本发明属于白车身焊接技术领域，具体涉及一种白车身主焊线顶盖激光焊接工位的夹具装置。
背景技术：
随着白车身产业的飞速发展、车型更新速度的加快以及受到厂房面积的制约，在一条白车身焊装生产线上能够生产多车型的需求应运而生，多车型生产线可以节约空间，降低成本，从而提高市场竞争力。
现阶段的白车身主焊线顶盖激光焊接领域，主要采用了一体式固定钢架结构龙门架和相配合的“几”字形压紧抓手。龙门架的结构庞大、重量较重，连成一体的钢架结构，构成了一个空间尺寸有限的空间，限制了机器人焊接空间，超出其空间尺寸范围的白车身无法在此工位实现焊接。“几”字型压紧抓手，受限于龙门架的结构，必须设计成z向外形尺寸上下落差大的钢架结构，抓手结构复杂，抓手负载重量较重。同时，后期无法对一体式固定钢架结构龙门架的开口尺寸的通过性进行改造优化，因此不利于后续车型的扩展，工位设备的柔性差。
技术实现要素：
本发明实施例涉及一种白车身主焊线顶盖激光焊接工位的夹具装置，至少可解决现有技术的部分缺陷。
本发明实施例涉及一种白车身主焊线顶盖激光焊接工位的夹具装置，包括：
立柱式龙门架，包括分列于白车身输送通道两侧的两组柱排，每组所述柱排包括沿白车身输送方向依次间隔排列的多根龙门立柱；
顶盖抓手，包括抓手框架以及用于对顶盖进行压紧限位的夹紧机构，所述夹紧机构安装于所述抓手框架上，所述抓手框架与各所述龙门立柱的顶端抵接从而水平支承于各所述龙门立柱上。
作为实施例之一，每组所述柱排包括分别位于顶盖激光焊接工位的头部和尾部的两根所述龙门立柱。
作为实施例之一，该白车身主焊线顶盖激光焊接工位的夹具装置还包括安装于所述立柱式龙门架上并用于对所述顶盖抓手进行限位的抓手限位机构。
作为实施例之一，所述抓手限位机构包括分布于所述白车身输送通道两侧的多组龙门压紧组件，每组所述龙门压紧组件包括压臂及压臂驱动单元，所述压臂由所述压臂驱动单元驱动从而可压靠在所述顶盖抓手上或远离所述顶盖抓手，每一所述压臂驱动单元安装于对应侧的其中一个所述龙门立柱的顶部。
作为实施例之一，所述立柱式龙门架还包括分列于所述白车身输送通道两侧的两个工装底座，两所述工装底座的竖向位置均可调，各所述龙门立柱分别安装于对应侧的所述工装底座上。
作为实施例之一，所述夹紧机构包括两组侧缘压紧模块，两组所述侧缘压紧模块沿所述白车身输送通道的宽度方向分别安装于所述抓手框架的两侧，用于分别压靠在顶盖的靠近侧围的两个侧缘附近；每组所述侧缘压紧模块包括沿白车身输送方向依次排布的多个侧缘压紧单元。
作为实施例之一，各所述侧缘压紧单元均包括用于与所述顶盖压靠的顶盖压块以及用于驱动所述顶盖压块压靠或远离所述顶盖的压块摆动驱动结构，所述顶盖压块具有曲率与所述顶盖上的对应压靠处的曲率匹配的仿形压靠面。
作为实施例之一，所述顶盖压块通过第一转接块、第二转接块和第三转接块与所述压块摆动驱动结构连接，其中，所述第一转接块的用于与所述压块摆动驱动结构连接的第一转接面、所述第二转接块的用于与所述第一转接块连接的第二转接面及所述第三转接块的用于与所述第二转接块连接的第三转接面两两垂直，可通过在所述第一转接块与所述压块摆动驱动结构之间、所述第一转接块与所述第二转接块之间及所述第二转接块与所述第三转接块之间加减垫片调节所述顶盖压块的位置。
作为实施例之一，所述夹紧机构还包括用于吸附顶盖以便纠正顶盖下沉误差的中部吸附模块，所述中部吸附模块包括安装于所述抓手框架底部的多个吸盘组件。
作为实施例之一，所述抓手框架呈矩形框架结构，且于其对应侧的边梁上向外侧凸出设有多个承托梁，每侧的所述承托梁与对应侧的所述龙门立柱的数量相同且一一对应搭载。
本发明实施例至少具有如下有益效果：相较于现有钢架梁纵横拼接结构的龙门架，采用立柱式龙门架在保证实用功能的同时，极大地精简了结构，空留出了更多工位空间，优化了焊接机器人的焊接可达性，有效提高焊接生产效率；极大增加了白车身的通过性，使同一工位能够实现更多更大车型的激光焊接。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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的附图。
