夹具机构及相应的焊接系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种夹具机构，其包括夹持装置、第一方向移动装置、第二方向移动装置和第三方向移动装置。其中，所述夹持装置夹持固定加热件，所述第一方向移动装置、所述第二方向移动装置和所述第三方向移动装置中的任一分别包括移动支架和驱动装置，所述移动支架分别沿着对应方向延伸，而所述驱动装置连接所述移动支架并驱动所述移动支架在所述对应方向上进行移动。本实用新型的夹具机构能够实现预热和后热操作的自动化，协同性好，操作安全，加热温度均匀，效率高，节省人力成本。
【专利说明】夹具机构及相应的焊接系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及焊接领域，特别是涉及夹持中频感应加热装置中加热件的夹具机构及相应的焊接系统。
【背景技术】
[0002]在焊接技术中，特别是在焊接中厚板高强钢时，为了防止焊缝裂纹的产生，一般需要进行焊前预热。而有些厚板还需要在焊接后进行后热保温等等缓冷处理。
[0003]预热和后热的处理方法有很多种，最原始的处理方法为明火预热和明火后热，此方法经济实用，操作简单。但是存在如下缺点:
[0004]1.预热和后热不均匀，尤其是对于厚板，其受热传导速度及操作者操作方法的限制，预热和后热往往只是工件的表面温度达到要求，而实际上，工件的内部温度并没有达到工艺要求，这种情况经常造成严重的焊缝开裂问题。
[0005]2.预热和后热的劳动强度大，在预热和后热过程中操作者必须一直手持预热火焰枪对工件进行预热或后热操作，操作者的劳动强度大，特别是在夏季温度较高的情况下，这种操作形式经常导致操作者中暑。
[0006]3.预热和后热的操作不安全，采用明火容易引起火灾。
[0007]由于原始的处理方法存在上述问题，因此在现代焊接中，人们发明了中频感应加热设备，此设备预热效率高，预热均匀，全自动控温，操作简单，在进行预热或后热操作时只需要将中频感应加热设置中的加热线圈或加热板放到需要预热或者后热的焊缝上即可，而所需要的温度在感应预热控制柜操作面板上进行设定，则整个加热过程自动加热，自动保温。因此中频感应加热设备可以降低劳动强度，并安全可靠。
[0008]但是，中频感应加热设备也存在一定的局限性，例如，在进行预热和后热操作时，需要人工将加热线圈或加热板放到需要预热或者后热的焊缝上，且在预热或者后热操作完成后还需要人工移走，因此这样的操作模式只能适用于台位式作业，对于流水线作业尤其是在流水线上的机器人工作站上应用自动化程度低，同时，在操作方面非常麻烦，浪费工时，无法节省人力，且需要将各种形状的加热线圈或者加热板放在机器人工作站内，则占用场地较大，现场环境比较混乱，而且不安全，无法完全发挥中频感应加热设备的优势。
实用新型内容
[0009]本实用新型主要解决的技术问题是提供一种夹具机构，其能够自动化地实现待加工工件的预热和后热操作。
[0010]为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是:提供一种夹具机构，其包括夹持装置、沿第一方向移动的第一方向移动装置、沿第二方向移动的第二方向移动装置和沿第三方向移动的第三方向移动装置。其中，所述夹持装置夹持固定加热件，所述第一方向移动装置、所述第二方向移动装置和所述第三方向移动装置中的任一分别包括移动支架和驱动装置，所述移动支架分别沿着对应方向延伸，而所述驱动装置连接所述移动支架并驱动所述移动支架在所述对应方向上进行移动。所述第一方向垂直于所述第二方向，而所述第三方向垂直于所述第一方向与所述第二方向所确定的平面。
[0011]其中，所述移动支架包括支架、直线齿条和齿轮。所述支架分别沿着所述对应方向延伸；所述直线齿条内置于所述支架之内；所述齿轮与所述直线齿条相互啮合，且所述齿轮与所述驱动装置对应连接并被所述驱动装置所驱动而转动，以带动与所述齿轮相互啮合的所述直线齿条和所述支架在所述对应方向上移动。
[0012]其中，所述夹持装置包括底板、筋板、盖板和连接装置。所述底板用于承载所述加热件，所述筋板连接所述底板，所述盖板正对于所述底板并连接所述筋板，所述连接装置连接在所述第三方向移动装置的所述支架与所述盖板之间。
[0013]其中，所述连接装置包括连接板和螺栓。所述连接板设置在所述第三方向移动装置的所述支架的底部，且其上开设有螺纹孔；而所述螺栓穿过所述盖板并螺纹连接至所述连接板上的所述螺纹孔。
