一种风机叶轮双枪焊接简化示教的控制系统及方法
技术领域
本发明属于风机叶轮双枪焊接技术领域,具体地说,涉及一种风机叶轮双枪焊接简化示教的控制系统及控制方法。
背景技术
在现有领域中,对于工件风机叶轮的焊接技术仅限于手工焊接或者半手工焊接,不仅焊接速度慢,而且焊接定位不精准,焊接出来的叶轮外观不美观,且对于焊工的技术要求较高。为了解决这一现状,我司进行全自动化焊接设备的研究与开发,做到在工件风机叶轮的焊接工艺上不需要人工焊接或者补焊,非技术人员皆可操作,完成工件的完美焊接。
中国实用新型专利(CN207806848U:一种风机叶轮自动焊接机)包括机架,所述机架上端设有一工作台;所述工作台前侧上下部设有互为对称的线性滑轨,工作台该侧左右两端皆设有与线性滑轨相匹配的凸台座;所述凸台座上设有工件定位夹紧机构;所述工作台左部设有与左端凸台座相螺接的丝杆;所述工作台右部固定有第一气缸,第一气缸通过自身活塞杆与右端凸台座相连接;所述工作台左侧设有一与丝杆相匹配的压座,压座通过轴承与丝杆相连接;所述丝杆一端贯穿出压座并连接有一调节手轮;所述工作台上方左右两侧设有互为对称的焊接装置。
中国实用新型专利(CN205184094U:一种轴流风机叶轮的自动化焊接设备);它解决了现有轴流风机叶轮的生产效率低,焊接质量差的问题。本轴流风机叶轮的自动化焊接设备中,该轴流风机叶轮由轮毂和焊接于轮毂周壁上的若干个叶片组成,该设备包括焊接机器人、主轴箱以及设置于主轴箱上的支架,支架底部与主轴箱的传动轴相固连,支架顶部安装有两个相互平行的立柱,两立柱之间安装有固定板,固定板的中心部具有供轮毂套入的中心轴,中心轴上设置可将轮毂夹紧的紧固螺母,固定板上还具有若干个围绕中心轴周向分布的夹具。
上述两个实用新型专利文件虽然均可以实现自动焊接,但是不能自动焊接过程的编程复杂,且上述的焊接设备的强度和速度均需进一步提高,且现有技术的焊接设备均未提供一种风机叶轮双枪焊接简化示教的控制方法。
发明内容
针对上述问题,本发明是通过如下技术方案实现的:一方面,一种风机叶轮双枪焊接简化示教的控制系统,其特征在于,包括焊机送丝装置、焊机、焊接机械手B、焊接机械手A、送料装置、变位机、主控箱;所述主控箱一侧设置有焊机送丝装置,所述焊机送丝装置设置在焊机顶部;另一侧设置有送料装置、变位机,所述送料装置与变位机相邻设置;所述主控箱顶部设置有滑轨,所述滑轨上依次滑动连接有焊接机械手A和焊接机械手B;
所述焊接机械手A和焊接机械手B分别包括焊枪A和焊枪B;所述焊枪A上设置有跟踪定位探头;
所述送料装置包括送料运送总成、通用夹具、压料装置总成,所述送料运送总成顶部设置有压料装置总成,所述压料装置总成与通用夹具连接;
所述变位机包括底座、轮毂固定装置;所述轮毂固定装置设置在底座上;
所述轮毂固定装置包括安装轴、固定螺母、轮毂固定盘、固定把手螺丝、垫套;所述安装轴上套设有垫套,所述轮毂固定盘通过固定螺母固定在安装轴上,所述固定把手螺丝穿过垫套设置在安装轴上。
优选地,送料运送总成包括第一直线滑轨、底架、运送上板、步进电机、直线运动系统,所述直线运动系统设置于底架上,所述第一直线滑轨安装于底架上,所述运送上板安装于第一直线滑轨,所述步进电机安装在运送上板下方。
优选地,压料装置总成包括下压杆、下压导杆、直线轴承、安装板及气缸;所述安装板上安装有气缸和直线轴承;所述下压导杆与气缸均连接下压杆,所述气缸带动下压杆上下运动。
优选地,所述焊接机械手A和焊接机械手B均还包括送丝机、Z轴运动总成、滑轨底座、X轴运动模组;所述滑轨底座上竖直方向上设置有Z轴运动总成,所述Z轴运动总成横向方向上滑动设置有X轴运动模组,所述X轴运动模组上设置有送丝机;所述焊接机械手A和焊接机械手B上的X轴运动模组远离滑轨底座的一端分别设置有焊枪A和焊枪B。
