一种贯流风叶焊接机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种贯流风叶焊接机器人，包括分送料模块、抓料机械手、预定位模块、入料模块、超声波焊接机和收料模块；焊接机器人通过分送料模块将工件送至抓料机械手经三夹爪夹持进行初步整形自定心，随后送入预定位模块实现八夹爪夹持自定心和定位标记旋转对位，再经入料模块实现四夹爪夹持自定心、平移误差和旋转角度误差的补偿以及软着陆和旋转搜索的叶片嵌插，进而在超声波焊接机中通过四导向杆的夹持自定心和夹紧力控制、两级式焊接头运动和数字电源驱动的超声波换能器完成焊接，然后收料模块将焊接后成品取出送至储料皮带线。本实用新型具有焊接周期快、噪音低、良品率高、换线时间短、在线实时质量监控、运行稳定可靠等优点。
【专利说明】一种贯流风叶焊接机器人
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及注塑超声波焊接应用领域，具体涉及一种贯流风叶焊接机器人。
【背景技术】
[0002]贯流风叶具有结构紧凑，体积小，产生的气流流量大、横向均匀、距离较长以及噪音低等特点，广泛应用于空调、家用电器、塔扇、风幕等低压通风换气场合。贯流风叶由工程塑料制成，构件包括单个轴盖、多个中节、单个外端盖修或内修端盖。在目前成熟的制程中，超声波焊接为贯流风叶制造的关键工序，贯流风叶的轴盖与中节之间、中节与中节之间和中节与外修端盖或内修端盖之间通过超声波焊接的方式串级链接而成。以中节之间的串级链接为例，在焊接前，上中节的叶片前端的几十个细长轻薄的叶片需要嵌插入下中节的间隙很小的定位叶槽内，为保证焊接质量，上、下中节的定位标记要错开一特定角度，叶片在定位叶槽的插入要准确定位，不允许有超出误差范围的径向和周向偏移。然而，由于叶片细长且数量又多，其嵌插工序严重依赖技术熟练的焊接操作工人，通过人眼识别定位标记、手工旋转定位和插入卡位的手感来保证嵌插的准确性。根据生产数据统计，人工插入的失误是影响成品合格率的主要因素之一。
[0003]贯流风叶因应用领域广泛，且其直径大小规格繁多，在实际生产中经常需要更换规格。现有的超声波焊接机采用气缸驱动的导向杆夹紧机构，对不同直径的贯流风叶需要繁琐和费时的人工调节，其操作复杂，换线时间长，生产效率低下。
[0004]除上述弊端以外，现有的超声波焊接机多采用15KHz的模拟控制焊接电源，由于人耳可听的15KHz频率运行和人工插入对位误差时声学系统激发的谐波而导致在焊接过程中产生刺耳的可听噪音，此噪音会引起头疼、疲劳、甚至造成眩晕、恶心、呕吐以及听力下降等不良反应，严重危害员工的听力和身心健康。
[0005]近年来，随着人工成本和管理成本的急剧上升以及对人体健康的保护法律日益健全，贯流风叶制造企业迫切需求焊接全自动化和智能化并降低可听刺耳噪音。然而，焊接的全自动化和智能化存在一系列被普遍视为难以攻破的关键技术难题，例如工件的夹持及自定心，对位标记的精确定位，焊接的旋转和平移误差的检测和补偿，焊接精度控制和焊接质量的在线实时检测和诊断等。目前国内全自动化和智能技术还处于空白，还尚未见有集焊接精度控制、焊接质量监控、运行稳定可靠等本实用新型技术特征的设备问世。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种既能保证焊接精度，又可实时监控焊接质量的贯流风叶焊接机器人，其技术方案如下:
[0007]—种贯流风叶焊接机器人，包括分送料模块、抓料机械手、预定位模块、入料模块、超声波焊接机和收料模块；其中:
[0008]所述分送料模块包括中节皮带送料机构、轴盖振动盘送料机构和外修端盖振动盘送料机构；其中所述中节皮带送料机构包括中节储料皮带线和与所述中节储料皮带线连接的中节送料皮带线；
[0009]所述抓料机械手的下端为抓料位，所述抓料机械手包括两自由度的机械手臂和三夹爪机构；所述两自由度的机械手臂包括依次安装的X方向执行机构和Z方向执行机构，其中所述X方向执行机构包括A气缸、A导向座和A导向杆；所述Z方向执行机构包括B导向座、B导向杆、A步进电机和A滚珠丝杆；所述三夹爪机构包括C气缸、抓料盘和三个夹爪；
[0010]所述预定位模块包括L型整体支架，安装在所述L型整体支架上的预定位旋转机构、A伺服电机、A同步传动机构、A下视相机、A光源、支撑板、安装在所述支撑板上的传感器、安装在所述L型整体支架下方的A调整螺杆和安装在所述L型整体支架下方的A燕尾槽；所述预定位旋转机构中安装有固定转轴、传感器遮挡片、D气缸、E气缸、F气缸、G气缸，A顶板、B顶板、A夹爪盘和安装在所述A夹爪盘上端的八夹爪定位机构；所述八夹爪定位机构包括八个夹爪、与所述八个夹爪相对应的八个顶杆、与所述八个夹爪相对应的八个连杆和与所述八个夹爪相对应的八个摆杆，所述八个夹爪中的四个夹爪、所述八个顶杆中的四个顶杆、所述八个连杆中的四个连杆和所述八个摆杆中的四个摆杆分别组合成A四夹爪、A四顶杆、A四连杆和A四摆杆；另外四个夹爪、四个顶杆、四个连杆和四个摆杆分别组合成B四夹爪、B四顶杆、B四连杆和B四摆杆；所述A四夹爪和所述B四夹爪各自的四个爪子在圆周上均匀分布且相互之间的空间夹角为90°，所述A四夹爪的爪子和所述B四夹爪的爪子交错排列且相互之间在空间上相差45° ;
[0011]所述入料模块包括四自由度的机械手臂、末端夹持机构、B下视相机、B光源、安装在所述四自由度的机械手臂下方的B调整螺杆和安装在所述四自由度的机械手臂下方的B燕尾槽；所述四自由度的机械手臂包括X方向执行机构、Y方向执行机构、Z方向执行机构和Θ旋转执行机构，其中所述X方向执行机构包括B伺服电机和B线性模组；所述Z方向执行机构安装在所述B线性模组上，包括C伺服电机、C同步传动机构和C线性模组；所述Y方向执行机构安装在C线性模组上，包括B步进电机；所述Θ旋转执行机构安装在所述C线性模组上，包括D伺服电机、变速器、D同步传动机构和A齿轮；所述B下视相机和所述B光源安装在所述B线性模组上；所述末端夹持机构安装在所述C线性模组上，包括Η气杆，Α不完全齿轮、推拉杆、轨迹盘、沿所述轨迹盘圆周均匀分布的四个轨迹腰槽、支撑盘、凸台阶、B夹爪盘、沿所述B夹爪盘的圆周分布且空间相差90°的四个夹爪和沿所述B夹爪盘的圆周分布且空间相差90°的四个轨迹导向杆；
