防护栏自动焊接设备的制作方法

本发明属于工装焊接技术领域，尤其为房屋阳台或窗框的防护栏自动焊接设备。

背景技术：

本发明涉及对房屋阳台或窗框的防护栏自动焊接，防护栏的结构均为两个一上一下的横条加上连接两横条的若干竖条组成，连接方式一般为间接结构。防护栏是预防人或物品跌落而发生的危险起到防止意外事故发生的作用。防护栏的分类为路况防护栏、房屋阳台或窗框防护栏。窗框防护栏是是墙体与窗的过渡层，起一个固定以及防止周围墙体坍塌的作用。其主要由主杆竖条与横杆构成，制造时需要将若干条横杆的两端与主杆按照一定的间隔焊接而成。现有的防护栏焊接经历了两个阶段，一是完全手工焊接，此方式费时费力，精度不高，经验不足的焊接员往往存在焊接不牢固且速度达不到要求，严重影响了产品的质量及产出。针对这种情况，有人发明了一些防护栏焊接架，公开文献已有报道，如：

1.中国专利：由河南省郑州市中建七局安装工程有限公司发明的《防护栏焊接架》，申请号：2016208017857，申请日：20160728，该实用新型公开了一种防护栏焊接架，具体涉及一种便于工地用防护栏焊接的防护栏焊接架。要解决的技术问题是目前工地用防护栏焊接时焊接不整齐，挂钩和套筒难以配套，浪费人力物力，它包括支撑腿，支撑腿上设有相互垂直的底层横杆和底层竖杆，所述的底层横杆上设有顶层横杆，顶层横杆内侧设有定位杆，相邻定位杆之间的间距相等，所述的顶层横杆端部设有端部限位板，顶层横杆外侧设有侧面限位板；所述的底层竖杆上设有横向限位杆，横向限位杆上设有限位柱。

2.中国专利：另有四川省达州市渠县青龙乡寿桥村万建琼发明的《一种防护栏焊接设备》，申请号：2018110085682，申请日：20180831，该发明涉及一种防护栏焊接设备，人工对形状相同，但是规格尺寸不同的防护栏进行焊接时，需要的人工劳动强度大，而且效率低，焊接效果没有规整度，整体焊接外形不美观。该设备主要分为三部分：滑轨机构，送丝机构，焊接机构；该设备为自动化设备，可针对不同规格尺寸的防护栏通过更换不同的工装，实现防护栏焊接，因防护栏材质普遍使用碳钢，焊接方式使用气体保护焊接，另一方面使用三自由度平面机器人实现自动送焊丝进入到指定焊接位置，并列布置的焊枪对防护栏及母材进行焊接，三自由度平面机器人的焊枪焊接轨迹通过编程程序进行控制，焊接效果一致，效率提高。

以上专利可在一定程度解决了劳动强度问题，而本发明人在生产实践中发现，仍然存在以下缺点：

文献一虽然设计有具体的工装，但工装的可调性不高。因此严重影响了工作效率。

文献二是采用全自动化编程机器焊手，此方式解放了人力，而且如果横竖条质量达标，焊接质量还可以。但采用方法存在以下缺点：一是整套设备价格昂贵，而且设备是一整套配套的，原来人工方式时使用的焊机焊枪不能使用在此设备中，造成设备的浪费；二是该焊机如果出现故障，整套设备的其他零部件（如焊枪）基本上也不能使用，维护成本极高。