优选地,所述Z轴运动总成包括安装座,第二直线滑轨,第一滚珠丝杆,运动平台,第一伺服电机,减速机,齿轮;所述第二直线滑轨安装于安装座,所述运动平台安装于第二直线滑轨上部,所述安装座顶部设置有电机,所述第一滚珠丝杆连接运动平台和电机,所述安装座下部安装有第一伺服电机和减速机,所述减速机直接安装齿轮,所述齿轮配合底架安装的齿条带动Z轴总成左右移动。
优选地,所述X轴运动模组包括模组底座,第三直线滑轨,模组运动安装座,模组盖板,模组前板,模组后板,第二伺服电机,第二滚珠丝杆;第三直线滑轨安装于模组底座,所述模组运动安装座安装于第三直线滑轨,所述模组底座前后分别设置有模组前板和模组后板,所述模组盖板横跨模组底座安装于模组前板和模组后板上,所述模组前板上设置有第二伺服电机,所述第二滚珠丝杆连接模组运动安装座和第二伺服电机,完成X轴方向的直线运动。
优选地,所主控箱上设置有控制装置,所述控制装置包括主控单元、人机交互单元、运动执行单元、数据采集单元、焊接单元;
所述主控单元分别与人机交互单元、运动执行单元、数据采集单元、焊接单元连接,
所述人机交互单元用于完成与操作人员的数据指令交流;
所述运动执行单元由焊接机械手A和焊接机械手B、变位机和送料装置作组成,所述主控单元控制焊接机械手A和焊接机械手B、变位机和送料装置运动,所述变位机上放置有主工件,主工件跟随变位机翻转变化,送料装置用于调整叶片角度与位置以便与主工件配合;
所述焊接单元由焊机、送丝机和焊枪A和焊枪B组成,所述焊接单元由主控单元控制焊接,送丝机由焊机驱动,焊枪A和焊枪B进行焊接作业;
数据采集单元包括跟踪定位探头,用于采集主工件与叶片配合处的形态特征。
另一方面,本发明提供的控制风机叶轮双枪焊接简化示教的控制系统的控制方法,包括如下步骤:
S1:压料装置固定叶片后,控制装置中的控制执行单元控制焊接机械手A移动焊枪A到叶片焊接的起始位置,在此通过数据采集单元获取一个坐标a并记录到生产文件,再次控制移动焊枪A到焊接结束位置,在此通过数据采集单元获取一个坐标b并记录到生产文件;根据叶片起始结束位置使用控制装置内置的激光扫描程序获得一维轨迹;
S2:控制变位机变换叶片焊接姿态,使叶片从水平翻转为垂直,控制焊枪A移动到变位机翻转后叶片焊接的空间轨迹起始结束位置,并各记录一个坐标(c、d);
S3:控制执行单元控制焊枪B移动到叶片另一侧的焊接位置,分别记录起始结束坐标(e、f);
(焊枪A和焊枪B未处于相同坐标系或坐标误差)
S3:控制焊枪B移动到叶片另一侧的焊接位置,分别记录起始结束坐标(e、f),由于叶片的特征不变,可与记录的坐标组合成焊接轨迹;
S4:由于叶片的特征不变,数据采集单元获取的一维轨迹信息与记录的空间坐标(c、d)、(e、f)组合计算,焊缝的空间曲线轨迹,再设定叶片数量、焊接速度、固定点焊方式、摆幅参数,完成依次编程操作;
S5:自动焊接过程;
待示教完成后,控制装置控制压料装置固定叶片,并控制机械手A根据获取的空间曲线轨迹进行点焊,点焊第一叶片后通用夹具降下,变位机水平转动一定角度,通用夹具升起,人工放置叶片于压料装置上,固定叶片后再次自动点焊,直至叶片全部点焊完成后通用夹具降下,送料运送总成自动退回原点,变位机竖直方向旋转90度,使叶片竖直放置;
叶片竖直放置后,机械手A与机械手B分别根据空间曲线轨迹对叶片左右两侧同时进行焊接,单个叶片焊接完成后,变位机水平轴旋转一定角度,使叶片竖直旋转一定角度,进行下一叶片的焊接,直至所有叶片焊接完成。
优选地,所述步骤S1中压料装置固定叶片前的步骤为:
S01:工件焊接前事先根据焊接叶片形状更换或调整通用夹具,再将轮毂放置于轮毂固定盘上,轮毂中心孔穿过安装轴,固定螺母固定住轮毂,锁紧固定把手螺丝;
S02:手动控制送料运送总成,将通用夹具移至轮毂20mm处,数据采集单元记录位置数据,通用夹具升起,人工放置叶片,压料装置启动,气缸向下运动,带动下压杆向下运动,同时下压导杆辅助下压杆保持水平。