[0014]其中，所述盖板上设置有电源线连接入口，其电性连接所述加热件。
[0015]其中，所述夹具机构进一步包括旋转装置，其设置在所述第三方向移动装置的所述支架与所述夹持装置之间，以旋转所述夹持装置。
[0016]其中，所述旋转装置包括旋转轴和旋转电机。所述旋转轴设置在所述第三方向移动装置的所述支架与所述夹持装置之间，而所述旋转电机连接所述旋转轴以驱动所述旋转轴进行旋转。
[0017]为解决上述技术问题，本实用新型采用的另一个技术方案是:提供一种焊接系统，设置在机器人工作站内，所述焊接系统包括焊接机器人；和如上所述的夹具机构；其中，所述夹具机构中的所述第一方向移动装置中的所述移动支架和所述焊接机器人的第一方向行走机构设置在同一个行走底座上。
[0018]其中，所述焊接系统进一步包括测温仪，固定在所述夹具机构中的所述第三方向移动装置的所述移动支架上，且所述测温仪正对于所述加热件并对所述加热件进行加工的工件进行测温。
[0019]其中，所述焊接系统进一步包括控制系统，其连接所述夹具机构中的所述驱动装置和所述旋转电机，并连接所述焊接机器人及所述测温仪。
[0020]本实用新型的有益效果是:区别于现有技术的情况，本实用新型的夹具机构能够使其所夹持的中频感应加热设备在三维方向上进行精确地移动，从而能够实现自动化的操作，且其在采用中频感应加热设备进行预热和后热操作时，其加热温度均匀，尤其是对于厚板；另，其操作安全简单，效率高，不需要增加换枪的程序，能够一边进行焊接一边进行预热和后热操作。此外，本实用新型的夹具机构自动化程度高，协同性好，且可以设计夹具机构与机器人工作站内的机器人进行信号互通，整个系统整体性好，且机器人的控制系统能够对夹具机构实现编程控制。另，本实用新型的夹具机构大幅度地降低了工人的劳动强度，减少工人的数量，可实现一人操作多台设备，极大地节省了人力成本。此外，本实用新型的夹具机构外观美观，节省空间，安全性更好，可节省另外规划的现场空间，可使现场整齐美观，颜色一致，另外有利于操作的安全。
【专利附图】
【附图说明】[0021]图1是本实用新颖一实施例所示的夹具机构的主视图；
[0022]图2是图1所示的夹具机构的左视图；
[0023]图3是图1所示的夹具机构的俯视图；
[0024]图4是图1中I区域的放大示意图；
[0025]图5是图1中的II区域的放大示意图；
[0026]图6是图1中III区域的放大示意图；
[0027]图7是本实用新型另一实施例所示的夹具机构的示意图；
[0028]图8是本实用新型一实施例所示的焊接系统的示意图。
【具体实施方式】
[0029]请一并参阅图1-3，其中，图1为本实用新颖一实施例所示的夹具机构的主视图，图2为图1所示的夹具机构的左视图，而图3为图1所示的夹具机构的俯视图。如图1-3所示，本实施例所示的夹具机构100包括:夹持装置110、第一方向移动装置、第二方向移动装置和第三方向移动装置。
[0030]其中，夹持装置110用于夹持固定加热件200，例如中频感应加热设备中的加热线圈或者加热板，而中频感应加热设备的其它设备，例如操作面板等等，可以放置在夹具机构100所在的工作间内，例如机器人工作站内。第一方向移动装置、第二方向移动装置和第三方向移动装置分别带动夹持装置110中夹持固定的加热件200沿第一方向、第二方向与第三方向进行移动。其中，第一方向垂直于第二方向，而第三方向垂直于第一方向与第二方向所确定的平面。在本实施例中，第一方向可以为X轴方向，第二方向可以为Y轴方向，而第三方向可以为Z轴方向。也就是说，所述第一方向移动装置、第二方向移动装置和第三方向移动装置可以分别为X轴方向移动装置、Y轴方向移动装置与Z轴方向移动装置，其可以分别带动加热件200在X轴、Y轴与Z轴三个方向轴上进行移动。
[0031]其中，每个方向移动装置分别包括移动支架和驱动装置。其中，移动支架分别是沿着对应方向延伸，例如X轴方向移动装置中的移动支架是沿着X轴方向延伸，Y轴方向移动装置中的移动支架是沿着Y轴方向延伸，而Z轴方向移动装置中的移动支架是沿着Z轴方向延伸。此外，每个方向移动装置中的驱动装置连接移动支架并驱动移动支架在对应方向上进行移动。
