自动焊接机器人的伺服送丝装置的制作方法

本发明涉及焊接机器人技术领域，具体是一种自动焊接机器人的伺服送丝装置。

背景技术：

随着焊接机器人的广泛应用，由于机器人送丝问题影响焊接质量的情况日益突出，亟需高精度、高可靠性的送丝方法。例如，有些焊接方法需要焊丝高速反复运动，采用传统的推丝方法不能解决。

具有伺服送丝功能的机器人焊接系统主要包括焊接机器人和焊接设备两部分。其中：焊接机器人由机器人本体和控制单元(硬件及软件)组成；焊接设备主要包括焊接电源(包括其控制系统)、送丝机构、伺服焊枪总成等部分。现有伺服送丝装置中的伺服送丝焊枪总成由前后两部分组成，前面的伺服送丝电机安装在伺服送丝焊枪本体部位，伺服控制器设定为速度控制模式，按照控制系统的指令以一定频率送丝(也称拉丝)，后面通过焊接线缆连接直线缓冲器装置以及安装在焊接电源机架上的送丝电机，该送丝电机一般采用直流印刷电机，由数字式焊接电源根据系统要求按照恒定送丝速度送丝(也称推丝)。

在传统焊接过程中，如果前面的伺服送丝电机与后面的印刷电机速度不一致，会导致焊丝干伸长(焊丝伸出枪嘴的长度)不断改变，引起焊接电流的大小会不断变化，导致熔深不一致，焊缝成型不均匀，对焊接效果影响很大。其次，由于焊接过程中焊丝会通电，出于相互关联零部件正常运行和安全考虑，需要将焊丝与机器人本体以及送丝电机之间绝缘，需要设计该绝缘结构。最后，焊接现场一般灰尘较多，且送丝时焊丝与送丝套管以及送丝轮之间有摩擦，会使焊丝剥离出碎屑，影响电机和机器人的工作，从安全性可靠性出发，需要在焊丝与机器人本体以及伺服送丝电机之间设计防尘结构。同时在有效地准确传递焊丝的情况下，又要在有限的空间里达到绝缘和防尘的功能。需要在传动结构设计上合理布局。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足，提供一种伺服送丝装置的焊枪总成，具有精确的传动结构，能够向伺服控制系统反馈焊丝的送丝速度，从而调整前后电机，保证焊丝运动的顺畅以及稳定，而且具有绝缘效果好，防尘防屑的功能，还具有结构简单，传动方便的技术特点。

本发明采用的技术方案是：

自动焊接机器人的伺服送丝装置，其特征在于：包括伺服送丝焊枪本体及通过导电线缆连接在其尾端的直线缓冲器；

所述伺服送丝焊枪本体包括焊枪壳体、安装在焊枪壳体前侧的枪嘴总成、通过天梁和拉丝底座安装在焊枪壳体内部的伺服送丝电机及送丝轮以及安装在焊枪壳体后侧的底部法兰；伺服送丝电机与拉丝底座之间、送丝轮与伺服送丝电机之间、天梁与底部法兰之间、拉丝底座与法兰前托之间、下罩壳与拉丝底座之间分别设有绝缘结构；

伺服送丝电机与丝轮定位套之间、丝轮定位套与送丝轮之间分别设有键槽连接结构，实现动力传递；送丝轮与送丝电机之间、天梁与底部法兰之间以及送丝电机与拉丝底座之间分别设有防尘结构；

直线缓冲器安装在自动焊接机器人的伺服送丝焊枪本体与送丝机之间，包括固定在机架上的直线缓冲器壳体、设置在直线缓冲器壳体内的送丝软管以及与焊接电源控制系统连接的位移检测组件；焊丝从直线缓冲器壳体的后端开口穿入，从直线缓冲器壳体的前端开口穿出，经过送丝轮后进入枪管组件，送丝软管套设在焊丝上，送丝软管的后端为固定端，送丝软管的前端为自由端，焊丝移动时带动自由端移动，位移检测组件安装在自由端一侧，从而检测自由端的移动量并通过数据接头传送给控制系统。

