一种带有定位器的滤清器端盖自动化激光点焊生产装置的制作方法

本实用新型属于激光加工领域，涉及一种激光焊接设备，具体是指一种带有定位器的滤清器端盖自动化激光点焊生产装置。

背景技术：

汽车机油滤清器属于易损件，需要定期更换，并且随着我国目前汽车产业高速增长的趋势使得对滤清器的需求量也逐年激增。这就使得滤清器的市场需求量极大，虽然对于滤清器生产企业来说是利好消息，但同时想要满足巨大的市场需求也对滤清器相关产业的生产能力带来了极大的考验。

目前旋装式滤清器逐步为国内主机厂主要选用的类型。此种滤清器的特点是内部设有止回阀、旁通阀，使用安全性较高；并且其密封点只有一个，结构简单可靠密封效果好，量产成本较低可以整体更换，节省维修时间与成本。

端盖作为旋装式滤清器中对油路起连接作用的重要部件，在滤清器各部件中来说属于制造工序较多，生产自动化程度较低的一个部件。端盖主要由端盖外圈与端盖螺纹连接板两部分组成，二者经冲压成型后通过点焊的方式进行固接。旋装式滤清器的端盖既是进油口同时也是出油口，其中心螺纹孔连接机油泵，油路中的机油通过中心孔进入滤清器内部，通过内部滤芯对油液过滤后，清洁的机油从端盖边缘均布的小孔处供给各种运动副。

作为滤清器的重要部件，端盖的生产目前仍处于半自动化的程度。首先需要通过人工对滤清器外圈与连接孔板进行正反面的区分，再以手动方式上料最后由电阻焊机对两部件进行点焊。上述的传统生产方式由于严重依赖人工，端盖的日产量始终难以提高，并且由于采用的是电阻式点焊，有着单件产品的焊接工时较长，接触式焊接容易使焊接件产生变形导致良品率低等缺点。由于以上两点问题的存在严重限制了滤清器产量的提高，这在滤清器市场需求日益增长的现在对于相关生产企业来说是极大的不利因素。

针对上述旋装式滤清器的端盖生产过程中存在的问题，亟待对目前的生产设备进行产业升级，从半自动化生产升级为全自动化生产，解决目前滤清器生产的瓶颈问题，从而全面提高滤清器产量。因此，本实用新型人经过研发而提供一种带有定位器的滤清器端盖自动化激光点焊生产装置，很好的解决上述存在的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种结构设计合理，生产效率高，且加工质量好的带有定位器的滤清器端盖自动化激光点焊生产装置。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是包括有多工位回转盘、外圈供料流水线、螺纹连接板供料流水线、激光点焊机床以及气动取件装置，所述的多工位回转盘上设置有至少四个圆周均布且随着多工位回转盘转动而转动工位的圆锥物料放置孔；

所述的外圈供料流水线用于将外圈输运至圆锥物料放置孔中；

所述的螺纹连接板供料流水线位于外圈供料流水线供料的后端工位侧，用于将螺纹连接板输运至圆锥物料放置孔并叠放于外圈上；

所述的激光点焊机床包括有多光束激光点焊机，多光束激光点焊机设置于多工位回转盘的上方并用于对圆锥物料放置孔中待焊接物料进行激光焊接动作；

所述的气动取件装置设置于多工位回转盘相对于多光束激光点焊机的后端工位侧，用于将圆锥物料放置孔中焊接加工后的滤清器端盖取件下料操作；

所述的多光束激光点焊机包括有激光器、丝杆升降平台以及联动安装于丝杆升降平台上的激光加工头；

进一步设置是该激光加工头与多工位回转盘上处于焊接工位的圆锥物料放置孔之间还设置有挠性端盖定位器，其位置位于激光加工头轴线正下方，该定位器包括有定位器支架与定位环组成，在两者之间环形设置有缓冲弹簧，所述的定位器支架与定位环间通过连接螺栓相互连接。

进一步设置是所述的外圈供料流水线和螺纹连接板供料流水线结构相同，且均包括有带式流水线主体、以及流水线驱动电机和用于将带式流水线主体上物料夹取并放置于圆锥物料放置孔上的上料机械手。