另外，目前市面上也出现了采用全自动化编程机器手的焊机是特制焊机，其全自动化编程机器手的工作原理是：根据需要，记录下某个型号的栏杆的焊接点的xyz轴值，测量标准的焊接行程（也就是竖条的宽度），在控制台上输入需要的数值，然后工人摆放好半成品，全自动化编程机器手根据编程好的焊接路径进行焊接。在半产品质量标准，人工摆放也非常到位的情况下，使用全自动化编程机器手的焊接效率很高，且能解放一部分劳动力。但是毕竟防护栏为非精品件，大部分的半成品质量参差不齐，大小、长度或宽度不一，横杆间隔也不一，而且半成品的主杆和横杆的直线度很难一致，甚至有些主杆中间还存在很大的弧度，在这这种情况下得到的xyz轴的值将会出现偏差，焊接行程也会出现偏差，这样难免会出现该焊的地方没有焊牢的缺陷，常常需要进行人工补焊，极大的影响了产品质量和工作效率，增加了成本。此外，上述方式每个工序只能焊接一个防护栏，操作员在等待全自动化编程机器手焊接的时候较为空隙，极大浪费了人力物力。因此，需要设计一种能够根据半成品的实际情况进行高精度焊接的自动化设备来迫切解决以上技术问题。

技术实现要素：

本发明目的在于提供了一种防护栏自动焊接设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明的目的是提供一种具有结构简单，夹紧牢固，焊接效率高，质量稳定，省时省力，操作方便，使用适应性广的一种防护栏自动焊接设备。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的防护栏自动焊接设备，其特点是：包括plc控制系统、机架、工装、夹紧装置和电焊机，所述工装安装在机架上，所述工装的表面上安装有需要焊接的工件，在所述工装的左右两外侧上还设计有能够对安装的工件表面的平整度进行扫描监测的红外线探测器，所述工装的一侧还设有对工件进行左右调整的液压系统的调节装置及气动系统的夹紧装置，所述机架前部表面还左右各安装有一个带动焊枪接头的焊嘴且始终能上下贴近所需要焊接工件部位的自动焊接架，所述各工装的底部前后左右各设有一个使得工件能够自动升降的高度调节装置，所述的自动焊接架上设有与plc控制系统连接的数据线，所述数据线还连接至少四个接近开关，机架上还安装有齿条，所述的plc控制系统与自动焊接架、夹紧装置及电焊机电性连接。

优选的，所述的plc控制系统包括驱动自动焊接架8的伺服电机；能够控制工件左右移动的液压控制箱和控制工件夹紧的气动控制器；用于控制焊接工件速度的电焊机；所述控制伺服电机通过的行程的两端头上至少各设两个接近开关，在与接近开关相近的伺服电机相应的位置上设有与接近开关相互感应的撞块，所述plc控制系统包括控制按钮开关、显示屏和指示表，所述伺服电机输出的主轴上还安装有齿轮，所述电焊机自带设有焊枪接头和焊嘴，所述的焊枪接头固定在自动焊接架上。

优选的，所述机架包括纵向左道轨和纵向右道轨，在所述纵向左道轨和纵向右道轨的上方还设有能够固定并带动自动焊接架行走的横向行走架，所述纵向左道轨的左右两侧上对称安装有两根导轨，在所述纵向左道轨的其中一根导轨的一侧，平行安装有能够与齿轮啮合的齿条，在所述横向行走架的右侧还固定有横向行走平衡架，所述纵向右道轨的表面中心开有的凹槽，所述纵向横向行走平衡架的下方设有能够与所述的凹槽相互滑动配合的行走导向滚轮，所述横向行走架上设有能够带动伺服电机与自动焊接架行走的前后两根定位横杆。

优选的，所述自动焊接架包括上板、中板、下板和定位纵杆，所述定位纵杆从上到下将上板、中板和下板贯穿，所述定位纵杆的杆内腔套有能够让中板和下板相对于上板升降的弹簧，其顶部通过设有的纵横夹紧部件夹紧固定在定位横杆上，所述定位纵杆的最底部还设有与工件表面时刻保持接触的工件定位触头，所述上板和中板的左右两侧之间还设有左右调节导柱，且通过螺母和销钉紧固，所述中板和下板左右之间还对称地设有能够使得自动焊接架上下调节的浮动升降柱，所述浮动升降柱内设有弹簧，所述下板的底部安装有接近开关，在对准备工件焊接部位的地方设有焊嘴，在所述下板的另一侧，设有触头水平固定柱，所述触头水平固定柱的另一端头安装有始终与工件的侧面保持接触的滚柱，所述触头水平固定柱的中段安装有支撑柱，所述支撑柱的上部连接有能够使得滚柱左右微调的滚柱调节杆，所述的滚柱调节杆的另一端与定位纵杆连接，所述的滚柱调节杆内还设有弹簧。