与现有技术相比,本发明的有益效果:风机叶轮双枪焊接设备摒弃了传统的单枪单座,设置为双枪单座,节约了使用空间,且在结构上进行了强度优化(传统焊接机械手通常由外购的冷拉直线模组构成,本发明采用铝板材拼接的结构方式(如图11中的Z轴运动总成的设置方式),强度较冷拉模组更好和速度优化(第一滚珠丝杆和第二滚珠丝杆使用大导程,双枪同时运作,以提高效率和速度),比传统单枪焊接,焊接速度更快更稳定;工件固定上采用了轮毂固定装置,轮毂固定装置上设置有一系列规则的销钉孔,零件18上有一系列规则销钉孔,不同型号轮毂变换销钉孔位置即可,通用性广泛,适用范围大;焊接定位采用了跟踪定位探头,不需要复杂的系统编程,可自动采集工件焊接点,自动进行焊接。
本发明利用跟踪定位探头辅助检测,检测工件的轮廓,示教单一的叶片,两者结合生成完整的焊接轨迹,减少示教的时间,从编程上保证不同叶片的焊接轨迹相同。
本发明提供的双枪焊接设备对比单臂机械手,双臂的结构必然的带来焊接效率的提升,同时由于双枪焊接的原因,避免了传统单枪焊接中热变形的问题。
本发明主要的简化工作是轨迹编程方面,使用跟踪定位探头技术来获取轨迹特征替换繁杂的编程操作,从而节省人力资源,提高效率。同时将操作过程与步骤固定下来,降低了对操作人员的要求。
附图说明
图1为本发明提供的风机叶轮总装结构示意图;
图2为本发明提供的焊枪机械手A的结构示意图;
图3为本发明提供的焊枪机械手A的结构示意图;
图4为本发明提供的焊枪机械手B的结构示意图;
图5为本发明提供的送料装置的结构示意图;
图6为本发明提供的变位机的结构示意图;
图7为本发明提供的变位机的正视图;
图8为图7的结构放大图;
图9为本发明提供的送料运送总成的结构示意图;
图10为本发明提供的压料装置总成的结构示意图;
图11为本发明提供的Z轴运动总成的结构示意图;
图12为本发明提供的X轴运动模组的结构示意图;
图13为本发明提供的控制装置机构拓扑图。
附图中标记的具体含义如下:
1、焊机送丝装置;2、焊机;3、焊接机械手B;4、焊接机械手A;5、送料装置;6、变位机;7、跟踪定位探头;8、送丝机;9、Z轴运送总成;10、X轴运动模组;11、滑轨底座;12、焊枪B;13、送料运动总成;14、压料装置总成;15、通用夹具;16、安装轴;17、固定螺母;18、轮毂固定盘;19、垫套;20、固定把手螺丝;21:运送上板;22:第一直线滑轨;23:直线运动系统;24:底架;25:下压导杆;26:安装板;27:气缸;28:下压杆;29:运动平台;30:第二直线滑轨、31:第一滚珠丝杆;32:安装座;33:第一伺服电机;34:减速机;35:齿轮;36:电机;37:模组底座;38:模组运动安装座;39:模组盖板;40:模组前板;41:模组后板;42:第二伺服电机;43:第二滚珠丝杆。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的具体实施方式作详细的说明。
本发明是通过如下技术方案实现的:一方面,一种风机叶轮双枪焊接简化示教的控制系统,包括焊机送丝装置1、焊机2、焊接机械手B 3、焊接机械手A 4、送料装置5、变位机6、主控箱;所述主控箱一侧设置有焊机送丝装置1,所述焊机送丝装置1设置在焊机2顶部;另一侧设置有送料装置5、变位机6,所述送料装置5与变位机6相邻设置;所述主控箱顶部设置有滑轨,所述滑轨上依次滑动连接有焊接机械手A 4和焊接机械手B 4;
焊接机械手A 4和焊接机械手B 3分别包括焊枪A和焊枪B 12;所述焊枪A上设置有跟踪定位探头7;
送料装置5包括送料运送总成13、通用夹具15、压料装置总成14,所述送料运送总成13顶部设置有压料装置总成14,所述压料装置总成14与通用夹具连接;
其中:变位机6包括底座、轮毂固定装置;所述轮毂固定装置设置在底座上;