[0012]所述超声波焊接机包括焊接执行机构、超声波转换系统和焊接夹持机构，其中所述焊接执行机构包括E伺服电机、E线性模组、安装在所述E线性模组上的J焊接气缸和焊接滑台、安装在所述J焊接气缸上的位移传感器；所述超声波转换系统包括超声波电源、超声波换能器和焊接头；所述焊接夹持机构包括焊接平台、沿圆周分布空间相差90°的四根导向杆、上四导向滑块、下四导向滑块、上齿轮导向轮盘、下齿轮导向轮盘、B上小齿轮、C下小齿轮、F伺服电机和G伺服电机；
[0013]所述收料|吴块包括收料机械手、输送皮带线、推料机构和储料皮带线；收料机械手用于将焊接后成品或不良品从超声波焊接机中取出并经输送皮带线和推料机构传送到储料皮带线储存。
[0014]进一步地，所述分送料模块的外修端盖振动盘送料机构可用由储料皮带线和与储料皮带线连接的送料皮带线组成的内修端盖皮带线送料机构替代。
[0015]所述分送料模块的轴盖振动盘送料机构和外修端盖振动盘送料机构可采用料仓、料匣或托盘送料机构的一种替代；所述分送料模块的中节送料皮带线可由气缸、步进电机或伺服电机中的一种驱动的机械手替代；所述分送料模块的中节送料皮带线经过延伸配置可与所述贯流风叶焊接机器人应用的上一道注塑工序的注塑机设备连接集成。
[0016]作为优选，所述分送料模块的轴盖振动盘送料机构和外修端盖振动盘送料机构的设置满足贯流风叶直径在15_的变化范围内的通用性要求；如工件直径的变化超过15_，所述的轴盖振动盘送料机构和外修端盖振动盘机构可另行配置并且在工件规格切换时需要更换。
[0017]作为优选，所述抓料机械手的三个夹爪从张开到夹紧的径向行程范围设计为10mm,以满足工件直径在15_变化范围内的通用性要求。如工件直径的变化超过15_，所述三夹爪机构可另行配置并且在工件规格切换时需要更换。
[0018]进一步地，所述预定位模块的A四夹爪和B四夹爪分别由两组在空间上相差180°的两个气缸同时驱动，两个气缸即I气缸和II气缸:其中，所述I气缸包括D气缸和F气缸，所述II气缸包括E气缸和G气缸；所述I气缸和所述II气缸的动作通过所述A四夹爪和B四夹爪所对应的所述A顶板和B顶板、所述A四顶杆和B四顶杆、所述A四连杆和B四连杆、所述A四摆杆和B四摆杆来推动所述A四夹爪和B四夹爪向所述A夹爪盘的中心方向或远离中心方向移动，进而将工件夹紧或松开。夹紧时实现自定心，即工件的轴中心与所述A夹爪盘的轴中心共线。
[0019]作为优选，所述预定位模块的八个夹爪从张开到夹紧的径向行程范围设计为10mm,以满足工件直径在15mm变化范围内的通用性要求；如工件直径的变化超过15mm，所述的八夹爪定位机构可另行配置并且在工件规格切换时需要更换。相比于常用的三夹爪、四夹爪、六夹爪定位机构，所述的八夹爪定位机构可达到最优的中心定位精度。
[0020]进一步地，所述预定位模块的A下视相机和A光源用于实现机器视觉功能；工件由抓料机械手送入所述预定位转动机构并且所述的八个夹爪夹紧工件后，经过所述的A下视相机触发拍摄采集工件的上表面图像，通过图像预处理、定位标记图像匹配等图像处理算法流程并根据按焊接次序的工件对位角度要求,求出本次所述轴盖的B定位标记或所述中节的A定位标记或所述内修端盖的C定位标记的中心所需的旋转角度。然后，由所述的A伺服电机通过所述的A同步传动机构驱动与所述的固定转轴相连接的所述预定位旋转机构，带动所述的八个夹爪和夹紧的工件以所述的A夹爪盘的中心为圆心旋转运动所需的旋转角度，从而将本次所述轴盖的B定位标记或所述中节的A定位标记或所述内修端盖的C定位标记的中心定位在本次焊接对位所需的位置，完成工件预定位功能。
[0021]进一步地，在所述预定位模块的支撑板上安装的所述传感器和所述预定位旋转机构的所述传感器遮挡片用于检测所述A夹爪盘的初始复位位置。以此位置为初始角度基准，所述A伺服电机通过自带的编码器实时检测所述A夹爪盘跟随所述预定位旋转机构旋转的当前角度。为避免由于自身尺寸的空间干涉，所述八个夹爪的宽度所跨的空间角度设计成小于22.5度。为消除在预定位完成后所述入料模块的四个夹爪与所述八个夹爪产生空间上的重叠干涉，所述A四夹爪与B四夹爪根据所述A夹爪盘的当前角度分别确定与所述入料模块的四个夹爪之间的空间相差角度，通过分别控制所述I两气缸和II两气缸，将空间相差角度较大的一组四夹爪保持在夹紧状态而另一组空间相差角度较小的一组四夹爪则释放松开。为保持被夹持的工件预定位精度不受影响，夹紧的一组四夹爪需等待所述入料模块的四个夹爪夹紧工件后才释放张开。
[0022]进一步地，所述入料模块的B调整螺杆和B燕尾槽，用于调节和校正入料模块在Y平行方向的位置，以便与预定位模块和超声波焊接机的Y平行方向位置相匹配。所述四自由度的机械手臂实现X水平方向、Y前后方向和Z上下方向的往复运动以及在X-Y平面的Θ旋转运动。所述X方向执行机构的B伺服电机经所述B线性模组可驱动所述末端夹持机构、所述B下视相机、所述B光源在所述预定位旋转机构位置和超声波焊接位置作X方向往复运动。所述Y方向执行机构通过所述B步进电机驱动所述末端夹持机构，以调节被夹持工件在Y平行方向上的位移偏差。所述Z方向执行机构的C伺服电机通过所述C同步传动机构驱动所述末端夹持机构在所述C线性模组内作Z方向上下运动，向下运动时，所述末端夹持机构用于到所述预定位旋转机构位置夹持工件或到超声波焊接位置实现嵌插功能；向上运动时，所述末端夹持机构夹住的工件可以避开X水平方向的空间干涉。所述Θ旋转执行机构的D伺服电机通过驱动所述变速器、所述D同步传动机构、所述A齿轮而带动所述A不完全齿轮完成所述末端夹持机构的的角度Θ旋转。
[0023]进一步地，所述入料模块的Η气缸通过所述推拉杆推动或拉动四个所述轨迹导向杆同时沿所述四个轨迹腰槽内滑动，带动所述轨迹盘逆时针或顺时针旋转，进而所述四个夹爪同时向所述轨迹盘中心方向或离开中心方向运动，夹紧或松开工件；夹紧时实现工件自定心，即工件的轴中心与所述Β夹爪盘的轴中心共线；当所述Α齿轮带动所述Α不完全齿轮旋转时，所述B夹爪盘内的凸台阶沿着所述支持盘内的旋转滑动槽内转动，此时所述支撑盘不作旋转运动，从而实现了所述末端夹持机构的Θ旋转与其它X、Y、Z三运动自由度的结构解耦。
[0024]作为优选，所述入料模块的四个夹爪从从张开到夹紧的径向行程范围设计为10mm,以满足工件直径在15mm变化范围内的通用性要求；如工件直径的变化超过15_，所述末端夹持机构可另行配置并且在工件规格切换时需要更换。