优选的，所述工装包括能够对工件进行正确定位安装的工装定位装置、气压控制的夹紧装置以及液压控制的能够使得工件左右移动液压控制箱，在所述工装定位装置左右对称两个且平行安装在机架上，所述机架的外则还安装有通过气动控制对工件进行固定夹紧的夹紧装置，所述液压控制箱安装在机架的下方，所述的夹紧装置至少有前后两个。

优选的，所述工装定位装置包括多个以固定间隔安装的工件定位托板和固定板，工件的每个横杆放置于各工件定位托板上方，所述固定板安装固定在工件定位托板的外侧，所述工件定位托板和固定板的数量及间隔根据工件的横杆的数量及间隔而定。

优选的，所述夹紧装置包括气动控制器和气缸，所述气动控制器上设有夹紧按钮开关。

优选的，所述液压控制箱包括移动油缸和液压控制部件，所述液压控制部件安装在横向行走平衡架上，所述液压控制部件与移动油缸连接。

优选的，所述机架上设有材质为磁铁的托架，所述托架通过磁性与机架连接，所述托架上安装红外线探测器，所述红外线探测器与plc控制系统电性连接。

优选的，所述高度调节装置与工件定位托板安装有能够互换的垫板，所述高度调节装置包括升降柱以及与滑动配合的定位套。

与现在技术相比，本发明的显著特点和突出进步是：

1.结构简单，质量稳定。本发明在工装表面上安装有需要焊接的工件，在工装的左右两外侧上还设计有能够对安装的工件表面摆放的平整度进行扫描监测的红外线探测器，工装的一侧还设有对工件进行左右调整的液压系统的调节装置及气动系统的夹紧装置，机架前部表面还左右各安装有一个带动焊枪接头的焊嘴且始终能上下贴近所需要焊接工件部位的自动焊接架，各自动焊接架的底部设有使得自动焊接架能够自动升降的焊接架高度调节装置，自动焊接架上设有与plc控制系统连接的数据线，能够根据半成品的实际高低或大小来自动焊接，从而确保焊点在xyz轴的准确性，避免了先采集标准产品的xyz轴的焊点，而在实际中如果碰到不标准产品需要人工补焊的缺陷，充分保证了产品的质量。

2.夹紧牢固，操作方便。本发明设置有至少两个甚至多个夹紧装置，充分提高了焊接时的稳定性，除此之外，设置的红外线探测器能够自动探测到工件是否确实摆放整齐，如出现凹凸现象发生，设备及时报警发出停止工作的信号，直至工作人员将工件调整到位时，方可进入工作状态，使得产品的质量得到了双重保证。

3.人性化设计，安全性好。本发明设置在机架的端部和尾部各设有至少两个接近开关可以用于识别焊接行程、出现意外时断电，防止焊接设备出现意外的功能，同时自动焊接架的底部也设有两个使得焊嘴无限地帖近需要焊接的工件部位，既保证了焊接质量，同时也对人身安全有了重大的保障。

4.工作效率高。本发明产品可一次性焊接多个栏杆，例如，前、中或后各放一个栏杆，在机器手焊接完一个栏杆的正面后，电机带动焊接架前往第二个栏杆，此时工作人员可将第一个栏杆翻到反面以等待电机带动自动焊接架返回继续焊接，直至为成品，方可取下，换上新的栏杆，如此反复循环，这样充分地利用了机器手和人工的工作间隙，节省了时间，从而大大提高了工作效率。