进一步设置是所述的外圈供料流水线和螺纹连接板供料流水线上还包括有设置于带式流水线主体上的图像识别系统和物料翻转装置，所述的图像识别系统包括有设置于带式流水线主体上方的可调节安装座、联动固定于可调节安装座上的CCD工业摄像头以及视觉判定控制器，通过CCD工业摄像头对每个经过的螺纹连接板或外圈进行图像识别，并通过视觉判定控制器判断其正反面，并根据该判断结果由视觉判定控制器控制物料翻转装置是否执行翻转动作；

进一步设置是所述的物料翻转装置包括有旋转驱动气缸、物料翻板以及底部弹簧挡板组成，当物料到达物料翻板并需要进行翻转操作时，物料翻转装置中的旋转驱动气缸通气，气缸杆沿其轴线产生旋转运动，与气缸杆相连的物料翻板将一同转动从而将流水线上的螺纹连接板翻起，于此同时与物料翻板处于同一旋转轴线的底部弹簧挡板也同步翻起，底部弹簧挡板为金属薄片制成的钣金件，通过扭簧与物料翻板的旋转轴相连，在物料翻板未工作时底部弹簧挡板与带式流水线主体的流水线皮带表面紧贴，流水线上物料可顺畅通过无阻碍，当物料翻板工作时其旋转轴将会带动底部弹簧挡板一同翻起，对正在翻转的物料底部起到阻挡功能，可防止物料在翻转过程中从物料翻板段部滑落，造成未按预期运动状态进行翻转的情况。

进一步设置是激光加工头其内部环形设有六个激光耦合头，对应的与激光器引出的六根激光光纤连接线相连，通过激光耦合头的准直与聚焦，使六道激光光束在待焊接工件表面上落点呈现环形，从而实现对端盖的激光点焊。

进一步设置是激光加工头内部设计有焊点间距控制装置，所述激光耦合头固定于移动推板之上，移动推板后端与支撑弹簧相连，移动推板与上下盖板内圈滑槽配合，可在其间滑移，移动推板前端呈斜度倾斜且制有矩形凹槽，移动推板前端通过支撑弹簧的弹力来保持与楔形导块外侧面的接触，楔形导块其大体形状呈平顶六棱锥型，其侧面斜度与移动推板前端斜面斜度相同，且六个侧面都制有矩形凸起，可以与移动推板前端的凹槽相配合，对移动推板的移动起导向作用，楔形导块一端设有调节螺杆可以通过螺杆上端的楔块调节螺母控制楔形导块在激光加工头内部的上下位置。

进一步设置是所述的激光器通过分光装置分别与激光光纤连接线光路输出连接，该分光装置包括有第一分光棱镜、第二分光棱镜、第三分光棱镜、第四分光棱镜、第五分光棱镜、第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，从激光器中射出的初始入射激光束首先经过第一分光棱镜，第一分光棱镜将入射的初始激光光束分为互相垂直的两向光束，与入射初始激光光束平行的光束经第一反射镜的反射，通过第二分光棱镜，第二分光棱镜垂直入射方向光束能量与平行入射方向的光束能量比为1:2，此时垂直于入射方向通过第二分光棱镜的光束射向激光分光接头完成分光，而平行于入射光线的光束将通过第三分光棱镜再次被分为垂直与平行入射光束的两道光束，与上述类似，垂直于入射方向通过第三分光棱镜的光束射向激光分光接头完成分光，而另一束平行于入射方向的光束则通过第二反射镜反射后射向激光分光接头完成分光；

与之对应的经第一分光棱镜分光后与入射初始激光光束垂直的光束首先通过与所述第二分光棱镜具有相同分光比的第四分光棱镜，垂直于入射光线方向的光束直接射向激光分光接头完成分光，而平行于入射光线的光束通过第五分光棱镜再次被分为互相垂直的两道光束，其中垂直于入射光线方向的光束直接射向激光分光接头完成分光，而另一束平行于入射方向的光束则通过第三反射镜反射后射向激光分光接头完成分光。

进一步设置是所述气动取件装置移动依靠两轴气动移台和驱动物料吸盘，从圆锥物料放置孔中取出成品端盖并将其放入储放箱中的下料。

本实用新型的优点是：可实现对流水线上焊接部件正反面的自动识别与修正，以及上料、下料动作全自动化。同时以多光束激光点焊代替传统的电阻压焊，利用激光焊接功率密度高、焊接速度快以及焊接变形小等特点，进一步提升成品的焊接质量及流水线生产效率。

