一种汽车门环激光拼焊钢板的自动拼装夹具及操作方法与流程

1.本发明涉及自动拼焊设备技术领域，尤其是一种汽车门环激光拼焊钢板的自动拼装夹具及操作方法。


背景技术：

2.目前，拼焊技术的应用越来越成熟，更多的车型选择拼焊件。在轻量化的多种技术路线中，因为成本和技术强度等原因，不同板厚，不同形状的汽车钢板拼焊成为了主流。
3.现有技术中，通常采用的方法是针对不同板型，专门开发一套工装夹具，其专业性很强，但是大大提高了开发和试验成本，无法适应柔性化生产需求。


技术实现要素：

4.本技术人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种汽车门环激光拼焊钢板的自动拼装夹具及操作方法，从而有效的解决拼焊不同样式的汽车门环钢板，通用性强、工作效率高、大大降低了成本。
5.本发明所采用的技术方案如下：
6.一种汽车门环激光拼焊钢板的自动拼装夹具，包括工作台，所述工作台上表面固定安装有多组电磁铁装配组件、多组视觉相机机构和多组焊接驱动机构；具体安装为：包括间隔分散固定在工作台上的多组电电磁铁装配组件，每组电磁铁装配组件一旁的工作台上均安装有焊接驱动机构，每组电磁铁装配组件的两侧均安装有视觉相机机构，所述电磁铁装配组件的上方放置待焊接的工件，通过组合电磁铁装配组件、视觉相机机构和焊接驱动机构的数量，可以适用四、五、六焊缝的自动拼合工作。
7.其进一步技术方案在于：
8.工作台上分布有四组电磁铁装配组件、八组视觉相机机构和五组焊接驱动机构。
9.各组电磁铁装配组件的结构相同，一号电磁铁装配组件的结构为：包括磁铁支撑架体，所述磁铁支撑架体的两端对称安装有垂直的支撑架，所述支撑架的顶面同时安装一块垫块，所述垫块的上表面两端通过冷水板安装两块间隔的电磁铁，两块电磁铁之间设置有除尘板。
10.所述磁铁支撑架体采用双层底板结构。
11.所述冷水板的底部安装有除尘罩，除尘罩通过除尘口与除尘器的管路接通，电磁铁通电后吸附钢板，除尘口抽吸焊接烟尘。
12.各组焊接驱动机构的结构相同，一号焊接驱动机构的结构为：包括底板、中间板、一号旋转板、电磁铁连接板、x轴伺服移动单元、y轴伺服移动单元、c轴伺服旋转单元和小电磁铁，所述中间板由导轨滑块做支撑放在底板上，x轴伺服移动单元在底板上并带动中间板做x轴运动；一号旋转板由导轨滑块做支撑放在中间板上，y轴伺服移动单元放在中间板上带动一号旋转板做y轴运动；电磁铁连接板由转动轴承做支撑放在一号旋转板上，c轴伺服旋转单元放在一号旋转板上带动电磁铁连接板做旋转运动，小电磁铁放在电磁铁连接板上
来吸附钢板。
13.所述x轴伺服移动单元和y轴伺服移动单元的结构相同，
14.其中x轴伺服移动单元包括电机，所述电机安装在l型板上，电机的输出端通过联轴器安装丝杆，所述丝杆上通过螺母套有连接块，丝杆的两端通过固定块支撑；
15.c轴伺服旋转单元的结构为：包括电机，所述电机安装在l型板上，电机的输出端通过联轴器安装丝杆，所述丝杆上通过螺母套有连接套，丝杆的两端通过固定块支撑；还包括c轴旋转底板，所述l型板和固定块均锁紧在c轴旋转底板上，c轴旋转底板通过轴承支撑连接在一号旋转板上，连接套通过轴承连接在电磁铁连接板上，通过丝杆运动，螺母带动连接套的直线运动转化成电磁铁连接板的旋转运动。
16.所述连接块呈直角形结构，连接块的一端开有与螺母配合的孔，连接块的另一端开有多个通孔和长圆孔。
17.各组视觉相机机构的结构相同，一号视觉相机机构的结构为：包括机构固定座、旋转驱动固定座、升降驱动固定座、二号旋转板、旋转管、视觉相机组件、旋转驱动装置、升降驱动装置、带传动机构和z轴驱动升降单元，机构固定座上设置有立板，所述立板顶部安装有升降驱动固定座和z轴升降单元，升降驱动装置固定在升降驱动固定座的底面，旋转驱动固定座固定在z轴驱动升降单元上，升降驱动装置通过带传动机构带动旋转驱动固定座在z轴驱动升降单元上做升降运动；旋转驱动装置固定在旋转驱动固定座的底面，旋转驱动装置的输出端连接转盘，与转盘同轴安装有二号旋转板，两个旋转管穿在二号旋转板上，由旋转驱动装置带动做旋转运动，视觉相机组件固定在两个旋转管之间。
