一种台车架和隔板智能焊接生产线

技术领域

本发明涉及起重设备技术领域，具体而言，尤其涉及一种台车架和隔板智能焊接生产线。

背景技术

起重机械的主梁隔板和台车架目前的生产方式目前多为手工焊接，其焊接过程中需要利用吊车多次翻面，生产效率低，劳动强度大，因此，采用智能焊接生产线来对其进行自动化生产可以有效减轻劳动强度，提高生产效率。但起重机械多为单件定制生产，导致了每台起重机产品，其各个零部件的尺寸都有所不同，为自动化批量生产造成了挑战。而如何解决上述困难，将智能焊接生产线应用在起重机械领域，则成为本领域内各大厂家的的努力方向。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一款台车架和隔板智能焊接生产线，为了实现各种型号起重机主梁隔板和台车架等零部件的自动焊接。

本发明采用的技术手段如下：

一种台车架和隔板智能焊接生产线，包括：焊接机械手系统、滑台机构、变位机系统、多功能平台、中控系统、安全防护系统和辅助系统：

焊接机械手系统：包括焊接电源、焊枪、机器人机械系统、机器人控制系统、送丝系统和冷水机。

其中的焊接电源、送丝系统、冷水机通过接收中控系统中PLC的对应控制信号来进行动作；其特征在于焊接电源负责为焊枪提供脉冲、直流等不同模式的焊接电流以进行焊接；机器人机械系统负责接收来自机器人控制器的指令，实施对应的焊接动作；可实现对焊接工件各个位置的焊接；机器人控制系统主要用于存储对应的机器人控制程序、焊接程序，机器人各项位置信息等数据，同时接受PLC的通讯，按照对应的焊接程序控制机器人实现焊接；送丝系统负责按照信号控制，为焊枪提供焊丝；冷水机负责冷却液的循环，以对焊枪进行冷却，防止焊枪因过热而损坏；整套焊接机械手系统能够实现焊枪对待焊工件的稳定焊接功能，并能够根据焊接程序的控制，自动切换各种焊接模式，例如脉冲，直流等，达到最优化的焊接效果。

变位机系统：包括台车架夹具、变位机夹具框架和伺服电机。变位机根据PLC、机器人控制器或伺服控制器接发送信号来进行转动，配合机器人对待焊工件进行焊接。其中：整套铸造吊台车架夹具由中焊接框架、压板、产品限位块、共用产品定位销、产品框架、快换调整垫块、压板限位块、顶盘等部分组成，负责完成对待焊工件的装夹。变位机夹具框架负责固定台车架夹具，在自动焊接开始后，变位机会通过伺服电机旋转带动夹具框架，带动铸造吊夹具，以配合焊接机器人完成对铸造吊台车架的自动焊接；伺服电机负责接收机器人控制系统或者伺服控制系统的信号指令，根据指令带动夹具框架旋转。

滑台机构：包括滑台主结构、减速器、伺服电机、地轨结构、滑轨滑块、齿轮齿条等组成。滑台主结构可以对焊接机械手系统起到承载作用，减速器和伺服电机负责为滑台提供动力；地轨结构负责提供一个平整的基准平面，用于放置滑轨滑块，为滑台的移动提供支撑；滑轨滑块负责承载滑台整体和滑台悬臂部分，即焊接机械手系统的重量、齿轮齿条用于接收伺服电机产生的动力，使滑台机构的各个部位能够沿着滑轨的方向进行移动。整套滑台系统能够实现滑台根据从PLC和机器人控制器接收到的信号，配合机器人来进行移动操作，使机器人在各个焊接工位之间转移，并增加机器人的有效焊接范围。

多功能平台：包括多功能平台台体、快速装夹具、快速定位销等组成。多功能平台一般用于大隔板的焊接，具体装夹方式为：将大隔板摆放在多功能平台上，并顶靠在快速定位销组成的直角位置快速定位，将隔板快速夹具插入隔板工位上预留的孔位中，旋紧夹具手柄使夹具夹紧隔板。在隔板的各个边缘重复数次，即可将隔板固定在隔板焊接工位上，方便焊接机器人对其进行自动焊接。

