钢梁附件智能焊接系统

技术领域

本发明涉及钢梁焊接技术领域，尤其涉及一种钢梁附件智能焊接系统。

背景技术

建筑钢梁因强度高、自重轻、塑性好等优点，在厂房、场馆、超高层等大跨度、超高型或者超重型建筑物中使用广泛。在生产建筑钢梁的过程中，根据钢梁连接等多种需求，其上均灵活设计和焊接有各种各样的附件。

目前，附件焊接工作主要依靠人工配合部分机械装置完成，具体体现为：钢梁先被固定于特定的工装上，人工选取需要焊接的附件后，在钢梁上尺量该附件的定位尺寸，然后人工在尺量出的位置扶住附件，进行点焊固定；在钢梁当前侧面的附件点焊完毕后，人工利用行车和上述的工装，将建筑钢梁翻转，人工再继续进行选取附件、尺量位置、点焊固定等操作，直至建筑钢梁四个侧面的附件全部点焊完毕；之后对所有附件进行整体焊接，而且焊接过程也需要在不同侧面之间对钢梁进行翻转切换。

在上述过程中，人工选取附件、定位附件及点焊附件等，存在较大的主观因素影响，不但效率较低，而且最终附件焊接质量和使用质量难以保证；点焊和焊接附件过程中，钢梁的翻转则需要较大的场地支持和人工较熟练的操作才可完成，翻转工作费时费力，且安全性差。再加上现阶段一线职工雇工越来越难、雇工成本越来越高，一种能替代人工，实现钢梁附件选取、定位、点焊、焊接等自动化进行的智能焊接系统迫在眉睫。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种实现钢梁附件焊接全程自动化，减少人力参与，提高作业安全性和作业效率，保证最终焊接质量的钢梁附件智能焊接系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：钢梁附件智能焊接系统，设置在系统平台上，包括设置在所述系统平台上的变位机，所述变位机用于固定钢梁并可对钢梁进行旋转变位设置；所述系统平台上设有置件平台，所述系统平台上设有可依次采集所述置件平台上的附件信息的识别装置；所述系统平台上位于所述置件平台和所述变位机之间设有装配机器人，所述装配机器人与所述系统平台之间设有装配移送装置；所述系统平台上还设有焊接机器人，所述焊接机器人与所述系统平台之间设有焊接位移送装置。

作为优选的技术方案，所述变位机包括至少两排列设置在所述系统平台上的变位底座，各所述变位底座上分别设有可共同固定钢梁的直接固定装置，各所述变位底座上还分别设有可围绕钢梁旋转传送的变位传送装置，各所述变位传送装置上分别设有可共同固定钢梁的变位固定装置。

作为优选的技术方案，各所述变位底座与所述系统平台之间分别设有机位调节装置。

作为优选的技术方案，所述变位传送装置包括转动安装在所述变位底座上并位于钢梁下方的第一传送座，所述第一传送座与所述变位底座之间设有第一传送导向器和第一传送驱动器；所述第一传送座上安装有可同心转动的第二传送座，所述第二传送座与所述第一传送座之间设有第二传送导向器和第二传送驱动器；所述第二传送座上安装所述变位固定装置。

作为优选的技术方案，所述变位固定装置包括在所述变位传送装置上沿靠近或者远离钢梁方向滑动安装的第一固定座，所述第一固定座与所述变位传送装置之间设有第一滑动驱动器；所述第一固定座上沿靠近或者远离钢梁方向滑动安装有第二固定座，所述第二固定座与所述第一固定座之间设有第二滑动驱动器；所述第二固定座上安装有变位夹持机构。

作为优选的技术方案，所述直接固定装置包括在所述变位底座上沿靠近或者远离钢梁方向滑动安装的直接固定座，所述直接固定座与所述变位底座之间设有直接固定进给器，所述直接固定座上安装有直接夹持机构。

作为优选的技术方案，所述识别装置包括高于所述置件平台的置放面的识别护罩，所述系统平台上设有可将所述识别护罩从所述置件平台一端移送至另一端的护罩移送装置；所述识别护罩内安装有朝向所述置件平台拍摄的图像采集器，所述识别护罩上设有采集位置检测器。

