一种平板焊接智能机器人反变形工装夹具及其方法与流程

1.本发明涉及焊接变形控制技术领域，特别涉及一种平板焊接智能机器人反变形工装夹具及其方法。


背景技术：

2.一般在进行焊接加工的工艺过程中，工件往往会出现变形的现象。焊接变形主要分三个阶段：第一阶段发生在焊接进行时，此时工件之间受夹具夹紧固定后进行焊接连接，焊接应力和热膨胀为这一阶段的主要变形；第二阶段从焊接完成开始，此时焊接工件进入从高温至常温的冷却过程，冷收缩时焊接应力的释放为这阶段变形的原因；第三阶段经历的时间最长，在完全冷却后由于板件的接合方式不同，最终各异的结构将导致局部应力的残留。
3.因此，由于变形将导致工件尺寸精度的大幅度降低或偏差；或者加工余量过大使之无法装配；有的甚至造成结构件的报废。为了提高产品质量，能够选择提高焊接工艺或使用夹紧装置进行夹紧防止变形，提高焊接工艺不仅要求高，成本也高；而现有的防变形机构多为手动夹紧装置，手动夹紧装置一般通过螺母将工件固定住并进行焊接；当完成焊接后，再将螺母拧开将工件取下。但是由于在焊接中夹紧装置给予工件一反变形压力控制其变形，往往在完成焊接后，螺母也受力变形，在拆卸工件时使螺母难以拧开，甚至造成其损坏；此外，由于螺母的数量多，一一拧紧也造成夹紧操作速度慢、效率低。为了改变焊接变形问题，技术人员进行了大量的技术改进，其中专利号为cn207344031 u的中国专利，使用了一种先期调好角度之后进行焊接的步骤，但是在应对不同的材质焊接时，形变的幅度无法操控，所以不能适应不同材质的焊接，而且在焊接前需要手动进行调节，效率慢。还有申请号为cn108406148a的中国专利申请，公开的是一种应用于智能机器人焊接的反变形装置，但是在反变形装置上使用的是通过在行走过程中矫正装置进行变形的防止措施，这种方式是被动的进行矫正，无法应对在焊接时内部的应力残留，为后期在使用过程中埋下隐患。因此，目前常用方法是通过外部夹具进行反变形，焊接后收缩尽量减少焊接收缩冷却变形，但是夹具有外部载荷也会引起一定的力。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的在于提供一种平板焊接智能机器人反变形工装夹具及其方法，以解决现有的反变形装置对反变形压力控制不佳的问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.本发明一实施例提供一种平板焊接智能机器人反变形工装夹具，包括搬运伺服滑台、智能搬运机器人、倒挂伺服滑台、智能焊接机器人及工作台，其中搬运伺服滑台和倒挂伺服滑台平行设置，倒挂伺服滑台为龙门型结构，工作台设置于倒挂伺服滑台的下方，工作台的两端设有工件定位机构，工件定位机构用于对焊接工件组件的两端进行定位；工作台的中间位置设有用于对焊接工件组件进行翘曲变形的伺服液压升降头；
7.智能搬运机器人设置于搬运伺服滑台上且执行末端设有末端执行器，末端执行器用于搬运焊接工件组件及在焊接作业时压紧焊接工件组件；
8.智能焊接机器人倒挂在倒挂伺服滑台上且执行末端设有焊枪，焊枪用于对焊接工件组件进行施焊。
9.在一种可能实现的方式中，所述工件定位机构包括液压升降机构和压杆，其中液压升降机构设置于所述工作台上且输出端与水平设置的压杆连接。
10.在一种可能实现的方式中，所述液压升降机构的输出端沿径向设有用于压杆穿过的贯穿孔。
11.在一种可能实现的方式中，所述焊接工件组件包括底板和贴板；
12.所述工作台的端部设有位于所述液压升降机构外侧的垫板，垫板与底板的厚度相等；在焊接时，所述压杆的用于定位底板的端部。
13.在一种可能实现的方式中，所述伺服液压升降头为圆柱形结构，且顶部设有球头。
14.在一种可能实现的方式中，所述工件定位机构为四组且对称设置于所述工作台的两端；
15.所述伺服液压升降头为两组且沿所述工作台的宽度方向设置。
16.在一种可能实现的方式中，所述末端执行器包括主体框架、接口法兰及电磁铁，其中主体框架一侧设置接口法兰，接口法兰与所述智能搬运机器人的执行末端连接；主体框架的另一侧设置电磁铁，电磁铁用于吸附焊接工件组件。