[0025]进一步地，所述入料模块中的B下视相机和B光源用以实现另一机器视觉功能，用于实时检测超声波焊接后贯流风叶半成品上表面所述B定位标记或所述A定位标记的中心平移误差和旋转角度误差。所述B下视相机和所述B光源在所述末端夹持机构送料到超声波焊接之前，水平移动至所述焊接头正下方，经过所述B下视相机触发拍摄采集半成品贯流风叶的上表面图像，通过图像预处理、定位标记模板匹配等图像处理算法流程得出前次焊接后所述B定位标记或所述A定位标记的中心平移误差和旋转角度误差。
[0026]进一步地，在所述超声波焊接机的侧面安装C侧视相机和C光源以替代所述B下视相机和所述B光源，用于实现在焊接前后的实时检测功能。
[0027]进一步地，所述入料模块中的末端夹持机构在未移至焊接头之前，所述四轴机械手臂的X、Y方向运动对由于前次焊接所引起的平移误差进行补偿，所述四轴机械手臂的Θ旋转运动实现旋转误差补偿。所述末端夹持机构在Ζ方向嵌插过程中采用一种软着陆与Θ旋转搜索相结合的控制方法；实施时所述末端夹持机构高速下降至贯流风叶的半成品上表面较小高度后以很低匀速下降以减少接触冲击力，同时判断所述中节的Α叶片或所述内修端盖的B叶片的前端是否嵌插成功，如嵌插不成功，则启动旋转顺时针和逆时针Θ小角度搜索；如在一段时间内嵌插仍不成功，则可判定所述中节的A叶片或所述内修端盖的B叶片的前端形状不规则或变形过大，不适用于焊接。对成功嵌插的情形，所述B伺服电机通过所述B线性模组给所属中节的A叶片或所述内修端盖的B叶片施加一定的压力并保持一段时间，使所述中节的A叶片或所述内修端盖的B叶片的前端稳定可靠的嵌入插所述B定位叶槽或所述A定位叶槽内。
[0028]进一步地，所述超声波焊接机的G伺服电机杆驱动所述焊接平台上下运动，其运动行程满足贯流风叶整体长度的要求。所述焊接夹持机构的F伺服电机通过运行在位置控制模式，驱动所述B上小齿轮和C下小齿轮同步旋转并带动所述上齿轮导向轮盘和下齿轮导向轮盘同步旋转，安装在所述上四导向滑块和下四导向滑块上的所述四根导向杆同时向内和向外运动预先设置的位移；所述四根导向杆向内运动夹紧贯流风叶半成品和待焊接的工件且实现自定心，既保持工件上表面的中心与所述焊接头的中心共线；当所述四根导向杆完成预先设置的位移后，所述F伺服电机通过从位置控制模式切换至转矩控制模式，精确控制工件的夹紧力以大幅度降低焊接后成品的塑性和弹性变形对径向跳动的影响以及在成品圆盘外圆柱表面形成的粉皮；所述四根导向杆向外运动时向外张开合适的径向幅度，准备下次焊接或成品的自动取出。
[0029]进一步地，所述超声波焊接机上安装有弃料导向槽、弃料气管和弃料储存盒，用以剔出由于叶片整体变形或叶片前端形状不规则而不满足嵌插定位槽精度要求的工件。
[0030]进一步地，所述超声波焊接机的超声波电源采用20KHz的全数字控制电源超声波发生器。由于20KHz频率已在可听音频之外，在焊接过程中产生的噪音较大幅度的降低。为进一步降低噪音，所述超声波电源实现自动追踪谐振频率控制和自适应焊接能量控制，以减少通过所述超声波换能器传递的声能损失所激发的谐波噪音。
[0031]进一步地，所述超声波焊接机的E伺服电机结合所述J焊接气缸可实现快速的焊接周期。为提高所述焊接头的运动速度，采用两级驱动的方式，第一级驱动由所述E伺服电机通过所述E线性模组和所述焊接滑台快速驱动所述J焊接气缸和所述焊接头，第二级驱动由所述I焊接气缸驱动所述焊接头。由于伺服驱动系统的快速性，两级驱动方式可将所述焊接头上下往复的周期时间降至0.7-1.2秒，在整个焊接周期里可节省约0.8秒的时间；
[0032]进一步地，所述超声波焊接机的所述位移传感器用于在线实时检测所述焊接头在所述J焊接气缸驱动时的上下直线位移量。利用直线位移量，可以实时验证所述中节的A叶片或所述内修端盖的B叶片的前端是否已可靠地嵌入已焊半成品的上表面所述B定位叶槽或所述A定位叶槽内。当所述焊接头下降接触到工件施加压力时，如在一定时间内焊接头未能下降到预先设定的位置，说明所述中节的A叶片或所述内修端盖的B叶片的前端尚未完全的嵌入所述B定位叶槽或所述A定位叶槽内，据此可中止后续的焊接，防止焊接不良品出现。
[0033]进一步地，本实用新型贯流风叶焊接机器人所涉及的贯流风叶整体由单个轴盖、多个中节和单个外修端盖或单个内修端盖通过超声波焊接按从下到上的次序串级连接而成；所述中节包括A圆环形轮盘和多个A叶片构成，其中所述A圆环形轮盘的上表面上设置A定位标记和与A叶片数量相同的A定位叶槽；所述轴盖由芯轴和A圆形轮盘构成，其中所述A圆形轮盘上表面设置B定位标记和与所述A叶片数量相同的B定位叶槽；所述外修端盖由A中心轴套、A橡胶盘和B圆形轮盘构成；所述内修端盖由B中心轴套、B橡胶盘、C圆形轮盘和与所述A叶片数量相同的B叶片构成，其中所述C圆形轮盘上设置C定位标记。
[0034]进一步地，实用新型涉及的焊接为超声波焊接，要求焊接前所述中节的A叶片前端嵌插入所述轴盖的B定位叶槽；所述中节的A叶片前端嵌插入另一所述中节的A定位叶槽；所述内修端盖的B叶片前端嵌插入所述中节的A定位叶槽；所述嵌插以所述的A定位标记、B定位标记、C定位标记为基准并错开一定的角度。
[0035]本实用新型的有益效果是，本实用新型通过提供一种贯流风叶焊接机器人，首次将多夹爪定心机构与多轴伺服系统有机集成并辅以多传感器信息技术的集成与融合，构成双机器视觉系统导向的全自动智能焊接机器人，实现轴盖、中节、外修端盖和内修端盖超声波焊接的自动、闻速和精确控制；另外，本实用新型可实现焊接工位自动更换广品规格和大幅度降低超声波焊接时可听刺耳噪音，同时在线实时测量所焊半成品和成品的径向跳动，在线实时诊断和及时处理叶片前端的嵌插失败和焊接过程出现的虚焊和假焊，可有效实现节省人工、提升效率、提高品质和降低噪音等需求，具有焊接周期快、良品合格率高、在线实时质量监控、运行稳定可靠等显著优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1为贯流风叶的整体结构图；
[0037]图2为一种中节的俯视立体结构图；
[0038]图3为一种中节的仰视图；
[0039]图4为一种轴盖的俯视图；
[0040]图5为一种外修端盖的结构图；
[0041]图6为一种内修端盖的俯视立体结构图；
[0042]图7为一种内修端盖的仰视图；
[0043]图8为定位标记的优选形状结构图；
[0044]图9为本实用新型适用于外修端盖的一种贯流风叶焊接机器人的整体结构图；
[0045]图10为本实用新型适用于内修端盖的一种贯流风叶焊接机器人的整体结构图；
[0046]图11为本实用新型抓料模块结构图；
[0047]图12为本实用新型抓料模块的三夹爪机构局部结构图；
[0048]图13为本实用新型预定位模块结构图；
