一种波形钢板自动定位拼装焊接设备及方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种波形钢板自动定位拼装焊接设备及方法。

背景技术

波形钢板是由连续波形段构成的板状结构，受波形钢板自身构造特点以及生产加工方式的限制，其拼装制造过程较普通钢板难度更大。由于波形钢板几何形状较为复杂，其焊接难度大，通常以人工焊接为主，但人工施焊不方便，且焊接质量不易保证，波动性较大，因此出现了一些自动焊接设备。例如：

CN115194384A公开了一种波形钢板高质量拼接方法，包括如下步骤：1)部件加工；2)波形钢板的焊接组装；3)波形钢板的塑形校正；其通过该封焊平台用于波形钢板之间的拼接焊接作业，波形钢板之间通过焊接头对连接处进行焊接作业，边焊接边通过滚轮将波形钢板往前推送。上述方案虽然能够实现波形钢板的拼接，但其存在诸多不足。首先其焊接自动化连续性较差，上述方案中波形钢板的布置需要人工操作，且一次性只能焊接两块波形钢板，无法实现多块板的连续焊接；其次，其传动装置是滑动滚筒，该种装置传动力较小，只能对建筑用的小型波形钢板有效，对于桥梁用的大型波形钢板较为困难，因此需要开发传动力更大的传送方案；此外，上述方案中采用的波形钢板限位校正装置较为复杂。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种波形钢板自动定位拼装焊接设备及方法，可实现波形钢板的姿态自动矫正、几何参数的自动测量计算、波形钢板拼接口的自动对齐以及波形钢板的自动夹持固定，节省了人工成本与时间成本，提高了波形钢板拼装效率。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种波形钢板自动定位拼装焊接设备，包括底座，底座内依次设有第一履带机构、焊接平台和第二履带机构，焊接平台上方通过龙门架安装多自由度焊枪；焊接平台一端设有固定夹持装置，另一端设有可动夹持装置，焊接平台两端还固定有红外线信号装置；

所述底座对应于第一履带机构的侧面安装侧向顶推机构，可动夹持装置与侧向顶推机构同步移动。

作为进一步的实现方式，所述侧向顶推机构顶推座、顶推柱和顶推板，顶推座固定于底座内壁，顶推板与顶推座相互平行，且二者之间连接多个间隔设置的顶推柱。

作为进一步的实现方式，所述顶推柱的设置方向与履带传输方向垂直，顶推板长度方向沿履带传输方向。

作为进一步的实现方式，所述顶推板安装有荷载反力计。

作为进一步的实现方式，所述固定夹持装置包括至少两个并排设置的固定立柱，固定立柱轴向间隔安装第一上夹板和第一下夹板，且固定立柱为伸缩立柱。

作为进一步的实现方式，所述可动夹持装置包括至少两个并排设置的可动立柱，可动立柱顶端与上活动部配合，底端与下活动部配合；可动立柱轴向间隔安装第二上夹板和第二下夹板，且可动立柱为伸缩立柱。

作为进一步的实现方式，所述上活动部和下活动部朝向彼此的一侧分别开设有长条形的导向槽，可动立柱与导向槽滑动配合。

作为进一步的实现方式，所述龙门架包括基座和横梁，横梁两端分别连接基座，所述基座与底座固定；

沿横梁长度方向安装焊枪轨道，所述多自由度焊枪通过升降机构与焊枪轨道滑动连接。

作为进一步的实现方式，所述红外线信号装置的红外线沿竖向呈条状分布。

第二方面，本发明的实施例还提供了一种波形钢板自动定位拼装焊接方法，采用所述的焊接设备，包括：

将波形钢板放置于对应的履带机构，通过侧向顶推机构将波形钢板形态矫正；

侧向顶推机构根据顶推距离自动计算波形钢板宽度，并将数据传输至多自由度焊枪数控系统；

待波形钢板前端运行至焊接平台中央，打断红外线部分信号传输，履带机构停止运行，红外线信号装置依据被打断信号分布宽度计算得出波形钢板厚度，并将数据传输至多自由度焊枪数控系统；

履带机构停止运行后，两待焊钢板对齐，同时夹持装置将两待焊钢板固定；

多自由度焊枪下降至波形钢板上表面，依据波形钢板宽度与厚度数据自动设置焊接路径与焊道层数，完成波形钢板的焊接。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明侧向顶推机构、夹持装置以及红外线信号装置，可实现波形钢板的姿态自动矫正、几何参数的自动测量计算、波形钢板拼接口的自动对齐以及波形钢板的自动夹持固定，节省了人工成本与时间成本，提高了波形钢板拼装效率。

