一种基于三轴运动的自动焊接装置

1.本发明涉及焊接技术领域，尤其是涉及一种基于三轴运动的自动焊接装置。


背景技术：

2.焊接在工业制造领域具有非常重要的地位，是一种综合性极强的技术，在航天航空、国防军工、汽车及零部件制造业等领域有很广泛的应用。过去的人工焊接技术和焊接平台需要大量的人力资源，而且对于操作人员的技术要求较高。因此，过去的人工焊接及焊接平台满足不了目前的焊接质量和效率要求。此外，操作人员在进行焊接作业时，焊接过程中产生的强光，烟雾等会给操作人员的身体健康造成很大的威胁。随着科学技术的不断进步，自动化焊接技术在机械制造行业中快速发展并在行业中占据了有利地位。目前，智能化和自动化焊接成为现代焊接领域的研究热点。而在现有少数自动化焊接装置中其自动化程度低，焊接方式单一，工作效率低，同时由于动力结构在运行时，由于其稳定性差以及信息采集误差大，导致焊接出的效果差,并且无法满足对于不同厚度尺寸的钢板进行焊接，适应性较低。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种基于三轴运动的自动焊接装置。
4.根据本发明第一方面实施例的一种基于三轴运动的自动焊接装置，包括：
5.支撑平台；
6.结构相同的第一横向传动机构和第二横向传动机构；所述第一横向传动机构和所述第二横向传动机构平行安装于所述支撑平台表面；
7.执行机构，所述执行机构固定设置于所述支撑平台表面；所述执行机构分别与所述第一横向传动机构、所述第二横向传动机构啮合连接；
8.竖向传动机构，所述竖向传动机构垂直于所述第一横向传动机构，所述竖向传动机构一端活动连接所述第一横向传动机构，所述竖向传动机构另一端活动连接所述第二横向传动机构；
9.升降传动机构，所述升降传动机构活动连接所述竖向传动机构，所述升降传动机构垂直于所述竖向传动机构；所述升降传动机构顶端固定连接有固定平台；
10.焊接机构，远离所述执行机构的所述支撑平台表面固定设置有所述焊接机构。
11.根据本发明实施例的一种基于三轴运动的自动焊接装置，通过所述固定平台将待焊接的金属板按特定方式固定，所述固定平台与所述焊接机构相适配；使在焊接过程稳定性更高，可适应性广，同时焊接效果更好；通过所述横向传动机构、所述执行机构、所述竖向传动机构和所述升降传动机构的设置，自动地将待焊接的金属板移动到最合适的焊接空间位置；提高焊接效率，通过所述焊接机构设置，所述焊接机构通过多步进电机配合可以在空间多自由度运动，同时由于所述焊接机构设置有激光定位装置，其自动化程度更高，信息采
集稳定焊接精准度高；整个焊接过程只需人工将待焊接的金属板固定在固定平台上，后续焊接本发明装置自动化进行，保护操作人员的健康安全，节省人力降低焊接成本。
12.根据本发明的一些实施例，所述焊接机构包括：支柱、旋转臂、焊接枪固定臂、定位装置和定位固定臂；所述支柱一端固定连接所述支撑平台，远离所述支撑平台的所述支柱一端活动连接所述旋转臂，远离所述支柱的所述旋转臂一端活动连接所述焊接枪固定臂，远离所述旋转臂的所述焊接枪固定臂一端固定连接所述定位固定臂，所述定位固定臂另一端固定连接所述定位装置；所述焊接枪固定臂固定设置有焊接枪，所述支柱与所述旋转臂活动连接处设置有第四步进电机，所述旋转臂与所述焊接枪固定臂活动连接处设置有第五步进电机。多步进电机设置及配合工作，使所述焊接机构实现在空间位置多角度运动，可实现多种特殊焊接方式，其焊接效率更高。
13.根据本发明的一些实施例，所述定位装置包括：框架、ccd相机、拱形支架及激光夹持器；所述框架固定连接所述定位固定臂，ccd相机内底部固定安装所述ccd相机；靠近所述ccd相机的所述框架内中部固定连接所述拱形支架，所述拱形支架的拱形顶端活动连接所述激光夹持器。通过所述激光夹持器设置及为适应所述ccd相机设置的框架，解决了焊接时信息采集不稳定，误差大问题；所述ccd相机及所述激光的设置，使精准定位到金属板待焊接的位置，通过所述焊接枪实现自动焊接，在焊接移动过程中，所述ccd相机及所述激光可实现实时采集数据，保证其焊接的精准性及稳定性。
