车辆顶盖骨架智能柔性焊接系统及其焊接方法与流程

本发明涉及汽车制造技术领域，更具体的说是涉及车辆顶盖骨架智能柔性焊接系统及其焊接方法。

背景技术：

车辆顶盖骨架焊接主要采用人工测量尺寸，通过手工焊接方式实现的，焊接效率低，无法满足现在车辆日益增长的需求。为了解决上述问题，现有技术中出现了针对单一车型开发制造专用焊接夹具实现人工装夹焊接，以增加焊接效率，但是其无法满足多种车型的顶盖骨架焊接，如果每一种车型均使用对应一个焊接夹具，对于主机厂顶盖骨架的焊接成本会增加。

因此，如何提供一种能够满足多种车型顶盖骨架焊接的装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了车辆顶盖骨架智能柔性焊接系统，解决了现有技术中焊接夹具无法满足多款车型顶盖骨架焊接的要求的技术问题，提高了焊接效率，降低了焊接成本。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

车辆顶盖骨架智能柔性焊接系统，包括：

基座，基座上沿长度方向上布置三条相互平行的第一地轨、第二地轨及第三地轨，第一地轨和第二地轨之间垂直长度方向上布置有多条第一横轨，第二地轨及第三地轨之间垂直长度方向上，且与第一横轨对称布置有多条第二横轨；

上料装置，上料装置用于承载待焊接杆件，其可滑动于第二地轨上；

上料机械手，上料机械手可滑动于第二地轨上，且位于上料装置之前；

第一焊接机械手和第二焊接机械手分别可滑动于第一地轨和第三地轨上；

边梁角度调节装置，边梁角度调节装置用于固定待焊接边梁，其包括两组，对称布置于第一地轨与第二地轨之间，和第二地轨和第三地轨之间；且每一组边梁角度调节装置可滑动于第一横轨或第二横轨上；

抓紧定位装置，抓紧定位装置用于焊接中抓紧待焊接杆件，其包括静定位装置和动定位装置；静定位装置固定于第二地轨远离上料装置的一端；动定位装置可滑动于第二地轨上，且与上料机械手一体连接；

控制终端，控制终端电性连接上料装置、上料机械手、第一焊接机械手、第二焊接机械手、边梁角度调节装置和抓紧定位装置。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了车辆顶盖骨架智能柔性焊接系统，通过上料装置和上料机械手与第二地轨配合实现了自动上料，降低了操作者劳动强度；通过两组边梁角度调节装置与多组第一横轨和第二横轨配合实现了边梁的自动固定，由于其可柔性化调整变化尺寸，配合抓紧定位装置实现了多种车型顶盖骨架的尺寸定位要求；在上述基础上配合第一焊接机械手和第二焊接机械手达到了多款车型柔性化调节自动固定焊接的目的，提高了焊接效率，进而降低了焊接成本。

优选地，上料装置包括上料滑轨、上料滑动伺服电机、杆件存放架、杆件待抓取架、上料抓取机构及检测机构；

上料滑轨与第二地轨可滑动连接；

上料滑动伺服电机固定于上料滑轨上；

杆件存放架与上料滑轨固定连接；

杆件待抓取架设置与上料机械手和杆件存放架之间，且固定在杆件存放架上；

上料抓取机构可滑动于杆件存放架上，将杆件存放架上的杆件抓取至杆件待抓取架上；

检测机构设置于杆件待抓取架上检测杆件尺寸、形状及位置；

其中，上料滑动伺服电机、上料抓取机构及检测机构均与控制终端电性连接。

可选择的，本发明内所提及的杆件至少包括直杆件和带弧形的杆件，杆件存放架上具有可拆卸的周转筐，周转筐上分别设置多种部件的放置区，充分隔离部件；基座的一端设置有固定的周转台，当周转筐内的杆件使用完毕后，上料装置退回至周转台进行人工叉车更换周转筐。

上述检测机构上设置有红外线传感器，检测杆件的尺寸、形状判断上料抓取机构抓取的杆件是正确的，否上料抓取机构抓取该杆件放回原处，重新抓取杆件；同时能够判断杆件放置的位置是否正确。