所述绝缘结构包括伺服送丝电机绝缘组件、伺服送丝焊枪本体绝缘组件以及天梁绝缘垫；

伺服送丝电机绝缘组件包括丝轮定位套以及电机绝缘盖；丝轮定位套固定在送丝轮与电机轴之间，可以实现送丝轮与伺服送丝电机轴之间的绝缘；伺服送丝电机绝缘盖设置在电机端面与焊枪的拉丝底座之间，实现伺服送丝电机与伺服焊枪拉丝底座之间的绝缘；伺服送丝电机绝缘盖围绕伺服送丝电机轴设有套管部，该套管部向上延伸到送丝轮的底部，实现伺服送丝电机轴与伺服焊枪拉丝底座之间绝缘；

伺服送丝焊枪本体绝缘组件包括底座底板；底座底板固定在拉丝底座和法兰前托之间实现拉丝底座与法兰前托的绝缘；下罩壳固定在底座底板上实现拉丝底座与下罩壳之间的绝缘；

天梁绝缘垫安装在伺服送丝焊枪的天梁与底部法兰之间，当底部法兰与机器人本体连接后实现伺服送丝焊枪与机器人本体的绝缘。

所述丝轮定位套通过平键与电机轴配合，丝轮定位套上端的端盖通过螺钉压紧在电机轴的端部，送丝轮紧固在丝轮定位套的外壁；所述丝轮定位套上端的端盖呈t型环状，端盖的外径与送丝轮的外径相适应，端盖的内径与螺钉的外径相适应。

所述防尘结构，由电机防尘组件以及天梁盖片组成；电机防尘组件包括送丝轮、丝轮定位套以及电机绝缘盖；电机防尘盖设置在电机端面与焊枪本体的拉丝底座之间且呈阶梯状，当电机安装后，电机绝缘盖被压紧，实现电机的防尘，电机绝缘盖的顶端与送丝轮的底端通过间隙配合且配合处呈阶梯状，实现电机轴的防尘，天梁盖片安装在焊枪本体的上罩壳与底部法兰之间，实现焊枪本体与机器人本体的防尘。

所述送丝轮通过丝轮定位套的连接安装在电机轴上，送丝轮的底面的外沿制有一圈向下的凸起，电机绝缘盖围绕电机轴设有套管部，该套管部向上延伸到送丝轮的底部，套管部顶端的内沿制有一圈向上的凸起，该圈凸起间隙配合在送丝轮的凸起内侧。

所述位移检测组件包括固定在自由端的光反射片以及固定在壳体内的激光位移传感器，光反射片与发射面平行布置，激光位移传感器的输出端与焊接电源的控制系统连接。

所述送丝软管的自由端通过直线轴承安装在缓冲器壳体内，从而保持自由端直线滑移。

所述直线缓冲器壳体的前端开口固定安装有导丝管，导丝管的轴线与直线轴承平行，送丝软管的自由端伸入导丝管内；所述壳体的后端开口固定安装有进丝接头，送丝软管的后端与进丝接头对接并固定。

所述送丝软管的自由端与固定端之间呈固定角度。

本发明的有益效果如下：

1、本发明提供的伺服送丝装置的直线缓冲器为：焊丝在前、后两个送丝电机之间提供了一个缓冲空间，削弱了两个送丝系统对焊丝的冲击力，通过检测光反射片的位移量即可向控制系统反馈前后两个送丝电机的速度差，通过这样的方式就可以方便的监控焊丝前进过程是否顺畅，而且控制系统根据反馈量来调整两个送丝电机的速度；本发明将送丝与焊接过程控制直接地联系起来，为薄板、厚板、以及各型材如：钢材和铝材等多种材料的低飞溅焊接打下良好基础，并大大地提高了焊接速度；整体结构简单，使用方便。

