一种双工位激光焊接设备及焊接方法与流程

本发明涉及一种双工位激光焊接设备及焊接方法。

背景技术：

现有技术中，对于如扶梯支架的焊接加工中，一般需要将待焊接加工的产品上的各杆件通过人工的方式进行定位，然后再针对各个待连接位置逐一地进行焊接加工，这样一方面无法实现全自动化生产，加工过程中需要人工参与上下料及装夹，焊接定位精度受到工人生产经验的影响，生产效率低，且劳动强度大；另一方面，焊接加工环境比较恶劣，焊接加工过程中释放的烟尘、有害气体及辐射，都会影响操作人员及整个车间人员的身心健康。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种双工位激光焊接设备，以提高激光焊接的效率，降低人员的劳动强度。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种双工位激光焊接设备，包括激光焊接头，还包括：

焊接房，其具有焊接工作腔室，所述激光焊接头设于所述焊接工作腔室内，所述焊接工作腔室的侧部还设有腔室口；

屏蔽门，能够绕竖直方向延伸的转动中心线旋转地设置在所述腔室口，所述屏蔽门的两侧各设有一组用于置放待焊接工件的工作台，两个所述工作台随所述屏蔽门的旋转而交替地位于所述焊接工作腔室内；

焊接定位工装，用于对待焊接工件进行定位，每个所述工作台上均设有一组所述的焊接定位工装；

自动上料装置，包括用于堆叠物料的物料架，以及用于将所述物料架上的所述物料逐一地转移至所述工作台上的搬运机构。

优选地，位于所述焊接工作腔室内的所述工作台上形成焊接工位，位于所述焊接工作腔室外的所述工作台上形成上料工位，其中，所述上料工位经180°旋转转换为所述的焊接工位，相应地，所述焊接工位经180°的旋转转换为所述的上料工位，且所述上料工位同时构成下料工位。

优选地，所述屏蔽门的周部与所述腔室口的周部之间设置有密封结构。

优选地，所述焊接设备还包括底座、设于所述底座上用于驱使所述屏蔽门旋转的旋转驱动装置，所述旋转驱动装置位于所述屏蔽门的下方，所述焊接设备还包括用于罩设收容所述底座与所述旋转驱动装置的安全罩壳，所述屏蔽门位于所述安全罩壳的上方。

进一步地，所述安全罩壳呈圆盘状，所述屏蔽门的宽度方向沿所述安全罩壳的径向延伸，且所述屏蔽门的宽度与所述安全罩壳的直径相同，所述安全罩壳的一部分位于所述焊接工作腔室内，所述安全罩壳的周部与所述腔室口之间密封配合。

优选地，所述物料架包括底框架和分设于所述底框架长度方向两侧的两个侧框架，所述物料沿高度方向依次堆叠在所述底框架的上方并位于两个所述侧框架之间，所述搬运装置包括上料架，所述上料架上具有能够沿竖直方向升降的料夹座，以及用于驱使所述料夹座升降的驱动组件，所述料夹座上具有沿水平方向延伸的提料叉，所述底框架的上部开设有供所述提料叉对应插入的料叉槽。

进一步地，所述自动上料装置还包括具有承载台的移载小车，所述物料架置放在所述承载台上；所述上料架具有料架底座、固设于所述料架底座上并沿竖直方向延伸的支撑架，所述料架底座上具有提供所述移载小车行驶导向的导轨，所述料夹座设于所述支撑架上并位于所述导轨的上方。

进一步地，所述搬运装置还包括龙门式上料座，所述龙门式上料座上设置有用于将所述物料架上的所述物料逐一地转移至所述工作台上的取料工作头，以及用于驱使所述取料工作头沿x向和/或y向，以及z向相对运动的上料驱动装置。

优选地，所述焊接定位工装至少包括用于将置放在所述工作台上形成待焊接部件的所有所述物料予以限位的限位压紧装置，以及用于对所述工作台上的所述待焊接部件进行拍照的ccd相机，所述激光焊接头具有控制其工作状态的控制装置，所述ccd相机与所述控制装置信号连接。

