汽车加工板激光焊接机器人的制作方法

本发明申请属于板材焊接仪器的技术领域，具体公开了一种汽车加工板激光焊接机器人。

背景技术：

焊接就是运用各种可熔的合金联接金属部件的过程。目前的焊接方式包括人工焊接和机器焊接两种，人工焊接费时费力，生产效率低，焊接质量难以达到焊接的标准，且存在较大的安全隐患。目前大多数工程采用机器焊接，而机器焊接中焊接机器人由于自动化程度高，因而受到大多数工厂的青睐。

焊接机器人是从事焊接的工业机器人，工业机器人用于工业自动化领域，是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机，通常具有三个或三个以上可编程的轴，使焊接机器人能够在三维坐标轴的x轴、y轴和z轴方向实现移动，从而实现对待焊接工件的多方位焊接。

目前汽车零部件，特别是汽车加工板(以下简称工件)需要焊接固定的时候，通常会采用激光焊接的方式，而用激光焊接的方式对工件进行焊接时，通常会将焊接头安装在焊接机器人上，利用焊接机器人的移动来对工件进行焊接，但是由于焊接机器人只能在x轴、y轴和z轴三个方向移动，这样的移动方式决定了焊接机器人只能对工件进行单面焊接，而对于一些具有很高焊接要求的工件，需要对工件的双面均进行焊接。因此对于需要进行双面焊接的工件，则需要人工将工件进行翻转才能实现双面焊接的效果。

人工翻转工件时需要将工件进行拆卸后翻转，将工件翻转至另一面后又需要将工件固定，可以看出通过人工翻转工件而进行双面焊接的操作方式非常的复杂且繁琐，影响焊接效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种汽车加工板激光焊接机器人，旨在解决现有技术中对工件进行双面焊接时需要人工翻转工件才能实现双面焊接的问题，从而提高焊接效率。

为了达到上述目的，本发明的基础方案为：汽车加工板激光焊接机器人，包括工作台，所述工作台上放置有放置框，所述放置框两端敞口，放置框内设有若干支杆，所述支杆与放置框相对的两侧固定连接；所述工作台上设有焊接机构、翻转机构和压紧机构，所述焊接机构包括固定架、升降组件和焊接头，所述焊接头固定在升降组件上，所述升降组件用于驱动焊接头向z轴移动，所述固定架设有驱动升降组件向x轴移动的第一驱动单元和驱动升降组件向y轴移动的第二驱动单元；所述翻转机构包括夹爪和转动组件，所述夹爪用于夹持放置框，所述转动组件位于固定架的一侧，所述夹爪与转动组件固定连接，转动组件用于驱动夹爪翻转；所述压紧机构用于压紧工件。

本基础方案的工作原理和有益效果在于：

1.本技术方案中设置的第一驱动单元和第二驱动单元能够使焊接头在x轴和y轴方向移动，而升降组件能够使焊接头在z轴移动，从而实现了焊接头的三轴移动，使焊接头能够在三维空间内实现上下、左右、前后的移动，从而实现对工件的焊接，且自动化程度高。

2.另外本技术方案的翻转机构能够自动使工件实现翻转的功能，从而使焊接头对工件的两面进行焊接，并且在翻转的过程中并不需要拆卸工件和重新固定工件，翻转工件的过程中也不需要人工操作，提高了焊接效率。

3.本技术方案中的压紧机构能够对工件起到固定的作用，使焊接头在对工件进行焊接的时候，能够避免工件出现移动而导致焊接位置不准确，并且压紧机构的设置能够避免工件在翻转的过程中掉落，而出现不能进行焊接的情况。

4.放置框两端敞口，便于翻转工件后，能够确保焊接头对工件的另一面进行焊接。

进一步，所述升降组件包括升降气缸，焊接头固定连接在升降气缸的输出端；所述第一驱动单元包括移动气缸，所述移动气缸的输出端与升降气缸固定连接；所述第二驱动单元包括安装座、丝杠和电机，所述电机用于驱动丝杠转动，所述丝杠上螺纹连接有滑块，所述滑块与安装座水平滑动连接，所述移动气缸与滑块固定连接。