2、本发明提供的绝缘结构，能够有效将焊丝(送丝轮)与电机绝缘，还能将伺服送丝焊枪本体与机器人本体之间实现绝缘，从而确保使用安全，并且结构简单，安装维护方便，绝缘效果好。

3、本发明提供的传动结构，能够有效地将丝轮定位套特有的双键结构除具有上述的绝缘特征之外，还将伺服送丝电机的动力通过自身传递给送丝轮。从而保证了传递动力的准确性和连贯性，结构紧凑，安装维护简单，传动效果好。

4、本发明提供的防尘结构，能够有效阻挡碎屑与灰尘进入伺服送丝电机以及机器人本体，特别是阶梯型的结构的防尘防碎屑效果优良，从而确保使用安全，提高伺服送丝电机寿命，并且结构简单，安装维护方便，防尘效果好；

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图。

图2是绝缘结构的示意图。

图3是防尘结构的示意图。

图4是伺服送丝焊枪本体的立体结构示意图。

图5是伺服送丝焊枪本体的俯视结构示意图。

图6是图5的a-a剖视图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

伺服送丝方法目前使用的有角度编码器反馈送丝和直线传感送丝，本发明利用的是直线缓冲装置，达到焊枪部分推拉丝机构和送丝机构两者因焊丝移动同步解决方案。

如图1～图5所示，本发明所述的伺服送丝装置，包括伺服送丝焊枪本体及通过导电线缆连接在其尾端的伺服送丝装置的直线缓冲器。

所述伺服送丝焊枪本体包括安装在伺服送丝焊枪前侧的枪管组件34、防撞传感装置21，伺服送丝焊枪本体内部通过过渡接头33、拉丝底座23、天梁16、法兰前托15-1、底部法兰15依次连接，再安装到焊接机器人本体上。装有送丝轮26的伺服送丝电机20则安装在伺服送丝焊枪本体内部的拉丝底座23上，传递动力。天梁16位于法兰前托15-1上侧，天梁前端固定在拉丝底座23上，后端固定在伺服送丝焊枪本体后侧的底部法兰15上；由底部法兰15与机器人本体连接。

伺服送丝电机20与拉丝底座23之间、送丝轮26与伺服送丝电机20之间、天梁16与底部法兰15之间、拉丝底座23与法兰前托15-1之间、下罩壳19与拉丝底座23之间分别设有绝缘结构。伺服送丝电机20与丝轮定位套17之间、丝轮定位套17与送丝轮26之间分别设有键连接结构，实现动力传递。送丝轮26与送丝电机20之间、天梁16与底部法兰15之间以及伺服送丝电机20与拉丝底座23之间分别设有防尘结构。

伺服送丝装置的直线缓冲器安装在自动焊接机器人的伺服送丝焊枪本体与送丝机之间(即前、后送丝电机之间)，包括固定在机架上的直线缓冲器壳体1、设置在直线缓冲器壳体1内的送丝软管7以及与焊接电源控制系统连接的位移检测组件；焊丝11从直线缓冲器壳体1的后端开口穿入，从直线缓冲器壳体1的前端开口穿出，经过送丝轮26后进入枪管组件34，送丝软管7套设在焊丝11上，送丝软管7的后端为固定端8，送丝软管7的前端为自由端4，焊丝11移动时带动自由端4移动，位移检测组件安装在自由端4一侧，从而检测自由端4的移动量并通过数据接头14传送给控制系统。

所述位移检测组件包括通过固定套5固定在自由端的光反射片13以及固定在直线缓冲器壳体1内的激光位移传感器12，光反射片13与激光位移传感器12发射面平行布置，激光位移传感器12的输出端与焊接电源控制系统连接。