17.在一种可能实现的方式中，所述主体框架为长方体结构，且两端端部设有拨叉。
18.本发明又一实施例提供一种利用所述的平板焊接智能机器人反变形工装夹具进行反变形的方法，该方法包括以下步骤：
19.1)伺服液压升降头处于初始位置，伺服液压升降头的球头低于工作台的上表面；
20.2)智能搬运机器人通过末端执行器吸附底板，且将底板放置在工作台上；
21.3)智能搬运机器人通过末端执行器吸附贴板，且将贴板放置在底板上方；
22.4)智能搬运机器人通过末端执行器吸附垫板，将两个垫板依次放置在工作台的两端；
23.5)液压升降机构升起，液压升降机构的输出端高于工作台的上表面；
24.6)智能搬运机器人通过末端执行器吸附压杆，将压杆插入液压升降机构的输出端的贯穿孔内，智能搬运机器人通过末端执行器调整压杆的位置和姿态；
25.7)液压升降机构驱动压杆下降至垫板和底板的上方；
26.8)伺服液压升降头升起，伺服液压升降头的球头从底板的下表面顶升，使底板的中间位置处翘曲变形；
27.9)智能搬运机器人通过末端执行器的拨叉压紧贴板所需反变形的位置上，智能焊接机器人通过焊枪对贴板和底板进行点焊；
28.10)智能焊接机器人通过焊枪对贴板和底板之间的焊缝进行空间六自由度连续焊接。
29.在一种可能实现的方式中，在步骤9)中：
30.首先，智能搬运机器人通过末端执行器的拨叉压紧贴板的一端，使贴板的一端与底板贴合；智能焊接机器人通过焊枪对贴板的一端与底板之间没有间隙的区域进行点焊；
31.然后，智能搬运机器人通过末端执行器的拨叉压紧贴板的另一端，使贴板的另一端与底板贴合；智能焊接机器人通过焊枪对贴板的另一端与底板之间没有间隙的区域进行点焊。
32.本发明的优点及有益效果是：
33.1.本发明通过对厚板焊接的反变形装置，全程不需要人力参与，实现反变形的无人操作，减少人员劳动量，完成对焊接应力的消除。
34.2.本发明在焊接组装前通过伺服液压升降头对工件制定一个反向变形，使该变形与焊后产生的变形大小相等而方向相反，以此来达到抵消焊接变形。本发明通过设置参数范围值，减少变形对于焊接产品的影响，使其固定在原有的形状内，特别是在焊接时能够通过焊接热的存在，使其具有可塑性，完成对产品的可塑改造，产品质量稳定。
35.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
36.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
37.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。在附图中：
38.图1为本发明一种平板焊接智能机器人反变形工装夹具的等轴测视图；
39.图2为图1中a处放大图；
40.图3为本发明一种平板焊接智能机器人反变形工装夹具的侧视图；
41.图4为图3中b处放大图；
42.图5为本发明中智能搬运机器人的末端执行器的等轴测视图；
43.图中：1为搬运伺服滑台，2为智能搬运机器人，3为末端执行器，301为主体框架，302为接口法兰，303为拨叉，304为电磁铁，4为倒挂伺服滑台，5为智能焊接机器人，6为焊枪，7为工作台，8为伺服液压升降头，801为球头，802为矩形孔，9为焊接工件组件，901为底板，902为贴板，10为垫板，11为工件定位机构，111为液压升降机构，112为压杆。
具体实施方式
44.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”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，因此不能理解为对本发明的限制。
45.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
46.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等