图1为本发明实施例提供的白车身主焊线顶盖激光焊接工位的夹具装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的立柱式龙门架的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的龙门压紧组件的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的龙门定位组件的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的顶盖抓手的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的顶盖抓手的另一视角的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的侧缘压紧单元的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的吸盘组件的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的抓手定位组件的结构示意图。
具体实施方式
下面将结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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明实施例提供一种顶盖抓手2，可用于白车身主焊线顶盖激光焊接工位中对顶盖进行压紧限位，以保证焊接质量。
如图5-图6，该顶盖抓手2包括抓手框架201以及用于对顶盖进行压紧限位的夹紧机构，所述夹紧机构安装于所述抓手框架201上。其中，在该抓手框架201上可设置快换盘安装位，用于安装快换盘，可通过该快换盘与搬运机器人连接，实现顶盖抓手2的搬运移动。
如图5-图7，作为实施例之一，所述夹紧机构包括两组侧缘压紧模块，两组所述侧缘压紧模块沿白车身输送通道的宽度方向分别安装于所述抓手框架201的两侧，用于分别压靠在顶盖的靠近侧围的两个侧缘附近；每组所述侧缘压紧模块包括沿白车身输送方向依次排布的多个侧缘压紧单元202，更具体地，上述各侧缘压紧单元202沿对应侧的顶盖与侧围之间的焊缝的边缘布置；通过上述两组侧缘压紧模块压紧顶盖的两个侧缘部分，以便控制焊接形变，从而保证焊接的可靠性及质量。在另一个实施例中，上述夹紧机构可以包括上述的两组侧缘压紧模块，进一步还可包括两组侧围夹紧模块，用以分别夹紧托护两根上边梁，通过侧缘压紧模块与对应侧的侧围夹紧模块配合，进一步保证焊缝的结构稳定不易变形，从而保证焊接质量。
一般地，上述两组侧缘压紧模块沿顶盖的中线或者说沿白车身输送通道的中线对称布置，以保证顶盖两侧的焊接效果一致性。
进一步优化上述的侧缘压紧模块，如图5-图7，各所述侧缘压紧单元202均包括用于与所述顶盖压靠的顶盖压块2021以及用于驱动所述顶盖压块2021压靠或远离所述顶盖的压块摆动驱动结构，所述顶盖压块2021具有曲率与所述顶盖上的对应压靠处的曲率匹配的仿形压靠面。通过仿形压靠面与顶盖抵接，使得顶盖压块2021与顶盖尽量贴合，以提高对顶盖的压紧定位效果。其中一个优选的实施例是：每组侧缘压紧模块的各顶盖压块2021的仿形压靠面依次拼凑形成一个与顶盖边缘型面匹配的压靠型面。
进一步优化上述的侧缘压紧模块，如图7，所述顶盖压块2021通过第一转接块2025、第二转接块2026和第三转接块2027与所述压块摆动驱动结构连接，其中，所述第一转接块2025的用于与所述压块摆动驱动结构连接的第一转接面、所述第二转接块2026的用于与所述第一转接块2025连接的第二转接面及所述第三转接块2027的用于与所述第二转接块2026连接的第三转接面两两垂直，可通过在所述第一转接块2025与所述压块摆动驱动结构之间、所述第一转接块2025与所述第二转接块2026之间及所述第二转接块2026与所述第三转接块2027之间加减垫片调节所述顶盖压块2021的位置。易于理解地，以白车身输送方向为x向，以白车身输送通道宽度方向为y向，以竖直方向为z向，在图7所示出的具体实施例中，第一转接面垂直于x向，第二转接面垂直于y向，第三转接面垂直于z向，通过在第一转接块2025与压块摆动驱动结构之间加减垫片可调节顶盖压块2021的x向位置，通过在第一转接块2025与第二转接块2026之间加减垫片可调节顶盖压块2021的y向位置，通过在第二转接块2026与第三转接块2027之间加减垫片可调节顶盖压块2021的z向位置，从而实现顶盖压块2021的空间位置的可调节性，保证顶盖压块2021与顶盖之间的压靠效果，以及可调节顶盖压块2021对顶盖的压靠作用力。