作为优选的技术方案，所述装配机器人的作业端可抓取所述识别护罩设置，所述装配机器人和所述装配移送装置兼作所述护罩移送装置设置。

作为优选的技术方案，所述装配机器人的作业端设有抓手连接器，所述抓手连接器用于连接装配抓手设置，所述系统平台上位于所述置件平台和所述变位机之间设有置放所述装配抓手的抓手储放结构。

由于采用了上述技术方案，钢梁附件智能焊接系统，设置在系统平台上，包括设置在所述系统平台上的变位机，所述变位机用于固定钢梁并可对钢梁进行旋转变位设置；所述系统平台上设有置件平台，所述系统平台上设有可依次采集所述置件平台上的附件信息的识别装置；所述系统平台上位于所述置件平台和所述变位机之间设有装配机器人，所述装配机器人与所述系统平台之间设有装配移送装置；所述系统平台上还设有焊接机器人，所述焊接机器人与所述系统平台之间设有焊接位移送装置。本发明钢梁置于所述变位机上，人工将该钢梁所需焊接的附件，依次摆放在所述置件平台上后，所述识别装置对附件依次进行识别记忆。所述装配机器人按照焊接顺序，从识别记忆的附件中依次找到附件，拾取并摆放至变位机上钢梁的指定位置，所述焊接机器人实时对各附件进行点焊。所有附件拾取、摆放、点焊的过程中，所述变位机配合进行建筑钢梁的旋转变位，直至所有附件点焊完毕。焊接过程也通过所述变位机进行旋转变位配合。这样本发明整体实现了钢梁附件焊接全程自动化，减少了人力参与，提高了作业安全性和作业效率，保证了最终焊接质量。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明实施例的整体立体结构示意图；

图2是本发明实施例单个变位底座及其上结构的立体结构示意图；

图3是图2隐藏第二传送座及变位固定装置、但保留显示第二传送导向器和第二传送驱动器的立体结构示意图；

图4是本发明实施例变位固定装置的立体结构示意图；

图5是图2另一视角的立体结构示意图；

图6是本发明实施例变位机中变位固定装置固定钢梁时的状态示意图；

图7是图6进行90°旋转变位后的状态示意图；

图8是图7变为后直接固定装置固定钢梁时的状态示意图；

图9是图8变位固定装置和变位传送装置回位后的状态示意图；

图10是本发明实施例采集置件平台上附件信息时的状态示意图；

图11是本发明实施例其中一焊接机器人处的立体结构示意图。

图中：1-变位机；11-变位底座；12-直接固定装置；121-直接固定座；122-直接固定进给器；123-直接夹持机构；13-变位传送装置；131-第一传送座；132-第一传送导向器；133-第一传送驱动器；134-第二传送座；135-第二传送导向器；136-第二传送驱动器；14-变位固定装置；141-第一固定座；142-第一滑动驱动器；143-第二固定座；144-第二滑动驱动器；145-变位夹持机构；15-机位调节装置；151-机位调节导轨；152-机位调节导向器；153-机位调节驱动器；2-置件平台；3-识别装置；4-装配机器人；41-装配移送装置；42-抓手储放结构；5-焊接机器人；51-焊接位移送装置；52-纵向移送导轨；53-纵向移送座；54-横向移送导轨；55-横向移送座；56-竖向移送导轨；57-竖向移送座；58-竖向移送驱动器；9-钢梁；91-附件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1至图11共同所示，钢梁附件智能焊接系统，设置在系统平台上。所述系统平台可以为单独设计制造的钢结构平台，也可以直接利用场地的地面形成平台。

本系统包括设置在所述系统平台上的变位机1，所述变位机1用于固定钢梁9并可对钢梁9进行旋转变位设置。所述变位机1对钢梁9的自动变位，能代替人工利用行车和特定工装进行钢梁9翻转，可显著提高翻转变位效率，提高作业安全性。

本实施例所述变位机1包括至少两排列设置在所述系统平台上的变位底座11，本实施例以两个进行示意；各所述变位底座11上分别设有可共同固定钢梁9的直接固定装置12，各所述变位底座11上还分别设有可围绕钢梁9旋转传送的变位传送装置13，各所述变位传送装置13上分别设有可共同固定钢梁9的变位固定装置14。

所述变位传送装置13可带动所述变位固定装置14绕钢梁9进行旋转，而当所述变位固定装置14在固定钢梁9时，所述变位传送装置13的旋转传送即带动钢梁9实现旋转变位。而在旋转变位前和/或旋转变位后，所述直接固定装置12可配合所述变位固定装置14，对钢梁9进行替换固定。