14.根据本发明的一些实施例，所述固定平台包括：固定台面、固定杆和固定框架；所述固定台面表面两侧固定设置有竖杆，所述竖杆活动连接所述固定框架，所述固定杆两端活动连接所述固定框架。所述固定框架用于对水平放置的金属板进行固定，所述固定杆用于对竖直放置的金属板进行固定，对不同厚度的金属板固定时，可对所述固定框架、所述固定杆位置进行调节，其适应性更广固定方便，并且更加稳定，同时所述固定平台设计与所述焊接机构相适配，更方便了所述焊接机构对待焊接的金属板的焊缝信息进行采集判断，并进行焊接。
15.根据本发明的一些实施例，所述第一横向传动机构和所述第二传动机构包括：基座、第一支撑杆和第一丝杆；所述基座固定设置于所述支撑平台表面两端，所述第一支撑杆固定连接所述基座，所述第一丝杆活动连接所述基座，所述第一丝杆一端穿过所述基座。所述执行机构包括：第一步进电机、传动齿轮轴、轴承座和从动齿轮轴，所述第一步进电机和所述轴承座固定设置于所述支撑平台，所述第一步进电机固定连接所述传动齿轮轴，所述传动齿轮轴与所述从动齿轮轴直齿轮啮合连接，所述从动齿轮轴穿过所述轴承座，所述从动齿轮轴末端斜齿轮与所述第一丝杆一端斜齿轮啮合。所述基座和所述第一支撑杆设置，使其可以承受住更重的金属板，所述第一丝杆及所述执行机构设置可以使固定平台实现同步横向移动。
16.根据本发明的一些实施例，所述竖向传动机构包括：第一连接件、第二连接件、第二步进电机、第二支撑杆和第二丝杆；所述第一连接件活动连接所述第一横向传动机构，所述第二连接件活动连接所述第二横向传动机构，所述第二支撑杆一端固定连接所述第一连接件，所述第二支撑杆另一端固定连接所述第二连接件，所述第二丝杆一端活动连接所述第一连接件，所述第二丝杆另一端活动连接所述第二连接件，所述第二步进电机固定设置于第二连接件表面；且所述第二步进电机输出轴固定连接所述第二丝杆；所述第一连接件
呈梯台型，所述第一连接件与第二连接件结构相同。所述竖向传动机构的设置可以使固定平台实现竖向移动。
17.根据本发明的一些实施例，所述升降传动机构包括：升降平台、t型换向器、涡轮螺母升降装置和第三步进电机；所述升降平台活动连接所述竖向传动机构；所述升降台面表面两端固定连接所述涡轮螺母升降装置，所述升降台面表面中部固定连接所述t型换向器，所述t型换向器传动杆两端与所述涡轮螺母升降装置啮合连接；所述t型换向器固定连接所述第三步进电机，所述第三步进电机固定设置于所述升降台面表面；所述涡轮螺母升降装置的第三丝杆一端固定连接所述所述固定平台，所述固定平台与升降平台相互平行。通过所述升降传动机构设置，使所述固定平台在垂直方向移动，实现不同高度的定位。
18.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是根据本发明实施例的一种基于三轴运动的自动焊接装置结构示意图一；
21.图2是根据本发明实施例的一种基于三轴运动的自动焊接装置结构示意图二；
22.图3是根据本发明实施例的一种基于三轴运动的自动焊接装置中执行机构结构示意图；
23.图4是根据本发明实施例的一种基于三轴运动的自动焊接装置中升降结构示意图；
24.图5是根据本发明实施例的一种基于三轴运动的自动焊接装置中定位装置内部结构示意图；
25.图6是根据本发明实施例的一种基于三轴运动的自动焊接装置中固定平台结构示意图；
26.图7是根据本发明实施例的一种基于三轴运动的自动焊接装置中固定平台工作时结构示意图。
27.附图标记：
28.100、支撑平台；
29.210、第一横向传动机构；220、第二横向传动机构；211、基座；212、第一丝杆；213、第一支撑杆；
30.300、竖向传动机构；301、第一连接件；302、第二连接件；303、第二步进电机；304、第二支撑杆；305、第二丝杆；
31.400、升降传动机构；401、升降平台；402、t型换向器；403、涡轮螺母升降装置；404、第三丝杆；405、第三步进电机；
32.500、固定平台；501、固定台面；502、固定杆；503、固定框架、504、第一金属板；505、第二金属板；
33.600、焊接机构；610、支柱；620、第四步进电机；630、旋转臂；640、第五步进电机；
650、焊接枪固定臂；660、焊接枪；670、定位装置；671、框架；672、ccd相机；673、拱形支架；674、激光夹持器；675、防护镜片；676激光发射器；677滤光片；680、定位固定臂；
34.700、执行机构；710、从动齿轮轴；720、轴承座；730、传动齿轮轴；740、第一步进电机。
具体实施方式
