一种基于三维建模的自动化焊接装置、系统及其应用

技术领域

本发明涉及焊接装置技术领域，特别涉及一种基于三维建模的自动化焊接装置、系统及其应用。

背景技术

焊接机器人是从事焊接的工业机器人，根据国际标准化组织工业机器人属于标准焊接机器人的定义，工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机，具有三个或更多可编程的轴，用于工业自动化领域，为了适应不同的用途，机器人最后一个轴的机械接口，通常是一个连接法兰，可接装不同工具或称末端执行器，焊接机器人就是在工业机器人的末轴法兰装接焊钳或焊枪的，使之能进行焊接，切割或热喷涂。

中国发明专利CN109202338B公开了一种焊接机器人，包括焊接支架、定位机构、矫正机构、装夹机构和焊接机构，可以通过焊接支架上设置的焊接支撑板对要焊接的板材进行支撑，通过定位机构上设置的定位板I和定位板Ⅱ对板材实现两种装夹，适用于不同的使用需求，通过矫正机构上设置的矫正板可以对要焊接板材的基准变进行校正，以矫正板为校正焊接的基准，需要将一块板材竖直焊接在另一块板材上时，装夹机构通过其上设置的装夹板对要焊接的竖直板材进行装夹定位，防止由于热胀冷缩在焊接时造成竖直板材相对的弯曲：通过焊接机构上设置的焊接滑动块可以实现装置在任意角度进行焊接适用于不同的使用需求，本装置更适用于小型板材的大规模焊接。

但是上述设备在使用时，只能够针对工件的单一面进行焊接，对于形状复杂并且体积较大的工件焊接时，通过此装置难以工件进行翻转，需要借助相应的外部设备才能够将工件翻转过来，一方面是场地有限不利于操作，另一方面是操作繁琐，不利于焊接过程的连续性，并且对于工件的固定较为复杂，在实际使用过程中不易操作。

因此，有必要提供一种基于三维建模的自动化焊接装置、系统及其应用解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于三维建模的自动化焊接装置、系统及其应用，以解决上述背景技术中提出的现有设备在使用时，只能够针对工件的单一面进行焊接，对于形状复杂并且体积较大的工件焊接时，通过此装置难以工件进行翻转，需要借助相应的外部设备才能够将工件翻转过来，一方面是场地有限不利于操作，另一方面是操作繁琐，不利于焊接过程的连续性。的问题。

基于上述思路，本发明提供如下技术方案：包括底板和转动设置于底板两侧的转动板，所述底板和转动板的内部滑动设置有链条组件，所述链条组件包括链节和与其相连接的销轴，所述销轴贯穿链节并与其转动连接，其中一个与链节相连接的销轴上固定连接有限位块，所述底板和转动板的内侧面上均开设有贯穿的滑槽，所述限位块穿过滑槽并延伸至底板的外部，所述转动板远离底板的一端设置有带动链条在底板和转动板内部移动的提升组件。

作为本发明进一步的方案：所述销轴的两端均转动连接有滚轮，所述底板和转动板的内腔前后两侧面上均开设有条形槽，所述滚轮滚动于条形槽内部。

作为本发明进一步的方案：所述提升组件包括固定在转动板顶部的固定框，所述固定框的一端固定连接有旋转电机，所述旋转电机的输出轴上传动连接有转轴，所述链条组件两侧的销轴上分别设置有套环，所述套环和转轴之间固定连接有拉绳，所述拉绳穿过转动板和固定框并与其滑动连接。

作为本发明进一步的方案：所述转动板的外侧设置有液压缸，所述转动板的外侧固定连接有铰接板，所述液压缸的伸缩端与铰接板相铰接。

作为本发明进一步的方案：所述转动板的一端内侧设置有支撑组件，所述支撑组件包括固定于转动板内侧面的圆筒，所述圆筒的顶端设置有顶块，所述顶块的底部固定连接有导向杆，所述导向杆贯穿圆筒并与圆筒滑动连接，所述圆筒的内部底端固定连接有驱动电机，所述驱动电机的输出轴上传动连接有丝杆，所述丝杆延伸至顶块内部并与其螺纹连接。