[0032]具体地，请一并参阅图1-3和图4-5，其中，图4为图1中I区域的放大示意图，图5为图1中的II区域的放大示意图。如图1-5所示，每个方向移动装置中的移动支架分别包括支架、直线齿条和齿轮，而每个方向移动装置中的驱动装置可以采用驱动电机而实现。例如，X轴方向移动装置包括X轴支架121、X轴直线齿条122、X轴齿轮123以及X轴驱动电机(图未示)，其中，X轴支架121、X轴直线齿条122、X轴齿轮123组成了 X轴方向移动装置中的移动支架。Y轴方向移动装置包括Y轴支架131、Y轴直线齿条132、Y轴齿轮(图未示)以及Y轴驱动电机134，其中，Y轴支架131、Υ轴直线齿条132、Υ轴齿轮组成了 Y轴方向移动装置中的移动支架。Z轴方向移动装置包括Z轴支架141、Ζ轴直线齿条142、Ζ轴齿轮(图未示)以及Z轴驱动电机144，其中，Z轴支架141、Z轴直线齿条142、Z轴齿轮组成了 Z轴方向移动装置中的移动支架。
[0033]每个方向移动装置中的支架是沿着对应方向延伸，直线齿条固定在支架上且内置于所述支架之内，而齿轮与直线齿条相互啮合，驱动电机连接齿轮以驱动齿轮从而带动与齿轮相互啮合的直线齿条在对应方向上进行移动。
[0034]在本实施例中，X轴方向移动装置中的X轴支架121连接Y轴方向移动装置中的Y轴支架131的一端从而实现X轴方向移动装置与Y轴方向移动装置的连接，而Z轴方向移动装置中的Z轴支架141连接Y轴方向移动装置中的Y轴支架131的另一端从而实现Z轴方向移动装置与Y轴方向装置的连接，而夹持装置110连接在Z轴方向移动装置中的Z轴支架141的底端，因此借由上述三个方向移动装置的操作可以实现夹持装置110所固定的加热件200在三维方向上的移动。
[0035]例如，对于X轴方向移动装置，其X轴驱动电机(图未示)连接X轴齿轮123以驱动X轴齿轮123旋转，从而带动与X轴齿轮123相互啮合的X轴直线齿条142在X轴正负方向上进行移动，则夹具机构100在X轴正负方向上进行移动从而实现夹持装置110所固定的加热件200在X轴正负方向上的移动。
[0036]同理，Y轴方向移动装置与Z轴方向移动装置的原理与X轴方向移动装置相同，其可分别实现夹持装置110所固定的加热件200在Y轴正负方向或者Z轴正负方向上的移动。
[0037]在本实施例中，上述三个方向移动装置中的驱动电机可以采用交流变频电机，以驱动对应的齿轮。当然，本领域技术人员可以理解的是，上述驱动电机也可以利用其他的驱动方式来进行驱动。另，本实施例中每个方向移动装置中的移动支架是采用直线齿条与齿轮的啮合方式来实现其在对应方向上的移动，其能够达到较为精准的定位，但是，本领域技术人员可以理解的是，上述移动支架也可以采用其他的替代方式，特别是对于某些工件来说，其在预热时加热件200与工件之间的定位精度并不需要较高的精准度，因此其可以采用直线导轨和导轨的移动方式或者其他更低精度的移动方式。
[0038]请参阅图1-3及6，其中，图6为图1中III区域的放大示意图。如图1_3及6所示，在本实施例中，夹持装置Iio可以采用夹头来实现，其包括底板111、筋板112、盖板113和连接装置114。其中，底板111用于承载加热件200，筋板112连接底板111，盖板113正对于底板111并连接筋板112，而连接装置114连接在Z轴移动装置的Z轴支架141与盖板113之间以实现Z轴移动装置与夹持装置110之间的连接。夹持装置110中的底板111、筋板112、盖板113均可以采用环氧树脂板而制成。而连接装置114包括连接板1141以及螺栓1142，其中，连接板1141可以设置在Z轴支架141的底部，其上面开设有螺纹孔(未标示)，而螺栓1142可以通过螺纹孔而与连接板1141连接从而将夹持装置110固定在Z轴支架141上。当然本领域技术人员可以理解的是，连接装置114也可以采用其他的连接方式来实现，例如增加弹簧连接，从而增加夹持装置110与Z轴支架之间的连接弹性。而加热件200可以有规律地缠绕并固定在夹持装置110的底板111上，当然，其也可以采用其他的方式固定在夹持装置110内。
[0039]此外，夹持装置110在盖板113上开设有电源线连接入口 115，电源线连接入口115电性连接加热件200，而中频感应加热设备的电源线可插拔至电源线连接入口 115，并通过电源线连接入口 115而电性连接固定在夹持装置110中的加热件200，以为其提供电能。此外，中频感应加热设备的电源线也可以与机器人工作站中其它线缆整合在一起，例如与焊接机器人的线缆整合在一起。