18.一种汽车门环激光拼焊钢板的自动拼装夹具的操作方法，包括如下操作步骤：
19.第一步：先将一号钢板放在一号电磁铁装配组件和四号电磁铁装配组件上；
20.第二步：由一号视觉相机机构和二号视觉相机结构拍照，确定钢板焊缝位置，由一号视觉相机机构和二号视觉相机结构向一号焊接驱动机构发出指令，一号焊接驱动机构吸附一号钢板经x、y、c移动到目标位置；
21.第三步：一号电磁铁装配组件吸附一号钢板；
22.第四步：将二号钢板放在一号电磁铁装配组件和二号电磁铁装配组件上；
23.第五步：同时五号钢板放在三号电磁铁装配组件和四号电磁铁装配组件上；
24.第六步：再由一号视觉相机机构和二号视觉相机机构、七号视觉相机机构和八号视觉相机机构拍照，确定钢板和钢板焊缝位置，由一号视觉相机机构和二号视觉相机机构向焊接驱动机构发出指令，七号视觉相机机构和八号视觉相机机构向五号焊接驱动机构发出指令，二号焊接驱动机构吸附钢板经x、y、c移动到目标位置与钢板对位，焊接驱动机构吸附钢板经x、y、c移动到目标位置与钢板对位，再由一号视觉相机机构、二号视觉相机机构、七号视觉相机机构和八号视觉相机机构同时检测二号钢板与五号钢板对位间隙均达到0.15mm以内视为合格；
25.第七步：一号电磁铁装配组件和二号电磁铁装配组件吸附二号钢板，三号电磁铁装配组件和四号电磁铁装配组件吸附钢板；
26.第八步：再将三号钢板放在二号电磁铁装配组件上，由三号视觉相机机构和四号视觉相机机构拍照，确定三号钢板焊缝位置，由三号视觉相机机构和四号视觉相机机构向三号焊接驱动机构发出指令，三号焊接驱动机构吸附三号钢板经x、y、c移动到目标位置与
二号钢板对位，检测三号钢板与二号钢板间隙达到0.15mm以内视为合格，二号电磁铁装配组件吸附三号钢板；
27.第九步：最后将四号钢板放在二号电磁铁装配组件和三号电磁铁装配组件上，由三号视觉相机机构、四号视觉相机机构、五号视觉相机机构和六号视觉相机机构同时拍照，确定四号钢板焊缝位置，由三号视觉相机机构、四号视觉相机机构、五号视觉相机机构和六号视觉相机机构向四号焊接驱动机构发出指令，四号焊接驱动机构吸附四号钢板经x、y、c移动到目标位置与三号钢板及五号钢板对位，检测四号钢板与三号钢板及五号钢板间隙均达到0.15mm以内视为合格，二号电磁铁装配组件和三号电磁铁装配组件吸附四号钢板；
28.第十步：五张钢板均对位合格后，八组视觉相机机构旋转下降到原位后，可执行下道工序。
29.本发明的有益效果如下：
30.本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过电磁铁装配组件、焊接驱动机构和视觉相机组件的互相配合工作可以方便的完成汽车门环的激光拼焊工作，可以自由组合，适应不同板厚，不同形状的拼装，通用性强，大大降低了加工成本，且能满足试验性或批量化生产需要，缩短了生产周期。
31.同时，本发明还具备如下优点：
32.1.本发明采用自动对位拼装钢板，目的用于提高整套设备的节拍，节约成本。
33.2.本发明焊接不同车型的汽车门环板料时，只需要调整电磁铁装配组件、焊接驱动机构、视觉相机机构的位置，即可满足拼装要求。
34.3.本发明具备调节对拼焊缝间隙的功能，提高产品成品率：
35.板厚≤1.5mm，焊缝间隙≤0.1mm；
36.板厚＞1.5mm，焊缝间隙≤0.15mm；
37.4.本发明采用电磁铁吸附钢板，控制电磁铁通磁、放磁自如，可以很好的固定钢板。