[0049]图14为本实用新型预定位模块的预定位旋转机构俯视立体结构图；
[0050]图15为本实用新型预定位模块的预定位旋转机构侧视立体结构图；
[0051]图16为本实用新型预定位模块的预定位旋转机构局部立体分解图；
[0052]图17为本实用新型预定位模块的预定位旋转机构与入料模块的末端夹爪机构的动作配合时的局部立体图；
[0053]图18为本实用新型入料模块结构图；
[0054]图19为本实用新型的入料模块中末端夹爪机构的立体分解图；
[0055]图20为本实用新型的入料模块到超声波焊接机位置的一局部放大立体图；
[0056]图21为本实用新型的入料模块到超声波焊接机位置的另一局部放大立体图；
[0057]图22为本实用新型超声波焊接机立体结构图；
[0058]图23为本实用新型超声波焊接机立体结构图的一局部放大图；
[0059]图24为本实用新型超声波焊接机的焊接夹持机构的结构图。
【具体实施方式】
[0060]下面结合实施例及附图对本实用新型的实施作进一步的说明。
[0061]实施例1如图1所示，贯流风叶的整体由单个轴盖1、多个中节2和单个端盖3通过超声波焊接工艺按先后顺序串级链接而成，其中轴盖1在最下端，多个中节2(从下到上，第一个到最末一个)居中间，端盖3在最上端。除非特殊说明，本实用新型在描述时称轴盖、中节和端盖为工件。
[0062]如图2和图3所示的中节2由A圆环形轮盘4和多个A叶片5构成，A叶片5的截面呈弧形，A叶片5的后端连接在圆环形轮盘4的下表面上，A圆环形轮盘4的上表面上设置与A叶片5数量相同的A定位叶槽6，用于嵌插另一个中节2或内修端盖(参见图6)的叶片前端。A圆环形轮盘4的上表面上设有A定位标记7，作为A叶片5的前端插接另一中节2的A定位叶槽6、A叶片5的前端插接如下所述的轴盖1的B定位叶槽10以及如下所述的内修端盖的B叶片19插接中节2的A定位叶槽6的对位识别基准。
[0063]如图4所示的轴盖1由芯轴8和A圆形轮盘9构成，A圆形轮盘9的上表面设置与中节2的A叶片5数量相同的B定位叶槽10，用以插接第一个中节2的A叶片5的前端。A圆环形轮盘9的上表面上设有B定位标记11，作为第一个中节2的A叶片5的前端插接轴盖1的B定位叶槽10的对位识别基准。
[0064]端盖3包括外修端盖和内修端盖。如图5所示，外修端盖由A中心轴套12、A橡胶盘13和B圆形轮盘14构成，A中心轴套12外置凸出A橡胶盘13正面。如图6和图7所示，内修端盖由B中心轴套15、B橡胶盘16、C圆形轮盘17和与中节2的A叶片5数量相同的B叶片19构成，B中心轴套15内置凸出B橡胶盘16背面，且在B中心轴套15对应位缺一 B叶片19。与中节2类似，B叶片19的截面呈弧形，B叶片19的后端连接在B圆形轮盘14的下表面上。B圆形轮盘14的上表面上设有C定位标记18，作为B叶片19的前端插接最末一个中节2的A定位叶槽6的对位识别基准。
[0065]为更好地说明上述的对位嵌插，以中节2为例，如图1和图2所示，相邻两A叶片5之间和相邻两A定位叶槽6之间可以是等距排列、不等距排列或者不完全等距排列。根据嵌插匹配原则，A叶片5和A定位叶槽6的个数必须相同，而且相邻A叶片5和相邻A定位叶槽6同圆心之间的夹角θ ρ Θ 2、θ3，…，0^、Θ ^在圆周上的分布一致。为保证上中节2的Α叶片5的前端完全插入下中节5的A定位叶槽6中，在插入时如下中节2维持不动，上中节2需要向顺时针方向错开一特定角度，相应地，上中节2的A定位标记7需要向顺时针方向错开同样大小的角度。如A叶片5的弧形反向，则错开角度为逆时针方向。
[0066]进一步地，为提高工件定位和焊接对位的准确度，中节2的A定位标记7、轴盖1的B定位标记11和内修端盖的C定位标记18优选为尺寸较大且在中节2的A圆环形轮盘4、轴盖1的A圆形轮盘9和内修端盖的C圆形轮盘17上表面上特征明显且独特，其形状可为上凸、下凹或缺口设置。图8示意出了一种优选形状20，为长8-10mm、宽为1.5_2mm的近似矩形。
[0067]如图9所示，本实用新型的贯流风叶焊接机器人通过功能模块化设计，将多个模块集成于整个系统，实现高速度、高精度和多功能。模块作为一独立单元，可与其它模块串、并级拼接和组合，构成更广泛处理能力的复合系统，进而实现生产线按生产需求进行灵活配置的要求。作为一种适用于外修端盖的实施优选方案，本实用新型的一种贯流风叶焊接机器人包括分送料模块、抓料机械手21、预定位模块22、入料模块23、超声波焊接机24和收料模块，通过分送料模块将贯流风叶工件送至抓料机械手21经三夹爪夹持进行初步整形定心，随后送预定位模块22实现八夹爪夹持自定心和基于机器视觉引导的定位标记旋转对位，再经入料模块23的四夹爪机构实现夹持自定心、基于机器视觉引导的平移误差和旋转角度误差补偿和基于软着陆和旋转搜索的叶片嵌插，进而通过焊接四导向杆自定心和夹紧力控制、两级式焊接头运动和数字电源驱动的超声波换能器完成焊接，然后收料模块的收料机械手29从超声波焊接机24中取出焊接后成品送至储料皮带线32上储存。
[0068]如图9所示，所述分送料模块包括中节皮带送料机构、轴盖振动盘送料机构27和外修端盖振动盘送料机构28，其中中节皮带送料机构包括中节储料皮带线25和与中节储料皮带线25连接的中节送料皮带线26。所述分送料模块通过中节皮带送料机构、轴盖振动盘送料机构27和外修端盖振动盘送料机构28的分别设置分别将轴盖1、中节2和外修端盖送入抓料机械手21进行抓取操作，其结构简单紧凑、方便有效且无卡料故障。
[0069]为适用于不同工件直径尺寸，图9所示的轴盖振动盘送料机构27和外修端盖振动盘送料机构28满足工件直径在15mm变化范围内的通用性要求，而且可分别将工件送至抓料机械手21进行抓取操作。工件直径的变化超过15mm，所述的轴盖振动盘送料机构27和外修端盖振动盘机构28可另行配置并且在工件规格切换时需要更换。
[0070]以上所述分送料模块的轴盖振动盘送料机构27和外修端盖振动盘送料机构28可采用料仓、料匣或托盘送料机构的一种；所述中节送料皮带线26和内修端盖皮带线送料机构可采用气缸、步进电机或伺服电机中的一种驱动的机械手来替代，用于抓取送料。
[0071]作为制程自动化应用的扩展，贯流风叶制程的两道工序:上一道工序注塑成型和下一道工序超声波焊接可通过所述中节送料皮带线26的延伸配置将两道工序分别使用的制备:注塑机和本实用新型的贯流风叶焊接机器人集成连成一整体单元，实现对多个中节2从工程塑料原料到超声波焊接的制程全自动化，从而节省人工从注塑机收取中节2的操作，进一步降低人工干预和提高生产效率。