另外，本实用新型还设置挠性端盖定位器，在激光点焊工位的待焊接的工件将会被挠性端盖定位器进行进一步压住定位，保证端盖焊接面与激光焦平面相对位置的准确，以达到最理想的激光点焊效果具体优点说明参见具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本实用新型的范畴。

图1-1所示为滤清器端盖柔性自动化激光点焊生产线整体视图；

图1-2所示为滤清器端盖柔性自动化激光点焊生产线各部件示意图；

图1-3所示为螺纹连接板供料流水线整体结构视图；

图1-4所示为图像识别系统装置结构示意图；

图1-5所示为物料翻转装置结构示意图；

图1-6-1所示为物料翻转装置机构动作示意图；

图1-6-2所示为物料翻转装置机构动作的另一视角的示意图；

图1-7所示为底部弹簧挡板结构示意图；

图1-8所示为流水线上料机械手结构示意图；

图1-9所示为多光束激光点焊机整体结构示意图；

图1-10-1所示为挠性端盖定位器结构示意图；

图1-10-2所示为挠性端盖定位器另一视角结构示意图；

图2所示为多光束激光点焊机内部结构示意图；

图3所示为激光加工头内部结构示意图；

图4所示为激光加工头内部结构示意图(隐藏激光光纤连接线)；

图5所示为焊点间距控制装置动作示意图；

图6所示为焊点间距控制装置另一视角的动作示意图；

图7所示为焊点间距控制装置内部结构示意图；

图8所示为分光光路整体示意图；

图9所示为分光光路走向示意图；

图10所示为生产线气动取件装置结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

本实用新型所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本实用新型，而非对本实用新型保护范围的限制。

参考图1至图10所示，生产线整体主要由所示四大部分组成，分别为：外圈供料流水线1、螺纹连接板供料流水线2，激光点焊机床3以及气动取件装置4。上述装置顺次连接构成流水线整体，可实现对流水线上焊接部件正反面的自动识别与修正，以及上料、下料动作全自动化。同时以多光束激光点焊代替传统的电阻压焊，利用激光焊接功率密度高、焊接速度快以及焊接变形小等特点，进一步提升成品的焊接质量及流水线生产节拍。

焊接部件由外圈供料流水线1与螺纹连接板供料流水线2来进行自动上料。通常来说由外圈供料流水线1先进行上料动作，将滤清器外圈放于指定工位之后，螺纹连接板供料流水线2再将螺纹连接板叠放在滤清器外圈之上，之后通过焊接将二者固接。因外圈供料流水线1与螺纹连接板供料流水线2流水线整体结构到工作方式基本相同，此处以螺纹连接板供料流水线2为例对其整体结构及工作流程进行详细的叙述。

流水线主要由带式流水线主体101、图像识别系统102、滤清器螺纹连接板103、上料机械手104、物料翻转装置105以及流水线驱动电机106组成。其工作流程如下，每个位于带式流水线101上的滤清器螺纹连接板103首先都会经过安装于流水线前端的图像识别系统 102。具体来说，图像识别系统102由可调节安装座1022及CCD工业摄像头1021构成，通过CCD工业摄像头1021对每个经过的滤清器螺纹连接板进行图像识别，迅速判断其正反面，调节安装座1022可以微调CCD工业摄像头1021的空间位置，保证在生产中更换加工零件尺寸规格或型号时可以及时的进行调整，以得到更好的识别效果。

通过图像识别系统102的端盖螺纹连接板103随后进入下一工位即物料翻转装置105，物料翻转装置105主要由旋转驱动气缸1051、物料翻板1052以及底部弹簧挡板1053 组成。物料翻转装置105会根据图像识别系统102的识别结果来决定是否执行翻转动作。以执行翻转动作为例对物料翻转装置105之工作方式进行描述：当螺纹连接板103到达指定位置时，物料翻转装置105中的旋转驱动气缸1051通气，气缸杆沿其轴线产生旋转运动。与气缸杆相连的物料翻板1052将一同转动从而将流水线上的螺纹连接板103翻起，于此同时与物料翻板1052处于同一旋转轴线的底部弹簧挡板1053也同步翻起。底部弹簧挡板1053 为金属薄片制成的钣金件，通过扭簧与物料翻板1052的旋转轴相连，在物料翻板1052未工作时底部弹簧挡板与流水线皮带表面紧贴，流水线上物料可顺畅通过无阻碍。当物料翻板 1052工作时其旋转轴将会带动底部弹簧挡板1053一同翻起，对正在翻转的物料底部起到阻挡功能，可防止物料在翻转过程中从物料翻板1052段部滑落，造成未按预期运动状态进行翻转的情况。