进一步地，对于上述压块摆动驱动结构驱动顶盖压块2021动作的结构，可以通过同一组压块摆动驱动结构控制对应侧的各顶盖压块2021的动作，这种方式可保证各顶盖压块2021的动作的一致性；也可以每一压块摆动驱动结构单独驱动一个对应的顶盖压块2021动作，这种方式可以保证每个顶盖压块2021对顶盖的压靠效果，如由于顶盖的各处的曲率不同，各顶盖压块2021所对应需施加的压靠作用力也是有差异的，上述方式即可针对性地对每个顶盖压块2021进行调节；本实施例中，则结合上述两种方式，采用每个侧缘压紧单元202包括两个顶盖压块2021的结构，即一组压块摆动驱动结构控制对应的相邻两个顶盖压块2021的动作，由于相邻两个顶盖压块2021所压靠的顶盖部分的曲率变化不大，因此所需施加的压靠作用力的差异也较小，因而不影响对顶盖的压靠效果，同时，可保证相邻两个顶盖压块2021的动作同步性，提高对相应位置处的顶盖的压靠效果，而且，上述结构在保证对顶盖的压靠作用效果的同时，可有效减小压块摆动驱动结构的设备占用空间，从而简化本顶盖抓手2的结构，减小本顶盖抓手2的重量，在搬运机器人负载一定的情况下，顶盖抓手2可以设计得更宽更长，从而适应不同尺寸车型的焊接工作。
如图7，作为实施例之一，上述压块摆动驱动结构包括压块摆动驱动座2022，该压块摆动驱动座2022安装于抓手框架201的对应侧，在该压块摆动驱动座2022的远离抓手框架201的一端可转动安装一转臂2024，上述的顶盖压块2021即安装于该转臂2024上，更具体地结构上，上述的第一转接块2025与该转臂2024连接(优选为可拆卸连接)；在压块摆动驱动座2022上可转动安装有压块摆动驱动件2023，该压块摆动驱动件2023具有一伸缩驱动轴，该伸缩驱动轴与摆臂的自由端可转动连接，转臂2024的两端所连接的转轴以及压块摆动驱动件2023与压块摆动驱动座2022之间的连接转轴的轴向均平行于白车身输送方向。通过上述结构可实现压块摆动驱动件2023驱动顶盖压块2021在竖直平面内摆动。上述的压块摆动驱动件2023可以是气缸、液压缸、电动推杆等常用的驱动设备。本领域技术人员易知地，压块摆动驱动结构的实施方式较多，并不限于上述结构，如也可以通过齿轮传动的方式带动对应的顶盖压块2021作圆弧轨迹的运动，或采用曲柄摇杆等结构，具体实施方式是本领域技术人员易于实现的，此处不再一一详述。
作为本实施例提供的顶盖抓手2的具体实施方式之一，如图6，所述夹紧机构还包括用于吸附顶盖以便纠正顶盖下沉误差的中部吸附模块，所述中部吸附模块包括安装于所述抓手框架201底部的多个吸盘组件203。其中，沿白车身输送通道宽度方向，各吸盘组件203均位于两组侧缘压紧模块之间；在焊接操作过程中，各吸盘组件203吸附顶盖的上表面，提供的吸附力与各顶盖压块2021施加的压靠力方向是基本相反的，由于各吸盘组件203的位置可保持恒定，因此可定位顶盖处于基本恒定的位置，避免两侧的侧缘压紧模块施加的压靠力与所需的压靠力之间的不协调或顶盖在焊接过程中出现形变等造成顶盖下沉误差，而影响白车身3的质量。
通过上述中部吸附模块与两组侧缘压紧模块配合，可较好地压紧定位顶盖，提高顶盖的压紧定位效果，保证顶盖激光焊接工位的焊接质量。
上述的各吸盘组件203的分布方式可以根据实际焊接工况确定，可以均匀分布也可离散式分布；本实施例中，如图6，各吸盘组件203沿顶盖中线依次均匀间隔排布，优选为覆盖从车头至车尾(或者，焊接工位头部至焊接工位尾部)的区域。