本发明的另一目的是提供一种双工位激光焊接方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种双工位焊接方法，采用如上述的双工位激光焊接设备，其中，所述控制装置根据所述ccd相机采集到的所述待焊接部件的照片获取焊缝大小，并向所述激光焊接头发出焊接动作指令，所述焊接动作指令至少包括激光强度信息与焊接时间信息。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的双工位激光焊接设备，其设备的各个组成部分结构简单，具有设备成本低、加工效率高等优点，大幅地降低了焊接加工时的人员劳动强度，同时，还方便地将焊接加工区域与上下料区域通过屏蔽门隔绝，避免了焊接加工环境对操作人员带来的身体伤害。

附图说明

附图1为本发明的双工位激光焊接设备的整体结构示意图；

附图2为附图1的正视图；

附图3为沿附图2中a-a向剖视结构示意图；

附图4为本发明中焊接房的立体示意图；

附图5为本发明中激光焊接装置的示意图；

附图6为附图5的正视图；

附图7为沿附图6中b-b向剖视结构示意图；

附图8为本发明中焊接定位工装的立体图，其中，压紧件处于未压紧状态；

附图9为附图8的俯视图；

附图10为本发明中焊接定位工装的立体图，其中，压紧件处于压紧状态；

附图11为附图10的俯视图；

附图12为本发明中物料架的结构示意图；

附图13为本发明中上料架与移载小车相配合的结构示意图；

附图14为附图13的侧视图；

附图15为附图13的正视图；

附图16为本发明中上料架与物料架相配合上料的工作原理示意图；

附图17为本发明中自动上料装置的整体结构示意图；

附图18为附图17的俯视图；

其中：100、焊接房；101、腔室口；200、自动上料装置；300、焊接机器人；301、激光焊接头；

1、屏蔽门；11、底座；12、旋转驱动装置；13、安全罩壳；14、旋转座；2、工作台；3、物料架；31、底框架；31a、料叉槽；32、侧框架；32a、滑槽；

4、焊接工装；41、第一挡块；42、第二挡块；43、第三挡块；44、第四挡块；45、第一压紧块；451、第一压紧气缸；46、第二压紧块；461、第二压紧气缸；47、侧挡块；48、第五挡块；49、压紧件；49a、压紧块；49b、压紧杆；49c、压紧座；

5、上料架；51、底座；52、支撑架；53、导轨；53a、导槽；54、升降滑轨；55、料夹座；551、提料叉；56、电机；

6、移载小车；61、承载台；62、滚轮；7、上料驱动装置；71、x向驱动组件；72、y向驱动组件；73、z向驱动组件；8、龙门式上料座；81、横框；82、竖框；83、支撑框；84、物料夹爪；9、ccd相机；10、扶梯部件（待焊接工件）；10a、基杆；10b、扶手杆；10c、连接杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

参见图1至图18所示，一种双工位激光焊接设备，其包括：

焊接房100，其具有焊接工作腔室，该焊接工作腔室内设置有具有激光焊接头301的焊接机器人，焊接工作腔室的侧部设置有腔室口101；

屏蔽门1，其能够绕竖直方向延伸的转动中心线旋转地设置在腔室口101，该屏蔽门1的两侧各设有一组用于置放待焊接工件的工作台2，两个工作台2随屏蔽门1的旋转而交替地位于焊接房100的焊接工作腔室内；

焊接定位工装4，用于对焊接工件进行定位，每个工作台2上均设有一组焊接定位工装4；

自动上料装置200，包括用于堆叠物料的物料架3，以及用于将物料架3上的物料逐一地转移至工作台2上的搬运机构。

这样，位于焊接房100外的工作台2上形成上料工位，由自动上料装置200将组成待焊接工件10的各个零部件物料传送至其上；位于焊接房100内的工作台2上形成焊接工位，由激光焊接头301对其上的待焊接工件10进行焊接加工。本实施例中，上料工位在经过180°旋转后转换至焊接房100内且处于焊接工位，相应地，焊接工位经180°旋转后转换至焊接房100外并处于上料工位，该上料工位同时也构成下料工位。

