢弃全部由抓取组件物理完成，抓取焊条时夹紧弹簧松开，抓取焊条后抓取组件沿丝杠上升，抓取组件利用机械原理使夹紧弹簧夹紧焊条，当焊条焊接完毕，抓取组件沿丝杠继续下降，使夹紧弹簧松开，弹出弹簧使焊条弹出，这种结构设计不需要气、电控制，具有可靠性高的优势。

抓取组件抓取焊条之后，焊条沿着丝杠上升或下降，保正方向，确保焊条不发生弯曲；此外，焊接过程中，焊条始终露出导向件预设长度，可以消除抖动，提高焊接质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明实施例提供的焊条送出机构的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的焊条送出机构的爆炸图；

图3是本发明实施例提供的焊接机构的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的焊接机构的局部结构示意图；

图5是本发明实施例提供的焊接机构的局部结构示意图。

图中：1-焊条送出机构，2-焊接机构，3-焊条，

11-壳体，12-振动组件，

111-底板，112-第一侧板，113-第二侧板，114-第三侧板，115-第四侧板，116-焊条出孔，117-焊条容置槽，118-支撑件，

121-振动板，122-振动气缸，123-第一检测传感器，124-第二检测传感器，125-焊条送出气缸，

211-第一安装座，212-连接板，213-第二安装座，214-定位台，215-导向件，

220-延长座，221-定位座，222-弹出焊条弹簧，223-夹紧卡簧，224-夹紧焊条弹簧，225-封闭段，226-开口段，227-凸台，228-膨胀部，

231-丝杠，232-连接座，233-驱动电机。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将接合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

本实施例提供一种自动焊接系统，该系统包括焊条送出机构1和焊接机器人。

参见图1，所述焊条送出机构1包括壳体11和用于将容置于壳体11内的焊条3逐一送出壳体11外的振动组件12，所述振动组件12安装在壳体11内。所述焊接机器人包括机器人臂、机器人控制装置和焊接机构2，所述焊接机构2固定在所述机器人臂上，所述机器人控制装置用于控制所述机器人臂以及焊接机构2动作。

具体的，所述机器人臂具有节肢驱动器和多个依次相连的节肢，所述节肢驱动器与所述机器人控制装置相连；所述焊接机构2包括支架、设置在支架上的抓取组件和用于使抓取组件运动的焊接驱动器，所述焊接驱动器与所述机器人控制装置相连。所述机器人控制装置通过运行控制程序控制所述节肢驱动器，使机器人臂带动焊接机构2移动，所述焊接组件用于从所述焊条送出机构1抓取并保持焊条3，所述机器人控制装置还通过运行控制程序控制所述焊接驱动器，使抓取组件带动焊条3移动实现对工件的焊接，并在焊接过程中控制抓取组件所保持的焊条3始终伸出焊接机构2预设长度。

请参见图2，所述壳体11包括底板111以及与所述底板111相连的第一侧板112、第二侧板113、第三侧板114和第四侧板115，所述第一侧板112、第二侧板113、第三侧板114和第四侧板115首尾顺次相连，所述第一侧板112与第三侧板114相对，第二侧板113与第四侧板115相对，所述底板111的内表面设有焊条容置槽117，所述焊条容置槽117靠近所述第四侧板115，所述第二侧板113上设有支撑件118，所述第一侧板112具有焊条出孔116，所述焊条出孔116与所述焊条容置槽117同轴。所述振动组件12包括振动板121、振动气缸122、检测传感器和焊条送出气缸125，所述振动气缸122和检测传感器均安装在所述底板111的内表面，所述振动板121的一侧与所述支撑件118对接，另一侧与所述焊条容置槽117对接，振动板121的下表面与所述振动气缸122接触；所述焊条送出气缸125安装在第三侧板114上，焊条送出气缸125的活塞杆的伸缩方向与所述焊条容置槽117的长轴相互平行。

作为一种优选地实施方式，所述检测传感器包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器位于所述焊条出孔116与焊条容置槽117之间，所述第二传感器位于焊条容置槽117与第三侧板114之间。