本实施例所述变位传送装置13包括转动安装在所述变位底座11上并位于钢梁9下方的第一传送座131，所述第一传送座131与所述变位底座11之间设有第一传送导向器132和第一传送驱动器133；所述第一传送座131上安装有可同心转动的第二传送座134，所述第二传送座134与所述第一传送座131之间设有第二传送导向器135和第二传送驱动器136；所述第二传送座134上安装所述变位固定装置14。所述变位传送装置13通过所述第一传送座131和所述第二传送座134形成两级旋转传送，利用较小的体积，实现了较大的旋转变位角度，而且在两级传送座回位到钢梁9下方时，较小的体积也可为附件91摆放、点焊、焊接等，提供较大的避让空间，更利于机械手、焊枪等进行自由动作。

其中，所述第一传送导向器132和所述第二传送导向器135可采用轮轨导向、滑座滑轨导向等结构实现，本实施例以轮轨导向进行示意。所述第一传送驱动器133和所述第二传送驱动器136均可采用马达配合齿轮和弧形齿条传动，或者马达配合蜗杆和弧形蜗轮圈传动等实现。

所述变位固定装置14包括在所述变位传送装置13上沿靠近或者远离钢梁9方向滑动安装的第一固定座141，所述第一固定座141与所述变位传送装置13之间设有第一滑动驱动器142；所述第一固定座141上沿靠近或者远离钢梁9方向滑动安装有第二固定座143，所述第二固定座143与所述第一固定座141之间设有第二滑动驱动器144；所述第二固定座143上安装有变位夹持机构145。所述变位固定装置14通过所述第一固定座141和所述第二固定座143形成两级滑动伸缩，可利用所述第二固定座143上较小的空间，实现较大的伸出行程，从而容易适应不同的钢梁9横截面尺寸，进行更好地伸缩配合。

其中，所述第一固定座141和所述第二固定座143的滑动安装，可采用滑座滑轨结构、或者滑套导杆结构等实现，本实施例均以滑座滑轨结构进行示意。所述第一滑动驱动器142和所述第二滑动驱动器144，均可采用能实现直线驱动的马达配合螺旋传动、马达配合齿轮齿条传动、或者直接采用电缸等实现，此外，所述第二滑动驱动器144也可参考叉车提升传动结构，在所述第一固定座141和所述第二传送座134之间设置为联动传动，以实现双倍行程的同步伸缩。所述变位夹持机构145以能实现夹持固定为准，且通常为两相对设置的夹爪、配合可驱动两夹爪同步相向运动的驱动结构来实现，这是本领域技术人员容易获得的现有技术，在此不再赘述。

所述直接固定装置12包括在所述变位底座11上沿靠近或者远离钢梁9方向滑动安装的直接固定座121，所述直接固定座121与所述变位底座11之间设有直接固定进给器122，所述直接固定座121上安装有直接夹持机构123。所述直接固定装置12不需进行旋转，因此其可利用所述变位底座11上较大的空间，只利用一级伸缩的所述直接固定座121，即可对钢梁9进行直接固定。所述直接固定进给器122同样可采用能实现直线驱动的马达配合螺旋传动、马达配合齿轮齿条传动、或者直接采用电缸等实现，本实施例以马达配合螺旋传动进行示意。所述直接夹持机构123同样以能实现夹持固定为准，且通常也为双夹爪配合驱动结构实现。

优选地，各所述变位底座11与所述系统平台之间分别设有机位调节装置15，所述机位调节装置15，一方面使得相邻两所述变位底座11的间距可调，利于本实施例适应不同长度尺寸的钢梁9进行使用，另一方面使得钢梁9被固定后，钢梁9长度方向的定位位置可调，以方便附件91摆放、点焊、焊接等进行快速精确定位。

本实施例所述机位调节装置15包括至少两设置在所述系统平台上的机位调节导轨151，各所述变位底座11均活动安装在所述机位调节导轨151上，各所述变位底座11与所述机位调节导轨151之间分别设有机位调节导向器152和机位调节驱动器153。其中，所述机位调节导向器152可采用多面的限位滚轮结构、或者参考火车车轮结构等实现，本实施例以多面限位滚轮结构进行示意；所述机位调节驱动器153可采用能实现直线驱动的马达配合齿轮齿条传动、马达配合螺旋传动等实现，本实施例以马达配合齿轮齿条传动进行示意。