如此，该双工位激光焊接设备在焊接加工时，一个工作台2在焊接房100外上料或下料，另一个工作台2位于焊接房100内由激光焊接头301对其上的待焊接工件10进行焊接加工。在焊接房100内的焊接加工完成后，屏蔽门1旋转180°，外侧已上料的工作台2旋转至焊接房100内等待焊接，内侧焊接好待焊接部件10的工作台2被旋转至焊接房100外等待下料以及下一次上料，有效地提升了焊接加工的效率。

与此同时，在焊接加工的过程中，由屏蔽门1始终挡设在腔室口101处，使得焊接房100的内外两侧分隔开来，保证焊接加工的安全性。在本实施例中，屏蔽门1的周部与腔室口101的周部之间设置有密封结构，使得屏蔽门1关闭时能够将焊接房100密封封闭，避免焊接房100内焊接采用的激光，以及焊接产生的烟雾逸散而影响人员的身体健康。

具体地，参见图5至图7所示，该激光焊接设备还包括底座11、设于底座11上用于驱使屏蔽门1旋转的旋转驱动装置12，该旋转驱动装置12设于屏蔽门1的下方。该激光焊接设备还包括安全罩壳13，底座11与旋转驱动装置12均被收容在在安全罩壳13内，屏蔽门1位于安全罩壳13的上方。本实施例中，安全罩壳13设置为圆盘状，屏蔽门1的宽度方向沿安全罩壳13的径向延伸，且屏蔽门1的宽度与安全罩壳13的直径相同，安全罩壳13的一部分位于焊接房100内，且安全罩壳13的周部与腔室口101之间密封配合。

屏蔽门1的两侧各设有一组旋转座14，旋转座14由旋转驱动装置12驱动而能够绕屏蔽门1的旋转中心线转动地支撑在安全罩壳13上，工作台2设置在旋转座14上并随旋转座14同步旋转，整个焊接装置的外部看起来十分的简洁。

参见图8至图11所示，本实施例中，待焊接工件10为一种扶梯部件，该扶梯部件10包括基杆10a、呈u字型的扶手杆10b，以及连接杆10c，扶手杆10b的两端部分别固定地连接在基杆10a上，连接杆10c固定连接在扶手杆10b与基杆10a的中部之间，待焊接的位置主要有：扶手杆10b两端与基杆10a之间的固定点、连接杆10c的一端与基杆10a之间的固定点、连接杆10c的另一端与扶手杆10b之间的固定点。焊接定位工装4即是将基杆10a、扶手杆10b、连接杆10c三者的位置先固定在工作台2上，再转换至焊接房100内由焊接机器人300对其进行焊接加工。

参见图8至图11所示的焊接定位工装4，该焊接定位工装4包括设于工作台2上的多个限位挡块，所有的限位挡块之间围设形成供基杆10a、扶手杆10b及连接杆10c配合地置入的容置区域，该焊接定位工装4还包括多个分别用于将基杆10a、扶手杆10b及连接杆10c压紧在工作台2上的压紧件49，每个压紧件49均包括能够绕竖直方向延伸的轴心线旋转地设置在工作台2上的压紧杆49b，以及固设于压紧杆49b顶端的压紧块49a。该焊接定位工装4还包括用于驱使所有的压紧杆49b旋转的压紧驱动装置（图中未示出）。