[0072]如图9、图11和图12所示，所述抓料机械手21的下端为抓料位35，所述抓料机械手21由两自由度的机械手臂和三夹爪机构组成，实现三夹爪机构的X水平方向和Z上下方向的往复运动；其中两自由度的机械手臂包括依次安装的X方向执行机构和Z方向执行机构，其中X方向执行机构包括A气缸40、A导向座41、A导向杆42 ；Z方向执行机构包括B导向座43、B导向杆44、A步进电机45和A滚珠丝杆46 ;三夹爪机构包括C气缸47、抓料盘48和二个夹爪49a_49c。 二夹爪机构通过X方向执行机构的水平往复运动，从抓料位35将工件送入预定位模块22和从预定位模块22返回到抓料位35。三个夹爪49a_49c的Z方向上下位置通过A步进电机45和A滚珠丝杆46进行自动调节以适应不同高度的工件，其功能是下降到不同预设位置时抓取工件，上升到另一相同预设位置时定位以便于工件在X方向的往复运动，C气缸47用于带动三个夹爪49a-49c夹紧和松开工件。为实现工件自动定心的功能，三个夹爪49a-49c在抓料盘48下端的圆周方向上按120°均匀分布，三个夹爪49a-49c通过C气缸47的驱动同步动作加紧工件实现自定心，即工件的轴中心调整至与抓料盘48的轴中心共线。这样，抓料机械手21可完成对工件的初步定位，之前从分料模块传送但位置随机的工件得以整形，进而为后续的预定位模块22的工作提供有利的条件。
[0073]进一步地，为适用于不同直径尺寸的工件且保持初步定位的准确性，三个夹爪49a-49c从张开到夹紧的径向行程范围设计为10_，以满足工件直径在15_变化范围内的通用性要求。如工件直径的变化超过15mm，所述三夹爪机构可另行配置并且在工件规格切换时需要更换。
[0074]以上所述抓料机械手21功能的实现不限于使用A气缸40和A步进电机45，为提高动作速度，可使用气缸和伺服电机或步进电机和伺服电机组合的方式来实现，其中Z方向的上下运动需用位置可控的步进电机或者伺服电机。
[0075]根据注塑制程分析，中节2的A圆环形轮盘4的内环圆柱度较难控制且存在注塑成形处理后残留的水口，此外，中节2的A叶片5由于呈细长形状，容易在夹持过程中变形，因此通过内撑式张开夹紧内环圆柱腔或从内环圆柱腔内内撑式张开夹紧叶片而夹持住中节2的方法难以保证工件的定位精确；由于A圆环形轮盘4、A圆形轮盘9、B圆形轮盘14、C圆形轮盘17的外圆柱度在注塑成形后可以保持高的精度，本实用新型提出通过从外夹紧工件的外圆柱面来夹持住工件，实现对工件的精准定位，由于轴盖1、中节2、外修和内修端盖的外圆柱面存在形状相似和尺寸精度高的共性，可使用一套八夹爪定位机构完成这四种工件的夹持。
[0076]如图13所示，所述预定位模块22包括L型整体支架51，安装在L型整体支架51上的预定位旋转机构52、A伺服电机55、A同步传动机构56、A下视相机53、A光源54、支撑板74、安装在支撑板74上的传感器73以及安装在所述L型整体支架51下方的A调整螺杆58和A燕尾槽59。A调整螺杆58和A燕尾槽59用于调节和校正L型整体支架51在Y平行方向的位置，以便与入料模块23和超声波焊接机24的Y平行方向位置相匹配。
[0077]如图13、图14、图15和图16所示，所述预定位旋转机构52中分别安装有固定转轴60、传感器遮挡片72、D气缸61、E气缸62、F气缸63、G气缸64，A顶板65、B顶板66、A夹爪盘71以及在A夹爪盘71上端安装的八夹爪定位机构。八夹爪定位机构包括八个夹爪67a-67h和与之相对应的八个顶杆68a_68h、八个连杆69a_69h和八个摆杆70a_70h，其中四个夹爪67a-67d、四个顶杆68a_68d、四个连杆69a_69d、四个摆杆70a_70d分别组合成A四夹爪，A四顶杆、A四连杆和A四摆杆；另外四个夹爪67e-67h、四个顶杆68e-68h、四个连杆69e-69h、四个摆杆70e-70h分别组合成B四夹爪、B四顶杆、B四连杆和B四摆杆；A四夹爪和B四夹爪各自的四个爪子在圆周上均匀分布且相互之间的空间角度为90° ;在八夹爪盘71圆周上，八个夹爪均匀分布，A四夹爪的爪子和B四夹爪的爪子交错排列且相互之间在空间上相差45°。为保证工件在夹紧时的平面度，A四夹爪和B四夹爪分别由两组在空间相差180°的两个气缸同时驱动，即I两气缸:D气缸61和F气缸63，II两气缸:E气缸62和G气缸64。I两气缸和II两气缸的动作通过A四夹爪和B四夹爪所对应的A顶板65和B顶板66、A四顶杆和B四顶杆、A四连杆和B四连杆、A四摆杆和B四摆杆推动A四夹爪和B四夹爪向A夹爪盘71的中心方向或远离中心方向移动，进而将工件夹紧或松开；夹紧时实现自定心，即工件的轴中心与A夹爪盘71的轴中心共线。为适用于不同直径尺寸的工件和保证外圆中心的定位精度，八个夹爪67a-67f从张开到夹紧的径向行程范围设计为10mm，以满足工件直径在15mm变化范围内的通用性要求。如工件直径的变化超过15mm，八夹爪定位机构可另行配置并且在工件规格切换时需要更换。
[0078]根据分析，在工件外圆与单个夹爪之间的间隙一定的情形下，工件的中心定位误差近似与料爪之间的1/2倍夹角的余弦值成反比。由此推算，采用八夹爪定位机构定外圆中心的误差分别为三夹爪、四夹爪和六夹爪机构的54.1%, 76.5%和93.7%。因受实际空间安装限制和入料模块23的四夹爪干涉影响，所述的八夹爪定位机构可达到最优的外圆柱中心定位精度。
[0079]进一步地，如图13所示，A下视相机53和A光源54用于实现机器视觉功能。工件从抓料机械手21送入预定位转动机构52并且所述的八个夹爪67a-67h夹紧工件后，经过A下视相机53触发拍摄采集工件的上表面图像，通过图像预处理、定位标记图像匹配等图像处理算法流程并根据按焊接次序的工件对位角度要求,求出本次轴盖1的B定位标记11或中节2的A定位标记7或内修端盖的C定位标记18的中心所需的旋转角度。
[0080]进一步地，如图13所示，对所得出的所需旋转角度，由A伺服电机55通过A同步传动机构56驱动与固定转轴60相连的预定位旋转机构52，从而带动八个夹爪67a-67f和夹紧的工件以A夹爪盘71的中心为圆心旋转相应的角度，从而将依焊接次的轴盖1的B定位标记11或中节2的A定位标记7或内修端盖的C定位标记18的中心定位在焊接对位所需的位置，完成工件预定位的功能。