术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
47.以下结合附图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。
48.本发明一实施例提供一种平板焊接智能机器人反变形工装夹具，实现反变形的无人操作，减少人员劳动量，完成对焊接应力的消除。参见图1至图3所示，该平板焊接智能机器人反变形工装夹具包括搬运伺服滑台1、智能搬运机器人2、倒挂伺服滑台4、智能焊接机器人5及工作台7，其中搬运伺服滑台1和倒挂伺服滑台4平行设置，倒挂伺服滑台4为龙门型结构，工作台7设置于倒挂伺服滑台4的下方，工作台7的两端设有工件定位机构11，工件定位机构11用于对焊接工件组件9的两端进行定位；工作台7的中间位置设有用于对焊接工件组件9进行翘曲变形的伺服液压升降头8；智能搬运机器人2设置于搬运伺服滑台1上且执行末端设有末端执行器3，末端执行器3用于搬运焊接工件组件9及在焊接作业时压紧焊接工件组件9；智能焊接机器人5倒挂在倒挂伺服滑台4上且执行末端设有焊枪6，焊枪6用于对焊接工件组件9进行施焊。
49.参见图1所示，本发明的实施例中，工件定位机构11为四组且对称设置于工作台7的两端；伺服液压升降头8为两组且沿工作台7的宽度方向设置。
50.参见图2所示，本发明的实施例中，工件定位机构11包括液压升降机构111和压杆112，其中液压升降机构111设置于工作台7上且输出端与水平设置的压杆112连接。具体地，液压升降机构111采用液压缸，液压缸的输出端沿径向设有用于压杆112穿过的贯穿孔。
51.具体地，压杆112为矩形条状结构，使压杆112与底板901面接触，保证底板901的稳定性。
52.本发明的实施例中，焊接工件组件9包括底板901和贴板902；工作台7的端部设有位于液压升降机构111外侧的垫板10，垫板10与底板901的厚度相等；在焊接时，压杆112的用于定位底板901的端部，垫板10能保证压杆112的定位精确。
53.参见图4所示，本发明的实施例中，伺服液压升降头8为圆柱形结构，且顶部设有球头801，伺服液压升降头8上沿径向设有矩形孔802。通过球头801与工件接触，避免划伤工件。
54.参见图5所示，本发明的实施例中，末端执行器3包括主体框架301、接口法兰302及电磁铁304，其中主体框架301一侧设置接口法兰302，接口法兰302与智能搬运机器人2的执行末端连接；主体框架301的另一侧设置电磁铁304，电磁铁304用于吸附焊接工件组件9，采用电磁铁304吸附工件快捷方便，提高生产效率。
55.进一步地，主体框架301为长方体结构，且两端端部设有拨叉303，通过拨叉303对焊接工件组件9进行压紧及对压杆112的位姿进行调整，实现末端执行器3的多功能化。
56.本发明一实施例提供一种平板焊接智能机器人反变形工装夹具，智能搬运机器人2通过搬运伺服滑台1提供往复直线运动，智能焊接机器人5通过倒挂伺服滑台4提供往复直线运动，且搬运伺服滑台1和倒挂伺服滑台4的运动方向平行。搬运伺服滑台1和倒挂伺服滑台4及智能搬运机器人2和智能焊接机器人5均采用现有技术，在此不再赘述。智能搬运机器
人2和智能焊接机器人5提供搬运和焊接动作的空间六自由度。本发明在焊接组装前通过伺服液压升降头对工件制定一个反向变形，使该变形与焊后产生的变形大小相等而方向相反，以此来达到抵消焊接变形。实现反变形的无人操作，减少人员劳动量，完成对焊接应力的消除。
57.在上述实施例的基础上，本发明的又一实施例提供一种利用平板焊接智能机器人反变形的方法，该方法通过上述实施例中的一种平板焊接智能机器人反变形工装夹具实现，该方法包括包括以下步骤：
58.1)伺服液压升降头8处于初始位置，伺服液压升降头8的球头801低于工作台7的上表面；
59.2)智能搬运机器人2通过末端执行器3吸附底板901，且将底板901放置在工作台7上；
60.3)智能搬运机器人2通过末端执行器3吸附贴板902，且将贴板902放置在底板901上方；