在上料的过程中，以及基杆10a、扶手杆10b及连接杆10c在工作台2上尚未被限位挡块限位完成时，压紧件49处于非压紧工作状态，所有的压紧块49a在竖直方向上偏离基杆10a、扶手杆10b及连接杆10c的上方，如图8、图9所示；而当基杆10a、扶手杆10b及连接杆10c完成被限位挡块限位时，压紧驱动装置驱使所有的压紧杆49b同步旋转而使得所有的压紧块49a相应地偏转，直至旋转至基杆10a、扶手杆10b及连接杆10c的上方，使得压紧件49转换为压紧工作状态，从而同步地对基杆10a、扶手杆10b及连接杆10c在竖直方向上进行压紧限位，如图10、图11所示。本实施例中，在压紧工作状态与非压紧工作状态之间压紧块49a旋转90°。

进一步地，该压紧件还包括压紧座49c，压紧杆49b能够沿轴向伸缩地设置在压紧座49c上，压紧座49c绕压紧杆49b的轴心线旋转地设置在工作台2上并由压紧驱动装置驱动旋转。这样，能够在压紧时使得各杆件均被紧密地被压紧在工作台2上，保证焊接加工的稳定性。该压紧件49具体可直接采用压紧气缸，并在气缸的伸缩杆的顶端固定压紧块49a而构成。

参见图8至图11所示，多个限位挡块具体包括沿第一长度方向间隔地固设于工作台2上的多个第一挡块41、分设于第一长度方向两端的第二挡块42及第一压紧块45、沿第二长度方向间隔地固设于工作台2上的多个第三挡块43，以及分设于第二长度方向两端上的两个第四挡块44，其中，第一长度方向与第二长度方向相互平行，第二挡块42固设于工作台2上，第一压紧块45能够朝向或远离第二挡块42运动地设置，此处，第一压紧块45通过第一压紧气缸451驱动。第一挡块41与第三挡块43之间的间距不小于扶梯部件10的宽度，使得第一挡块41与第三挡块43之间能够供基杆10a与扶手杆10b配合地置入；两组第四挡块44位于第一长度方向与第二长度方向之间，且两组第四挡块44之间的间距不小于扶手杆10b的长度，即用于扶手杆10b两侧侧杆外侧之间的限位围挡。如此，所有的第一挡块41、第二挡块42、第一压紧块45及第三挡块42、第四挡块44围设形成上述的容置区域而供基杆10a、扶手杆10b及连接杆10c配合地置入。

该焊接定位工装4还包括设于第二长度方向一侧且能够朝向或远离第一挡块41运动地设置在工作台2上的第二压紧块46，该第二压紧块46由第二压紧气缸461驱动，本实施例中，第二压紧块46的运动方向与第一压紧块45的运动方向相互垂直，第二压紧块46与所有的第三挡块43均位于容置区域的同一侧。如此，第一压紧块45与第二压紧块46相互配合而使得位于容置区域内的基杆10a、扶手杆10b及连接杆10c分别沿长度方向、宽度方向被压紧，从而使得扶手杆10b的端部与基杆10a之间，以及连接杆10c与基杆10a、扶手杆10b之间均保持相对压紧。

工作台2上还固设有用于抬高支撑连接杆10c的支撑垫板（图中未示出），支撑垫板的一侧还设置有侧挡块47，使得连接杆10c在基杆10a与扶手杆10b的高度方向上及长度方向上的位置被限位，确保连接杆10c连接位置的准确度。沿平行于第一长度方向的方向上还间隔地设置有多个第五挡块48，第五挡块48与第一挡块41之间形成供基杆10a配合地置入的容置槽，以供基杆10a准确地定位。

参见图5至图7所示，该焊接定位工装4还包括用于对工作台2上的容置区域进行拍照的ccd相机9，激光焊接设备上，激光焊接机器人300中，激光焊接头3由控制装置控制而对工作台2上的待焊接工件10进行焊接，ccd相机与激光焊接机器人300中的控制装置之间信号连接，这样，由ccd相机采集容置区域内基杆10a、扶手杆10b及连接杆10c相互之间被定位的状态，获取扶手杆10b两端与基杆10a之间的固定点、连接杆10c的一端与基杆10a之间的固定点、连接杆10c的另一端与扶手杆10b之间的固定点处的待焊接的缝隙的大小信息，如长度、宽度及深度信息，而后向激光焊接头301发出焊接动作指令，该焊接动作指令至少包括激光强度信息与焊接时间信息，由激光焊接头301对待焊接位置处进行焊接加工。