优选地，上料机械手包括：机械手底座、机械臂及抓件器；机械手底座通过机械手电机带动可滑动于第二地轨上；机械臂一端可转动于机械手底座上；抓件器为水平杆状，其中部固定于机械臂另一端，其中机械手电机和机械臂均与控制终端电性连接。

采用此方案配合上料装置，实现了自动上料、检测及隔离不同杆件的效果。

优选地，每一组边梁角度调节装置包括边梁固定架、旋转电机、转轴及定位块；

边梁固定架底部具有边梁滑块，边梁滑块通过边梁伺服电机带动与第一横轨或第二横轨滑动连接；

旋转电机固定于边梁固定架的一端；

转轴通过支撑轴承固定在边梁固定架上，且与旋转电机的输出端动力连接；

定位块包括多个，可滑动于转轴上，用于固定边梁；

其中，边梁伺服电机和旋转电机均与控制终端电性连接。

其中，转轴可以为一段，然后采用矩形板体与转轴固定，定位块均设置在矩形板体上。旋转电机和转轴之间可以设置减速机、联轴器等部件。

采用此方案，两组边梁角度调节装置能够相对靠近及远离调节，满足不同车辆顶盖骨架两边梁之间的焊接点尺寸要求；旋转电机经转轴带动定位块能够旋转一定的角度，满足边梁焊接不同角度的需求；多个定位块可滑动于转轴上，满足不同定位点的需求。

可选择的，在固定架上还设置有边梁端部定位气缸，用于不同车型顶盖骨架边梁的端部位置。

优选地，每一个定位块均包括滑动座、滑动座电机、压块组件及固定夹；

滑动座底部通过滑动座电机带动，且与边梁固定架上设置的滑轨可滑动连接；

压块组件包括压块座、压块旋转气缸、螺杆轴、压块头；压块座底部与滑动座顶部固定；压块旋转气缸固定于压块座上；螺杆轴一端与压块旋转气缸输出端连接，且可伸缩于压块旋转气缸壳体中；

压块头固定于螺杆轴的另一端；

固定夹包括夹体和夹体气缸，夹体固定于滑动座上，其开口处与压块头位置对应；夹体气缸固定于夹体侧面用于调节夹体的开口宽度；

其中滑动座电机与控制终端电性连接，压块旋转气缸和夹体气缸与总气源装置连通，总气源装置与控制终端电性连接。总气源可以设置在基座靠近上料装置的一侧。

采用此方案，螺杆轴在压块旋转气缸的带动下，能够沿高度方向上伸缩，满足固定边梁不同高度的需求；夹体在夹体气缸的带动下能够满足固定不同宽度边梁的需求。

优选地，静定位装置包括定位底座、定位滑轨及加紧缸；定位底座固定于第二地轨远离上料装置的一端；定位滑轨固定于定位底座顶部；夹紧缸为两个，均可滑动于定位滑轨上，用于夹紧杆件；静定位装置一般用于加紧第一个需要横向焊接的杆件，其中夹紧缸底部可以设置竖直升降气缸，实现静定位装置高度方向可调，夹紧缸可实现杆件宽度截面方向上的调节。

优选地，动定位装置包括支撑座和加紧组件；支撑座可滑动于第二地轨上，加紧组件为两个，每一个加紧组件均包括支架、竖直升降缸和水平加紧缸；支架可滑动于支撑座上，竖直升降缸固定于支架上且可沿竖直方向上运动；水平加紧缸位于竖直升降缸上，且可沿水平方向上加紧或放松；

其中，竖直升降缸和水平加紧缸均与控制终端电性连接。

采用静定位装置和动定位装置配合，实现静定位装置固定第一个需要横向焊接的杆件，动定位装置通过控制终端控制顺序移动，配合焊接机械手实现多个横向杆件位置的固定、焊接，满足多款车型顶盖骨架焊接的需求。

优选地，第一焊接机械手和第二焊接机械手均包括焊接底座、焊接机械臂及焊头，焊接底座通过焊接电机带动与第一地轨或第三地轨可滑动连接；焊接机械臂可转动于焊接底座上；焊头连接于焊接机械臂上；其中每一个焊接机械手的焊接底座上均具有一个挂线架，挂线架用于为为焊接头提供的焊丝挂接。