35.下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
36.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
37.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
38.实施例1
39.请参阅图1至图4，本实施例提供一种基于三轴运动的自动焊接装置，包括：
40.支撑平台100；
41.所述支撑平台100表面固定设置有第一横向传动机构210和第二横向传动机构220，所述第一横向传动机构210与所述第二横向传动机构220结构相同；
42.执行机构700，所述执行机构700固定设置于所述支撑平台100表面；所述执行机构700一端与所述第一横向传动机构210一端啮合连接；所述执行机构700另一端与所述第二横向传动机构220一端啮合连接；
43.竖向传动机构300，所述竖向传动机构300垂直于所述第一横向传动机构210和所述第二横向传动机构220，所述竖向传动机构300一端活动连接所述第一横向传动机构210，所述竖向传动机构300另一端活动连接所述第二横向传动机构220；
44.升降传动机构400，所述升降传动机构400垂直于所述竖向传动机构300，所述升降传动机构400活动连接所述竖向传动机构300；所述升降传动机构400顶端固定连接有固定平台500；
45.焊接机构600，所述焊接机构600固定设置于所述支撑平台100表面，所述焊接机构600远离所述执行机构700，且所述焊接机构600位于所述第一横向传动机构210与所述第二横向传动机构220之间。
46.具体的，所述第一横向传动机构210和所述第二传动机构220均包括：基座211、第一支撑杆213和第一丝杆212；所述基座211固定设置于所述支撑平台100表面两端，所述第一支撑杆213固定连接所述基座211，所述第一丝杆212活动连接所述基座211，所述第一丝杆212一端穿过所述基座211。
47.具体的，所述执行机构700包括：第一步进电机740、传动齿轮轴730、轴承座720和从动齿轮轴710，所述第一步进电机740和所述轴承座720固定设置于所述支撑平台100，所述第一步进电机740固定连接所述传动齿轮轴730，所述传动齿轮轴730与所述从动齿轮轴
710直齿轮啮合连接，所述从动齿轮轴710穿过所述轴承座720，所述从动齿轮轴710末端斜齿轮与所述第一丝杆212一端斜齿轮啮合。
48.具体的，所述竖向传动机构300包括：第一连接件301、第二连接件302、第二步进电机303、第二支撑杆304和第二丝杆305；所述第一连接件301活动连接所述第一横向传动机构210，所述第二连接件302活动连接所述第二横向传动机构220，所述第二支撑杆304一端固定连接所述第一连接件301，所述第二支撑杆304另一端固定连接所述第二连接件302，所述第二丝杆305一端活动连接所述第一连接件301，所述第二丝杆305另一端活动连接所述第二连接件302，所述第二步进电机303固定设置于第二连接件302表面；且所述第二步进电机303输出轴固定连接所述第二丝杆305；所述第一连接件301与所述第二连接件302呈梯台型，所述第一连接件301与第二连接件302结构相同。
49.具体的，所述升降传动机构400包括：升降平台401、t型换向器402、涡轮螺母升降装置403和第三步进电机405；所述升降平台401活动连接所述竖向传动机构(300)；所述升降台面401表面两端固定连接所述涡轮螺母升降装置403，所述升降台面401表面中部固定连接所述t型换向器402，所述t型换向器402传动杆两端与所述涡轮螺母升降装置403啮合连接；所述t型换向器402固定连接所述第三步进电机405，所述第三步进电机405固定设置于所述升降台面401表面；所述涡轮螺母升降装置403的第三丝杆404一端固定连接所述所述固定平台500，所述固定平台用于固定待焊接的金属块。
50.具体的，所述焊接机构600包括：支柱610、旋转臂630、焊接枪固定臂650、定位装置670和定位固定臂680；所述支柱610一端固定连接所述支撑平台100，远离所述支撑平台100的所述支柱610一端活动连接所述旋转臂630，远离所述支柱610的所述旋转臂630一端活动连接所述焊接枪固定臂650，远离所述旋转臂630的所述焊接枪固定臂650一端固定连接所述定位固定臂680，所述定位固定臂680另一端固定连接所述定位装置670；所述焊接枪固定臂650固定设置有焊接枪，所述支柱610与所述旋转臂630活动连接处设置有第四步进电机620，所述旋转臂630与所述焊接枪固定臂650活动连接处设置有第五步进电机640。