接续上述的吸盘组件203的结构，如图8，上述的吸盘组件203包括吸盘支座2033、吸盘连杆2034、吸盘2031及吸盘仿型定位块2032，其中，吸盘支座2033与抓手框架201底部连接，吸盘连杆2034穿设于所述吸盘支座2033上，吸盘连杆2034具有调节螺纹段并通过吸盘调节螺母2035与吸盘支座2033固定连接，吸盘2031安装于吸盘连杆2034上；每一吸盘仿型定位块2032通过可加减垫片的连接座安装于对应的吸盘支座2033上，每一吸盘仿型定位块2032的下表面为与顶盖的对应吸附位置处的曲率相同的定位曲面，每一定位曲面位于对应的吸盘支座2033下方且位于对应的吸盘2031下表面的上方，各吸盘仿型定位块2032均呈马蹄形且环绕对应的吸盘2031设置。上述的吸盘仿型定位块2032均优选为采用尼龙材料，可保证顶盖外观面不受损伤；通过吸盘2031真空抽吸的方式吸附顶盖，避免对顶盖造成损伤。通过设置吸盘仿型定位块2032，一方面，吸附顶盖时，与顶盖可完美贴合，保证对顶盖的定位精度；另一方面，在向下接触吸附顶盖时可起到缓冲的作用，避免对顶盖造成损伤，而且其环绕吸盘2031设置，与吸盘2031配合可保证对顶盖的吸附结构稳定性。通过上述的吸盘调节螺母2035与吸盘连杆2034配合，可调节吸盘2031的z向高度，以保证对顶盖的抓取及定位精度。
作为本实施例提供的顶盖抓手2的优选实施方式之一，如图5和图6，所述抓手框架201呈矩形框架结构；从侧向看，该抓手框架201的外形呈扁平状，竖向的外形尺寸小，因而结构小巧简单，重量更轻，可降低搬运机器人的荷载，而且，相较于现有技术中的竖向外形尺寸较大的几字形顶盖压紧抓手(其骨架是由上下落差较大的多层钢管拼连焊接而成的)，由于本抓手框架201的竖向外形尺寸小，使得焊接机器人在焊接时具有更良好地可达性，因而可有效提高焊接效率。
进一步优选地，如图5和图6，基于采用立柱式龙门架1的顶盖激光焊接工位(可参见实施例二)，于该抓手框架201的对应侧的边梁上向外侧凸出设有多个承托梁2012，每侧的所述承托梁2012与对应侧的所述龙门立柱101的数量相同且一一对应搭载。这种结构一方面可有效降低抓手框架201的重量及占用空间，可以为焊接机器人预留出更多的运动空间，使得焊接机器人在焊接时具有更良好地可达性；另一方面，仅需保证配置相应的承托梁2012与立柱式龙门架1配合即可满足顶盖抓手2的定位安装，而各承托梁2012之间的扁平式矩形框架2011则可根据车型不同而设计成不同的尺寸，因而可实现不同大小尺寸车型的焊接工作。
进一步优选地，在各承托梁2012的底部设置有用于与对应的龙门立柱101上的龙门定位组件104配合的抓手定位组件204，通过抓手定位组件204与龙门定位组件104配合，可实现各承托梁2012与对应的龙门立柱101的定位安装，保证抓手框架201的安装精度。该抓手定位组件204在以下的实施例二中有述及，此处从略。
实施例二
如图1，本发明实施例提供一种白车身主焊线顶盖激光焊接工位的夹具装置，包括：
立柱式龙门架1，包括分列于白车身输送通道两侧的两组柱排，每组所述柱排包括沿白车身输送方向依次间隔排列的多根龙门立柱101；
顶盖抓手2，该顶盖抓手2优选为采用上述实施例一所提供的顶盖抓手2，其具体结构此处不再赘述。当然，现有技术中的几字形顶盖压紧抓手也可适用于本实施例中，本领域技术人员进行相应的改造以实现该几字形顶盖压紧抓手与各龙门立柱101的有效连接安装即可。
相较于现有钢架梁纵横拼接结构的龙门架，采用立柱式龙门架1在保证实用功能的同时，极大地精简了结构，空留出了更多工位空间，优化了焊接机器人的焊接可达性，有效提高焊接生产效率；极大增加了白车身3的通过性，使同一工位能够实现更多更大车型的激光焊接。
本实施例中，优选地，每组所述柱排包括分别位于顶盖激光焊接工位的头部和尾部的两根所述龙门立柱101，可形成分布于白车身3左前、右前、左后和右后4处位置的4点定位支撑的布局，可进一步精简龙门架的结构，空留出更多的工位空间。
作为优选地实施例之一，如图1-图3，该白车身主焊线顶盖激光焊接工位的夹具装置还包括安装于所述立柱式龙门架1上并用于对所述顶盖抓手2进行限位的抓手限位机构。通过该抓手限位机构压紧上述顶盖抓手2，保证顶盖抓手2在各龙门立柱101上的搭载结构的稳定性，固定该顶盖抓手2的位置，避免因外力导致该顶盖抓手2窜动而影响焊接质量。