作为本发明进一步的方案：所述限位块的底部固定连接有刮刀，所述刮刀上设置有长条形的槽口，所述转动板的外侧面上开设有一排料口，所述排料口处设置有收集槽，所述收集槽的底端螺纹连接有端盖。

一种基于三维建模的自动化焊接系统，包括上位机、控制器和摄像机，所述摄像机用于对焊接过程中的工件进行实时监控，所述摄像机上位机电性连接，所述上位机与控制器电性连接，还包括上述焊接装置。

一种自动化焊接装置在基于三维建模的焊接系统中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果：通过丝杆的转动可以带动顶块向着远离圆筒的方向移动，当顶块与接近竖直的工件相接触时，此时位于工件一侧的液压缸伸缩端继续伸长，而另一侧液压缸的伸缩端回收，从而带动工件倾斜，使得工件翻转，当工件由竖直状态转动至倾斜状态时，原本将工件顶起的液压缸带动转动板复位，而另一侧液压缸的伸缩端持续回收，从而将工件缓慢放下，至此完成对工件的翻转；当需要对一些较为复杂并且体型较大的工件进行翻转时，利用此结构可以方便快速地将工件进行翻转，从而对其另一侧进行焊接，通过两侧转动板的配合有利于稳定翻转工件，并且操作便捷，在实际使用过程中更加高效。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的链条组件结构示意图；

图3是本发明图2的C部结构放大图；

图4是本发明的底板和转动板结构示意图；

图5是本发明的限位块和刮刀在底板内的结构示意图；

图6是本发明图1的A处放大结构示意图；

图7是本发明的限位块和刮刀结构示意图；

图8是本发明图1的B处放大结构示意图；

图9是本发明的转动板使用场景图；

图10是本发明的支撑组件结构示意图。

图中：1、焊枪；2、固定框；3、液压缸；4、收集槽；5、底板；6、链条组件；7、转动板；8、滑槽；9、缓冲垫；10、滚轮；11、限位块；12、转轴；13、销轴；14、拉绳；15、旋转电机；16、链节；17、套环；18、刮刀；19、支撑组件；20、条形槽；21、端盖；22、工件；23、顶块；24、导向杆；25、丝杆；26、圆筒；27、驱动电机。

具体实施方式

如图1-6所示，一种基于三维建模的自动化焊接装置、系统及其应用，包括底板5和转动设置于底板5两侧的转动板7，转动板7与底板5相靠近的一端通过圆轴转动连接，具体地，底板5的两端均设置为弧形，并且在底板5的两端均开设有槽口，以便于底板5与转动板7转动连接。

在底板5和转动板7的内部滑动设置有链条组件6，链条组件6主要由链节16和与其相连接的销轴13相组成，具体地，销轴13贯穿链节16并与其转动连接，此处的链节16设置为多组并且均匀布置于底板5和转动板7内部，以此来增加链条组件6的宽度，有利于提高其结构强度，在其中一个与链节16相连接的销轴13上固定连接有限位块11，而底板5和转动板7的内侧面上均开设有贯穿的滑槽8，限位块11穿过滑槽8并延伸至底板5的外部，而底板5和转动板7上的滑槽8相互连通，使得限位块11可以从底板5上稳定过渡到转动板7上。

进一步地，在销轴13的两端均转动连接有滚轮10，而底板5和转动板7的内腔前后两侧面上均开设有条形槽20，使得滚轮10滚动于条形槽20内部，在转动板7远离底板5的一端设置有提升组件，通过两侧的提升组件可以带动链条组件6在底板5和转动板7内部移动。

