一种平面直线焊接装置及直线焊接方法与流程

本发明涉及一种直线焊接装置及直线焊接方法，具体涉及一种能在横向、纵向和垂向方向移动焊枪的装置及方法。

背景技术：

焊接方式分为手工焊接、半自动设备焊接、机器人焊接等，已被广泛应用于航天、航空、空间、汽车、电子、电器等许多高新技术领域。但是，手工焊接过程中产生高温、电弧光以及灰尘、毒性气体等有害物质，影响工人身体健康，焊接效率及成果一直是制约其快速发展的重要因素，限制了其在各种产品高效率流水线生产的应用。半自动设备焊机和机器人焊接能满足焊接要求、提高焊接效率和减少对工人的危害。焊接效果是指所成型最终焊缝具有良好的结合性能,。近年来，自动焊接技术逐渐成为研究热点。

现有的直缝焊接方式多为人工焊接或者自动焊接方式多为龙门式结构或悬臂式机构。人工焊接劳动强度高，对人体危害较大；现有龙门式或者悬臂式自动焊接可满足基本的直缝自动焊接，但是由于现有自动焊接过程中受工作平台的大小、龙门及悬臂的刚性调节等因素限制，使其在大型零部件、长距离焊接及高精密复杂产品自动化生产领域的应用效果不理想，且现有技术无法在室外无工作平台的情况下进行自动焊接。

通过国内检索发现以下专利与本发明有相似之处：

申请号为CN201510220122.6，名称为“一种带三维焊缝识别的集装箱顶加强板自动焊接设备”的发明公开了一种带三维焊缝识别的集装箱顶加强板自动焊接设备，包括安装底架，所述安装底架上分别安装有操控箱和X轴行走机构，所述X轴行走机构上安装有Y轴行走机构，所述Y轴行走机构上安装Z轴行走机构，所述Z轴行走机构上安装有R轴转动机构和激光位移传感器，所述R轴转动机构上安装有直柄焊枪，所述操控箱通过线路分别与X轴行走机构、Y轴行走机构、Z轴行走机构、R轴转动机构和激光位移传感器相连。从而使焊接轨迹的检测更精确、更快速。

申请号为CN200910033575.2，名称为“电阻焊接设备及焊接控制方法”的发明提供了一种电阻焊接设备及焊接控制方法，电阻焊接设备由机架、电控箱及PLC系统、焊接变压器、动作机构、焊机控制器、废品箱、光纤传感器及传感器控制器组成；其中动作机构由底板、主机架、垂直气缸、主直线导轨、直线导轨、定位手动压爪、定位工装、直线轴承、主直线轴承、定位螺母、调节压力弹簧、丝杆、伺服电机、联轴器、位移传感器、夹紧汽缸、压力传感器、左电极、右电极、左右直线导轨、左右直线轴承、辅机架、连接杆和夹紧压板构成。由于采用压力传感器及跟踪系统收集压力信号和位移传感器及跟踪系统收集位移信号，通过PLC运行程序控制，使对金属工件的焊接采用动态在线控制可全面全程监控各焊接控制点，焊接形变量控制在0.01-0.45mm之间，确保了焊接的质量。

上述专利虽然也涉及直线焊接的装置和方法，但上述专利中没有采用导向机构，难以实现纵向方向的长距离直线焊接和斜坡焊接；上述专利中也没有采用导向滑块中的轮和顶针与导轨和定位孔配合实现快速定位；以及采用伺服电机通过控制齿轮、丝杆的转动来控制焊枪的横向、纵向和垂向方向移动。另外，本发明中还采用了微调机构对焊枪的横向和垂向方向的位置进行微调，可见，本发明在结构和方法上与上述专利有很大的不同。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：如何让焊枪能自动或半自动的进行横向、纵向和垂向方向的直线焊接，从而减少焊接对人的身体健康的影响和提高工作的效率。