所述送丝软管的自由端通过直线轴承6安装在直线缓冲器壳体1内，从而保持自由端4直线滑移。一般地，直线轴承6与激光位移传感器12平行布置，并与送丝软管7的轴线平行。

所述直线缓冲器壳体1的前端开口通过固定接头2固定安装有导丝管3，导丝管3的轴线与直线轴承平行，送丝软管7的自由端伸入导丝管3内，并且自由端与导丝管同轴布置。

所述直线缓冲器壳体1的后端开口通过固定接头10固定安装有进丝接头9，送丝软管7的后端与进丝接头9对接并固定。所述送丝软管的自由端与固定端之间呈固定角度(例如100～120度夹角)，使得焊丝具有一个弧度，可以发生弯曲变形，并且在导丝管轴线方向上移动时受力最小。从而在前、后两个送丝电机之间提供了一个缓冲空间，削弱了两个送丝系统对焊丝11的冲击力，而且也可以利用焊丝11对送丝软管7的压力使得送丝软管7的自由端发生位移，便于检测。

所述绝缘结构，主要由伺服送丝电机绝缘组件、伺服送丝焊枪本体绝缘组件以及采用玻纤增强尼龙制作的天梁绝缘垫22组成。

伺服送丝电机绝缘组件包括采用聚甲醛制作的丝轮定位套17以及电机绝缘盖28。丝轮定位套17固定在送丝轮26与电机轴25之间，可以实现送丝轮26与伺服送丝电机轴25之间的绝缘。伺服送丝电机绝缘盖28设置在伺服送丝电机端面与伺服送丝焊枪的拉丝底座23之间，实现伺服送丝电机20与伺服送丝焊枪本体的拉丝底座23之间的绝缘。伺服送丝电机绝缘盖28围绕伺服送丝电机轴25设有套管部28-1，该套管部28-1向上延伸到送丝轮26的底部，实现伺服送丝电机轴25与伺服送丝焊枪本体的拉丝底座23之间绝缘。

伺服送丝焊枪本体绝缘组件包括采用玻纤增强尼龙制作的底座底板18-1组成。底座底板18-1固定在拉丝底座23和法兰前托15-1之间实现拉丝底座23与法兰前托15-1之间的绝缘；下罩壳19固定在底座底板18-1上实现拉丝底座23与下罩壳19之间的绝缘；

天梁绝缘垫22安装在伺服送丝焊枪本体的天梁16与底部法兰15之间，当底部法兰15与机器人本体连接后实现伺服送丝焊枪本体与机器人本体的绝缘。

为了确保送丝轮26随伺服送丝电机轴25转动，所述丝轮定位套17通过其上的平键与伺服送丝电机轴25配合，丝轮定位套17上端的端盖通过螺钉24压紧在伺服送丝电机轴25的端部，送丝轮26紧固在丝轮定位套17的外壁。所述丝轮定位套17特有的双键结构满足了上述的绝缘特征之外，还将伺服送丝电机的动力通过自身传递给送丝轮26。所述丝轮定位套17上端的端盖呈t型环状，端盖的外径与送丝轮26的外径相适应，端盖的内径与螺钉的外径相适应。

所述防尘结构，由伺服送丝电机防尘组件以及天梁盖片31组成。伺服送丝电机防尘组件包括送丝轮26、丝轮定位套17以及电机绝缘(防尘)盖28；电机绝缘盖28设置在电机端面与焊枪本体的拉丝底座23之间且呈阶梯状，当电机20安装后，电机绝缘盖28被压紧，实现电机的防尘，电机绝缘盖28的顶端与送丝轮26的底端通过间隙配合且配合处呈阶梯状，并通过丝轮定位套17的配合；实现电机轴25的防尘，天梁盖片31安装在焊枪本体的上罩壳18与底部法兰15之间(一般呈半圆形，位于天梁16的外侧并固定在底部法兰15上)，实现焊枪本体与机器人本体的防尘。