以下以待焊接工件10中，即待焊接的扶梯部件中基杆10a的上料来说明本发明中自动上料装置200的具体结构及工作原理：

参见图12所示，为堆放基杆10a的物料架3，该物料架3包括底框架31、分设于底框架31长度方向两侧的两个侧框架32，基杆10a沿高度方向依次堆叠在底框架31的上方并位于两个侧框架32之间。

参见图13至图16所示，搬运机构至少包括上料架5，该上料架5上具有能够沿竖直方向升降的料夹座55，以及用于驱使料夹座55升降的驱动组件，料夹座55上具有沿水平方向延伸的提料叉551，底框架31的上部设有供提料叉551对应插入的料叉槽31a。这样，在上料的过程中，使得提料叉551保持插设在料叉槽11a中，基杆10a每被取走一个，料夹座55便在驱动组件的驱动下向上升起，使得提料叉551相应升起而将物料架3上剩余的所有基杆10a整体向上抬起，使得位于最上方的基杆10a处于同一个高度位置而等待被取料。

具体地，参见图12所示，底框架31与两个侧框架32之间形成用于容置基杆10a的容纳空间，料叉槽551a的开口与该容纳空间相连通；每个侧框架32上均设置有沿上下方向延伸的滑槽32a，两个侧框架32上的滑槽32a的槽口相对地设置而共同提供基杆10a沿上下方向的滑动导向。

参见图13至图15所示，料夹座55上至少设有两根提料叉551，此处设有两根，两根提料叉551相互平行地设置且朝料夹座55的同一侧延伸，相应地，底框架31上的料叉槽31a也设置有两个，提料时，两个提料叉551同时插入两组料叉槽31a中，形成对基杆10a的托举，从而使得物料架3上的所有基杆10a向上抬升。

上料架5上，驱动组件包括沿竖直方向延伸且能够绕自身轴心线旋转地设于上料架5上的丝杠（图中未示出）、与丝杠相互配合的丝杠螺母（图中未示出），以及用于驱使丝杠旋转的电机56，料夹座55与丝杠螺母固定连接而沿竖直方向升降。此处，上料架5具有底座51、固设于底座51上并沿竖直方向延伸的支撑架52，支撑架52上还设有提供料夹座55上下滑动导向的滑轨54。

参见各附图所示，该自动上料装置200还包括具有承载台61的移载小车6，物料架3置放在承载台61上。上料架5的底座51上具有提供移载小车6行驶导向的导轨53，料夹座55设于支撑架52上并位于导轨53的上方。具体地，移载小车6的底部设置有滚轮62，导轨53至少设有相互平行的两组，导轨53上具有沿直线延伸且提供滚轮62对应配合地驶入的导槽53a，且该导槽53a的入口处呈喇叭口。这样，将堆叠好基杆10a的物料架3置放在移载小车6的承载台61上，然后使得整个移载小车6沿导轨53行驶，使得滚轮62自喇叭口进入并卡设在导槽53a中，即可使得移载小车6相对上料架5位置固定，同时，使得提料叉551对应地插入料叉槽11a中，做好上料准备，如图16所示。

参见图17、图18所示，该自动上料装置200的搬运机构还包括龙门式上料座8，该龙门式上料座8上设置有取料工作头84，以及用于驱使取料工作头84沿x向和/或y向，以及z向相对运动的上料驱动装置7。

本实施例中，取料工作头84为能够夹持基杆10a的物料夹爪84。龙门式上料座8包括呈矩形框的龙门框架和支撑在该龙门框架下方的多个支撑框83，待上料的工作台2与上料架5均位于龙门框架的框型空间内。此处，龙门框架包括沿周向围设呈矩形的两个横框81与两个竖框82。上料驱动装置7包括设置在龙门框架上的x向驱动组件71、y向驱动组件72及z向驱动组件73，其中，x向驱动组件71设于横框81上，y向驱动组件72设于竖框82上，z向驱动组件73具有能够向下伸出的提料座（图中未示出），取料工作头84设于该提料座的下端部上，以从物料架3上抓取基杆10a。