请参见图3，所述支架包括第一安装座211、第二安装座213和连接板212，所述连接板212的两端分别与第一安装座211和第二安装座213相连，所述第二安装座213上具有定位台214和导向件215。所述焊接驱动器包括丝杠231、连接座232和驱动电机233，所述连接座232与所述丝杆螺纹连接，所述丝杠231的一端设置在第一安装座211上，丝杠231的另一端设置在第二安装座213上，所述驱动电机233设置在所述第一安装座211上，驱动电机233的输出轴与所述丝杠231相连，所述驱动电机233用于驱动丝杆旋转，从而带动所述连接座232沿着丝杠231移动。

请参见图3至图5，所述抓取组件包括延长座220、定位座221、弹出焊条弹簧222、夹紧卡簧223和夹紧焊条弹簧224，所述定位座221固定在所述连接座232上，所述定位座221为中空结构，定位座221的内表面具有安装台阶；所述延长座220为中空结构，延长座220具有导向部，所述导向部伸入定位座221内并能够相对于所述定位座221伸缩运动；所述夹紧卡簧223为中空结构，所述夹紧卡簧223由封闭段225和开口段226组成，所述封闭段225的一端与开口段226相连，封闭段225的另一端具有凸台227，所述开口段226具有向外扩大的膨胀部228，所述夹紧卡簧223安装在定位座221内，夹紧卡簧223的凸台227与定位座221的安装台阶相配合，夹紧卡簧223的开口段226部分伸入所述延长座220的导向部中，所述夹紧焊条弹簧224套设在夹紧卡簧223上，所述夹紧焊条弹簧224的一端与所述安装台阶相抵，另一端与所述导向部的端面相抵，所述弹出焊条弹簧222设置在夹紧卡簧223的封闭段225中，弹出焊条弹簧222的一端固定在夹紧卡簧223的封闭段225中，另一端为自由端。

当延长座220受到挤压时，夹紧焊条弹簧224受力压缩，夹紧卡簧223的开口段226脱离夹紧焊条弹簧224的限制而处于松开状态，夹紧焊条弹簧224处于非压缩状态时，夹紧卡簧223的开口段226受到夹紧焊条弹簧224的限制而处于夹紧状态。

优选地，所述夹紧卡簧223的开口段226由多个弹性片围合组成，相邻两个弹性片之间具有间隙，每个弹性片具有第一部分和第二部分，所述第一部分与第二部分之间的夹角为钝角，当多个弹性片围合后，所有弹性片的第二部分朝向外侧形成所述膨胀部228。

优选地，所述弹出焊条弹簧222的伸缩方向与所述夹紧焊条弹簧224的伸缩方向一致，均与所述丝杠231的长轴平行，且与所述第二安装座213上的导向件215相对。

作为一种优选地实施方式，所述焊接机构2还包括回零传感器，所述回零传感器安装在所述连接板212上，且靠近所述第二安装座213；所述回零传感器与所述机器人控制装置相连接，用于在焊接过程中检测抓取机构所保持的焊条3，在未检测到所述焊条3时向所述机器人控制装置发送信号，以使机器人控制装置控制焊接机构2停止焊接并丢弃抓取组件所保持的焊条3。

本实施例具有的有益效果如下：

(1)本发明提供适用于焊条的自动焊接系统，采用焊条送出机构和焊接机构配合，完成普通焊条的自动焊接，解决了实际生产中普通焊条自动焊接的难点，特别对于箱体类零件的焊接，优势明显，可完全代替人工，提高生产效率并降低制造成本。

(2)本发明中，焊条的抓取、保持和丢弃全部由抓取组件物理完成，抓取焊条时夹紧弹簧松开，抓取焊条后抓取组件沿丝杠上升，抓取组件利用机械原理使夹紧弹簧夹紧焊条，当焊条焊接完毕，抓取组件沿丝杠继续下降，使夹紧弹簧松开，弹出弹簧使焊条弹出，这种结构设计不需要气、电控制，具有可靠性高的优势。