具体地，提升组件包括固定在转动板7顶部的固定框2，固定框2的一端固定连接有旋转电机15，旋转电机15的输出轴上传动连接有转轴12，链条组件6两侧的销轴13上分别设置有套环17，销轴13贯穿套环17并与其转动连接，而套环17的外侧设置有拉绳14，拉伸一端与套环17固定连接，拉绳14的另一端贯穿转动板7和固定框2并延伸至转轴12的外侧，实际使用时，拉伸延伸至固定框2内部的一端可以通过焊接固定在转轴12上，或者直接系在转轴12上。

更进一步地，在转动板7的外侧设置有液压缸3，为了便于液压缸3的安装，在转动板7的外侧固定连接有铰接板，液压缸3的伸缩端与铰接板相铰接，而液压缸3的缸体本身则铰接于外部的框架上，通过液压缸3可以带动转动板7相对于底板5转动。

具体使用时，将工件22放置在底板5的顶部，并且位于限位块11一侧，通过一侧的液压缸3带动转动板7相对于底板5转动，当转动板7转动至竖直状态时，停止液压缸3的工作，此时，同侧的旋转电机15进行工作，可以带动转轴12转动，而转轴12和销轴13之间设置有拉绳14，因此当转轴12转动时，可以对拉绳14进行缠绕，从而带动链条组件6在底板5和转动板7的内部移动，有利于带动限位块11沿着滑槽8向工件22方向移动，进而将工件22夹紧于限位块11和一侧转动板7之间，此时通过六轴机械手将焊枪1移动至工件22的顶部，可以完成对工件22的焊接作业。

如图1、9-10所示，在转动板7的一端内侧设置有支撑组件19，支撑组件19具体包括固定于转动板7内侧面的圆筒26，圆筒26的顶端设置有顶块23，顶块23的底部固定连接有导向杆24，导向杆24贯穿圆筒26并与圆筒26滑动连接，在圆筒26的内部底端固定连接有驱动电机27，驱动电机27的输出轴上传动连接有丝杆25，丝杆25延伸至顶块23内部并与其螺纹连接，而丝杆25与套筒相连接的位置设置为光杆，使得丝杆25与圆筒26转动连接。

进一步地，在底板5和转动板7的内侧面上均固定连接有缓冲垫9。

具体使用时，当需要对工件22进行翻转时，可以通过一侧的液压缸3带动转动板7向着远离底板5的方向转动，从而使得转动板7与底板5之间的夹角增大，使得底板5与连接板的连接处更加平缓，此时通过同侧的旋转电机15带动转轴12转动，通过转轴12可以对拉绳14进行缠绕，从而带动整个链条组件6在底板5和转动板7的内腔中移动，通过链条组件6可以带动销轴13上的限位块11移动，从而使得限位块11抵住工件22的一侧，随着限位块11的继续移动，可以将工件22挤压至一侧的转动板7上，当工件22完成移动至转动板7的内侧时，可以通过液压缸3带动此转动板7向上转动并逐渐处于竖直状态，与此同时，另一侧的液压缸3带动转动板7向上转动，在转动的过程中通过驱动电机27带动丝杆25转动，此处丝杆25与顶块23螺纹连接，并且顶块23底部的导向杆24贯穿圆筒26与其滑动连接可以对顶块23进行限位，防止其转动，因此通过丝杆25的转动可以带动顶块23向着远离圆筒26的方向移动，当顶块23与接近竖直的工件22相接触时，此时位于工件22一侧的液压缸3伸缩端继续伸长，而另一侧液压缸3的伸缩端回收，从而带动工件22倾斜，使得工件22翻转，当工件22由竖直状态转动至倾斜状态时，原本将工件22顶起的液压缸3带动转动板7复位，而另一侧液压缸3的伸缩端持续回收，从而将工件22缓慢放下，至此完成对工件22的翻转；

当需要对一些较为复杂并且体型较大的工件22进行翻转时，利用此结构可以方便快速地将工件22进行翻转，从而对其另一侧进行焊接，通过两侧转动板7的配合有利于稳定翻转工件22，并且操作便捷，在实际使用过程中更加高效，而通过在底板5和转动板7的内侧面上设置有缓冲垫9，有利于对工件22进行保护，防止磨损工件22的表面。