主控制系统：包括PLC、电控柜、伺服控制器、触摸屏、主控台、工控机、路由器和显示器。各部件之间采用ProfiNet总线通讯协议进行通讯，PLC用于向其他系统发送和接收各个控制信号，伺服控制器用于接收PLC的控制信号，或者单独接收触摸屏和中控按钮的控制信号。由主控PLC对整个生产线进行统一的协调、管理、控制；其中的触摸屏负责将操作者的各操作及输入的各项参数发送给PLC，是操作者控制生产线的主要途径。同时接收PLC提供的信息，对焊接电流、电压，焊接速度，生产节拍等各项参数进行显示；工控机同时与PLC通讯网络及公司内网进行连接，可以根据待焊工件实际型号，从公司内网对标准化图纸进行下载，并与显示屏连接，将生产线的实时生产数据显示在大屏幕上。同时机器人控制系统中的机器人示教盒主要用于对机器人的示教编程及维护，主控台按钮用于辅助触摸屏，方便操作者进行操作；整套主控制系统可实现让操作人员能有效的对整个生产线进行控制，并实现整个生产线的自动生产功能。

安全防护系统：包括安全栅栏、安全门、机器人支架、急停按钮和光幕等组成；其特征在于各个部件均可以与PLC进行通讯，安全栅栏主要用于防止人员进入，并对焊接产生的弧光进行遮挡。并可根据生产实际情况，灵活进行划分。安全门用于人员进出，同时控制整套系统的运行，安全门打开后，整条生产线不会被启动；机器人支架可以实时检测机器人的碰撞状态，在检测到机器人碰撞时，会自动使机器人停止，以保护机器人系统免受碰撞损害；急停按钮安装在生产线各处，按下急停按钮可以使设备立刻停止下来；每个工位都安装了光幕系统，任何状态下遮挡光幕，都会引发控制系统报警；整套安全防护系统可实现对人员安全的保护功能。

辅助系统7：包括电源接口、压缩空气接口、监控系统、传感器等，包括电源接口和压缩空气接口用于连接外部气动或电动工具，以方便操作者进行打磨和除尘等焊接的辅助工作、监控系统可以监测生产线的实时状态，传感器包括压力表、流量表等监测设备；各监测设备实时收集数据，并定期将收集的数据发送至PLC和工控机，可以实现对工作站的实时电流、电压、焊接速度等焊接参数以及焊丝、气体等耗材的消耗情况进行监控并统计。整套辅助系统可以为操作者提供辅助功能。

1、整套系统需具备设备管理功能，能在中控台实时显示工作设备工作状态，实时显示必要的运行参数，并设置综合信息显示系统，将以上数据进行展示。

2、整套系统需具备灵活的设备调度操作功能。操作者调用存储的示教程序或参数化程序，根据操作者下达的指令，被调用的不同组合设备按照指令完成各种工作任务。例如：双机械手协同工作对大隔板四条对接缝同时进行焊接，亦可单机械手独立动作一对一完成井字框的焊接，亦可一台机械手独立完成隔板焊接，另一台机械手与变位机配合完成台车架的焊接，可根据生产能力和工艺安排灵活组织设备作业。

3、进一步地，生产线的焊接系统具备较强的焊缝寻位、焊缝跟踪、搭桥焊接等能力，能自动寻找焊缝位置，能自动纠偏焊接位置，将下料精度差或组对精度差对焊接质量和焊接效率的影响降到最低。

4、进一步地，隔板焊接装夹平台采用多功能作业平台，可根据隔板大小自由划分成2～20个的焊接工位，采用快速定位销自由划分工位，隔板可以顶靠在定位销组成的直角位置快速定位，采用快速焊装夹具手动夹紧。

5、进一步地，变位机配备台车架装夹定位工装，采用手动装夹定位方式，要求工装遮盖区域小、装夹牢固、定位准确、上下料操作便利。

6、进一步地，整套系统具备足够的开放性和可扩展性，可根据技术发展和生产需求，增加或更改不同的作业工具。

7、进一步地，整套系统设置多重安全措施，确保操作人员及设备的安全。例如：防撞传感器、电子围栏、门禁系统、人员识别系统等，正常生产时，操作人员撤离设备工作区域后，方可开始作业，出现异常事件时设备自动停机。