采用该自动上料装置上料时，将载有物料架3的移载小车3推入上料架5上，使得提料叉551插入料叉槽11a中，做好上料准备；龙门式上料座8上的上料驱动装置7中，x向驱动组件71与y向驱动组件72调整好位置，使其对准物料架3，然后由z向驱动组件73驱使物料夹爪84下行，并从物料架3上抓取最上方的基杆10a，并由上料驱动装置7传送至工作台2上。与此同时，上料架5上的电机56工作而驱使料夹座55向上升起设定的距离，该设定的距离为单次被取走的基杆10a的高度，可设定为每隔设定的时间电机56工作而使得料夹座55向上做一次抬升。

这样，物料架3上剩余的基杆10a整体被抬高一固定的高度值，使得位于最上方的基杆10a处于同一个高度位置而等待被取料。物料夹爪84下一次从物料架3上取料并传送至工作台2上时，上料驱动装置7行走的距离与前一次完全相同。如此，就不需设置复杂的控制程序来控制上料驱动装置7的工作状态，也不需要设置很多的传感器来检测物料架3上物料的位置，使得整个上料装置非常简单，显著地降低成本，同时，上料驱动装置7的行走路线非常短，上料时间短，速度快。

对于待焊接工件——扶梯部件10的扶手杆10b及连接杆10c也可以采用如上述的物料架3、移载小车6及上料架5上料至工作台2上，参见附图1至附图3所示，本实施例中，用于上料的移载小车6与上料架5均设置有三组，已分别用于基杆10a、扶手杆10b及连接杆10c的上料。

在焊接完成后，也可以采用类似的物料架3、移载小车6及上料架5来收集经物料夹爪84抓取的扶梯部件10，将其放置在物料架3上，不同的是，随着扶梯部件10不断堆叠在物料架3上，提料叉551不断地下降，使得位于最上方的扶梯部件10始终保持在同一个高度位置下，以使得物料夹爪84在同一位置处释放物料。

以下具体阐述下本实施例的工作过程：

参见图1至图18所示，该双工位激光焊接设备在焊接扶梯部件10时，首先，由自动上料装置200将各物料架3上的基杆10a、扶手杆10b及连接杆10c转移至焊接房100外侧的工作台2的对应位置处；待上料完成后，工作台2焊接定位工装4动作，首先由第一压紧块45与第二压紧块46分别动作而将基杆10a、扶手杆10b及连接杆10c沿长度方向及宽度方向进行压紧限位而限制在容置区域内，然后所有的压紧件49动作而施加对基杆10a、扶手杆10b及连接杆10c向下的压紧，完成对待焊接的扶梯部件10的定位。随后，ccd相机拍照，并将拍照采集容置区域内基杆10a、扶手杆10b及连接杆10c相互之间被定位的状态，并传送至焊接机器人300的控制装置。与此同时，屏蔽门1旋转，将完成定位的待焊接工件10的工作台2旋转时焊接房100的焊接工作腔室内，由焊接机器人300进行焊接加工。

在焊接加工的同时，由焊接房100内旋转出的工作台2被转换至焊接房100外，若其上有已完成焊接的工件，则先将其下料；随后由自动上料装置200对其上料，等待焊接房100内的焊接加工完成后，屏蔽门1旋转再转移至焊接房100内接受焊接。

综上，本发明的双工位激光焊接设备，设备的各个组成部分结构简单，具有设备成本低、加工效率高等优点，大幅地降低了焊接加工时的人员劳动强度，同时，还方便地将焊接加工区域与上下料区域通过屏蔽门1隔绝，避免了焊接加工环境对操作人员带来的身体伤害。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。