所述系统平台上设有置件平台2，所述置件平台2用于置放当前钢梁9上所需焊接的附件91。优选地，所述置件平台2的置放面为长矩形。所述系统平台上设有可依次采集所述置件平台2上的附件91信息的识别装置3，附件91的信息包括形状信息、姿态信息和位置信息等。本实施例所述识别装置3包括高于所述置件平台2的置放面的识别护罩，当然此处的“高于”，指的是在识别的时候高于即可；所述系统平台上设有可将所述识别护罩从所述置件平台2一端移送至另一端的护罩移送装置；所述识别护罩内安装有朝向所述置件平台2拍摄的图像采集器，所述识别护罩上设有采集位置检测器。

所述识别护罩可对所述图像采集器等进行防护，避免图像采集受到焊接弧光影响。附件91被依次摆放至所述置件平台2上后，所述护罩移送装置驱动所述识别护罩从所述置件平台2一端向另一端活动；在此期间，所述图像采集器对各附件91分别进行图像采集，采集到的图像被输送到控制器进行图像分析识别，并匹配已入库的附件91信息；而在所述图像采集器每次进行图像采集时，所述采集位置检测器同时给出坐标信息。通过上述动作，该钢梁9上所需焊接的附件91在所述置件平台2的位置、姿态等信息均已获取完毕。其中所述图像采集器可采用高清相机实现，所述采集位置检测器可采用激光测距等实现。

所述系统平台上位于所述置件平台2和所述变位机1之间设有装配机器人4，所述装配机器人4与所述系统平台之间设有装配移送装置41。所述装配机器人4利用其作业端，将所述置件平台2的上的附件91进行拾取、并摆放至钢梁9上的指定位置，拾取与摆放之间，通过所述装配移送装置41进行位移控制。

其中，所述装配机器人4为已知常用的工业机器人，其结构原理在此不再赘述。所述装配移送装置41包括设置在所述系统平台上的装配移送导轨，优选地，所述装配移送导轨平行于所述机位调节导轨151设置，以方便所述装配机器人4配合进行快速精确定位；所述装配机器人4与所述装配移送导轨之间设有装配移送导向器和装配移送驱动器。所述装配移送导向器可采用轮轨导向、滑座滑轨导向等实现，所述装配移送驱动器同样可采用能实现直线驱动的马达配合螺旋传动、或者马达配合齿轮齿条传动等实现。

优选地，所述装配机器人4的作业端可抓取所述识别护罩设置，所述装配机器人4和所述装配移送装置41兼作所述护罩移送装置设置，这可简化系统结构，减少设备成本，且不影响附件91识别与附件91拾取摆放的先后进行。基于此，本实施例所述置件平台2的长度方向平行于所述装配移送导轨设置，以使得所述装配机器人4能精确地进行附件91拾取、并快速进行摆放定位。

优选地，所述装配机器人4的作业端设有抓手连接器，所述抓手连接器用于连接装配抓手设置，所述系统平台上位于所述置件平台2和所述变位机1之间设有置放所述装配抓手的抓手储放结构42。基于附件91的重量、尺寸、在钢梁9上的摆放位置等存在差异，实际装配时需要使用不同的装配抓手来进行拾取和摆放工作，因此一套附件91的焊接中，需切换不同的装配抓手进行使用。本实施例增设所述抓手储放结构42对各种规格的装配抓手进行储放，以方便所述装配机器人4随时进行抓手切换。优选地，所述抓手储放结构42固定于所述装配机器人4的底座上设置，以此与所述装配机器人4同步移动，抓手切换更方便。

其中，所述抓手连接器采用定位柱配合即时磁吸或者即时气动锁持等方式实现，这是工业机器人领域较常规的技术，在此不再赘述。所述装配抓手利用磁吸方式实现附件91拾取。基于此，所述装配机器人4对所述识别护罩的抓取，也通过所述抓手连接器实现。

所述系统平台上还设有焊接机器人5，所述焊接机器人5与所述系统平台之间设有焊接位移送装置51。所述焊接机器人5在所述装配机器人4摆放附件91后，进行点焊配合，并在所有附件91全部点焊完毕后，进行整体焊接。所述焊接机器人5也为已知常用的一种工业机器人，其点焊和焊接控制为本领域技术人员可获知的公知技术，在此不再赘述。