38.5.本发明采用焊接驱动机构带动钢板运动，通过x轴、y轴、旋转运动实现钢板各种位置的移动。高精度、高效率。
39.6.本发明采用视觉相机机构检测钢板位置，可实现高精度，高分辨率检测。焦距可调，即调整视场范围大小。
40.7.本发明拼接缝隙在0-10毫米之间可以任意调整，使用灵活方便。
附图说明
41.图1为本发明的结构示意图。
42.图2为本发明电磁铁装配组件的结构示意图。
43.图3为本发明电磁铁装配组件的主视图。
44.图4为本发明电磁铁装配组件的侧视图。
45.图5为本发明焊接驱动机构的结构示意图。
46.图6为本发明焊接驱动机构的爆炸图。
47.图7为本发明c轴伺服旋转单元的结构示意图。
48.图8为本发明视觉相机机构的结构示意图。
49.图9为本发明另一种实施例的结构示意图。
50.其中：6、一号电磁铁装配组件；7、二号电磁铁装配组件；8、三号电磁铁装配组件；9、四号电磁铁装配组件；10、一号视觉相机机构；11、二号视觉相机机构；12、三号视觉相机机构；13、四号视觉相机机构；14、五号视觉相机机构；15、六号视觉相机机构；16、七号视觉相机机构；17、八号视觉相机机构；18、一号焊接驱动机构；19、二号焊接驱动机构；20、三号焊接驱动机构；21、四号焊接驱动机构；22、五号焊接驱动机构；
51.401、底板；402、中间板；403、一号旋转板；404、电磁铁连接板；405、x轴伺服移动单元；406、y轴伺服移动单元；407、c轴伺服旋转单元；408、小电磁铁；409、电机；410、l型板；411、联轴器；412、丝杆；413、连接块；414、固定块；415、转动轴承；416、连接套；417、c轴旋转底板；
52.501、机构固定座；502、旋转电机固定座；503、升降电机固定座；504、二号旋转板；505、旋转管；506、视觉相机组件；507、旋转电机；508、升降电机；509、带传动机构；510、z轴伺服升降单元；511、立板；512、转盘；
53.601、磁铁支撑架体；602、垫块；603、电磁铁；604、除尘口；605、支撑架；606、除尘板；607、冷水板；608、除尘罩；
54.a、一号钢板；b、二号钢板；c、三号钢板；d、四号钢板；e、五号钢板。
具体实施方式
55.下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
56.如图1-图9所示，本实施例的汽车门环激光拼焊钢板的自动拼装夹具，包括工作台，工作台上表面固定安装有多组电磁铁装配组件、多组视觉相机机构和多组焊接驱动机构；具体安装为：包括间隔分散固定在工作台上的多组电电磁铁装配组件，每组电磁铁装配组件一旁的工作台上均安装有焊接驱动机构，每组电磁铁装配组件的两侧均安装有视觉相机机构，电磁铁装配组件的上方放置待焊接的工件，通过组合电磁铁装配组件、视觉相机机构和焊接驱动机构的数量，可以适用四、五、六焊缝的自动拼合工作。
57.工作台上分布有四组电磁铁装配组件、八组视觉相机机构和五组焊接驱动机构。
58.各组电磁铁装配组件的结构相同，一号电磁铁装配组件6的结构为：包括磁铁支撑架体601，磁铁支撑架体601的两端对称安装有垂直的支撑架605，支撑架605的顶面同时安装一块垫块602，垫块602的上表面两端通过冷水板607安装两块间隔的电磁铁603，两块电磁铁603之间设置有除尘板606。
59.磁铁支撑架体601采用双层底板结构。
60.冷水板607的底部安装有除尘罩608，除尘罩608通过除尘口604与除尘器的管路接通，电磁铁603通电后吸附钢板，除尘口604抽吸焊接烟尘。