(2)本发明通过履带机构实现波形钢板的稳定传输；侧向顶推机构具有最大顶推距离限制，顶推板上装有荷载反力计，待钢板形态矫正后，继续顶推会产生较大反力，超出反力计设定限值后侧向顶推机构复位；可移动夹持装置与侧向顶推机构可同步移动，保证焊接质量；通过设置红外线信号装置，根据信号是否被打断控制履带机构的启停，以及根据信号被打断宽度计算波形钢板厚度，实现波形钢板的数字化控制。

(3)本发明通过第一履带机构侧面设置侧向顶推机构，保证波形钢板放置的随意性；且在第一履带机构对波形钢板姿态进行校正后，就可以保证之后的钢板姿态，保证波形钢板的位置精度。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的立体图一；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的立体图二；

图3是本发明根据一个或多个实施方式的多自由度焊枪安装示意图；

图4是本发明根据一个或多个实施方式的固定夹持装置结构示意图；

图5是本发明根据一个或多个实施方式的可动夹持装置结构示意图；

图6是本发明根据一个或多个实施方式的红外线信号装置位置示意图；

图7是本发明根据一个或多个实施方式的履带机构示意图。

其中，1、底座；2、第一履带机构；3、第二履带机构；4、基座；5、横梁；6、焊枪轨道；7、压板；8、焊枪底板；9、升降机构；10、多自由度焊枪；11、固定夹持装置；12、可动夹持装置；13、焊接平台；14、顶推座；15、顶推柱；16、顶推板；17、红外发送端；18、红外接收端；19、上固定部；20、第一上夹板；21、固定立柱；22、第一下夹板；23、下固定部；24、上活动部；25、第二上夹板；26、可动立柱；27、第二下夹板；28、下活动部；29、履带；30、齿轮。

具体实施方式

实施例一：

本实施例提供了一种波形钢板自动定位拼装焊接设备，如图1和图2所示，包括底座1、第一履带机构2、第二履带机构3、龙门架、多自由度焊枪10、固定夹持装置11、可动夹持装置12、焊接平台13等，底座1为两端开口的箱型结构，使其内部形成安装空间，第一履带机构2、焊接平台13和第二履带机构3依次设置于底座1内。

龙门架固定于底座1上侧，龙门架朝向第一履带机构2一侧滑动连接多自由度焊枪10，且多自由度焊枪10对应于焊接平台13上方；焊接平台13一端设有固定夹持装置11，另一端设有可动夹持装置12，即可动夹持装置12与固定夹持装置11相对设置，以实现对波形钢板的夹持作用。

焊接平台13两端还设有红外线信号装置，如图6所示，红外线信号装置包括相对设置的发送端17和接收端18。红外线信号装置的红外线沿竖向呈条状分布，可根据信号是否被打断控制履带机构的启停，以及根据信号被打断宽度计算波形钢板厚度。

如图7所示，第一履带机构2和第二履带机构3分别包括履带29和设于履带29两端的齿轮30，履带29表面为凹凸不平的齿块状，以与齿轮30啮合；通过两个履带机构将两块波形钢板相彼此靠近的一侧传输，以实现两块波形钢板对齐，便于下一步焊接。

在本实施例中，履带29采用绝缘防火橡胶材质，与波形钢板几何形状相适应，保证传送过程的有效性。

如图2所示，底座1安装第一履带机构2的一侧内壁安装有侧向顶推机构，通过侧向顶推机构对波形钢板进行状态矫正。由于波形钢板自身独有的波形结构可以保证在传送过程中整体不会发生某个方向的变形或位移，再配合本实施例的履带式传送机构，履带的凹凸构造与波形钢板的形式可形成一个小型咬合机构，因此在第一履带机构2对其姿态进行校正后，就可以保证之后的钢板姿态。本实施例通过设置侧向顶推机构保证波形钢板放置的随意性，放置时不用刻意摆放整齐，优化人力操控工作。

侧向顶推机构包括顶推座14、顶推柱5和顶推板16，顶推座14固定于底座1内壁，顶推板16与顶推座14相互平行，且二者之间连接多个间隔设置的顶推柱5；顶推柱5的设置方向与履带传输方向垂直，顶推板16长度方向沿履带传输方向；在顶推柱5的作用下使顶推板16朝向或原理第一履带机构2运动，从而进行波形钢板的状态矫正。