[0081]进一步地，如图13和图14所示，在支撑板74上安装的传感器73和预定位旋转机构52的传感器遮挡片72用于检测A夹爪盘71的初始复位位置。以此位置为初始角度基准，A伺服电机55通过自带的编码器实时检测A夹爪盘71跟随预定位旋转机构52旋转的当前角度。如图17所示，在A夹爪盘71初始角度基准位置，预定位旋转机构52的A四夹爪67a-67d的圆周分布与入料模块23中末端夹持机构82的四个夹爪101a_101d的圆周分布(参见图19)，在空间上互差45°。预定位完成后末端夹持机构82移动至预定位旋转机52抓取工件时其A四夹爪67a-67d的凸出部分与四个夹爪101a-101d的凸出部分在空间上互不干涉，但B四夹爪67e-67f的凸出部分与四个夹爪101a_101d的凸出部分在空间上重叠，存在空间干涉。由于预定位完成后八个夹爪67a-67f在圆周分布以45°为周期，为避免四个夹爪101a-101d处于45°周期的中间位置时由于自身的尺寸产生重叠干涉，八个夹爪67a-67f和四个夹爪101a-101d中的每个夹爪宽度所跨的空间角度设计为小于22.5°。尤其重要的是，在预定位完成后需要消除各夹爪之间的部分或全部空间重叠干涉。为此，A四夹爪67a-67d与B四夹爪67e-67f根据A夹爪盘71的当前角度分别确定与四个夹爪101a-101d之间的空间相差角度，通过分别控制I气缸和II气缸，将空间相差角度较大的一组四夹爪保持在夹紧状态而另一组空间相差角度较小的一组四夹爪则释放松开。以外，为保持被夹持的工件预定位精度不受影响，夹紧的一组四夹爪需等待末端夹持机构82的四个夹爪101a-101d夹紧工件后才释放张开。
[0082]如图18所示，所述入料模块23包括四自由度的机械手臂、末端夹持机构82、B下视相机83和B光源84光源以及安装在所述四自由度的机械手臂下方的B调整螺杆79和B燕尾槽78。B调整螺杆79和B燕尾槽78用于调节和校正入料模块23在Y平行方向的位置，以便与预定位模块22和超声波焊接机24的Y平行方向位置相匹配。四自由度的机械手臂包括X方向执行机构、Y方向执行机构、Z方向执行机构和Θ旋转执行机构，实现X水平方向、Y前后方向和Z上下方向的往复运动以及在X-Y平面的Θ旋转运动；其中X方向执行机构包括B伺服电机92和B线性模组81 ;Z方向执行机构安装在B线性模组81上，包括c伺服电机85、C同步传动机构86和C线性模组80 ;Y方向执行机构安装在C线性模组上，包括Β步进电机93 ； Θ旋转执行机构安装在C线性模组80上，包括D伺服电机87、变速器88、D同步传动机构89和A齿轮90 ；B下视相机83和B光源84安装在B线性模组81上；末端夹持机构82安装在C线性模组80上。X方向执行机构的B伺服电机92经B线性模组81可驱动末端夹持机构82、B下视相机83、B光源84在预定位旋转机构82位置和超声波焊接位置作X方向往复运动。Y方向执行机构通过B步进电机93驱动末端夹持机构，以调节被夹持工件在Y平行方向上的位移偏差。Z方向执行机构的C伺服电机85通过C同步传动机构86驱动末端夹持机构82在C线性模组80内作Z方向上下运动，向下运动时，末端夹持机构82用于到预定位旋转机构52位置夹持工件或到超声波焊接位置实现嵌插功能；向上运动时，末端夹持机构82夹住的工件可以避开X水平方向的空间干涉。Θ旋转执行机构的D伺服电机87通过驱动变速器88、D同步传动机构89、A齿轮90而带动A不完全齿轮91完成末端夹持机构82的的角度Θ旋转。
[0083]如图19所示，末端夹持机构82包括Η气杆94，A不完全齿轮91、推拉杆95、轨迹盘97、沿轨迹盘97圆周均匀分布的四个轨迹腰槽96a-96d、支撑盘98、凸台阶99、B夹爪盘100和沿圆周分布且空间相差90°的四个夹爪101a-101d和四个轨迹导向杆102a-102d。Η气缸94通过推拉杆95推动或拉动四个轨迹导向杆102a-102d同时沿四个轨迹腰槽96a_96d内滑动，带动轨迹盘97逆时针或顺时针旋转，进而四个夹爪10 la-10 Id同时向轨迹盘97中心方向或离开中心方向运动，夹紧或松开工件；夹紧时实现工件自定心，即工件的轴中心与B夹爪盘100的轴中心共线。为适用于不同直径尺寸的工件和保证外圆柱中心的定位精度，四个夹爪101a-101d从张开到夹紧的径向行程范围设计为10mm，以满足工件直径在15mm变化范围内的通用性要求。如工件直径的变化超过15mm，末端夹持机构82可另行配置并且在工件规格切换时需要更换。
[0084]进一步地，如图19所示，支撑盘98内设置有旋转滑动槽103，B夹爪盘100内安装有凸台阶99。当齿轮90带动不完全齿轮91旋转时，B夹爪盘100内的凸台阶99沿着支持盘98内的旋转滑动槽103内转动，此时支撑盘98不作旋转运动，从而实现了末端夹持机构82的Θ旋转与其它X、Y、Z三运动自由度的结构解耦。
[0085]在图20的示意图中，入料模块23中的B下视相机83和B光源84用以实现另一机器视觉功能，用于实时检测超声波焊接后贯流风叶半成品104上表面B定位标记11或A定位标记7的中心平移误差和旋转角度误差。由于上中节2的A叶片5嵌插后在轴盖1的B定位叶槽10或下中节2的A定位叶槽6内的位置存在平移误差和角度误差，在超声波焊接过程中上中节A叶片5的前端熔化的材料在焊接头压力作用下在径向和周向的铺展流延存在不均匀性，导致中节2焊接后产生扭曲和平移等现象。如果不对此进行在线实时补偿，焊接后成品的径向跳动会超出允许的容差范围。因此，本实用新型通过在线检测，实时补偿平移误差和旋转角度误差。如图20所示，B下视相机83和B光源84在末端夹持机构82送料到超声波焊接之前，水平运动至焊接头117 (参见图22)正下方，经过B下视相机83触发拍摄采集半成品贯流风叶104的上表面图像，通过图像预处理、定位标记模板匹配等图像处理算法流程得出前次超声波焊接时贯流风叶工件半成品的B定位标记11或A定位标记7的中心平移误差和旋转角度误差。
[0086]作为应用的扩展，上述所用算法亦可用以实时计算、显示和监视已焊贯流风叶半成品104和成品的最大径向跳动量。相比于目前离线用千分表在测试架上手工测量方法，具有测量更准确、节省人工、实时监视焊接质量和实时剔除不良半成品以避免后续焊接所导致的工件浪费等显著优点。
[0087]进一步地，作为另一实施可行方案，如图20所示，在超声波焊接机机座的侧面安装C侧视相机105和C光源106以替代B下视相机83和B光源84，用于实现在超声波焊接前后的实时检测功能。然而，由于C侧视相机105是侧面拍摄捕捉采集，只能近似检测到旋转角度误差。但对贯流风叶径向跳动要求不太严格的场合，亦可满足要求。