5.成本低，适应性广。本发明可利用现有的焊机、焊枪，节约成本，避免了新设备购置，旧设备的无端浪费，本设备不但可以适用于大型企业的大规模生产，同时也可适合于小型企业甚至家庭作坊的小规模生产。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1是本发明的主视结构示意简图。

图2是图1的俯视结构示意简图。

图3是图2的a向结构的示意简图。

图4是plc控制系统1的主视结构示意简图。

图5是自动焊接架8放大主视结构示意简图。

图6是图5的左视结构示意简图。

图7是图5的剖视结构示意简图。

图8是工装定位装置17的主视结构示意简图。

图9是图8的b-b的剖视结构示意简图。

图10是工件定位托板47的主视结构示意简图。

图11是工件固定在工装定位装置17的主视结构示意简图。

图12是图11的c-c的剖视结构示意简图。

图13是高度调节装置19的主视结构示意简图。

图14是图13的剖视结构示意简图。

图15是平衡架的主视结构示意简图。

图16是纵向左道轨5的主视结构示意简图。

图17是纵向右道轨12的主视结构示意简图。

图中部件名称及序号：

plc控制系统1、机架2、齿轮3、齿条4、纵向左道轨5、伺服电机6、焊枪接头7、自动焊接架8、横向行走架9、夹紧装置10、横向行走平衡架11、纵向右道轨12、移动油缸13、液压控制箱14、接近开关15、焊枪16、工装定位装置17、工件18、高度调节装置19、电焊机20、焊丝21、气动控制器22、夹紧按钮开关23、气缸24、液压控制部件25、控制按钮开关26、显示屏27、指示表28、纵横夹紧部件29、定位纵杆30、左右调节导柱31、螺母32、销钉33、上板34、中板35、下板36、浮动升降柱38、弹簧39、工件定位触头40、焊嘴41、触头水平固定柱42、滚柱43、支撑柱44、滚柱调节杆45、定位横杆46、工件定位托板47、固定板48、垫板49、升降柱50、定位套51、导轨52、凹槽53、行走导向滚轮54、撞块60、红外线探测器70、托架71。

具体实施方式

以下结合附图及其实施例对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

参看附图1～图17所示，本发明的防护栏自动焊接设备，通过以下方案实现：

本发明的防护栏自动焊接设备，包括plc控制系统1、机架2、工装、夹紧装置10和电焊机20，所述工装安装在机架2上，所述工装的表面上安装有需要焊接的工件18，在所述工装的左右两外侧上还设计有能够对安装的工件18表面的平整度进行扫描监测的红外线探测器70，所述工装的一侧还设有对工件进行左右调整的液压系统的调节装置及气动系统的夹紧装置10，所述机架2前部表面还左右各安装有一个带动焊枪接头7的焊嘴且始终能上下贴近所需要焊接工件部位的自动焊接架8，所述各工装的底部前后左右各设有一个使得工件18能够自动升降的高度调节装置19，所述的自动焊接架8上设有与plc控制系统1连接的数据线，所述数据线还连接至少四个接近开关15，机架2上还安装有齿条4，所述的plc控制系统1与自动焊接架8、夹紧装置10及电焊机20电性连接（参看附图1～图4）。

参看附图1～图4及图7所示，所述的plc控制系统1包括驱动自动焊接架8的伺服电机6；能够控制工件左右移动的液压控制箱14和控制工件夹紧的气动控制器22；用于控制焊接工件速度的电焊机20；所述控制伺服电机6通过的行程的两端头上各设三个接近开关15，在与接近开关15相近的伺服电机6相应的位置上设有与接近开关15相互感应的撞块60，所述plc控制系统1包括控制按钮开关26、显示屏27和指示表28，所述伺服电机6输出的主轴上还安装有齿轮3，所述电焊机20自带设有焊枪接头7和焊嘴41，所述的焊枪接头7固定在自动焊接架8上，所述机架2上设有材质为磁铁的托架71，所述托架71通过磁性与机架2连接，所述托架71上安装红外线探测器70，所述红外线探测器70与控制器1电性连接，所述plc控制系统1上设有控制按钮开关26，能够显示实时数据的显示屏27以及指示表28。