针以上述问题，本发明提出的技术方案是：一种平面直线焊接装置，焊接装置上安装有焊枪，焊接装置包括方向调节机构和导向机构，方向调节机构设在导向机构上方，能让焊枪在横向、纵向和垂向方向移动。

进一步地，方向调节机构包括行进机构、位移调节机构和微调机构，行进机构安装在导向机构上，能沿导向机构进行纵向方向移动；焊接装置还包括夹持机构和焊枪，焊枪安装在夹持机构上，夹持机构安装在微调机构上；位移调节机构固定在行进机构上，微调机构安装在位移调节机构上，微调机构能在位移调节机构上沿直线移动。

进一步地，位移调节机构包括横向调节机构和垂向调节机构，位移调节机构固定在行进机构上是指：垂向调节机构固定在行进机构上；横向调节机构安装在垂向调节机构上，且横向调节机构能沿垂向调节机构进行垂向方向的直线移动。

进一步地，位移调节机构包括横向调节机构和垂向调节机构，位移调节机构固定在行进机构上是指：横向调节机构固定在行进机构上；垂向调节机构安装在横向调节机构上，且垂向调节机构能沿横向调节机构进行横向方向的直线移动。

进一步地，导向机构、横向调节机构和垂向调节机构上都设有导轨，导轨上开有定位孔；且行进机构、位移调节机构和微调机构上还设有导向滑块，导向滑块中设有滚轮和顶针。

进一步地，焊接装置中还设有伺服电机，行进机构中安装有齿轮，导向机构中固定有齿轮带，伺服电机通过控制齿轮的转动来驱动行进机构沿齿轮带进行直线运动；横向调节机构和垂向调节机构中还设有带螺纹的丝杆，并在横向调节机构和垂向调节机构中设置与丝杆上的螺纹进行配合的螺纹，伺服电机通过控制丝杆的转动来移动横向调节机构和垂向调节机构。

进一步地，在微调机构上设有横向微调旋钮和垂向微调旋钮，且横向微调旋钮和垂向微调旋钮的一端都设有带外螺纹的螺纹杆，通过转动横向微调旋钮来调节微调机构的横向方向的位置，过转动垂向微调旋钮来调节微调机构的垂向方向的位置。

一种平面直线焊接方法，在焊接装置上安装焊枪，在焊接装置中设方向调节机构和导向机构，让方向调节机构能沿导向机构直线运动，且方向调节机构的内部也能产生相对的直线运动，从而让焊枪能在横向、纵向和垂向方向移动。

进一步地，方向调节机构包括行进机构、位移调节机构和微调机构，位移调节机构包括横向调节机构和垂向调节机构；方向调节机构的内部也能产生相对的直线运动是指：横向调节机构和垂向调节机构上设有导轨和导向滑块，并通过导向滑块与导轨的配合使横向调节机构与垂向调节机构之间能产生相对的直线运动；且焊接装置中还设有伺服电机，行进机构上设有齿轮和导向滑块，导向机构中固定有齿轮带和导轨；伺服电机通过控制齿轮的转动来驱动行进机构沿齿轮带进行直线运动，或推动行进机构使得行进机构上通过导向滑块沿导轨进行直线运动。

进一步地，将微调机构安装在横向调节机构或垂向调节机构上，将焊枪安装在微调机构上，并在微调机构上设横向微调旋钮和垂向微调旋钮；通过旋转横向微调旋钮来调节微调机构在横向方向的位置，通过旋转垂向微调旋钮来调节微调机构在垂向方向的位置，从而对焊枪的横向方向的位置和垂向方向的位置进行调节。