本技术方案中焊接头可以在升降气缸的作用下实现在z轴方向的移动，移动气缸能够实现焊接头在x轴方向的移动，而丝杠与滑块的配合运动能够使焊接头在y轴移动，从而实现焊接头的三轴移动，现有技术中在驱动焊接头实现三轴移动的过程中通常会采用多个电机(至少三个电机)来分别驱动焊接头的三轴移动，现有技术中的采用电机的方式驱动焊接头移动，在安装的过程中比较麻烦，而本技术方案中驱动焊接头三轴移动的结构简单，易操作。

进一步，所述安装座上设有限位块，所述丝杠一端与电机的输出轴连接，丝杠的另一端与限位块转动连接。

限位块的设置能够避免丝杠在转动的过程中出现偏移的情况，而且限位块的设置对丝杠起到支撑的作用，使丝杠能够更加平稳的转动。

进一步，所述压紧机构包括压紧气缸和安装架，所述安装架的一端与放置框固定连接，安装架的另一端与压紧气缸固定连接，所述压紧气缸位于支杆的上方。

本技术方案中通过压紧气缸的输出轴的伸缩运动，能够实现工件与支杆的自动压紧，当工件完成双面焊接的操作后，驱动压紧气缸的输出轴缩回，又能够使工件与支杆脱离压紧的状态，便于取出完成焊接的工件。

进一步，所述压紧气缸的输出端固定连接有压板。

在压紧气缸的输出端固定连接压板能够增大与工件的接触面积，使工件被压得更加的牢固，而且由于压紧气缸需要往复长时间的进行压紧操作，压紧气缸的输出轴在长时间的工作下，会与工件表面产生摩擦而导致压紧气缸的输出轴产生磨损，而压板的设置能够减小压紧气缸的输出轴的磨损，延长压紧气缸的使用寿命，从而降低了维修或更换成本。

进一步，所述放置框两侧固定连接有支撑板，所述支撑板下方设有支撑气缸，所述支撑气缸的输出端面向支撑板设置。

本技术方案中的支撑板和支撑气缸的设置，在需要翻转工件之前，支撑气缸能够先将放置工件的整个放置框向上抬高，使放置框位于工作台上方，然后再对工件进行翻转，这样的设置，能够有效避免在翻转工件的过程中，放置框受到工作台的阻碍而不能顺利完成翻转的动作。

进一步，所述固定架底端设有固定台，所述固定架与固定台水平滑动连接，所述固定台上设有驱动固定架滑动的驱动机构；所述转动组件包括齿轮、齿条和推动气缸，所述齿条与固定架竖直滑动连接，所述推动气缸与固定架固定连接，推动气缸的输出端与齿条固定连接，所述齿轮的轴孔固定连接有转轴，所述转轴远离齿轮的一端与夹爪固定连接。

本技术方案中，当放置框被抬高后，通过控制固定架在固定台上的滑动，使夹爪夹紧放置框，然后推动气缸的输出轴的伸缩运动，能够带动齿条在固定架上竖直滑动，而齿条的滑动会使与其啮合的齿轮发生转动，齿轮的转动将带动夹爪转动，从而使与夹爪固定连接的放置框同步转动，而实现翻转工件的效果，当需要将放置框放下时，使夹爪松开放置框，通过控制固定架向相反方向滑动，使夹爪远离放置框，然后再通过支撑气缸使放置框位于工作台上。

进一步，所述工作台上开设有凹槽，所述放置框的上表面和下表面分别固定连接有第一支撑柱和第二支撑柱，第一支撑柱和第二支撑柱均能与凹槽配合连接，所述第一支撑板和第二支撑板的数量与凹槽的数量相同。

本技术方案中设置的第一支撑柱和第二支撑柱与凹槽的配合，能够增强焊接头对工件进行焊接的过程中整个放置框的稳定性，也能够确保在放置工件时放置框不会出现偏移的情况，从而有效的保证了焊接位置的准确性。

进一步，所述工作台内部中空，工作台顶端敞口，工作台内设有定位气缸，所述定位气缸的输出轴固定连接有隔板，所述隔板用于确定工件的焊缝距离。

本技术方案中设置的隔板能够根据实际加工要求确定待焊接的工件之间的焊缝距离，而且通过定位气缸的输出轴的伸缩运动，能够使隔板确定好工件之间的焊缝距离后，离开工件而缩回到工作台内部，避免对焊接头正常的焊接工作产生阻碍。