[0088]图21示意出当入料模块的B下视相机83和B光源84实现的机器视觉功能完成后，末端夹持机构82水平移动至焊接头117 (参见图22)正下方，将其夹持中节2的叶片5或内修端盖的叶片19的前端嵌插进入贯流风叶的半成品104上表面B定位叶槽10或A定位叶槽6。为控制插入的精准性，在末端夹持机构82未移至焊接头117之前，其通过入料模块23的四轴机械手臂的X、Y方向运动对所述的由于前次焊接所引起的平移误差进行补偿，借助四轴机械手臂的Θ旋转运动补偿旋转角度误差。由于贯流风叶的叶片存在制造误差，在注塑成型后可能产生变形和位置偏移导致在嵌插时出现角度误差，在嵌插过程中需要在定位叶槽邻近角度范围内搜索以纠正制造误差。本实用新型针对中节2的Α叶片5和内修端盖的B叶片19的前端嵌插过程首次提出软着陆与Θ旋转搜索相结合的控制方法；实施时末端夹持机构82高速下降至贯流风叶的半成品104上表面之上小高度后以很低匀速下降减少接触冲击力，同时判断中节2的A叶片5或内修端盖的B叶片19的前端是否嵌插成功，如嵌插不成功，则启动旋转顺时针和逆时针Θ小角度搜索。如在一段时间内嵌插仍不成功，则可判定中节2的A叶片5或内修端盖的B叶片19的前端形状不规则或变形过大，不适用于焊接。为保证焊接质量，末端夹持机构82上升到其初始位置，末端夹持机构82水平移至工件弃料导向槽107 (如图22所示)，松开所加工件，由弃料气管108将料吹进弃料储存盒109。对成功嵌入的情形，B伺服电机86通过B线性模组80给中节1的A叶片5或内修端盖的B叶片19施加一定的压力并保持一段时间，使中节的A叶片5或内修端盖的B叶片19的前端稳定可靠的嵌入插B定位叶槽10或A定位叶槽6内。
[0089]如图22和图22的局部放大图23所示，所述超声波焊接机24包括焊接执行机构、超声波转换系统和焊接夹持机构；其中焊接执行机构包括E伺服电机112、E线性模组113、安装在E线性模组113上的J焊接气缸114、安装在E线性模组113上的焊接滑台115、安装在J焊接气缸114上的位移传感器118 ;超声波转换系统包括超声波电源110、超声波换能器116和焊接头117。如图22和图24所示，焊接夹持机构包括焊接平台111、沿圆周分布且空间相差90°的四根导向杆119a-119d、上四导向滑块120a_120d、下四导向滑块120e-120f、上齿轮导向轮盘121a、下齿轮导向轮盘121b、B上小齿轮122a、C下小齿轮122b、F伺服电机124和G伺服电机125。焊接夹持机构的G伺服电机125驱动焊接平台111上下运动，其运动行程满足贯流风叶整体长度的要求。焊接夹持机构的F伺服电机124通过运行在位置控制模式，驱动B上小齿轮122a、C下小齿轮122b同步旋转并带动上齿轮导向轮盘121a、上齿轮导向轮盘121b同步旋转，安装在上四导向滑块120a-120d上和下四导向滑块120e-120f上的四根导向杆119a-119d同时向内和向外运动预先设置的位移。四根导向杆119a-119d向内运动夹紧贯流风叶半成品104和待焊工件且实现自定心，既工件上表面的轴中心与焊接头117的轴中心共线。当四根导向杆119a-119d完成预先设置的位移后，F伺服电机124通过从位置控制模式切换至转矩控制模式，精确控制工件的夹紧力以大幅度降低焊接后成品的塑性和弹性变形对径向跳动的影响以及在成品外圆柱表面形成的粉皮。四根导向杆119a-119d向外运动时，四根导向杆119a-119d向外张开合适的径向位移幅度，准备下一次焊接或成品的自动取出。由于F伺服电机124在位置控制模式和转矩控制模式运行时四根导向杆119的位移量和夹紧力可精确控制，对不同直径的工件可通过软件设置不同的位移量和夹紧力，不需要繁琐、费时的人工调节。
[0090]如图22所示，在超声波焊接机24上还安装有弃料导向槽107、弃料气管108和弃料储存盒109，用以剔出由于叶片整体变形或叶片前端形状不规则而不满足嵌插A定位叶槽6或B定位叶槽10所需精度要求的工件。
[0091]进一步地，图22所示的超声波转换系统的焊接电源110采用20KHz的全数字控制电源驱动超声波换能器116。由于20KHz频率已在可听音频之外，在焊接过程中产生的噪音较大幅度的降低。为进一步降低高频噪音，电源控制实现自动追踪谐振频率控制和实时自适应焊接能量控制，以减少超声波换能器116在工作时由于声能损失而激发的谐波噪音。此外，由于本实用新型可实现精准的嵌插，一方面可提高声能的转换效率，抑制声能传递损失导致的噪音。另一方面，在焊接过程中叶片熔化的材料在焊接头压力作用下径向和周向的铺展流延均匀，焊接后扭曲、平移等变形量少且融合处应力集中区域的应力大幅度降低，从而焊接精度得以大幅度提升，同时由于应力集中程度低，残余应力低，老化后成品率高且可减少老化去残余应力的时间。
[0092]进一步地，如图22所示，焊接执行机构的E伺服电机112结合J焊接气缸114可实现快速的焊接周期。现有的焊接头由气缸驱动上下运动，由于手动焊接的安全原因气缸的行程较长，气缸上下往复运动需1.5-2.0秒时间。为提高焊接头117的运动速度，图20中采用两级驱动的方式，第一级驱动由E伺服电机112通过E线性模组113和焊接滑台115快速驱动J焊接气缸114和焊接头117，第二级驱动由J焊接气缸114驱动焊接头117。具体实施时，第一级的上下运动行程范围为焊接头117从最上端的初始位置到焊接头117距离待焊工件几毫米的位置，第二级的上下运动行程范围为从焊接头117距离待焊工件几毫米的位置到待焊工件的位置。由于伺服驱动系统的快速性，两级驱动方式可将焊接头117上下往复的周期时间降至0.7-1.2秒，在整个焊接周期里可节省约0.8秒的时间。
[0093]进一步地，如图22和图23所示，安装在J焊接气缸114上的位移传感器118用于在线实时检测焊接头117在J焊接气缸114驱动时的上下直线位移量。利用直线位移量，可以实时验证中节2的A叶片5或内修端盖的B叶片19的前端是否已可靠地嵌入已焊半成品的上表面B定位叶槽10或A定位叶槽6内。当焊接头117下降接触到工件施加压力时，如在一定时间内焊接头117未能下降到预先设定的位置，说明中节2的A叶片5或内修端盖的B叶片19的前端尚未完全的嵌入B定位叶槽10或A定位叶槽6内，据此可中止后续的焊接，防止焊接不良品出现。另外，尤为重要的是，根据分析，焊接头位移变化量可用作一变化参量，很好地反映整个焊接过程的变化规律，即焊接过程中导能筋首先熔化，熔体在压力作用下沿径向和周向铺展；导能筋熔化完了，焊件上下表面开始融化，熔体在压力作用下向下塌陷和不断挤出，焊接头的位置也随之下降。依照此规律，可以利用位移变化量监控焊接不同阶段，即导能筋熔化阶段，熔化膜形态变化阶段，熔化挤出平衡阶段和保压阶段。如位移变化量与预设的变化量偏差超出阈值，将判定为强度不良或虚焊，随后下次焊接停止，成品取出模块将焊接不良成品取出。