本发明的优点是：

1.焊接装置上的行进机构能沿导向机构上的导轨或齿轮带进行纵向移动，横向调节机构与垂向调节机构能相对进行移动，使得焊枪能在纵向、横向和垂向三个方向上移动。

2.导向机构、横向调节机构、垂向调节机构的导轨上都设有定位孔，能快速定位焊枪在纵向、横向和垂向三个方向上的位置。

3在位移调节构的横向调节机构或垂向调节机构上安装有微调机构，能对焊枪进行快速定位后，再进行精细的位置调节。

4.能将导向机构固定在斜面上，使行进机构沿与斜面平行的直线进行运动，从而实现对斜面上的工件进行直线焊接的功能。

5.在导向机构、横向调节机构、垂向调节机构上都设有导轨，微调机构上设有横向微调旋钮和垂向微调旋钮，能对焊枪的位置进行手动调节，节约用电。

6.在焊接装置中设有伺服电机，导向机构中设有齿轮带，伺服电机带动行进机构中的齿轮转动能让行进机构实现焊枪的自动的纵向移动功能；在横向调节机构与垂向调节机构中还设有带螺纹的丝杆，伺服电机通过控制丝杆的转动能移动横向调节机构和垂向调节机构，从而实现焊枪的自动的横向和垂向移动功能。

附图说明

图1为实施例一的立体示意图；

图2为实施例一的主视方向示意图；

图中：1行进机构、11安装板、12固定块、13锥齿轮、14齿轮、2位移调节机构、21横向调节机构、22垂向调节机构、3微调机构、31横向微调旋钮、32垂向微调旋钮、33微调板、34螺纹杆、4夹持机构、5焊枪、6导向机构、61底板、62齿轮带、7导轨、71定位孔、8导向滑块。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做一步的描述：

实施例一

如图1和图2所示，焊接装置包括：方向调节机构、夹持机构4、焊枪5和导向机构6。而方向调节机构包括：行进机构1、位移调节机构2和微调机构3。其中位移调节机构2包括：横向调节机构21和垂向调节机构22。焊枪5安装在夹持机构4上，夹持机构4安装在微调机构3，而微调机构3安装在横向调节机构21上。

导向机构6包括底板61和导轨7，导轨7为平直的“工”字型，导轨7上开有定位孔71。行进机构1包括安装板11、固定块12、导向滑块8、锥齿轮13和齿轮14。固定块12通过螺栓固定在安装板11上，导向滑块8的一端通过螺栓安装在固定块12上，导向滑块8的另一端设有滚轮和顶针。

导向滑块8套在“工”字型的导轨7上，且通过滚轮与导轨7接触。顶针安装在导向滑块8内，顶针有两种状态：收起和伸出。顶针收起时不与导轨7接触，此时能使行进机构1通过导向滑块8内的滚轮在导向机构6的导轨7上快速移动。顶针伸出时，能通过弹簧将顶针的一端顶在导轨7上。当行进机构1在导轨7上移动时，如果顶针移到定位孔71处，顶针会在弹簧的作用下伸进定位孔71中，阻止行进机构1的运动，从而对行进机构1进行定位。

本实施例中垂向节机构固定在行进机构1的安装板11上。垂向机构上设有导轨7，导轨7上也开有定位孔71。本实施例中在位移调节机构2中设导向滑块8是指：在横向机构的一侧设有导向滑块8，导向滑块8内也设有滚轮和顶针。跟行进机构1和导向机构6通过导向滑块8与导轨7配合进行移动和定位一样，横向机构也是通过导向滑块8内的滚轮和顶针，与垂向机构中的导轨7与定位孔71配合，进行移动和定位的。使得横向机构能沿垂向机构上的导轨7进行垂向的直线运动。

本实施例中微调机构3是安装在横向机构上的，且横向机构上设有导轨7，导轨7上也开有定位孔71。微调机构3上设有导向滑块8，导向滑块8内也设有滚轮和顶针。微调机构3通过导向滑块8内的滚轮和顶针，与横向机构中的导轨7与定位孔71配合，进行横向方向的移动和定位。