51.实施例2
52.请参阅图5，本实施例在实施例1基础上，对所述定位装置670具体内部结构进一步描述：
53.所述定位装置670包括：框架671、ccd相机672、拱形支架673及激光夹持器674；所述框架671固定连接所述定位固定臂680，所述框架内底部固定安装所述ccd相机672；所述ccd相机同轴镜头前设置有滤光片677及减光片，用于精准收集现场信息，防止焊接时发出的强光干扰，靠近所述ccd相机672的所述框架内中部固定连接所述拱形支架673，所述拱形支架673的拱形顶端活动连接所述激光夹持器674，所述激光夹持器674用于固定激光发生器，激光笔发出激光一侧设置有防护镜片675，同时整个定位装置设置有防护罩，防止在焊接时产生的火花破坏定位装置内部的零部件。
54.所述拱形支架673的拱形顶端与所述激光夹持器674活动连接处设置有角度调节旋钮，所述角度调节旋钮延伸至所述防护罩外部，当遇到一些特殊情况，在不用拆卸所述防护罩时，便可以对激光发射器676进行角度调整，校准其位置；所述激光发射器676与所述ccd相机672解决了由于焊接过程中平台整体会出现震动等情况，导致采集的图像信息不准确，无法规划焊接路径。
55.实施例3
56.请参阅图6与图7，本实施例在实施例1的基础上，对所述固定平台固定金属板过程具体过程进一步描述：
57.所述固定平台500包括：固定台面501、固定杆502和固定框架503；所述固定台面501表面两侧固定设置有限位杆，所述固定框架503套至所述限位杆，对于不同厚度的金属板进行焊接时，如图7将第一金属板504水平放置在所述固定台面501，移动所述固定框架503固定所述第一金属板504，再紧固所述固定框架503与所述限位杆上固定螺栓，将待焊接的第二金属板505垂直放置在第一金属板504表面，移动两侧的固定杆502，当所述两侧的固定杆502抵触至第二金属板505，分别紧固两侧的固定杆502，使固定住第二金属板505；通过上述操作，使所述第一金属板504与所述第二金属板505在焊接时更加稳定；所述固定台面501、所述固定杆502和所述固定框架503结构依据焊接机构的特征进行设计，使固定平台500与所述焊接机构相适配，增加了焊接机构的焊接方式，同时更方便焊接机构的信息采集及焊接工作进行，提高焊接的精准性及高效性。
58.实施例4
59.请参阅图1与图2，本实施例对一种基于三轴运动的自动焊接装置工作原理进一步描述，包括：
60.当焊接平台在进行焊接作业时，所述激光发射器676及ccd相机672采集并获取焊缝的特征信息，再将收集到特征信息上传到软件程序中，软件程序将处理焊缝特征信息并规划焊接路径，把规划后的焊接路径转换为三维坐标信息传输至单片机中，单片机将驱动第一步进电机740、第二步进电机303和第三步进电机405运行，通过所述第一横向传动机构210、所述第二传动机构220、所述竖向传动机构300和所述升降传动机构400将固定平台500移动到目标位置，焊接机构600通过第四步进电机620和第五步进电机640驱动,沿着规划好的焊接路径移动，启动焊接枪660，配合焊接枪进行焊接作业。
61.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
62.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
63.显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或者特性可以包含在本实施例申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或是备选的实施例。本领域技术人员可以显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
64.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。