本实用新型的视觉判定控制器可以采用工业控制主机结合图像识别软件进行设定，通过软件判断物料的正反面是本领域的常规技术，可以直接从市场采购带有集成的视觉判定控制器的工业摄像头进行直接应用，本实施例不再详细赘述。

经过图像识别系统102与物料翻转装置105的螺纹连接板103将会根据生产的需求统一一面向上，此时上料机械手104将会夹取端盖螺纹连接板103至多工位回转盘302上的其中一个圆锥物料放置孔303内，此时圆锥物料放置孔303内应已有上一道工序中外圈供料流水线1先行放入的滤清器外圈，外圈与螺纹连接板二者以顺序叠放的形式随着多工位回转盘302的回转运动进入激光点焊加工工序。

本专利所述的多工位回转转盘302与市售的传统多工位滤清器电阻焊设备的回转盘类似，在转盘回转运动的同时每前进一个工位就会进行一次抬升动作，目的是使端盖焊接件与电阻焊头接触。而激光焊接属非接触式，本可对多工位回转转盘302的动作进行简化，但本专利本考虑到激光焊接对焊接面的焦平面位置较为敏感，仍然保留了工位回转转盘302抬升的动作，并同时设计了挠性端盖定位器305，其位置位于激光加工头轴线正下方。该定位器主要由定位器支架3051与定位环3052组成，在其两者之间环形设置有缓冲弹簧，定位器支架3051与定位环3052间通过连接螺栓3053相互连接。可起到对圆锥物料放置孔303中的焊接工件相对位置的可靠固定，保证激光焊接的质量稳定。同时挠性的设计使与之接触的端盖焊接件不会产生的塑性变形从而提高良品率。

激光加工头306与丝杆升降平台308相连，通过丝杆升降平台308的升降操作可根据需要针对不同型号的滤清器端盖调整焦距从而达到最理想的激光点焊效果。激光加工头306 内部环形设有六个激光耦合头3062，对应的与后部激光器引出的六根激光光纤连接线3061 相连，通过激光耦合头3062的准直与聚焦，使六道激光光束在滤清器端盖焊接件表面上落点呈现环形，从而实现对端盖的激光点焊。并且考虑到当滤清器端盖型号变更，其焊点位置也将发生变化，激光加工头306内部设计有焊点间距控制装置。激光耦合头3062固定于移动推板3064之上，移动推板3064后端与支撑弹簧相连，移动推板3064与上下盖板内圈滑槽配合，可在其间滑移。移动推板3064前端呈一定斜度倾斜且制有矩形凹槽，移动推板 3064前端通过支撑弹簧的弹力来保持与楔形导块3063外侧面的接触。楔形导块3063其大体形状呈平顶六棱锥型。其侧面斜度与移动推板3064前端斜面斜度相同，且六个侧面都制有矩形凸起，可以与移动推板3064前端的凹槽相配合，对移动推板3064的移动起导向作用。楔形导块3063一端设有调节螺杆可以通过螺杆上端的楔块调节螺母3065控制楔形导块 3063在激光加工头306内部的上下位置。当因变更滤清器端盖规格而需要调节焊点的间距时，只需要调节楔块调节螺母3065控制楔形导块3063的上下位置就能保证六个激光耦合头 3062的间距能同步而均匀的增大或缩小。

考虑到滤清器端盖点焊需要多个焊点，如果采用多个激光器作为点焊光源则将使设备成本过高，因此本专利所述多光束激光点焊机3的解决方案是通过对单一激光光源进行多次分光后得到6束能量基本相同的激光光束，再通过激光光纤连接线3061与激光加工头 306内的激光耦合头3062相连，在保证较低设备成本的前提下实现多光束激光点焊的目的。从激光器中射出的初始入射激光束首先经过第一分光棱镜5011，第一分光棱镜5011将入射的初始激光光束分为互相垂直的两向光束，与入射初始激光光束平行的光束经第一反射镜5021的反射，通过第二分光棱镜5012。为保证每束分出的光束能量基本相同第二分光棱镜5012的分光比与一般分光比为1:1的分光棱镜不同，第二分光棱镜5012垂直入射方向光束能量与平行入射方向的光束能量比为1:2。此时垂直于入射方向通过第二分光棱镜5012的光束射向激光分光接头504完成分光。而平行于入射光线的光束将通过第三分光棱镜5013 再次被分为垂直与平行入射光束的两道光束。与上述类似，垂直于入射方向通过第三分光棱镜5013的光束射向激光分光接头504完成分光，而另一束平行于入射方向的光束则通过第二反射镜5022反射后射向激光分光接头504完成分光。