61.4)智能搬运机器人2通过末端执行器3吸附垫板10，将两个垫板10依次放置在工作台7的两端；
62.5)液压升降机构111升起，液压升降机构111的输出端高于工作台7的上表面；
63.6)智能搬运机器人2通过末端执行器3吸附压杆112，将压杆112插入液压升降机构111的输出端的贯穿孔内，智能搬运机器人2通过末端执行器3调整压杆112的位置和姿态；
64.7)液压升降机构111驱动压杆112下降至垫板10和底板901的上方；
65.8)伺服液压升降头8升起，伺服液压升降头8的球头801从底板901的下表面顶升，使底板901的中间位置处翘曲变形；
66.9)智能搬运机器人2通过末端执行器3的拨叉303压紧贴板902所需反变形的位置上，智能焊接机器人5通过焊枪6对贴板902和底板901进行点焊；
67.10)智能焊接机器人5通过焊枪6对贴板902和底板901之间的焊缝进行空间六自由度连续焊接。
68.进一步地，在步骤9)中：
69.首先，智能搬运机器人2通过末端执行器3的拨叉303压紧贴板902的一端，使贴板902的一端与底板901贴合；智能焊接机器人5通过焊枪6对贴板902的一端与底板901之间没有间隙的区域进行点焊；
70.然后，智能搬运机器人2通过末端执行器3的拨叉303压紧贴板902的另一端，使贴板902的另一端与底板901贴合；智能焊接机器人5通过焊枪6对贴板902的另一端与底板901之间没有间隙的区域进行点焊。完成点焊后，使贴板902与底板901完全贴合，能保证连续施焊顺畅进行。
71.本发明在焊接组装前通过伺服液压升降头对工件制定一个反向变形，使该变形与焊后产生的变形大小相等而方向相反，以此来达到抵消焊接变形。在施焊过程中，通过智能搬运机器人和智能焊接机器人的协同作业下，实现反变形的无人操作，减少人员劳动量，完成对焊接应力的消除。
72.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围
之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种平板焊接智能机器人反变形工装夹具，其特征在于，包括搬运伺服滑台(1)、智能搬运机器人(2)、倒挂伺服滑台(4)、智能焊接机器人(5)及工作台(7)，其中搬运伺服滑台(1)和倒挂伺服滑台(4)平行设置，倒挂伺服滑台(4)为龙门型结构，工作台(7)设置于倒挂伺服滑台(4)的下方，工作台(7)的两端设有工件定位机构(11)，工件定位机构(11)用于对焊接工件组件(9)的两端进行定位；工作台(7)的中间位置设有用于对焊接工件组件(9)进行翘曲变形的伺服液压升降头(8)；智能搬运机器人(2)设置于搬运伺服滑台(1)上且执行末端设有末端执行器(3)，末端执行器(3)用于搬运焊接工件组件(9)及在焊接作业时压紧焊接工件组件(9)；智能焊接机器人(5)倒挂在倒挂伺服滑台(4)上且执行末端设有焊枪(6)，焊枪(6)用于对焊接工件组件(9)进行施焊。2.根据权利要求1所述的平板焊接智能机器人反变形工装夹具，其特征在于，所述工件定位机构(11)包括液压升降机构(111)和压杆(112)，其中液压升降机构(111)设置于所述工作台(7)上且输出端与水平设置的压杆(112)连接。3.根据权利要求2所述的平板焊接智能机器人反变形工装夹具，其特征在于，所述液压升降机构(111)的输出端沿径向设有用于压杆(112)穿过的贯穿孔。4.根据权利要求3所述的平板焊接智能机器人反变形工装夹具，其特征在于，所述焊接工件组件(9)包括底板(901)和贴板(902)；所述工作台(7)的端部设有位于所述液压升降机构(111)外侧的垫板(10)，垫板(10)与底板(901)的厚度相等；在焊接时，所述压杆(112)的用于定位底板(901)的端部。5.根据权利要求1所述的平板焊接智能机器人反变形工装夹具，其特征在于，所述伺服液压升降头(8)为圆柱形结构，且顶部设有球头(801)。6.