通过对上述技术方案的实现，使本发明达到对各种型号起重机主梁隔板和台车架等零部件的自动焊接的要求。只需输入对应台车架的型号或对应隔板的相关尺寸数据，焊接机器人即可自动完成焊接，在生产线中台车架和隔板可以共线生产、并可额外进行马鞍座等其他零部件的焊接。生产线的利用率很高。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明与现有人工焊接相比，隔板生产效率提升约1.6倍、台车架生产效率提升约2.8倍，并可以取消隔板焊接后的平板工序和台车架焊后烤火修型工序。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1是本发明的设备布局；

附图2是本发明的台车架工装夹具；

附图3是本发明的设备连接总览；

附图4是本发明的工作站网络布局总览；

附图5是本发明的变位机工位线图；

附图6是本发明的触摸屏画面结构；

附图7是本发明的焊接程序的逻辑运算部分；

图中：

1、焊接机械手系统；

2、变位机系统；

2-1、台车架夹具；2-2、变位机夹具框架；2-3、伺服电机；

201、焊接框架；202、压板；203-210、产品限位块；211-213、共用产品定位销；214、产品框架；215、快换调整垫块；216、压板限位块；217、垫圈；218-225、内六角圆柱头螺钉及垫圈；226、定位销；227、垫圈；228、活结螺栓；229、内螺纹圆柱销；230、顶盘；231、内螺纹圆柱销；

3、滑台机构；

4、多功能平台；

5、主控制系统；

6、安全防护系统；

7、辅助系统；

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1至图3所示，本发明提供了一种台车架和隔板智能焊接生产线，包括：焊接机械手系统1、滑台机构2、变位机系统3、多功能平台4、中控系统5、安全防护系统6和辅助系统7：

焊接机械手系统1：包括焊接电源、焊枪、机器人机械系统、机器人控制系统、送丝系统和冷水机；

其中的焊接电源、送丝系统、冷水机通过接收中控系统中PLC的对应控制信号来进行动作；其特征在于焊接电源负责为焊枪提供脉冲、直流等不同模式的焊接电流以进行焊接；机器人机械系统负责接收来自机器人控制器的指令，实施对应的焊接动作；可实现对焊接工件各个位置的焊接；机器人控制系统主要用于存储对应的机器人控制程序、焊接程序，机器人各项位置信息等数据，同时接受PLC的通讯，按照对应的焊接程序控制机器人实现焊接；送丝系统负责按照信号控制，为焊枪提供焊丝；冷水机负责冷却液的循环，以对焊枪进行冷却，防止焊枪因过热而损坏；整套焊接机械手系统能够实现焊枪对待焊工件的稳定焊接功能，并能够根据焊接程序的控制，自动切换各种焊接模式，例如脉冲，直流等，达到最优化的焊接效果。

变位机系统2：包括台车架夹具2-1、变位机夹具框架2-2和伺服电机2-3。变位机根据PLC、机器人控制器或伺服控制器接发送信号来进行转动，配合机器人对待焊工件进行焊接。其中：整套铸造吊台车架夹具由附图2中焊接框架201、压板202、产品限位块203-210、共用产品定位销211-213、产品框架214、快换调整垫块215、压板限位块216、顶盘230等部分组成，负责完成对待焊工件的装夹。变位机夹具框架2-2负责固定台车架夹具，在自动焊接开始后，变位机会通过伺服电机2-3旋转带动夹具框架，带动铸造吊夹具，以配合焊接机器人完成对铸造吊台车架的自动焊接；伺服电机2-3负责接收机器人控制系统或者伺服控制系统的信号指令，根据指令带动夹具框架旋转。