与之对应的经第一分光棱镜5011分光后与入射初始激光光束垂直的光束首先通过与上文第二分光棱镜5012具有相同分光比垂直向与平行向分光比为1:2的第四分光棱镜 5014，垂直于入射光线方向的光束直接射向激光分光接头504完成分光。而平行于入射光线的光束通过第五分光棱镜5015再次被分为互相垂直的两道光束，其中垂直于入射光线方向的光束直接射向激光分光接头504完成分光，而另一束平行于入射方向的光束则通过第三反射镜5023反射后射向激光分光接头504完成分光。

至此从激光器发出的单一光源激光通过光路的一多次分光与反射后形成六个能量基本相同的独立光源，通过与激光分光接头504相连的激光光纤连接线3061将激光传递至激光加工头306中，最后通过准直、聚焦以及调焦后用于滤清器端盖的快速点焊。

图10为生产线的气动取件装置4，装置移动依靠两轴气动移台402驱动物料吸盘 401，自动完成从圆锥物料放置孔303中取出成品端盖并将其放入储放箱403中的一系列取件动作。

本实用新型的焊接原理和过程如下：

首先生产线的两条供料流水线——端盖外圈供料流水线1与端盖螺纹连接板供料流水线2 中，外圈供料流水线1先于螺纹连接板供料流水线2开始工作。滤清器端盖的外圈首先经图像识别系统102对其进行正反面识别，其识别结果将决定位于图像识别系统102后部的物料翻转装置105工作与否。当滤清器端盖外圈经图像识别系统102识别符合要求，滤清器端盖外圈将直接通过物料翻转装置105，反之与要求位置相反的外圈将通过物料翻转装置105进行翻转。装置的翻转与复位的速度可以通过调节旋转驱动气缸1051，来实现翻转速度较慢复位速度较快的效果，保证物料翻转装置105具有可靠的翻转动作的同时兼顾了效率。

经过图像识别系统102与物料翻转装置105的滤清器端盖外圈由上料机械手夹取放置于多工位回转盘302上的其中一个圆锥物料放置孔303内，放置孔整体呈倒锥形可适应一定范围的直径变化，保证在滤清器端盖型号尺寸发生更改时也无需调节物料放置孔的大小。所述回转转盘302将根据其上工位的多少进行对应的间歇回转运动，其每转动一个角度便转过一个工位。

于此同时端盖螺纹连接板供料流水线2后于端盖外圈供料流水线1开始工作，端盖螺纹连接板在流水线上的流转与端盖外圈类似，都是通过图像识别系统识别物料的正反，通过物料翻转装置对物料正反面位置进行修正，最后由上料机械手将端盖螺纹连接板放入多工位回转盘302上的其中一个圆锥物料放置孔303内，不同之处在于此时圆锥物料放置孔303 内已有上一工序——端盖外圈供料流水线1预先放入的端盖外圈，这时端盖螺纹连接板将叠放与端盖外圈之上。此时单个滤清器端盖完成上料，接下来进入激光点焊工序。

所述生产线的回转转盘302每旋转一个工位时，此时进入激光点焊工位的滤清器焊接件将会被挠性端盖定位器305进行进一步定位，保证端盖焊接面与激光焦平面相对位置的准确，以达到最理想的激光点焊效果。所述生产线多光束激光点焊机3是通过对单一激光源进行多次分光操作得到多束能量相同的激光束通过光纤与激光加工头306相连达到一次出光实现多点激光点焊的效果。

完成点焊的滤清器端盖成品由气动取件装置4将端盖从圆锥物料放置孔303取出并移送至相应成品储放位。

至此一个滤清器端盖成品全自动的完成了从工件正反识别、上料、激光点焊到下料的一整套流程，全程无需人工干预，可实现滤清器端盖24小时不间断生产，打破一直以来滤清器生产的工业瓶颈，大幅提升滤清器生产节奏，同时以激光无接触点焊取代传统的电阻式压焊，也杜绝了因外部接触导致端盖产生不良变形的可能，在进一步提高生产效率的同时也提升了生产良品率。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。