61.各组焊接驱动机构的结构相同，一号焊接驱动机构18的结构为：包括底板401、中间板402、一号旋转板403、电磁铁连接板404、x轴伺服移动单元405、y轴伺服移动单元406、c轴伺服旋转单元407和小电磁铁408，中间板402由导轨滑块做支撑放在底板401上，x轴伺服移动单元405在底板401上并带动中间板402做x轴运动；一号旋转板403由导轨滑块做支撑放在中间板402上，y轴伺服移动单元406放在中间板402上带动一号旋转板403做y轴运动；电磁铁连接板404由转动轴承415做支撑放在一号旋转板403上，c轴伺服旋转单元407放在
一号旋转板403上带动电磁铁连接板404做旋转运动，小电磁铁408放在电磁铁连接板404上来吸附钢板。
62.x轴伺服移动单元405和y轴伺服移动单元406的结构相同，其中x轴伺服移动单元405包括电机409，电机409安装在l型板410上，电机409的输出端通过联轴器411安装丝杆412，丝杆412上通过螺母套有连接块413，丝杆412的两端通过固定块414支撑；
63.c轴伺服旋转单元407的结构为：包括电机409，电机409安装在l型板410上，电机409的输出端通过联轴器411安装丝杆412，丝杆412上通过螺母套有连接套416，丝杆412的两端通过固定块414支撑；还包括c轴旋转底板417，l型板410和固定块414均锁紧在c轴旋转底板417上，c轴旋转底板417通过轴承支撑连接在一号旋转板403上，连接套416通过轴承连接在电磁铁连接板404上，通过丝杆412运动，螺母带动连接套416的直线运动转化成电磁铁连接板404的旋转运动。
64.连接块413呈直角形结构，连接块413的一端开有与螺母配合的孔，连接块413的另一端开有多个通孔和长圆孔。
65.各组视觉相机机构的结构相同，一号视觉相机机构10的结构为：包括机构固定座501、旋转驱动固定座、升降驱动固定座、二号旋转板504、旋转管505、视觉相机组件506、旋转驱动装置、升降驱动装置、带传动机构509和z轴驱动升降单元，机构固定座501上设置有立板511，立板511顶部安装有升降驱动固定座和z轴升降单元，升降驱动装置固定在升降驱动固定座的底面，旋转驱动固定座固定在z轴驱动升降单元上，升降驱动装置通过带传动机构509带动旋转驱动固定座在z轴驱动升降单元上做升降运动；旋转驱动装置固定在旋转驱动固定座的底面，旋转驱动装置的输出端连接转盘512，与转盘512同轴安装有二号旋转板504，两个旋转管505穿在二号旋转板504上，由旋转驱动装置带动做旋转运动，视觉相机组件506固定在两个旋转管505之间。
66.上述所述的驱动装置可以采用气缸或者电机，以电机为例：
67.一号视觉相机机构10的结构为：包括机构固定座501、旋转电机固定座502、升降电机固定座503、二号旋转板504、旋转管505、视觉相机组件506、旋转电机507、升降电机508、带传动机构509和z轴伺服升降单元510，机构固定座501上设置有立板511，立板511顶部安装有升降电机固定座503和z轴伺服升降单元510，升降电机508固定在升降电机固定座503的底面，旋转电机固定座502固定在z轴伺服升降单元510上，升降电机508通过带传动机构509带动旋转电机固定座502在z轴伺服升降单元510上做升降运动；旋转电机507固定在旋转电机固定座502的底面，旋转电机507的输出端连接转盘512，与转盘512同轴安装有二号旋转板504，两个旋转管505穿在二号旋转板504上，由旋转电机507带动做旋转运动，视觉相机组件506固定在两个旋转管505之间。
68.本实施例的汽车门环激光拼焊钢板的自动拼装夹具的操作方法，包括如下操作步骤：
69.第一步：先将一号钢板a放在一号电磁铁装配组件6和四号电磁铁装配组件9上；
70.第二步：由一号视觉相机机构10和二号视觉相机机构11拍照，确定钢板a焊缝位置，由一号视觉相机机构10和二号视觉相机机构11向一号焊接驱动机构18发出指令，一号焊接驱动机构18吸附一号钢板a经x、y、c移动到目标位置；