所述轮毂固定装置包括安装轴16、固定螺母17、轮毂固定盘18、固定把手螺丝20、垫套19;所述安装轴16上套设有垫套19,所述轮毂固定盘18通过固定螺母17固定在安装轴16上,所述固定把手螺丝20穿过垫套19设置在安装轴16上。
其中:送料运送总成13包括第一直线滑轨22、底架24、运送上板21,直线运动系统23,所述第一直线滑轨22安装于底架24上,直线运动系统23设置于底架24上,所述运送上板21安装于第一直线滑轨22,步进电机安装在运送上板21下方。
压料装置总成14包括下压杆28、下压导杆25、直线轴承、安装板26及气缸27;所述安装板26上安装有气缸27和直线轴承;所述下压导杆28与气缸均连接下压杆28,所述气缸27带动下压杆28上下运动。
参图2-4,焊接机械手A 4和焊接机械手B 3均还包括送丝机8、Z轴运动总成9、滑轨底座11、X轴运动模组10;所述滑轨底座11上竖直方向上设置有Z轴运动总成9,所述Z轴运动总成9横向方向上滑动设置有X轴运动模组10,所述X轴运动模组10上设置有送丝机8;所述焊接机械手A和焊接机械手B上的X轴运动模组10远离滑轨底座11的一端分别设置有焊枪A和焊枪B 12。
参图11所示,所述Z轴运动总成包括安装座32,第二直线滑轨30,第一滚珠丝杆31,运动平台29,第一伺服电机33,减速机34,齿轮35;所述第二直线滑轨30安装于安装座32,所述运动平台29安装于第二直线滑轨30上部,所述安装座32顶部设置有电机36,所述第一滚珠丝杆31连接运动平台29和电机36,所述安装座32下部安装有第一伺服电机33和减速机34,所述减速机34直接安装齿轮35,所述齿轮35配合底架安装的齿条带动Z轴总成左右移动。
其中,参图12所示,所述X轴运动模组10包括模组底座37,第三直线滑轨,模组运动安装座38,模组盖板39,模组前板40,模组后板41,第二伺服电机42,第二滚珠丝杆43;第三直线滑轨安装于模组底座37,所述模组运动安装座38安装于第三直线滑轨,所述模组底座37前后分别设置有模组前板40和模组后板41,所述模组盖板39横跨模组底座37安装于模组前板40和模组后板41上,所述模组前板40上设置有第二伺服电机42,所述第二滚珠丝杆43连接模组运动安装座38和第二伺服电机42,完成X轴方向的直线运动。
其中,本发明提供的主控箱上设置有控制装置,所述控制装置包括主控单元、人机交互单元、运动执行单元、数据采集单元、焊接单元;
所述主控单元分别与人机交互单元、运动执行单元、数据采集单元、焊接单元连接,
所述人机交互单元用于完成与操作人员的数据指令交流;
所述运动执行单元由焊接机械手A和焊接机械手B、变位机和送料装置作组成,所述主控单元控制焊接机械手A和焊接机械手B、变位机和送料装置运动,所述变位机上放置有主工件,主工件跟随变位机翻转变化,送料装置用于调整叶片角度与位置以便与主工件配合;
所述焊接单元由焊机、送丝机和焊枪A和焊枪B组成,所述焊接单元由主控单元控制焊接,送丝机由焊机驱动,焊枪A和焊枪B进行焊接作业;
数据采集单元包括跟踪定位探头,用于采集主工件与叶片配合处的形态特征。
另一方面,本发明提供的控制风机叶轮双枪焊接简化示教的控制系统的控制方法,包括如下步骤:
S1:压料装置固定叶片后,控制装置中的控制执行单元控制焊接机械手A移动焊枪A到叶片焊接的起始位置,在此通过数据采集单元获取一个坐标a并记录到生产文件,再次控制移动焊枪A到焊接结束位置,在此通过数据采集单元获取一个坐标b并记录到生产文件;根据叶片起始结束位置使用控制装置内置的激光扫描程序获得一维轨迹;
S2:控制变位机变换叶片焊接姿态,使叶片从水平翻转为垂直,控制焊枪A移动到变位机翻转后叶片焊接的空间轨迹起始结束位置,并各记录一个坐标(c、d);
S3:控制执行单元控制焊枪B移动到叶片另一侧的焊接位置,分别记录起始结束坐标(e、f);