参看附图1、2、3、16及图17所示，所述机架2包括纵向左道轨5和纵向右道轨12，在所述纵向左道轨5和纵向右道轨12的上方还设有能够固定并带动自动焊接架8行走的横向行走架9，所述纵向左道轨5的左右两侧上对称安装有两根导轨52，在所述纵向左道轨5的其中一根导轨52的一侧，平行安装有能够与齿轮3啮合的齿条4，在所述横向行走架9的右侧还固定有横向行走平衡架11，所述纵向右道轨12的表面中心开有的凹槽53，所述纵向横向行走平衡架11的下方设有能够与所述的凹槽53相互滑动配合的行走导向滚轮54，所述横向行走架9上设有能够带动伺服电机6与自动焊接架8行走的前后两根定位横杆46（参看附图1～图4）。

参看附图5～图7所示，所述自动焊接架8包括上板34、中板35、下板36和定位纵杆30，所述定位纵杆30从上到下将上板34、中板35和下板36贯穿，所述定位纵杆30的杆内腔套有能够让中板35和下板36相对于上板34升降的弹簧39，其顶部通过设有的纵横夹紧部件29夹紧固定在定位横杆46上，所述定位纵杆30的最底部还设有与工件表面时刻保持接触的工件定位触头40，所述上板34和中板35的左右两侧之间还设有左右调节导柱31，且通过螺母32和销钉33紧固，所述中板35和下板36左右之间还对称地设有能够使得自动焊接架8上下调节的浮动升降柱38，所述浮动升降柱38内设有弹簧39，所述下板36的底部安装有两个接近开关15，在对准备工件焊接部位的地方设有焊嘴41，在所述下板36的另一侧，设有触头水平固定柱42，所述触头水平固定柱42的另一端头安装有始终与工件的侧面保持接触的滚柱43，所述触头水平固定柱42的中段安装有支撑柱44，所述支撑柱44的上部连接有能够使得滚柱43左右微调的滚柱调节杆45，所述的滚柱调节杆45的另一端与定位纵杆30连接，所述的滚柱调节杆45内还设有弹簧39。

参看附图1～图3所示，所述工装包括能够对工件进行正确定位安装的工装定位装置17、气压控制的夹紧装置10以及液压控制的能够使得工件左右移动液压控制箱14，在所述工装定位装置17左右对称两个且平行安装在机架2上，所述机架2的外则还安装有通过气动控制对工件进行固定夹紧的夹紧装置10，所述液压控制箱14安装在机架2的下方，所述的夹紧装置10至少有前后两个。

参看附图8～图12所示，所述工装定位装置17包括多个以固定间隔安装的工件定位托板47和固定板48，工件的每个横杆放置于各工件定位托板47上方，所述固定板48安装固定在工件定位托板47的外侧，所述工件定位托板47和固定板48的数量及间隔根据工件的横杆的数量及间隔而定。

参看附图1～图4所示，所述夹紧装置10包括气动控制器22和气缸24，所述气动控制器22上设有夹紧按钮开关23。

参看附图1～图3所示，所述液压控制箱14包括移动油缸13和液压控制部件25，所述液压控制部件25安装在横向行走平衡架11上，所述液压控制部件25与移动油缸13连接。

参看附图13、14、15以及图17所示，所述高度调节装置19与工件定位托板47安装有能够互换的垫板49，当工件18的规格有在变动时，可以替换不同厚度的垫板49，所述高度调节装置19包括升降柱50以及与滑动配合的定位套51。