[0040]上述实施例中，夹具机构100并没有设置旋转装置，因此夹持装置110只在三个轴方向上进行移动。本领域技术人员可以理解的是，可以进一步在夹具机构100中设置旋转装置，从而可以旋转夹持装置110。图7为本实用新型另一实施例所示的夹具机构的示意图。如图7所示，本实施例所示的夹具机构500进一步设置有旋转装置570，其包括旋转电机571以及旋转轴572。其中，旋转轴572设置在夹持装置110与Z轴方向移动装置中的Z轴支架141之间，而旋转电机572连接旋转轴572以驱动旋转轴572进行旋转，从而可以使夹持装置110实现360度的旋转。当然，本领域技术人员可以理解的是，旋转装置570中的旋转电机572电性连接控制系统300，接收控制系统300的编程控制。
[0041]本实用新型还提供一种焊接系统，图8为本实用新型一实施例所示的焊接系统的示意图。如图8所示，本实施例所示的焊接系统是设置在机器人工作站内，其包括焊接机器人600和夹具机构100，其中，图8所示的夹具机构100可以采用如图1-6所示的夹具机构100，其可以配合焊接机器人600进行工作，且夹具机构100的第一方向移动装置中的移动支架和焊接机器人600的第一方向行走机构设置在同一个行走底座上，因此本实施例所示的焊接机构可以一边利用焊接机器人600进行焊接操作，一边利用夹具机构100和中频感应加热设备进行预热和后热的自动化操作。
[0042]此外，如图6所示，本实用新型的焊接系统可以进一步包括测温仪400，其设置于加热件200的上方，例如位于夹持装置100的上方并固定在Z轴支架141上。测温仪400可采用红外线测温仪，而夹持装置110的盖板113上可以开设有孔洞，因此测温仪400所发出的红外线穿过夹持装置110的孔洞并穿过加热件200从而照射至被加热的工件以对工件进行测温，从而可以实现预热温度的在线监控。
[0043]另，如图8所示，本实用新型的焊接系统可以进一步包括控制系统300，其连接夹具机构100和焊接机器人600，以同步控制夹具机构100和焊接机器人600的操作。
[0044]具体地，夹具机构100中的各个方向移动装置中的驱动装置和旋转电机和测温仪400均电性连接控制系统300，从而通过控制系统300来控制夹具机构100带动加工件200在三维方向的移动及旋转，并实现对加热件200的温度控制。控制系统300可采用可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller, PLC)来实现,其能够为夹具机构100实现编程控制。当然，本领域技术人员可以理解的是，控制系统300也可以采用其他的智能系统代替。此外控制系统300可以与焊接机器人互通信号，从而实现预热与焊接的自动化配合。也就是说，夹具机构100与机器人工作站中的焊接机器人600共用同一个控制系统，例如可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller, PLC),从而实现两者的配合操作。
[0045]在本实用新型中，可通过编程将本实用新型的感应加热夹具机构的移动方式、顺序、预热(后热)停留时间或预热温度等相关参数编入程序，在进行焊接时只要调出程序，启动操作按键即可进行自动预热(后热)，当自动预热一段后，焊接机器人600接收到通过测温仪400发出的温度达标信号，则焊接机器人600自动开始进行焊接，同时夹具机构100也接收到测温仪400发出的温度达标信号则自动移动行走到下一段，继续进行工件其他待焊部分预热，这样边焊接边预热同步进行，提高了焊接效率，同时，全自动控制降低劳动强度，节省人力，可实现一人操作多台设备的少人化，安全性得到很好的保证，同时节省现场空间，工作环境整洁、整齐、美观。
[0046]此外，夹具机构100中的第一方向移动装置的移动支架(即X轴方向移动装置的支架141)可与焊接机器人600的第一方向行走机构(即X轴行走机构)设置在一个行走底座，这样占地面积小，节省空间，外观整齐美观大方。另，可将夹具机构100中的线缆与焊接机器人600的线路控制整合到一处，并将夹具机构100与焊接机器人600共用同一个控制系统300，将线路布置美观，并做好线号标识，方便后期维修。另外，中频感应加热设备的线缆可内置到夹具机构100的各轴内部，可防止工作时线缆干涉预热焊接，但内置后其设计结构需要预留较多的维修入口，方便后期维修。