所述焊接位移送装置51用于对焊接机器人5的大致焊接位置进行粗调。本实施例所述焊接位移送装置51包括设置在所述系统平台上的纵向移送导轨52，所述纵向移送导轨52上安装有纵向移送座53，所述纵向移送座53与所述纵向移送导轨52之间设有纵向移送驱动器；所述纵向移送座53上安装有伸至所述变位机1上方的横向移送导轨54，所述横向移送导轨54上安装有横向移送座55，所述横向移送座55与所述纵向移送座53之间设有横向移送驱动器；所述横向移送座55上安装有竖向移送导轨56，所述竖向移送导轨56上安装有竖向移送座57，所述竖向移送座57与所述横向移送座55之间设有竖向移送驱动器58；所述竖向移送座57上安装所述焊接机器人5。通过上述结构，所述焊接机器人5可实现立体空间内三维方向的灵活移送，以此利于快速实现焊接位置定位。

其中，所述纵向移送驱动器、横向移送驱动器和竖向移送驱动器58均可采用能实现直线驱动的马达配合齿轮齿条传动、或者马达配合螺旋传动等实现。本实施例示意所述焊接机器人5有两个，以在钢梁9的两端处分别配合进行点焊和焊接作业，以此减少焊接位置定位时间，提高焊接效率。其中，两所述焊接位移送装置51中共用同一个所述纵向移送导轨52，以此简化系统结构，缩减设备成本。

本实施例在使用时，先将钢梁9以行车等方式，吊放至所述变位机1处，所述直接固定装置12或者所述变位固定装置14对钢梁9进行固定。人工将附件91随机摆放至所述置件平台2上，且以附件91无倾斜、附件91之间有间隔空间为准。所述装配机器人4抓起所述识别护罩，在所述装配移送装置41的移送驱动下，所述识别护罩内的图像采集器依次对附件91进行图像采集，采集的图像经分析后，以其形状尺寸与入库的附件91信息进行对比，并将比对成功的附件91进行姿态记忆；在图像采集同时，所述采集位置检测器同时给出位置信息。

采集完毕后，所述装配机器人4将所述识别护罩送回原位，所述装配机器人4通过第一件附件91位置和姿态信息，对置件平台2上的指定附件91进行拾取，并在拾取后将其摆放至钢梁9的指定位置，所述焊接机器人5马上对附件91进行点焊。点焊后，所述装配机器人4进行下一附件91的拾取和摆放，且在附件91尺寸、点焊位置存在差异时，所述装配机器人4可在拾取前进行装配抓手的更换。

当钢梁9一个侧面上的附件91焊接完毕后，所述变位机1通过所述变位传送装置13、以及所述直接固定装置12和所述变位固定装置14交替固定的配合，实现钢梁9的翻转变位。该过程例如是，如图6至图9所示，初始由所述变位固定装置14对钢梁9进行固定，所述变位传送装置13直接带动所述变位固定装置14向一侧旋转90°，钢梁9随之发生90°翻转，翻转完毕后，由所述直接固定装置12接替进行钢梁9固定，所述变位固定装置14和所述变位传送装置13回位；该过程还例如是，初始由所述直接固定装置12固定钢梁9，所述变位传送装置13向一侧先旋转90°，所述变位传送装置13接替所述直接固定装置12对钢梁9进行固定，然后所述变位传送装置13回位、并向另一侧继续旋转90°，所述直接固定装置12再接替所述变位固定装置14对钢梁9进行固定，钢梁9实现180°翻转变位。

在装配机器人4的拾取摆放、所述焊接机器人5的点焊和所述变位机1的变位配合下，所有附件91最终点焊完毕。之后所述变位机1配合所述焊接机器人5将点焊的附件91依次进行焊接加固，直至焊接完毕。

通过上述结构原理，本实施例钢梁9附件91的拾取、摆放、点焊、变位、焊接等全程实现了自动化作业，人工仅需进行钢梁9取放辅助操作、和附件91在置件平台2上的放置工作，单人即可完成，人力参与大幅减少，作业安全性和作业效率明显提高，焊接质量也得到有效保证。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，如本实施例变位机1中不是采用所述变位传送装置13、以及所述直接固定装置12和所述变位固定装置14交替固定的配合，而是直接将所述变位传送装置13做成可以进行270°旋转的大半环形旋转传送结构，其传送座上直接采用一个钢梁固定装置，可实现同样的变位效果，以上变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。