71.第三步：一号电磁铁装配组件6吸附一号钢板a；
72.第四步：将二号钢板b放在一号电磁铁装配组件6和二号电磁铁装配组件7上；
73.第五步：同时五号钢板e放在三号电磁铁装配组件8和四号电磁铁装配组件9上；
74.第六步：再由一号视觉相机机构10和二号视觉相机机构11、七号视觉相机机构16和八号视觉相机机构17拍照，确定钢板b和钢板e焊缝位置，由一号视觉相机机构10和二号视觉相机机构11向二号焊接驱动机构19发出指令，七号视觉相机机构16和八号视觉相机机构17向五号焊接驱动机构22发出指令，二号焊接驱动机构19吸附钢板b经x、y、c移动到目标位置与钢板a对位，五号焊接驱动机构22吸附钢板e经x、y、c移动到目标位置与钢板a对位，再由一号视觉相机机构10、二号视觉相机机构11、七号视觉相机机构16和八号视觉相机机构17同时检测二号钢板b与五号钢板e对位间隙均达到0.15mm以内视为合格；
75.第七步：一号电磁铁装配组件6和二号电磁铁装配组件7吸附二号钢板b，三号电磁铁装配组件8和四号电磁铁装配组件9吸附钢板e；
76.第八步：再将三号钢板c放在二号电磁铁装配组件7上，由三号视觉相机机构12和四号视觉相机机构13拍照，确定三号钢板c焊缝位置，由三号视觉相机机构12和四号视觉相机机构13向三号焊接驱动机构20发出指令，三号焊接驱动机构20吸附三号钢板c经x、y、c移动到目标位置与二号钢板b对位，检测三号钢板c与二号钢板b间隙达到0.15mm以内视为合格，二号电磁铁装配组件7吸附三号钢板c；
77.第九步：最后将四号钢板d放在二号电磁铁装配组件7和三号电磁铁装配组件8上，由三号视觉相机机构12、四号视觉相机机构13、五号视觉相机机构14和六号视觉相机机构15同时拍照，确定四号钢板d焊缝位置，由三号视觉相机机构12、四号视觉相机机构13、五号视觉相机机构14和六号视觉相机机构15向四号焊接驱动机构21发出指令，四号焊接驱动机构21吸附四号钢板d经x、y、c移动到目标位置与三号钢板c及五号钢板e对位，检测四号钢板d与三号钢板c及五号钢板e间隙均达到0.15mm以内视为合格，二号电磁铁装配组件7和三号电磁铁装配组件8吸附四号钢板d；
78.第十步：五张钢板均对位合格后，八组视觉相机机构旋转下降到原位后，可执行下道工序。
79.本实施例的汽车门环激光拼焊钢板的自动拼装夹具的操作方法，可以根据实际需求来焊接五张钢板或者四张钢板等。
80.本发明的具体机构和功能如下：
81.主要包括一号电磁铁装配组件6、二号电磁铁装配组件7、三号电磁铁装配组件8和四号电磁铁装配组件9，他们的结构相同，均固定在工作台上，用于钢板吸附固定。
82.一号焊接驱动机构18、二号焊接驱动机构19、三号焊接驱动机构20、四号焊接驱动机构21、五号焊接驱动机构22，他们的结构相同，均固定在工作台上，用于移动钢板到目标位置。
83.一号视觉相机机构10、二号视觉相机机构11、三号视觉相机机构12、四号视觉相机机构13、五号视觉相机机构14、六号视觉相机机构15、七号视觉相机机构16、八号视觉相机机构17，分别设置于电磁铁装配组件的两侧，每条焊缝两端各有一处检测点，用于检测钢板的实际位置与目标位置距离。
84.单个电磁铁转配组件的结构相同，以一号电磁铁装配组件6为例：
85.如图2-图4所示，主要包括磁铁支撑架体601、冷水板607置于磁铁支撑架体601上、
电磁体603置于冷水板607上、除尘口604，其中电磁体603置于冷水板607上通电后用于吸附钢板、除尘口604用于抽吸焊接烟尘。
86.单个焊接驱动机构的结构相同，以一号焊接驱动机构18为例：