侧向顶推具有最大顶推距离限制，顶推板16上装有荷载反力计，待钢板形态矫正后，继续顶推会产生较大反力，超出反力计设定限值后侧向顶推机构复位。

在本实施例中，顶推柱5可以为气动或液压动力等。

如图3所示，龙门架包括基座4和横梁5，基座4有两个，底座1两侧壁顶部各固定一个基座4，两个基座4之间通过横梁5连接。沿横梁5长度方向安装焊枪轨道6，焊枪轨道6通过成组设置的压板7与横梁5固定，例如压板7与横梁5通过螺栓连接固定。焊枪轨道6与焊枪底板8滑动连接，焊枪底板8一侧通过升降机构9安装多自由度焊枪10，通过焊枪底板8和焊枪轨道6实现多自由度焊枪10横向移动，通过升降机构9实现多自由度焊枪10竖向移动。

每次施焊多自由度焊枪10均为由一侧向另一侧施焊，焊缝长度由侧向顶推机构计算所得的波形钢板宽度确定，焊道层数由红外线信号装置计算所得的波形钢板厚度确定，施焊完毕后，多自由度焊枪10复位。在焊接过程中若焊接质量不佳，允许人为中止多自由度焊枪10自动焊接程序。

由红外线信号装置扫描计算的钢板厚度以及侧向顶推机构计算的钢板宽度若不准确，允许人为修改多自由度焊枪10数控系统的参数。自动化焊接完成后，若需补焊，允许人为控制多自由度焊枪10继续进行补充焊接。

如图4所示，固定夹持装置11包括至少两个并排设置的固定立柱21，固定立柱21底端通过下固定部23与底座1固定，固定立柱21顶端通过上固定部19与底座1固定；固定立柱21轴向间隔安装第一上夹板20和第一下夹板22，固定立柱21为伸缩立柱(例如：液压式伸缩杆)，在数控系统的作用下改变第一上夹板20和第一下夹板22之间的距离，实现对波形钢板的夹紧或松开。

如图5所示，可动夹持装置12包括至少两个并排设置的可动立柱26，可动立柱26顶端与上活动部24配合，底端与下活动部28配合；可动立柱26轴向间隔安装第二上夹板25和第二下夹板27，可动立柱26为伸缩立柱(例如：液压式伸缩杆)，在数控系统的作用下改变第二上夹板25和第二下夹板27之间的距离，实现对波形钢板的夹紧或松开。

上活动部24和下活动部28朝向彼此的一侧分别开设有长条形的导向槽，可动立柱26与导向槽滑动配合，在数控系统的作用下可动立柱26可沿导向槽长度方向移动。可动立柱26的横向移动动力可为气缸、液压缸或其他。

在本实施例中，固定立柱21、可动立柱26各设置两个，以实现两块波形钢板的端部夹持作用。当然，在其他实施例中，为了进一步保证夹持稳定性，也可以增加固定立柱21、可动立柱26的数量。

可动夹持装置12由数控系统控制与侧向顶推机构同步移动，但侧向顶推机构复位时，可动夹持装置12并不复位。若两待焊钢板对接口不平齐，允许通过手动调整固定夹持装置11与可动夹持装置(12)的方式进行人为矫正。

本实施例的工作原理为：

首先波形钢板放置于履带机构，同时侧向顶推机构启动，并将波形钢板形态调正，进而履带将其传送至焊接平台13附近，通过红外线信号控制履带机构的启动与停止，最后定位完成后由夹持装置将待焊钢板固定，同时多自由度焊枪10下降至波形钢板上表面附近，通过在焊枪轨道6上的横向移动实现钢板的拼装焊接。

本实施例的侧向顶推机构、夹持装置以及红外线信号装置，可实现波形钢板的姿态自动矫正、几何参数的自动测量计算、波形钢板拼接口的自动对齐以及波形钢板的自动夹持固定，节省了人工成本与时间成本，提高了波形钢板拼装效率。

实施例二：

本实施例提供了一种波形钢板自动定位拼装焊接方法，采用实施例一所述的焊接设备，包括以下步骤：

步骤一：将波形钢板放置于对应的履带机构上，通过侧向顶推机构将波形钢板形态矫正。

步骤二：侧向顶推机构根据顶推距离自动计算波形钢板宽度，并将数据传输至多自由度焊枪数控系统。

步骤三：待波形钢板前端运行至焊接平台中央，打断红外线部分信号传输，履带机构停止运行，红外线信号装置依据被打断信号分布宽度计算得出波形钢板厚度，并将数据传输至多自由度焊枪数控系统。

步骤四：履带机构停止运行后，两待焊钢板对齐，同时夹持装置将两待焊钢板固定。

步骤五：多自由度焊枪下降至波形钢板上表面，依据前述波形钢板宽度与厚度数据自动设置焊接路径与焊道层数，完成波形钢板的焊接。

步骤六：焊接结束后焊枪归位，履带重新启动运行，待钢板末端到达焊接平台中央位置，红外线信号接通，完成一次焊接工作。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。