如图7-10所示，在限位块11的底部固定连接有刮刀18，而刮刀18上设置有长条形的槽口，可以避免与链节16发生干涉，而在转动板7的外侧面上开设有一排料口，排料口处设置有收集槽4，收集槽4固定连接于转动板7的外侧面，在收集槽4的底端设置有端盖21，端盖21与其螺纹连接，而端盖21的底部固定连接有握把，通过握把有利于端盖21的安装和拆卸。

具体使用时，当一侧的旋转电机15带动转轴12转动对拉绳14进行缠绕时，可以带动链条组件6在底板5和转动板7的内腔中移动，从而带动限位块11和其底部的刮刀18移动，而在实际焊接过程中会产生相应的焊渣，焊渣通过底板5上的滑槽8落到底板5内腔中，而当刮刀18在底板5内腔中移动时，可以将落在底板5内腔底部上的焊渣刮下并随着刮刀18一同运动，当刮刀18将焊渣带至排料口时，焊渣通过排料口落至收集槽4内部，使用一段时间之后，可以通过把手打开端盖21，此时可以件收集的焊渣进行清理，此机构在焊接的过程中可以对焊渣进行集中的收集，从而有利于后续的清理，实用性强。

除此之外，此装置中还可以给焊枪1配置智能监控单元，智能监控单元包括上位机图中未示出、控制器图中未示出和摄像机图中未示出，摄像机用于对焊接过程中的工件22进行实时监控，摄像机将采集的数据反馈给上位机，上位机对数据信息进行分析判断，上位机将信号传递给控制器，控制器控制焊接机构，通过智能监控单元的设置，能够方便准确地获知焊接中的多种信息，如焊件形状测量、焊缝定位以及焊缝跟踪等，从而实现焊接作业的可视化跟踪。

工作原理：需要对工件22进行翻转时，可以通过一侧的液压缸3带动转动板7向着远离底板5的方向转动，从而使得转动板7与底板5之间的夹角增大，使得底板5与连接板的连接处更加平缓，此时通过同侧的旋转电机15带动转轴12转动，通过转轴12可以对拉绳14进行缠绕，从而带动整个链条组件6在底板5和转动板7的内腔中移动，通过链条组件6可以带动销轴13上的限位块11移动，从而使得限位块11抵住工件22的一侧，随着限位块11的继续移动，可以将工件22挤压至一侧的转动板7上，当工件22完成移动至转动板7的内侧时，可以通过液压缸3带动此转动板7向上转动并逐渐处于竖直状态，与此同时，另一侧的液压缸3带动转动板7向上转动，在转动的过程中通过驱动电机27带动丝杆25转动，此处丝杆25与顶块23螺纹连接，并且顶块23底部的导向杆24贯穿圆筒26与其滑动连接可以对顶块23进行限位，防止其转动，因此通过丝杆25的转动可以带动顶块23向着远离圆筒26的方向移动，当顶块23与接近竖直的工件22相接触时，此时位于工件22一侧的液压缸3伸缩端继续伸长，而另一侧液压缸3的伸缩端回收，从而带动工件22倾斜，使得工件22翻转，当工件22由竖直状态转动至倾斜状态时，原本将工件22顶起的液压缸3带动转动板7复位，而另一侧液压缸3的伸缩端持续回收，从而将工件22缓慢放下，至此完成对工件22的翻转，在实际焊接过程中会产生相应的焊渣，焊渣通过底板5上的滑槽8落到底板5内腔中，而当刮刀18在底板5内腔中移动时，可以将落在底板5内腔底部上的焊渣刮下并随着刮刀18一同运动，当刮刀18将焊渣带至排料口时，焊渣通过排料口落至收集槽4内部，使用一段时间之后，可以通过把手打开端盖21，此时可以件收集的焊渣进行清理。