本发明还提供了一种实现上述车辆顶盖骨架智能柔性焊接系统的焊接方法，包括以下步骤：

s1、从控制终端中调出所要焊接生产的产品代号，控制终端根据产品代号自动调整边梁角度调节装置、上料装置、上料机械手、焊接机械手、抓紧定位装置的位置及工作状态；

s2、将左右边梁放入两侧边梁角度调节装置中，边梁角度调节装置自动定位夹紧；

s3、上料装置检测杆件尺寸、形状及位置后，上料机械手从上料装置上按顺序抓取对应杆件分别放入静定位装置和动定位装置，静定位装置和动定位装置自动夹紧；

s4、与s3步骤同时进行，第一焊接焊接机械手和第二焊接机械手配合上料机械手夹取动作依次完成各个杆件间的焊接；

s5、经上述s1-s4步骤焊接的顶盖骨架焊接产品件由吊具周转下线。

优选地，s1中的控制终端内各焊接生产的产品代号对应的程序，通过导入编写的控制程序或在线编写的程序，根据上述程序控制终端自动生成并优化机械手运动方向和运动路径，并检验机械手可达范围，最后生成机械手作业程序。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供的车辆顶盖骨架智能柔性焊接系统的焊接方法，实现了在同一系统中，能够完成不同车型焊接顶盖骨架智能自动化的柔性焊接，降低了人员操作强度，提高了焊接效率，进而降低了单件顶盖骨架焊接成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的车辆顶盖骨架智能柔性焊接系统的立体结构示意图；

图2附图为本发明提供的车辆顶盖骨架智能柔性焊接系统的俯视图；

图3附图为本发明提供的车辆顶盖骨架智能柔性焊接系统的上料装置和上料机械手的结构示意图；

图4附图为本发明提供的车辆顶盖骨架智能柔性焊接系统的边梁角度定位装置的局部放大示意图；

图5附图为本发明提供的车辆顶盖骨架智能柔性焊接系统的定位块的结构示意图；

图6附图为本发明提供的车辆顶盖骨架智能柔性焊接系统的静定位装置的结构示意图；

图7附图为本发明提供的车辆顶盖骨架智能柔性焊接系统的动定位装置结构示意图；

图8附图为本发明提供的车辆顶盖骨架智能柔性焊接系统的第一焊接机械手的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了车辆顶盖骨架智能柔性焊接系统，解决了现有技术中焊接夹具无法满足多款车型顶盖骨架焊接的要求的技术问题，提高了焊接效率，降低了焊接成本。

参见附图1-2，本发明提供了车辆顶盖骨架智能柔性焊接系统，包括：

基座100，基座100上沿长度方向上布置三条相互平行的第一地轨101、第二地轨102及第三地轨103，第一地轨101和第二地轨102之间垂直长度方向上布置有多条第一横轨104，第二地轨102及第三地轨103之间垂直长度方向上，且与第一横轨104对称布置有多条第二横轨105；

上料装置200，上料装置200用于承载待焊接杆件，其可滑动于第二地轨102上；

上料机械手300，上料机械手300可滑动于第二地轨102上，且位于上料装置200之前；

第一焊接机械手400和第二焊接机械手500分别可滑动于第一地轨101和第三地轨103上；

边梁角度调节装置600，边梁角度调节装置600用于固定待焊接边梁，其包括两组，对称布置于第一地轨101与第二地轨102之间，和第二地轨102和第三地轨103之间；且每一组边梁角度调节装置600可滑动于第一横轨104或第二横轨105上；

抓紧定位装置700，抓紧定位装置700用于焊接中抓紧待焊接杆件，其包括静定位装置701和动定位装置702；静定位装置701固定于第二地轨102远离上料装置200的一端；动定位装置702可滑动于第二地轨102上，且与上料机械手300一体连接；