(3)抓取组件抓取焊条之后，焊条沿着丝杠上升或下降，保正方向，确保焊条不发生弯曲；此外，焊接过程中，焊条始终露出导向件预设长度，可以消除抖动，提高焊接质量。

实施例2

本实施例提供一种焊接方法，使用实施例1所述的自动焊接系统实施所述焊接方法，该方法包括如下步骤：

S1、焊条送出机构1将容置于壳体11内的焊条3送至壳体11外；

S2、机器人控制装置控制节肢驱动器，使节肢驱动器驱动机器人臂带着焊接机构2移动至焊条送出机构1；

S3、机器人控制装置控制焊接驱动器，使焊接驱动器驱动抓取组件向支架的第二安装座213移动，抓取暴露在焊条送出机构1的壳体11外的焊条3的前端；

S4、机器人控制装置控制焊接驱动器，使焊接驱动器驱动抓取组件向支架的第一安装座211移动直至到达指定位置；当所述抓取组件到达指定位置时，抓取组件所保持的焊条3的后端与第二安装座213上的导向件215之间的距离为预设长度；

S5、机器人控制装置控制节肢驱动器和焊接驱动器，使节肢驱动器驱动机器人臂带着焊接机构2移动至焊接位置进行焊接，焊接过程中，焊接驱动器驱动抓取组件向第二安装座213移动，抓取组件所保持的焊条3始终伸出焊接机构2预设长度；

S6、焊接过程中，当回零传感器没有检测到抓取组件所保持的焊条3时，回零传感器向机器人控制装置发送信号，机器人控制装置根据所述信号控制焊接机构2停止焊接，并控制机器人臂带着焊接机构2移动至丢焊位置；

S7、机器人控制装置控制焊接驱动器，使焊接驱动器驱动抓取组件继续向支架的第二安装座213移动，抓取组件丢弃所保持的焊条3。

作为一种优选的实施方式，所述步骤S1包括：

S11、将焊条3放置于振动板121上；

S12、启动振动气缸122，振动气缸122带动振动板121振动，将焊条3送至焊条容置槽117中；

S13、检测传感器检测到焊条容置槽117中的焊条3后，焊条送出气缸125将焊条3从焊条容置槽117中推出，使焊条3的前端穿过焊条出孔116而暴露在壳体11之外。

其中，所述步骤S3中，当抓取组件的延长座220与第二安装座213上的定位台214相抵时，夹紧焊条弹簧224受力压缩，夹紧卡簧223的开口段226脱离夹紧焊条弹簧224的限制而处于松开状态，利用夹紧卡簧223包住暴露于壳体11外的焊条3的前端，从而抓取所述焊条3，抓取焊条3时，焊条3的前端挤压夹紧卡簧223中的弹出焊条弹簧222。

所述步骤S4中，当抓取组件沿着丝杠231向第一安装座211移动时，夹紧焊条弹簧224处于非压缩状态，夹紧卡簧223的开口段226受到夹紧焊条弹簧224的限制而处于夹紧状态，从而保持所述焊条3。

所述步骤S7中，当抓取组件的延长座220与第二安装座213上的定位台214相抵时，夹紧焊条弹簧224受力压缩，夹紧卡簧223的开口段226脱离夹紧焊条弹簧224的限制而处于松开状态，受挤压的弹出焊条弹簧222复位，将焊条3从夹紧卡簧223中的弹出，从而丢弃所述焊条3。

本实施例提供的自动焊接方法，采用焊条送出机构和焊接机构配合，完成普通焊条的自动焊接，解决了实际生产中普通焊条自动焊接的难点，特别对于箱体类零件的焊接，优势明显，可完全代替人工，提高生产效率并降低制造成本。本发明中，焊条的抓取、保持和丢弃全部由抓取组件物理完成，抓取焊条时夹紧弹簧松开，抓取焊条后抓取组件沿丝杠上升，抓取组件利用机械原理使夹紧弹簧夹紧焊条，当焊条焊接完毕，抓取组件沿丝杠继续下降，使夹紧弹簧松开，弹出弹簧使焊条弹出，这种结构设计不需要气、电控制，具有可靠性高的优势。抓取组件抓取焊条之后，焊条沿着丝杠上升或下降，保正方向，确保焊条不发生弯曲；此外，焊接过程中，焊条始终露出导向件预设长度，可以消除抖动，提高焊接质量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。