根据权利要求1所述的平板焊接智能机器人反变形工装夹具，其特征在于，所述工件定位机构(11)为四组且对称设置于所述工作台(7)的两端；所述伺服液压升降头(8)为两组且沿所述工作台(7)的宽度方向设置。7.根据权利要求1所述的平板焊接智能机器人反变形工装夹具，其特征在于，所述末端执行器(3)包括主体框架(301)、接口法兰(302)及电磁铁(304)，其中主体框架(301)一侧设置接口法兰(302)，接口法兰(302)与所述智能搬运机器人(2)的执行末端连接；主体框架(301)的另一侧设置电磁铁(304)，电磁铁(304)用于吸附焊接工件组件(9)。8.根据权利要求7所述的平板焊接智能机器人反变形工装夹具，其特征在于，所述主体框架(301)为长方体结构，且两端端部设有拨叉(303)。9.一种利用权利要求1-8任一项所述的平板焊接智能机器人反变形工装夹具进行反变形的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)伺服液压升降头(8)处于初始位置，伺服液压升降头(8)的球头(801)低于工作台(7)的上表面；2)智能搬运机器人(2)通过末端执行器(3)吸附底板(901)，且将底板(901)放置在工作台(7)上；3)智能搬运机器人(2)通过末端执行器(3)吸附贴板(902)，且将贴板(902)放置在底板(901)上方；4)智能搬运机器人(2)通过末端执行器(3)吸附垫板(10)，将两个垫板(10)依次放置在
工作台(7)的两端；5)液压升降机构(111)升起，液压升降机构(111)的输出端高于工作台(7)的上表面；6)智能搬运机器人(2)通过末端执行器(3)吸附压杆(112)，将压杆(112)插入液压升降机构(111)的输出端的贯穿孔内，智能搬运机器人(2)通过末端执行器(3)调整压杆(112)的位置和姿态；7)液压升降机构(111)驱动压杆(112)下降至垫板(10)和底板(901)的上方；8)伺服液压升降头(8)升起，伺服液压升降头(8)的球头(801)从底板(901)的下表面顶升，使底板(901)的中间位置处翘曲变形；9)智能搬运机器人(2)通过末端执行器(3)的拨叉(303)压紧贴板(902)所需反变形的位置上，智能焊接机器人(5)通过焊枪(6)对贴板(902)和底板(901)进行点焊；10)智能焊接机器人(5)通过焊枪(6)对贴板(902)和底板(901)之间的焊缝进行空间六自由度连续焊接。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤9)中：首先，智能搬运机器人(2)通过末端执行器(3)的拨叉(303)压紧贴板(902)的一端，使贴板(902)的一端与底板(901)贴合；智能焊接机器人(5)通过焊枪(6)对贴板(902)的一端与底板(901)之间没有间隙的区域进行点焊；然后，智能搬运机器人(2)通过末端执行器(3)的拨叉(303)压紧贴板(902)的另一端，使贴板(902)的另一端与底板(901)贴合；智能焊接机器人(5)通过焊枪(6)对贴板(902)的另一端与底板(901)之间没有间隙的区域进行点焊。

技术总结
本发明涉及焊接变形控制技术领域，特别涉及一种平板焊接智能机器人反变形工装夹具及其方法。该工装夹具包括搬运伺服滑台、智能搬运机器人、倒挂伺服滑台、智能焊接机器人及工作台，其中工作台的两端设有工件定位机构，工件定位机构用于对焊接工件组件的两端进行定位；工作台的中间位置设有用于对焊接工件组件进行翘曲变形的伺服液压升降头；智能搬运机器人设置于搬运伺服滑台上且执行末端设有末端执行器，末端执行器用于搬运焊接工件组件及在焊接作业时压紧焊接工件组件；智能焊接机器人倒挂在倒挂伺服滑台上且执行末端设有焊枪，焊枪用于对焊接工件组件进行施焊。本发明实现反变形的无人操作，减少人员劳动量，完成对焊接应力的消除。应力的消除。应力的消除。


技术研发人员：李蕊 丛楠 郭帅 常东旭 朱维金
受保护的技术使用者：沈阳新松机器人自动化股份有限公司
技术研发日：2022.02.18
技术公布日：2023/8/31