控制终端，控制终端电性连接上料装置200、上料机械手300、第一焊接机械手400、第二焊接机械手500、边梁角度调节装置600和抓紧定位装置700。

本发明公开提供了车辆顶盖骨架智能柔性焊接系统，通过上料装置和上料机械手与第二地轨配合实现了自动上料，降低了操作者劳动强度；通过两组边梁角度调节装置与多组第一横轨和第二横轨配合实现了边梁的自动固定，由于其可柔性化调整变化尺寸，配合抓紧定位装置实现了多种车型顶盖骨架的尺寸定位要求；在上述基础上配合第一焊接机械手和第二焊接机械手达到了多款车型柔性化调节自动固定焊接的目的，提高了焊接效率，进而降低了焊接成本。

参见附图3，本发明提供的一个实施例中，上料装置200包括上料滑轨201、上料滑动伺服电机、杆件存放架202、杆件待抓取架、上料抓取机构203及检测机构204；

上料滑轨201与第二地轨102可滑动连接；

上料滑动伺服电机固定于上料滑轨201上；

杆件存放架202与上料滑轨201固定连接；

杆件待抓取架设置与上料机械手300和杆件存放架202之间，且固定在杆件存放架202上；

上料抓取机构203可滑动于杆件存放架202上，将杆件存放架202上的杆件抓取至杆件待抓取架上；

检测机构204设置于杆件待抓取架上检测杆件位置、形状及尺寸；

其中，上料滑动伺服电机、上料抓取机构203及检测机构204均与控制终端电性连接。

可选择的，本发明内所提及的杆件至少包括直杆件和带弧形的杆件，杆件存放架上具有可拆卸的周转筐，周转筐上分别设置多种部件的放置区，充分隔离部件；基座的一端设置有固定的周转台900，当周转筐内的杆件使用完毕后，上料装置退回至周转台进行人工叉车更换周转筐。

上述检测机构上设置有红外线传感器，检测杆件的尺寸、形状判断上料抓取机构抓取的杆件是正确的，否上料抓取机构抓取该杆件放回原处，重新抓取杆件；同时能够判断杆件放置的位置是否正确。

有利的是，上料机械手300包括：机械手底座301、机械臂302及抓件器303；机械手底座301通过机械手电机带动可滑动于第二地轨102上；机械臂302一端可转动于机械手底座301上；抓件器303为水平杆状，其中部固定于机械臂302另一端，其中机械手电机和机械臂302均与控制终端电性连接。采用此方案配合上料装置，实现了自动上料、检测及隔离不同杆件的效果。

参见附图4，在本发明提供的另一个实施例中，每一组边梁角度调节装置600包括边梁固定架601、旋转电机602、转轴603及定位块604；

边梁固定架601底部具有边梁滑块，边梁滑块通过边梁伺服电机带动与第一横轨104或第二横轨105滑动连接；

旋转电机602固定于边梁固定架601的一端；

转轴603通过支撑轴承固定在边梁固定架601上，且与旋转电机602的输出端动力连接；

定位块604包括多个，可滑动于转轴603上，用于固定边梁；

其中，边梁伺服电机和旋转电机602均与控制终端电性连接。

其中，转轴可以为一段，然后采用矩形板体与转轴固定，定位块均设置在矩形板体上。旋转电机和转轴之间可以设置减速机、联轴器等部件。

采用此方案，两组边梁角度调节装置能够相对靠近及远离调节，满足不同车辆顶盖骨架两边梁之间的焊接点尺寸要求；旋转电机经转轴带动定位块能够旋转一定的角度，满足边梁焊接不同角度的需求；多个定位块可滑动于转轴上，满足不同定位点的需求。

可选择的，在固定架上还设置有边梁端部定位气缸，用于不同车型顶盖骨架边梁的端部位置。

有利的是，参见附图5，定位块604包括滑动座6041、滑动座电机、压块组件6042及固定夹6043；

滑动座6041底部通过滑动座电机带动，且与边梁固定架601上设置的滑轨可滑动连接；

压块组件6042包括压块座60421、压块旋转气缸60422、螺杆轴、压块头60423；压块座60421底部与滑动座6041顶部固定；压块旋转气缸60422固定于压块座60421上；螺杆轴一端与压块旋转气缸60422输出端连接，且可伸缩于压块旋转气缸60422壳体中；