所述送丝轮26通过丝轮定位套17的配合安装在电机轴25上，送丝轮26的底面的外沿制有一圈向下的凸起26-1，电机绝缘盖28围绕电机轴25设有套管部28-1，该套管部向上延伸到送丝轮26的底部，套管部28-1顶端的内沿制有一圈向上的凸起28-2，该圈凸起间隙配合在送丝轮26的凸起内侧，从而在配合处形成一个交错的阶梯面(迷宫式的结构)，既不妨碍送丝轮26的旋转，又可以有效阻止灰尘的进入。

伺服送丝电机20及电机轴25与伺服送丝焊枪本体的拉丝底座23(固定着电机)之间可以通过伺服电机绝缘盖28之间隔离绝缘及防尘，送丝轮26(与焊丝接触，具有大电流、低电压)与电机轴25之间通过丝轮定位套17隔离绝缘及防尘，伺服送丝焊枪本体的天梁16(固定着拉丝底座23)与底部法兰15之间通过天梁绝缘垫22隔离绝缘；伺服送丝焊枪本体的拉丝底座23和法兰前托15-1之间通过底座底板18-1实现隔离绝缘；伺服送丝焊枪本体的拉丝底座23和下罩壳19之间通过底座底板18-1实现隔离绝缘；

伺服送丝焊枪本体各接触面之间的绝缘及防尘结构与现有技术类似，例如，接头安装板30(安装电机的电源接头)采用玻纤增强尼龙制作，可以承托法兰前托15-1并实现下罩壳19与法兰前托15-1的绝缘及防尘，法兰前托15-1用于承托底座底板18-1，法兰前托15-1与拉丝底座23之间设有底座底板18-1实现绝缘及防尘，法兰前托15-1上用于固定拉丝底座23的螺栓套设有前托隔套29，实现绝缘及防尘，等等，在此不做详细介绍。

本发明中，伺服送丝装置的直线缓冲器的工作原理是：

焊接过程中，前面的伺服送丝电机按照控制系统的指令以70次/秒的频率向前和向后送丝；后面的送丝电机由数字式焊接电源根据系统要求按照恒定送丝速度向前送丝，两个送丝系统都实现了数字化控制。激光位移传感器固定在直线缓冲器壳体内，光反射片固定在送丝软管上，激光位移传感器固定在光反射片后面，光反射片和激光位移传感器发射面之间保持固定的距离，且光反射片和激光位移传感器发射面要保持平行。

激光位移传感器所发出的激光照射在光反射片上并反射回来，通过激光束的发射和接收来测量激光位移传感器与光反射片之间的距离，若所测距离超出控制系统中预先设定的距离，激光位移传感器将给出模拟量信号到控制系统。

在焊接过程中，当前、后两个送丝电机送丝速度相等时，安装在送丝软管上的光反射片不会动作(此时为正常焊接)。当前面送丝电机的送丝速度相对于后面的送丝电机过快时(也叫冲丝或短路，短路过程是：焊丝端部熔化成熔滴，熔滴与熔池形成短路，焊丝爆断时伴有大的电流和飞溅并产生大量的热量)，此时送丝软管的自由端将被焊丝向前拉动，光反射片将向前移动，激光位移传感器与光反射片之间的距离加大，此时激光位移传感器将模拟信号传给控制系统，控制系统接到指令后，将输出的电压、电流控制在接近零，并反馈给前面的伺服送丝电机，要求其停止前进送丝并作出回抽焊丝动作，电弧自身输入的热量过程很短时就使焊丝与熔滴快速分离。

在全数字化闭环回路的控制下，这种过渡方式完全区别于传统的熔滴过渡方式。在传统焊接过程中，当焊丝干伸长改变时，焊接电流的大小会不断变化。而有了伺服送丝装置的直线缓冲器，焊丝干伸长改变时仅仅改变送丝速度，不会导致电流的变化，从而实现了一致熔深，加上弧长高度地稳定性，能达到非常均匀焊缝外观成型。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。