87.主要包括底板401、中间板402、一号旋转板403、电磁铁连接板404、x轴伺服移动单元405、y轴伺服移动单元406、c轴伺服旋转单元407、小电磁铁408。
88.其中中间板402由导轨滑块做支撑放在底板401上，x轴伺服移动单元405放在底板401带动中间板402做x轴运动；一号旋转板403由导轨滑块做支撑放在中间板402，y轴伺服移动单元406放在中间板402上带动一号旋转板403做y轴运动；电磁铁连接板404由轴承做支撑放在一号旋转板403，c轴伺服旋转单元407放在一号旋转板403上带动电磁铁连接板404做旋转运动，c轴伺服旋转单元407旋转角度为
±5°
；小电磁铁408放在电磁铁连接板404用来吸附钢板。
89.单个视觉相机机构的结构相同，以一号视觉相机机构10为例：
90.主要包括机构固定座501、旋转电机固定座502、升降电机固定座503、二号旋转板504、旋转管505、视觉相机组件506、旋转电机507、升降电机508、带传动机构509、z轴伺服升降单元510等；
91.其中升降电机固定座503及z轴伺服升降单元510固定在机构固定座501上，升降电机508固定在升降电机固定座503上，旋转电机固定座502固定在z轴伺服升降单元510上，升降电机508通过带传动机构509带动旋转电机固定座502在z轴伺服升降单元510上做升降运动；旋转电机507固定在旋转电机固定座502上，二号旋转板504通过轴承支撑连接在旋转电机507上，两个旋转管505穿在二号旋转板504上，由旋转电机507带动做旋转运动；视觉相机组件506固定在两个旋转管505上，可以在管上调节需要的位置。
92.本实施例采用的焊接的汽车门环板料厚度为1.2mm的一号钢板a、厚度为1.8mm的二号钢板b、厚度为1.4mm的三号钢板c、厚度为1.2mm的四号钢板d和厚度为1.2mm的五号钢板e，钢板为冷轧成形钢。
93.电磁铁装配组件包括磁铁支撑架体601、两块电磁铁603、冷水板607、除尘口604。两块电磁铁603间距14mm；冷水板607放在两块电磁铁603的下方，用于电磁铁的冷却；除尘口604置于电磁铁下方，抽吸焊接烟尘。
94.焊接驱动机构中包括底板401、中间板402、一号旋转板403、电磁铁连接板404、x轴伺服移动单元405、y轴伺服移动单元406、c轴伺服旋转单元407、小电磁铁408。中间板402在底板401上的导轨滑块的支撑下，由x轴伺服移动单元405带动做x轴运动，运动范围
±
25mm；一号旋转板403在中间板402上的导轨滑块的支撑下，由y轴伺服移动单元406带动做y轴运动，运动范围
±
25mm；电磁铁连接板404放在一号旋转板403内的轴承上，由c轴伺服旋转单元407带动做旋转运动，旋转角度
±5°
；小电磁铁408放在电磁铁连接板404上。由上所述焊接驱动机构，由小电磁铁408吸附钢板做x/y及旋转运动。
95.视觉相机机构包括机构固定座501、旋转电机固定座502、升降电机固定座503、二号旋转板504、旋转管505、视觉相机组件506、旋转电机507、升降电机508、带传动机构509、z轴伺服升降单元510。z轴伺服升降单元510固定在机构固定座501上，旋转电机固定座502固定在z轴伺服升降单元510上，做z方向的升降运动，旋转组件固定在旋转伺服移动单元上，视觉相机组件506固定在旋转管505上，由旋转电机507带动做旋转运动，旋转角度
±
60
°
。
96.通过电磁铁装配组件、焊接驱动机构和视觉相机组件506的互相配合工作可以方便的完成汽车门环的激光拼焊工作，可以自由组合，适应不同板厚，不同形状的拼装，通用性强，大大降低了加工成本，且能满足试验性或批量化生产需要，缩短了生产周期。
97.以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。