[0094]如图9所示，所述收料模块包括分别安装的收料机械手29、输送皮带线30、推料机构31和储料皮带线32，收料机械手29将焊接后成品或不良品从超声波焊接机24中取出并经输送皮带线30和推料机构31传送到储料皮带线32内储存。
[0095]实施例2图10示意出了一种适用于内修端盖的优选实施方案。与图8相比，不同之处是用内修端盖皮带线送料机构取代了外修端盖振动盘送料机构28，内修端盖的皮带线送料机构包括储料皮带线33和与储料皮带线33连接的送料皮带线34，其它实施方式同实施例1。
[0096]上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选和可行实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
【权利要求】
1.一种贯流风叶焊接机器人，其特征在于，包括分送料模块、抓料机械手、预定位模块、入料模块、超声波焊接机和收料模块，其中: 所述分送料模块包括中节皮带送料机构、轴盖振动盘送料机构和外修端盖振动盘送料机构；其中所述中节皮带送料机构包括中节储料皮带线和与所述中节储料皮带线连接的中节送料皮带线； 所述抓料机械手的下端为抓料位，所述抓料机械手包括两自由度的机械手臂和三夹爪机构；所述两自由度的机械手臂包括依次安装的X方向执行机构和Z方向执行机构，其中所述X方向执行机构包括A气缸、A导向座和A导向杆；所述Z方向执行机构包括B导向座、B导向杆、A步进电机和A滚珠丝杆；所述三夹爪机构包括C气缸、抓料盘和三个夹爪；所述预定位模块包括L型整体支架，安装在所述L型整体支架上的预定位旋转机构、A伺服电机、A同步传动机构、A下视相机、A光源、支撑板、安装在所述支撑板上的传感器、安装在所述L型整体支架下方的A调整螺杆和安装在所述L型整体支架下方的A燕尾槽；所述预定位旋转机构中安装有固定转轴、传感器遮挡片、D气缸、E气缸、F气缸、G气缸，A顶板、B顶板、A夹爪盘和安装在所述A夹爪盘上端的八夹爪定位机构；所述八夹爪定位机构包括八个夹爪、与所述八个夹爪相对应的八个顶杆、与所述八个夹爪相对应的八个连杆和与所述八个夹爪相对应的八个摆杆，所述八个夹爪中的四个夹爪、所述八个顶杆中的四个顶杆、所述八个连杆中的四个连杆和所述八个摆杆中的四个摆杆分别组合成A四夹爪、A四顶杆、A四连杆和A四摆杆；另外四个夹爪、四个顶杆、四个连杆和四个摆杆分别组合成B四夹爪、B四顶杆、B四连杆和B四摆杆；所述A四夹爪和所述B四夹爪各自的四个爪子在圆周上均匀分布且相互之间的空间夹角为90°，所述A四夹爪的爪子和所述B四夹爪的爪子交错排列且相互之间在空间上相差45° ; 所述入料模块包括四自由度的机械手臂、末端夹持机构、B下视相机、B光源、安装在所述四自由度的机械手臂下方的B调整螺杆和安装在所述四自由度的机械手臂下方的B燕尾槽；所述四自由度的机械手臂包括X方向执行机构、Y方向执行机构、Z方向执行机构和Θ旋转执行机构，其中所述X方向执行机构包括B伺服电机和B线性模组；所述Z方向执行机构安装在所述B线性模组上，包括C伺服电机、C同步传动机构和C线性模组；所述Y方向执行机构安装在所述C线性模组上，包括B步进电机；所述Θ旋转执行机构安装在所述C线性模组上，包括D伺服电机、变速器、D同步传动机构和A齿轮；所述B下视相机和所述B光源安装在所述B线性模组上；所述末端夹持机构安装在所述C线性模组上，包括H气杆，A不完全齿轮、推拉杆、轨迹盘、沿所述轨迹盘圆周均匀分布的四个轨迹腰槽、支撑盘、凸台阶、B夹爪盘、沿所述B夹爪盘圆周分布且空间相差90°的四个夹爪和沿所述B夹爪盘圆周分布且空间相差90°的四个轨迹导向杆； 所述超声波焊接机包括焊接执行机构、超声波转换系统和焊接夹持机构，其中所述焊接执行机构包括E伺服电机、E线性模组、安装在所述E线性模组上的J焊接气缸、安装在所述E线性模组上的焊接滑台和安装在所述J焊接气缸上的位移传感器；所述超声波转换系统包括超声波电源、超声波换能器和焊接头；所述焊接夹持机构包括焊接平台、沿圆周分布且空间相差90°的四根导向杆、上四导向滑块、下四导向滑块、上齿轮导向轮盘、下齿轮导向轮盘、B上小齿轮、C下小齿轮、F伺服电机和G伺服电机； 所述收料模块包括收料机械手、输送皮带线、推料机构和储料皮带线。
2.根据权利要求1所述的贯流风叶焊接机器人，其特征在于，所述分送料模块的外修端盖振动盘送料机构可由储料皮带线和与所述储料皮带线连接的送料皮带线组成的内修端盖皮带线送料机构替代。
3.根据权利要求1所述的贯流风叶焊接机器人，其特征在于，所述分送料模块的轴盖振动盘送料机构和外修端盖振动盘送料机构可采用料仓、料匣或托盘送料机构中的一种替代；所述分送料模块的中节送料皮带线可由气缸、步进电机或伺服电机中的一种驱动的机械手替代；所述分送料模块的中节送料皮带线经过延伸配置可与所述贯流风叶焊接机器人应用的上一道注塑工序的注塑机设备连接集成。
4.根据权利要求1所述的贯流风叶焊接机器人，其特征在于，所述分送料模块的轴盖振动盘送料机构和外修端盖振动盘送料机构的设置满足贯流风叶直径在15mm的变化范围内的要求。
5.根据权利要求1所述的贯流风叶焊接机器人，其特征在于，所述抓料机械手的三个夹爪从张开到夹紧的径向行程范围为10mm。
6.根据权利要求1所述的贯流风叶焊接机器人，其特征在于，所述预定位模块的八个夹爪从张开到夹紧的径向行程范围为10mm。
7.根据权利要求1所述的贯流风叶焊接机器人，其特征在于，所述入料模块的末端夹持机构的四个夹爪从张开到夹紧的径向行程范围为10_。
8.根据权利要求1所述的贯流风叶焊接机器人，其特征在于，所述入料模块的B下视相机和B光源可分别由安装在所述超声波焊接机侧面的C侧视相机和C光源替代。
【文档编号】B29C65/08GK204054652SQ201420348246
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】王耀明 申请人:思泽创科技(深圳)有限公司