进一步，所述放置框的侧面开设有条形孔。

条形孔的设置能够减轻整个放置框的重量，使放置框更加轻量化，从而使转动组件在翻转放置框时更加轻便。

附图说明

图1为本发明汽车加工板激光焊接机器人实施例一的立体图；

图2为本发明汽车加工板激光焊接机器人实施例一中固定架滑动时的状态示意立体图；

图3为本发明汽车加工板激光焊接机器人实施例二的立体图；

图4为本发明汽车加工板激光焊接机器人实施例二的俯视图；

图5为图4中b-b处的剖视图；

图6为图5中a处的局部放大图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：工作台1、放置框2、第一支撑柱201、第二支撑柱202、条形孔210、支杆3、固定架4、固定台401、第一电机402、第一丝杠403、第一滑块404、升降气缸5、焊接头6、安装座7、移动气缸701、固定板702、第二滑块703、滑槽704、第二丝杠8、限位块801、第二电机9、夹爪10、转轴101、齿轮11、齿条12、推动气缸13、安装板14、压紧气缸15、压板150、横板151、竖板152、支撑板16、支撑气缸17、定位气缸18、隔板19、凹槽20、辅助气缸21、连接板22、连接杆23。

实施例一

实施例基本如附图1所示：汽车加工板激光焊接机器人，包括工作台1，工作台1上表面放置有放置框2，放置框2的形状可以根据实际待焊接的工件的形状设置，本实施例中放置框2的形状为长方体状，放置框2的顶端和底端均敞口，使放置框2呈框架结构。放置框2相对的两侧固定连接有若干支杆3，本实施例中支杆3与放置框2两侧焊接，相邻两根支杆3相互平行，且相邻的两根支杆3之间具有间隙。

工作台1上设有焊接机构、翻转机构和压紧机构。焊接机构包括固定架4、升降组件和焊接头6，固定架4底端通过螺栓固定连接有固定台401，固定台401与工作台1的外侧焊接。结合图2所示，固定架4与固定台401水平滑动连接，固定台401上设有驱动固定架4滑动的驱动机构，该驱动机构包括第一电机402、第一丝杠403和第一滑块404，第一丝杠403与固定架4相垂直，第一电机402驱动第一丝杠403转动，第一丝杠403与第一滑块404螺纹连接，第一滑块404与固定架4的底端焊接，固定架4通过第一滑块404与固定台401滑动连接。

本实施例中升降组件为升降气缸5，焊接头6固定在升降气缸5的输出端，升降气缸5的输出端面向放置框2设置。

固定架4上设有驱动升降组件向x轴移动的第一驱动单元和驱动升降组件向y轴移动的第二驱动单元,第一驱动单元包括移动气缸701，移动气缸701的输出端与升降气缸5垂直且固定连接，本实施例中移动气缸701的输出轴上焊接有固定板702，升降气缸5的外侧壁通过螺栓与固定板702固定安装。

第二驱动单元包括安装座7、第二丝杠8和第二电机9，安装座7与固定架4的顶端焊接，且安装座7与固定架4相垂直。第二电机9通过螺栓固定安装在安装座7的上表面，第二电机9的输出轴上安装有联轴器(联轴器属于现有技术，图中未示出)，第二丝杠8通过联轴器与第二电机9的输出轴连接，本实施例中第二电机9采用伺服电机。第二丝杠8与移动气缸701相垂直。第二丝杠8远离第二电机9的一端转动连接有限位块801，限位块801的底端与安装座7通过螺栓固定连接。移动气缸701的外侧壁焊接有第二滑块703，第二滑块703与第二丝杠8螺纹连接。安装座7上表面开设有滑槽704，滑槽704与第二丝杠8平行设置，第二滑块703嵌设在滑槽704内，当第二丝杠8转动的时候，将带动第二滑块703沿滑槽704的长度方向移动。

翻转机构包括夹爪10和转动组件。转动组件包括齿轮11、齿条12和推动气缸13，齿条12与固定架4竖直滑动连接，固定架4上部焊接有安装板14，推动气缸13的外侧壁通过螺栓固定安装在安装板14上，推动气缸13的输出端向下设置且与齿条12的上端固定连接。齿轮11与齿条12相啮合，齿轮11的轴孔内焊接有转轴101，转轴101远离齿轮11的一端与夹爪10焊接，本实施例中的夹爪10采用现有技术中型号为mhz2-25d的气动手指。齿轮11与夹爪10位于放置框2的上方，且夹爪10与工作台1之间的高度应当大于放置框2的宽度。