进一步地，如图1-图3，所述抓手限位机构包括分布于所述白车身输送通道两侧的多组龙门压紧组件103，每组所述龙门压紧组件103包括压臂1031及压臂驱动单元1032，所述压臂1031由所述压臂驱动单元1032驱动从而可压靠在所述顶盖抓手2上或远离所述顶盖抓手2，每一所述压臂驱动单元1032安装于对应侧的其中一个所述龙门立柱101的顶部。上述的压臂驱动单元1032可以采用竖直设置的气缸/液压缸等带动压臂1031上升或下降；或者，如图3，该压臂驱动单元1032包括一摆动气缸1032，压臂1031与该摆动气缸1032连接，该摆动气缸1032可驱动压臂1031在竖直平面内摆动，从而靠近或远离顶盖抓手2，摆动气缸是本领域常用设备，具体结构此处不再赘述。进一步地，上述压臂驱动单元1032可通过压臂驱动座1033安装于对应的龙门立柱101上；可在压臂1031的底部设置抓手压块1034，可通过加减垫片调节压臂1031与抓手压块1034之间的相对间距。本实施例中，优选为在每个龙门立柱101上均设置上述的龙门压紧组件103。当然，上述龙门压紧组件103并不限于上述的结构，如也可采用卡箍式的固定组件等实现各承托梁2012与龙门立柱101之间的固定连接结构，进而实现对顶盖抓手2的位置固定。
接续上述的立柱式龙门架1的结构，如图1和图2，所述立柱式龙门架1还包括分列于所述白车身输送通道两侧的两个工装底座102，两所述工装底座102的竖向位置均可调，各所述龙门立柱101分别安装于对应侧的所述工装底座102上。上述工装底座102的竖向位置可调的实现方式是本领域技术人员易于设计的，如采用丝杆驱动、液压缸顶升等，具体此处不再一一详述。为保证焊接质量，宜确保各工装底座102的用于安装各龙门立柱101的安装面是水平的，对应可在两工装底座102的上端安装面上分别设置测量基准，用于测量标定。
接续上述的立柱式龙门架1的结构，龙门立柱101上还设有龙门定位组件104，用以与上述的承托梁2012上的抓手定位组件204配合，定位安装顶盖抓手2。在一个优选地实施例中，如图4，龙门定位组件104包括龙门定位块1041、调整块1042和龙门连接块1043，在龙门定位块1041上加工有精定位销孔，用以与承托梁2012上的定位销配合，该龙门定位块1041安装于调整块1042上，龙门连接块1043固定于对应的龙门立柱101上，起到定位基准的作用，其优选为呈l型，调整块1042的相邻且垂直的两个侧壁分别与该龙门连接块1043的两个板体固连，即该调整块1042的相邻且垂直的两个侧壁分别与该龙门连接块1043的内角所对应的两个壁面正对连接，且可通过加减垫片调节调整块1042与龙门连接块1043之间的x向和y向间距，从而调节调整块1042及龙门定位块1041的x向和y向位置，另外，可通过在调整块1042与龙门立柱101之间加减垫片调节调整块1042及龙门定位块1041的z向位置。相应地，如图9，上述抓手定位组件204包括抓手定位块2042和定位销2041，定位销2041用于与所述的精定位销孔配合插接，该定位销2041安装于抓手定位块2042上，顶盖抓手2放置到立柱式龙门架1上时，抓手定位组件204的定位销2041插入龙门定位组件104的精定位销孔内，抓手定位块2042的下表面则与龙门定位块1041的上表面抵接贴合。上述的龙门定位组件104可以在每个龙门立柱101上均布置，也可仅在其中某几个龙门立柱101上设置，以达到所需的顶盖抓手2的定位安装效果即可；本实施例中，采用两套上述的龙门定位组件104，呈对角线分别布置在白车身输送通道两侧且分别位于焊接工位头部和尾部。对于未设置有龙门定位组件104的龙门立柱101，可在其顶部设置龙门支撑块，在对应的承托梁2012的底部设置抓手支撑块，以保证顶盖抓手2呈水平状态，且保证对顶盖抓手2的有效稳定的支撑效果。
与现有技术相比，本发明实施例提供的白车身主焊线顶盖激光焊接工位的夹具装置的有益效果包括：
(1)对于焊装夹具而言，采用立柱式龙门架1和扁平式顶盖抓手2配合的结构替代传统“几”字形抓手和一体式刚性龙门架，显著简化了机械结构；
(2)设备平台上预留出了更大的x\y\z向空档开口，为焊接机器人运动轨迹提供了更大的空间，优化了机器人焊接区域可达性；
(3)在工位搬运机器人负载一定的情况下，顶盖抓手2可以设计得更宽更长，相应将立柱式龙门架1设计成跨度更宽更长，则在轻松实现小车型顶盖激光焊接的同时，还可实现更宽更长的车型顶盖的激光焊接，明显设备的柔性更大，可实现更多不同大小尺寸车型的焊接。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。