本防护栏自动焊接设备的工作过程：

使用时，只需将工件18的两根主杆竖条放置在工装定位装置17上表面，再将各横杆按照各工件定位托板47的间隔位置放平，打开plc控制系统1的控制按钮开关26，调节工装定位装置17的高度，依次打开移动油缸13和液压控制箱14的开关，使得工件18被夹紧装置10固定并夹紧在工装上，红外线探测器70对安装的工件18表面摆放的平整度进行扫描探测工件是否置于焊接平面内，若工件出现凹或凸不平，红外线探测器70将此信号传输给plc控制系统1，plc控制系统1将停止设备工作并在显示屏27上显示错误提示，当工作人员将半成品调整在焊接平面后，设备则正常启动，打开伺服电机6，使得伺服电机6主轴带动齿轮3转动并与齿条4啮合，带动横向行走架9上的自动焊接架8沿着纵向左道轨5和纵向右道轨12向前运动，在自动焊接架8的运动中，由于弹簧39的作用，滚柱调节杆45可以左右移动使得滚柱43始终贴近工件18的侧面，上板34、中板35和下板36可以上下升降使得工件定位触头40始终贴近工件18的焊接表面，将焊枪16的焊嘴41对准工件18的焊接部位，打开与焊丝21连接的电焊机20的开关：

（1）当自动焊接架8上的两个接近开关15靠近需要焊接工件18上方3mm以内时，则接近开关15将会发送“已靠近栏杆”信号传到plc控制系统1；plc控制系统1则传输命令焊机开始焊接，此时，只要接近开关15还在接近工件18（即栏杆的上方），接近开关15给plc控制系统1的反馈仍然是“还在焊区”，plc控制系统1仍然传输命令焊机继续焊接，直至接近开关15彻底的离开了工件18的上方，接近开关15会发送“已经离开栏杆”信号给plc控制系统1，plc控制系统1则传输命令焊机暂停焊接。

（2）当所有工件18焊接完毕，伺服电机6下方的撞块60接近机架2尾部的第一个接近开关15时，接近开关15将传输命令“已经到达设备尾部”的信号给plc控制系统1；plc控制系统1则传输命令让伺服电机6返回机架2端部，为下一次焊接作准备。

（3）若尾部的第一个接近开关15出现故障，撞块60将会到达第二个接近开关15的上方，此时，第二个接近开关15将发送“已经到达设备尾部”的信号给plc控制系统1；plc控制系统1传输命令让伺服电机6返回机架2端部，为下一次焊接作准备。

（4）若第二个接近开关15仍然出现故障，撞块60将会到达第三个接近开关15的上方，此时，第三个接近开关15将发送“请断电”的信号给plc控制系统1；plc控制系统1则传输命令让伺服电机6即刻断电，从而保证人身的安全。

（5）当伺服电机6返回机架2端部，且伺服电机6下方的撞块60接近机架2端部的接近开关15时，接近开关15将发送“已经到达机架2端部”的信号给plc控制系统1；plc控制系统1则传输命令让伺服电机6停止。

（6）若端部的第一个接近开关15出现故障，并且撞块60接近机架2端部的第二个接近开关15时，第二个接近开关15将发送“已经到达机架端部”的信号给plc控制系统1；plc控制系统1则传输命令让伺服电机6停止。

（7）若第二个接近开关15仍然出现故障，撞块60将会到达第三个接近开关15上方，此时，第三个接近开关15将发送“请断电”的信号给plc控制系统1；plc控制系统1则传输命令让伺服电机6即刻断电，从而保证安全。

（8）本发明的设备上的工装可以摆放至少三个半成品的主杆竖条，在设备上焊接完一个工件18的主杆竖条和横条的正面后，工作人员可将半成品的工件18翻到反面（若工件18的两面焊接完毕，则工作人员可继续放置新的主杆竖条和横条），此时设备已在同时进行焊接下一下工件18，设备与工人工作之间无需等待，从而大大地提高了工作效率，降低了成本。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。