(焊枪A和焊枪B未处于相同坐标系或坐标误差)
S3:控制焊枪B移动到叶片另一侧的焊接位置,分别记录起始结束坐标(e、f),由于叶片的特征不变,可与记录的坐标组合成焊接轨迹;
S4:由于叶片的特征不变,数据采集单元获取的一维轨迹信息与记录的空间坐标(c、d)、(e、f)组合计算,焊缝的空间曲线轨迹,再设定叶片数量、焊接速度、固定点焊方式、摆幅参数,完成依次编程操作;
S5:自动焊接过程;
待示教完成后,控制装置控制压料装置固定叶片,并控制机械手A根据获取的空间曲线轨迹进行点焊,点焊第一叶片后通用夹具降下,变位机水平转动一定角度,通用夹具升起,人工放置叶片于压料装置上,固定叶片后再次自动点焊,直至叶片全部点焊完成后通用夹具降下,送料运送总成自动退回原点,变位机竖直方向旋转90度,使叶片竖直放置;
叶片竖直放置后,机械手A与机械手B分别根据空间曲线轨迹对叶片左右两侧同时进行焊接,单个叶片焊接完成后,变位机水平轴旋转一定角度,使叶片竖直旋转一定角度,进行下一叶片的焊接,直至所有叶片焊接完成。
其中,所述步骤S1中压料装置固定叶片前的步骤为:
S01:工件焊接前事先根据焊接叶片形状更换或调整通用夹具,再将轮毂放置于轮毂固定盘上,轮毂中心孔穿过安装轴,固定螺母固定住轮毂,锁紧固定把手螺丝;
S02:手动控制送料运送总成,将通用夹具移至轮毂20mm处,数据采集单元记录位置数据,通用夹具升起,人工放置叶片,压料装置启动,气缸向下运动,带动下压杆向下运动,同时下压导杆辅助下压杆保持水平。
本发明的控制系统的具体的焊接过程以及工作原理;
工件焊接前事先根据焊接叶片形状更换或调整通用夹具15,再根据轮毂电机固定孔的间距调整轮毂固定盘18上的左右两个销钉,使其对应轮毂电机固定孔的间距。调整好后将轮毂放置于轮毂固定盘18之上,轮毂中心孔穿过安装轴16,用固定螺母17固定住轮毂,锁紧固定把手螺丝便可进行下一步焊接操作。
工件自动焊接前需通过跟踪定位探头7来进行扫描示教,确定齐空间轨迹,首先手动控制送料运送总成13,将通用夹具15送至轮毂前20mm左右电脑记录位置数据,通用夹具15升起,人工放置叶片并靠齐,压料装置14启动,气缸27向下运动,带动下压杆28向下运动,同时下压导杆25辅助下压杆28保持水平.压料装置固定住叶片后参照简化示教的控制系统的控制方法S1-S4进行操作获取空间轨迹及焊接数据;
前期准备调试好后可进行自动焊接,送料运送总成13自动将通用夹具15送至轮毂前20mm左右,通用夹具15升起,人工放置叶片并靠齐压料装置14启动,气缸27向下运动,带动下压杆28向下运动,同时下压导杆25辅助下压杆28保持水平;压料装置固定住叶片。机械手A 4带动根据获取的数据进行点焊,点焊住第一叶片后通用夹具15降下,变位机6水平转动一定角度,通用夹具15升起,人工放置叶片并靠齐压料装置14启动,固定住叶片后再次自动点焊,直至叶片全部点焊完成后通用夹具15降下,送料运送总成13自动退回原点。变位机6竖直方向旋转90度,使叶轮竖直放置。
叶轮竖直放置后,机械手A 4与机械手B 3分别根据示教数据对叶片左右两侧同时进行焊接。单个叶片焊接完成后,变位机6水平轴旋转一定角度,使叶轮竖直旋转一定角度,进行下一叶片的焊接。直至所有叶片焊接完成。
焊接完成后,变位机6竖直方向旋转90度,回到水平位置,工人松掉固定螺母17便可取下焊接好的叶轮。同种规格焊接工件只需示教一次,所以取下工件后可直接进行下一个同种规格工件的自动焊接。以此循环使用。
上文所述的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明,它们并不是用以限制本发明的保护范围,在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内,在不脱离本发明宗旨的前提下作出的各种变化均属于本发明的保护范围。