[0047]综上所述，本实用新型的夹具机构能够使其所夹持的中频感应加热设备中的加热件在三维方向上进行精确地移动，从而能够实现自动化的操作，且其在采用中频感应加热设备进行预热和后热操作时，其加热温度均匀，尤其是对于厚板；另，其操作安全简单，效率高，不需要增加换枪的程序，能够一边进行焊接一边进行预热和后热操作。此外，本实用新型的夹具机构自动化程度高，协同性好，且可以设计夹具机构与焊接机器人进行信号互通，整个系统整体性好，且焊接机器人的控制系统能够对夹具机构实现编程控制。另，本实用新型的夹具机构大幅度地降低了工人的劳动强度，减少工人的数量，可实现一人操作多台设备，极大地节省了人力成本。此外，本实用新型的夹具机构外观美观，节省空间，安全性更好，可节省另外规划的现场空间，可使现场整齐美观，颜色一致，另外有利于操作的安全。
[0048]以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一种夹具机构(100)，其特征在于，包括: 夹持装置(110)，夹持固定加热件(200)； 沿第一方向移动的第一方向移动装置； 沿第二方向移动的第二方向移动装置； 沿第三方向移动的第三方向移动装置； 其中，所述第一方向移动装置、所述第二方向移动装置和所述第三方向移动装置中的任一分别包括: 移动支架，分别沿着对应方向延伸； 驱动装置(134、144)，连接所述移动支架并驱动所述移动支架在所述对应方向上进行移动； 其中，所述第一方向垂直于所述第二方向，所述第三方向垂直于所述第一方向与所述第二方向确定的平面。
2.根据权利要求1所述的夹具机构，其特征在于，所述移动支架包括: 支架(121、131、141)，分别沿着所述对应方向延伸； 直线齿条(122、132、142)，内置于所述支架(121、131、141)之内； 齿轮(123)，与所 述直线齿条(122、132、142)相互啮合，且所述齿轮(123)与所述驱动装置(134、144)对应连接并被所述驱动装置(134、144)所驱动而转动，以带动与所述齿轮(123)相互啮合的所述直线齿条(122、132、142)和所述支架(121、131、141)在所述对应方向上移动。
3.根据权利要求2所述的夹具机构，其特征在于，所述夹持装置(110)包括: 底板(111)，承载所述加热件(200)； 筋板(112)，连接所述底板(111); 盖板(113)，正对于所述底板(111)并连接所述筋板(112)； 连接装置(114)，连接在所述第三方向移动装置的所述支架(141)与所述盖板(113)之间。
4.根据权利要求3所述的夹具机构，其特征在于，所述连接装置(114)包括: 连接板(1141)，设置在所述第三方向移动装置的所述支架(141)的底部，且其上开设有螺纹孔； 螺栓(1142)，穿过所述盖板(113)并螺纹连接至所述连接板(1141)上的所述螺纹孔。
5.根据权利要求3所述的夹具机构，其特征在于，所述盖板上设置有电源线连接入口(115)，其电性连接所述加热件(200)。
6.根据权利要求2所述的夹具机构，其特征在于，进一步包括旋转装置(570)，其设置在所述第三方向移动装置的所述支架(141)与所述夹持装置(110)之间，以旋转所述夹持装置(110)。
7.根据权利要求6所述的夹具机构，其特征在于，所述旋转装置(570)包括: 旋转轴(572)，设置在所述第三方向移动装置的所述支架(141)与所述夹持装置(110)之间； 旋转电机(571)，连接所述旋转轴(572)以驱动所述旋转轴(572)进行旋转。
8.一种焊接系统，设置在机器人工作站内，其特征在于，所述焊接系统包括:焊接机器人(600);和 如权利要求1-7任意一项所述之夹具机构(100)； 其中，所述夹具机构(100)中的所述第一方向移动装置中的所述移动支架和所述焊接机器人(600)的第一方向行走机构设置在同一个行走底座上。
9.根据权利要求8所述的焊接系统，其特征在于，所述焊接系统进一步包括: 测温仪(400)，固定在所述夹具机构(100)中的所述第三方向移动装置的所述移动支架上，且所述测温仪(400)正对于所述加热件(200)并对所述加热件(200)进行加工的工件进行测温。
10.根据权利要求9所述的焊接系统，其特征在于，所述焊接系统进一步包括: 控制系统(300)，其连接所述夹具机构(100)中的所述驱动装置(134、144)和所述旋转电机(571)、 并连接所述焊接机器人(600)及所述测温仪(400)。
【文档编号】B23K37/00GK203664975SQ201320822608
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年12月12日
【发明者】李颖, 李纲, 鲍燕舞, 李靖 申请人:中联重科股份有限公司