压紧机构包括压紧气缸15和安装架，本实施例中压紧机构设有四个，四个压紧机构分别位于放置框2相对的两侧。

安装架包括横板151和竖板152，竖板152的底端与放置框2的上表面焊接，竖板152的顶端与横板151焊接，且竖板152与横板151相互垂直，横板151远离竖板152的一端向放置框2内部延伸，横板151远离竖板152的一端通过螺栓与压紧气缸15的外侧壁固定连接，压紧气缸15的输出端面向支杆3设置。

放置框2两侧还设有两个支撑板16，本实施例中两个支撑板16还位于固定架4的两侧，即支撑板16与固定架4并非位于同侧，这样能够有效避免固定架4与支撑板16产生干涉。支撑板16的下方设有支撑气缸17，支撑气缸17与支撑板16上下正对设置，支撑气缸17的输出端面向支撑板16设置，且支撑气缸17的底端通过螺栓与地面固定连接。

结合图1所示，放置框2的外侧壁上还转动连接有连接杆23，连接杆23与齿轮11正对设置，连接杆23远离放置框2的一侧焊接有连接板22，连接板22下方设有辅助气缸21，辅助气缸21的输出轴面向连接板22设置。

使用时，将待焊接的两个工件放入支杆3上，并调整工件到合适的位置，使两块工件的焊缝位于相邻两个支杆3之间，然后使压紧气缸15的输出轴向下移动，将两个待焊接的工件紧紧的固定在支杆3上。当焊接头6对工件的一面进行焊接的时候，夹爪10与放置框2之间相隔有一段距离，防止放置框2在上升的过程中，夹爪10对放置框2产生阻挡。

待工件固定好后，驱动第二电机9、移动气缸701和升降气缸5，第二电机9使第二丝杠8转动，从而带动移动气缸701在y轴方向上的移动，进而移动气缸701带动升降气缸5在y轴方向移动；移动气缸701的输出轴带动升降气缸5在x轴方向移动；升降气缸5的输出轴在z轴方向移动；这样，通过驱动升降气缸5在x轴和y轴方向上的移动再加上升降气缸5的输出轴在z轴方向上的移动而实现了焊接头6的三轴移动焊接的效果。

待焊接头6对工件的一面完成焊接后，驱动升降气缸5和移动气缸701的输出轴分别向内回缩，同时驱动第二电机9反转使移动气缸701复位，然后控制支撑气缸17的输出轴向支撑板16方向伸出，控制辅助气缸21的输出轴向连接板22方向伸出，本实施例中支撑气缸17与辅助气缸21的运动同步。当支撑气缸17的输出轴与支撑板16相抵时，以及辅助气缸21的输出轴与连接板22相抵时，支撑气缸17的输出轴和辅助气缸21的输出轴继续伸出时将使放置框2被抬高，当支撑气缸17的输出轴和辅助气缸21的输出轴将放置框2抬高到确定的高度后(即与夹爪10正对的时候)，控制第一电机402转动，使第一滑块404带动固定架4向放置框2方向滑动，使夹爪10将放置框2夹紧(由于夹爪10是气动手指，而气动手指是利用压缩空气作为动力，用来夹取或抓取工件的执行装置，其能够实现双向抓取，可自动对中，对放置框2的夹紧力足以使放置框2被紧紧夹住)。

当夹爪10将放置框2夹紧后，控制支撑气缸17的输出轴向下缩回，使支撑气缸17的输出轴远离放置框2，且使支撑气缸17的输出轴与放置框2之间的距离大于放置框2的宽度，以避免支撑气缸17的输出轴对放置框2的翻转产生阻碍。