压块头60423固定于螺杆轴的另一端；

固定夹6043包括夹体60431和夹体气缸60432，夹体60431固定于滑动座6041上，其开口处与压块头60423位置对应；夹体气缸60432固定于夹体60431侧面用于调节夹体60431的开口宽度；

其中滑动座电机与控制终端电性连接，压块旋转气缸60422和夹体气缸60432与总气源装置连通，总气源装置与控制终端电性连接。总气源可以设置在基座靠近上料装置的一侧。

采用此方案，螺杆轴在压块旋转气缸的带动下，能够沿高度方向上伸缩，满足固定边梁不同高度的需求；夹体在夹体气缸的带动下能够满足固定不同宽度边梁的需求。

参见附图6，静定位装置701包括定位底座7011、定位滑轨7012及加紧缸7013；定位底座7011固定于第二地轨102远离上料装置200的一端；定位滑轨7012固定于定位底座7011顶部；夹紧缸7013为两个，均可滑动于定位滑轨7012上，用于夹紧杆件；静定位装置一般用于加紧第一个需要横向焊接的杆件，其中夹紧缸底部可以设置竖直升降气缸，实现静定位装置高度方向可调，夹紧缸可实现杆件宽度截面方向上的调节。

参见附图7，动定位装置702包括支撑座7021和加紧组件7022；支撑座7021可滑动于第二地轨102上，加紧组件7022为两个，每一个加紧组件7022均包括支架70221、竖直升降缸70222和水平加紧缸70223；支架70221可滑动于支撑座7021上，竖直升降缸70222固定于支架70221上且可沿竖直方向上运动；水平加紧缸70223位于竖直升降缸70222上，且可沿水平方向上加紧或放松；

其中，竖直升降缸70222和水平加紧缸70223均与控制终端电性连接。

采用静定位装置和动定位装置配合，实现静定位装置固定第一个需要横向焊接的杆件，动定位装置通过控制终端控制顺序移动，配合焊接机械手实现多个横向杆件位置的固定、焊接，满足多款车型顶盖骨架焊接的需求。

参见附图8，第一焊接机械手400和第二焊接机械手500均包括焊接底座401、焊接机械臂402及焊头403，焊接底座401通过焊接电机带动与第一地轨101或第三地轨103可滑动连接；焊接机械臂402可转动于焊接底座401上；焊头403连接于焊接机械臂402上；其中每一个焊接机械手的焊接底座上均具有一个挂线架800，挂线架800用于为为焊接头提供的焊丝挂接。

本发明还提供了一种实现上述车辆顶盖骨架智能柔性焊接系统的焊接方法，包括以下步骤：

s1、从控制终端中调出所要焊接生产的产品代号，控制终端根据产品代号自动调整边梁角度调节装置、上料装置、上料机械手、焊接机械手、抓紧定位装置的位置及工作状态；

s2、将左右边梁放入两侧边梁角度调节装置中，边梁角度调节装置自动定位夹紧；

s3、上料装置检测杆件尺寸、形状及位置后，上料机械手从上料装置上按顺序抓取对应杆件分别放入静定位装置和动定位装置，静定位装置和动定位装置自动夹紧；

s4、与s3步骤同时进行，第一焊接焊接机械手和第二焊接机械手配合上料机械手夹取动作依次完成各个杆件间的焊接；

s5、经上述s1-s4步骤焊接的顶盖骨架焊接产品件由吊具周转下线。

其中，s1中的控制终端内各焊接生产的产品代号对应的程序，通过导入编写的控制程序或在线编写的程序，根据上述程序控制终端自动生成并优化机械手运动方向和运动路径，并检验机械手可达范围，最后生成机械手作业程序。

本发明公开提供的车辆顶盖骨架智能柔性焊接系统的焊接方法，实现了在同一系统中，能够完成不同车型焊接顶盖骨架智能自动化的柔性焊接，降低了人员操作强度，提高了焊接效率，进而降低了单件顶盖骨架焊接成本。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。