滑台机构3：包括滑台主结构、减速器、伺服电机、地轨结构3-4、滑轨滑块和齿轮齿条；滑台主结构可以对焊接机械手系统1起到承载作用，减速器和伺服电机负责为滑台提供动力；地轨结构负责提供一个平整的基准平面，用于放置滑轨滑块，为滑台的移动提供支撑；滑轨滑块负责承载滑台整体和滑台悬臂部分，即焊接机械手系统1的重量、齿轮齿条用于接收伺服电机产生的动力，使滑台机构的各个部位能够沿着滑轨的方向进行移动。整套滑台系统能够实现滑台根据从PLC和机器人控制器接收到的信号，配合机器人来进行移动操作，使机器人在各个焊接工位之间转移，并增加机器人的有效焊接范围。

多功能平台4：包括多功能平台台体、快速装夹具和快速定位销。多功能平台一般用于大隔板的焊接，具体装夹方式为：将大隔板摆放在多功能平台上，并顶靠在快速定位销组成的直角位置快速定位，将隔板快速夹具插入隔板工位上预留的孔位中，旋紧夹具手柄使夹具夹紧隔板。在隔板的各个边缘重复数次，即可将隔板固定在隔板焊接工位上，方便焊接机器人对其进行自动焊接。

主控制系统5：包括PLC、电控柜、伺服控制器、触摸屏、主控台、工控机、路由器和显示器。各部件之间采用ProfiNet总线通讯协议进行通讯，PLC5-1用于向其他系统发送和接收各个控制信号，伺服控制器用于接收PLC的控制信号，或者单独接收触摸屏和中控按钮的控制信号。由主控PLC对整个生产线进行统一的协调、管理、控制；其中的触摸屏负责将操作者的各操作及输入的各项参数发送给PLC，是操作者控制生产线的主要途径。同时接收PLC提供的信息，对焊接电流、电压，焊接速度，生产节拍等各项参数进行显示；工控机同时与PLC通讯网络及公司内网进行连接，可以根据待焊工件实际型号，从公司内网对标准化图纸进行下载，并与显示屏连接，将生产线的实时生产数据显示在大屏幕上。同时机器人控制系统中的机器人示教盒主要用于对机器人的示教编程及维护，主控台按钮用于辅助触摸屏，方便操作者进行操作；整套主控制系统可实现让操作人员能有效的对整个生产线进行控制，并实现整个生产线的自动生产功能。

安全防护系统6：包括安全栅栏、安全门、机器人支架、急停按钮和光幕等组成；其特征在于各个部件均可以与PLC5-1进行通讯，安全栅栏主要用于防止人员进入，并对焊接产生的弧光进行遮挡。并可根据生产实际情况，灵活进行划分。安全门用于人员进出，同时控制整套系统的运行，安全门打开后，整条生产线不会被启动；机器人支架可以实时检测机器人的碰撞状态，在检测到机器人碰撞时，会自动使机器人停止，以保护机器人系统免受碰撞损害；急停按钮安装在生产线各处，按下急停按钮可以使设备立刻停止下来；每个工位都安装了光幕系统，任何状态下遮挡光幕，都会引发控制系统报警；整套安全防护系统可实现对人员安全的保护功能。

辅助系统7：包括电源接口、压缩空气接口、监控系统、传感器等，包括电源接口和压缩空气接口用于连接外部气动或电动工具，以方便操作者进行打磨和除尘等焊接的辅助工作、监控系统可以监测生产线的实时状态，传感器包括压力表、流量表等监测设备；各监测设备实时收集数据，并定期将收集的数据发送至PLC和工控机，可以实现对工作站的实时电流、电压、焊接速度等焊接参数以及焊丝、气体等耗材的消耗情况进行监控并统计。整套辅助系统可以为操作者提供辅助功能。