然后控制推动气缸13启动，使推动气缸13的输出轴向下伸展，齿条12向下滑动，齿条12向下滑动的时候将使齿轮11向顺时针方向转动，通过程序控制齿条12的移动距离，使齿条12向下移动的距离恰好能够使齿轮11转动180°，齿轮11转动180°能够使与齿轮11的轴孔固定连接的转轴101使夹爪10带动放置框2翻转180°。齿轮11的转动使放置框2翻转的时候，由于设置了辅助气缸21，辅助气缸21的输出轴能够对放置框2起到支撑的作用，并且由于放置框2与连接杆23转动连接，因此，放置框2在转动的过程中，辅助气缸21的输出轴并不会对放置框2的转动产生阻碍。

当放置框2完成翻转后，控制支撑气缸17的输出轴向上伸缩而与放置框2相抵，然后控制夹爪10松开对放置框2的夹紧状态，再控制第一电机402反转，使固定架4向相反方向滑动，从而使夹爪10远离放置框，然后驱动支撑气缸17的输出轴和辅助气缸21的输出轴向下回缩，从而使放置框2放置在工作台1的上表面。

当放置框2完成翻转并重新放置到工作台1上表面后，再对工件的另一面进行焊接，由于两块工件之间形成的焊缝位于相邻两根支杆3之间，因此焊接头6能够顺利地对工件的另一面进行焊接，而不会受到支杆3的干涉阻碍。

焊接头6的移动位置和焊接的过程、升降气缸5在z轴方向上的移动、移动气缸701在y轴方向和x轴方向上的移动以及夹爪10、固定架4、辅助气缸21、支撑气缸17的运动均通过计算机编程控制(计算机编程控制属于现有技术，在此不再赘述)，从而实现对工件焊接时的自动定位和跟踪功能。

实施例二

如图3、图4、图5和图6所示，汽车加工板激光焊接机器人，与实施例一的区别在于：工作台1内部为中空结构，且工作台1的顶端敞口。

工作台1内设有定位气缸18，定位气缸18的输出端面向放置框2的方向设置。定位气缸18的底部通过螺栓与工作台1底部固定连接。定位气缸18的输出端上通过螺栓固定连接有隔板19，隔板19的宽度为实际加工过程中两块工件的焊缝距离。隔板19与支杆3平行设置，且位于相邻的两根支杆3之间，如此设置是为了避免支杆3对隔板19的上升和下降产生阻碍。本实施中，定位气缸18位于工作台1的正中央。

结合图6所示，工作台1的上表面开设有凹槽20，本实施例中凹槽20的数量为四个，四个凹槽20分别位于工作台1的四个拐角处。放置框2的上表面焊接有第二支撑柱202，放置框2的下表面焊接有第一支撑柱201，第一支撑柱201的数量和第二支撑柱202的数量均为四个，且第一支撑柱201和第二支撑柱202与凹槽20配合连接，即第一支撑柱201和第二支撑柱202与凹槽20上下正对设置，使第一支撑柱201和第二支撑柱202均能够嵌入凹槽20内，设置的第一支撑柱201和第二支撑柱202与凹槽20的配合，能够增强焊接头6在对工件进行焊接的过程中，整个放置框2的稳定性，也能够确保在放置工件时放置框2不会出现偏移的情况，从而有效的保证了焊接位置的准确性。

压紧气缸15的输出端通过螺栓焊接有压板150，压板150的宽度大于压紧气缸15的输出端的直径，如此设置，压板150能够增大与工件的接触面积，使工件被压得更加的牢固，而且由于压紧气缸15需要往复长时间的进行压紧操作，压紧气缸15的输出轴在长时间的工作下，会与工件表面产生磨损，而压板150的设置能够减小压紧气缸15的输出轴的磨损，延长压紧气缸15的使用寿命，从而降低了维修或更换成本。

为了使整个放置框2更加轻便，本实施例中在放置框2的四周均开设有条形孔210。

在使用的时候，首先驱动定位气缸18的输出轴向支杆3方向伸出并使隔板19位于支杆3上方，然后将两块待焊接的工件放置在支杆3上，并以隔板19为基准，使两块工件位于隔板19的两侧，然后将两块工件分别与隔板19接触，当确定好两块工件的位置后，驱动定位气缸18的输出轴向远离工件的方向缩回，使隔板19脱离与工件的接触，从而使两块工件之间具有确定焊缝距离，然后驱动压紧气缸15的输出轴向下运动，使压板150将工件与支杆3压紧固定。当工件固定后，再进行与实施例一中的焊接方式相同的操作步骤而对工件进行双面焊接。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。