微调机构3包括：横向微调旋钮31、垂向微调旋钮32和微调板33，焊枪5安装在夹持机构4上，夹持机构4安装在微调机构3，是将夹持机构4安装在微调板33上。横向微调旋钮31和垂向微调旋钮32的一端都设有带外螺纹的螺纹杆34。转动横向微调旋钮31能使横向微调旋钮31上的螺纹杆34在横向方向上推动微调板33，转动垂向微调旋钮32能使垂向微调旋钮32上的螺纹杆34在垂向方向上推动微调板33。

由于是将横向微调旋钮31和垂向微调旋钮32的转动转化为微调板33的平动，就像螺旋测微器那样，因此能很精细的调节微调板33的平动的距离，从而实现对连接在微调板33上的焊枪5的横向方向和垂向方向的位置进行微调。

综上所述，本实施例中是通过行进机构1沿导向机构6的导轨7移动，而实现焊枪5的纵向方向的直线移动；通过横向调节机构21沿垂向调节机构22的导轨7的移动，而实现焊枪5的垂向方向的直线移动；通过微调机构3沿横向调节机构21的导轨7的移动，而实现焊枪5的水向方向的直线移动。因此，使得焊枪5能进行横向、纵向和垂向方向移动。

而在导向机构6、横向调节机构21和垂向调节机构22上都设导轨7，并在导轨7上设定位孔71，而在行进机构1、横向调节机构21和微调机构3上设导向滑块8，在导向滑块8中设有滚轮和顶针。是为了实现焊枪5能进行横向、纵向和垂向方向这三个方向上的快速移动和快速定位。

在微调机构3中设横向微调旋钮31、垂向微调旋钮32和微调板33，并通过横向微调旋钮31和垂向微调旋钮32的螺纹杆34，推动微调板33在横向和垂向方向上进行位置的微调。且本实施例中焊枪5的位置的快速调节和微调都能采用人工手动调节。

实施例二

与实施例一的不同之处在于：本实施例中不是将垂向节机构固定在行进机构1的安装板11上，而是将横向调节机构21固定在行进机构1上。并通过在垂向调节机构22中设导向滑块8，在导向滑块8中设滚轮和顶针，从而与横向调节机构21中的导轨7和定位孔71实现垂向调节机构22沿横向调节机构21，进行横向的移动。

本实施例中微调机构3是安装在垂向机构上的，且微调机构3能沿垂向机构进行垂向的移动。本实施例中焊枪5的位置的快速调节和微调也都能采用人工手动调节。

实施例三

如图1所示，本实施例与实施例一和实施例二的不同之处在于：焊接装置中还设有伺服电机，导向机构6中设有齿轮带62，其中齿轮带62上沿直线排布有等间距的齿。行进机构1中还包括锥齿轮13和齿轮14，齿轮14上的齿与齿轮带62上的齿咬合，通过伺服电机驱动锥齿轮13，锥齿轮13再带动齿轮14转动。也就是说，伺服电机间接的使齿轮14转动，从而让行进机构1沿导向机构6进行纵向方向移动。而齿轮14通锥齿轮13间接驱动，是为了对齿轮14的转动进行减速，使伺服电机能更精确的控制行进机构1在纵向方向的移动。

本实施例中的横向调节机构21和垂向调节机构22中还设有带螺纹的丝杆，并在横向调节机构21和垂向调节机构22中设置与丝杆上的螺纹进行配合的螺纹，使丝杆上的螺纹与横向调节机构21和垂向调节机构22中设置的螺纹相互咬合，伺服电机通过控制丝杆的转动来移动横向调节机构21和垂向调节机构22。从而实现焊枪5在横向方向和垂向方向的位置自动调节。

本实施例中，可以根据实际工况的需求，给伺服电机进行编程，从而按实际工况的节拍控制焊枪5的移动和对焊点处进行焊接的时间，以及脱离当前焊点，前往下一个焊点进行焊接。也可以按实际工况对伺服电机进行编程，实现焊枪5对所需加工件进行连续的直线焊接。

很显然，在不脱离本发明所述原理的前提下，作出的若干改进或修饰都应视为本发明的保护范围。