实施例：

下面结合附图，对本发明的其中一部分实施方式做具体说明。

如附图1所示，一种台车架和隔板智能焊接生产线，包括两台焊接机器人，通过滑轨滑块，分别固定在两套滑台上，两套滑台主结构通过滑轨滑块安装在地轨结构上，两台机器人可以通过伺服电机、减速器、齿轮齿条等结构的驱动下，在滑台的X和Z轴方向进行移动，同时滑台主结构也可以在Y轴方向进行移动；焊枪安装在机器人的末端执行器安装面上，通过电缆与安装在机器人的外壳设备安装面上的送丝系统连接；送丝系统通过电缆与放置在滑台上的机器人控制系统、焊接电源、冷水机连接，使其能够伴随滑台和机器人在PLC的控制下进行移动；电控柜中的PLC通过网络与触摸屏、主控台连接并接收控制信号，控制机器人和滑台的动作；变位机系统2与多功能平台4依次进行排列，与滑台机构的轨道相互平行，变位机夹具框架2-2由伺服电机2-3带动，PLC通过网络控制伺服控制器向伺服电机2-3发送指令，使其配合机器人和滑台的动作进行焊接；安全栅栏安装在整条生产线的四周，安全门、急停按钮、光幕、电源接口、压缩空气接口、监控系统等均安装在安全栅栏上，为生产线提供安全和辅助作用。路由器为整套生产线提供网络通信，网络布局如图4所示。

本发明的生产工艺流程为：

台车架：

待焊接台车架毛坯装夹在如附图2所示的台车架夹具2-1上：根据即将装夹的铸造吊台车架型号，选取对应的限位块203-210、共用产品定位销211-213、产品框架214等零件，将待焊工件对应尺寸的共用产品定位销211-213使用内六角圆柱头螺钉固定在焊接框架201的底部，同时将对应的限位块203-210通过内六角圆柱头螺钉及垫圈218-225固定在焊接框架的左侧部位；以限位块203-210为基准，将铸造吊台车架吊装进焊接框架201中并使其与限位块203-210靠紧，同时保证其形状与共用产品定位销211-213紧密贴合。根据实际需要，将将对应的产品框架214固定在压板202上，将压板202放置在夹具顶部，使用活结螺栓228将压板202夹紧在焊接框架201上并旋紧，夹紧后，旋紧顶盘230，使其夹紧工件。将夹具和工件的组合体吊装至变位机上，并用螺栓使其固定在变位机框架2-2上。

将台车架夹具2-1固定在如附图5所示的变位机框架2-2上；操作者在附图所示的中控系统5中的触摸屏上进行操作；在附图4所示“参数设定”中选择对应的台车架型号，按下自动运行按钮；滑台机构2即在伺服电机2-3的驱动下，通过地轨结构移动到台车架变位机系统3处，安装在滑块处的焊接机器人1在齿轮、齿条的配合下，通过滑轨进行在X/Y/Z轴方向的移动，以使焊枪对准工件的待焊位置，变位机夹具框架2-2在伺服电机2-3的作用下，带动装夹有工件的工装夹具进行旋转，配合机器人完成焊接。在焊接过程中，滑台机构3和变位机系统2也会在焊接程序控制下进行动作，配合机器人完成台车架的焊接工作。

隔板：

待焊接隔板毛坯利用快速定位销快速定位后，使用快速装夹具装夹在如附图1所示的多功能平台上；操作者在附图所示的中控系统5中的触摸屏上进行操作；在附图4所示“模板配方”中输入对应的隔板的宽B、B5、B6、B7、B8、B13、B14、长H、H6、H9等尺寸参数，在按下“发送”键后，这些参数会由触摸屏发送至PLC并进行暂存；在附图4所示“参数设定”中选择对应的隔板型号，按下自动运行按钮；PLC会将隔板的宽B、B5、B6、B7、B8、B13、B14、长H、H6、H9等相关尺寸数据发送至机器人控制系统的数据寄存器中。焊接机器人在齿轮、齿条的配合下，通过滑轨进行在X/Y/Z轴方向的移动，以使焊枪对准工件的待焊位置；焊接开始前，焊接机器人首先通过焊枪与工件接触的原理进行自动寻位，并根据对应的焊接程序从机器人控制系统的数据寄存器中调用以上隔板的尺寸数据。调用好的数据与寻位获得的数据通过逻辑运算(如附图7)得出待焊接隔板各点的精确坐标，程序自动根据这些坐标来规划焊缝，来进行机器人对隔板的自动焊接。焊接机器人即可完成对隔板的自动焊接。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。