空间曲线焊接装置及焊接方法制造方法及图纸

本发明专利技术的空间曲线焊接装置，包括通过通信连接的机械机构和远程控制器，机械机构包括框架，框架外侧、上方设置有龙门架移动机构，框架相对的两侧壁分别固接有第二旋转机构和锁紧机构，框架外侧壁还对称设置有第一旋转机构，第一旋转机构的旋转轴延伸方向和第二旋转机构的旋转轴延伸方向相互正交，龙门架移动机构的运动输出端安装有焊接机构。本发明专利技术的空间曲线焊接方法，先对工件建模并计算焊接点位姿数据，通过远程控制器控制工件转动至指定位置同时控制焊枪移动进行焊接作业。本发明专利技术的空间曲线焊接装置，利用三维软件对焊缝进行路径规划，代替人工示教，通过串级PID控制算法和脉冲信号控制电机驱动，提高焊接效率。提高焊接效率。提高焊接效率。

【技术实现步骤摘要】
空间曲线焊接装置及焊接方法


[0001]本专利技术属于焊接
，涉及一种空间曲线焊接装置，本专利技术还涉及应用上述装置的焊接方法。

技术介绍

[0002]随着工业自动化技术的提高和人工成本的攀升，生产成本随之增加，为降低生产成本，改善产品质量，提高生产效率，越来越多的焊接机器人被应用到焊接生产中。目前市场上的焊接机器人多为工业关节臂焊接机器人，在焊接机器人系统中，焊缝位姿和焊枪位姿对焊接成形质量有很大的影响，传统空间曲线焊接技术，焊接路径需人工示教，并且焊枪一般在焊接点下方，焊接时存在死点，影响焊接质量和焊接效率。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种空间曲线焊接装置，具有无焊接死点、焊接质量高的特点。
[0004]本专利技术的另一目的是提供上述空间曲线焊接方法，通过在三维模型中进行焊缝的路径规划，依据焊缝点的位姿输出结果对机械机构进行控制，实现工件的空间曲线的自动化焊接，提升焊接质量及焊接效率。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是，空间曲线焊接装置，包括通过通信信号连接的机械机构和远程控制器，机械机构包括框架，框架外侧、上方设置有龙门架移动机构，框架相对的两侧壁分别固接有第二旋转机构和锁紧机构，框架外侧壁还对称设置有第一旋转机构，第一旋转机构的旋转轴延伸方向和第二旋转机构的旋转轴延伸方向相互正交，龙门架移动机构的运动输出端安装有焊接机构，第一旋转机构、第二旋转机构、龙门架移动机构、焊接机构分别与远程控制器通过通信信号连接。
[0006]本专利技术的特点还在于：
[0007]第一旋转机构包括电机B，电机B输出端通过第一电机法兰固接有承力轴，承力轴一端穿过带座轴承后固接有轴承法兰，轴承法兰与框架固接，承力轴与带座轴承过盈配合，带座轴承固接有底座，电机B与远程控制器同通过通信信号连接。
[0008]第二旋转机构包括与框架固接的电机A，电机A输出轴末端键连接有第二电机法兰，电机A与远程控制器通过通信信号连接。
[0009]锁紧机构包括固接于框架内侧的锁紧块，锁紧块背离框架的一侧连接有锁紧盘，锁紧盘远离锁紧块的一侧固接有法兰轴承；
[0010]锁紧盘为圆盘结构，圆盘中心固接有螺纹轴，锁紧块远离框架的一侧中心开设有与螺纹轴相匹配的螺纹通孔，螺纹轴一端穿过螺纹通孔与框架固接，螺纹轴另一端固接有法兰轴承，且与法兰轴承过盈配合，法兰轴承中心位于电机A的输出轴延伸线上。
[0011]龙门架移动机构包括龙门架，龙门架上设置有横向移动机构，横向移动机构上滑动连接有纵向移动机构，纵向移动机构和横向移动机构的运动方向相互正交，纵向移动机
构的运动输出端与焊接机构固接，横向移动机构和纵向移动机构位于框架上方。
[0012]龙门架包括两个平行设置的立架，两个立架顶端之间设置有横梁，横向移动机构包括固接于横梁一端的电机C和设置于横梁上的滑轨，滑轨通过传动机构滑动连接有纵梁，电机C与远程控制器信号连接；
[0013]纵向移动机构包括两条对称设置于纵梁上的纵向导轨，纵梁靠近两端位置处分别设置有电机D和限位机构，两条纵向导轨之间滑动安装有滑件，滑件上设置有横向的齿条，电机D输出轴设置有齿轮，齿轮与齿条啮合传动，电机D与远程控制器信号连接。
[0014]焊接机构包括焊枪和送丝机构，焊枪与龙门架移动机构的运动输出端固接，送丝机构与远程控制器信号连接。
[0015]本专利技术所采用的另一技术方案是，空间曲线焊接方法，具体按以下步骤实施：
[0016]步骤1、将夹具两端分别与第二电机法兰和法兰轴承固接，再将待焊接工件的两部分分别安装于夹具上，手动转动锁紧盘控制夹具将待焊接工件的待焊接面对接，手动控制各电机对零，将此时的待焊接工件位置定为初始位置；
[0017]步骤2、三维软件建模，对焊缝进行路径规划，提取初始位置时焊缝轨迹上的各离散焊接点的坐标，以各离散焊接点在最上方为目标，计算各焊缝离散点的位姿输出结果；
[0018]步骤3、将步骤2所得的位姿输出结果输入到远程控制器，远程控制器发出信号，分别控制第一旋转机构、第二旋转机构、龙门架移动机构、焊接机构联合运动，对各焊缝离散焊接点进行焊接，至各焊缝离散点均焊接完成，空间曲线焊接结束。
[0019]本专利技术另一技术方案的特点还在于：
[0020]步骤2具体操作为，在三维软件中按工件初始位置状态进行建模，设定第一旋转机构旋转轴延伸方向为Y轴，第二旋转机构旋转轴延伸方向为X轴，纵向移动机构的运动方向为Z轴，以X轴和Y轴的交点为空间原点建立世界坐标系，在工件模型中输入焊接点间距，两个待焊接面对接的位置处形成焊接轨迹曲线，通过两个待焊接面对接位置处的所有点计算形成焊接曲线，根据焊接点间距需求将焊接曲线离散为点，得到各离散焊接点的初始位置坐标；
[0021]以焊接点在最上方为目标，依次计算焊接曲线上各离散焊接点对应的电机期望角度angle_set(t)和实际角度angle(t)，以及各离散焊接点在X轴和Z轴的位置数据，即为各焊缝离散点的位姿输出结果；
[0022]期望角度angle_set(t)为每一离散焊接点以X轴为轴心旋转至世界坐标XZ平面时电机需要转动的角度，实际角度angle(t)为电机在此时已转过的角度；
[0023]记第N个离散焊接点初始坐标为(x0，y0，z0)；将该离散焊接点绕X轴旋转至世界坐标XZ平面，此时y0坐标为0，通过齐次矩阵计算，得到该离散焊接点绕X轴的转动角度α即为电机A期望角度angle_set(t)，电机在第N个离散焊接点的实际角度angle(t)为电机A在此时已经转过的角度，即电机A在第N
‑
1个离散焊接点时的期望角度；该离散焊接点与两个待焊接面各形成一条素线，两素线所成夹角为θ角，过θ/2角做平面，即为两曲面的切平面的角平分面，过θ/2角做单位向量，并以世界坐标系原点为原点建立极单位向量坐标系，得到角平分面与Z轴的夹角即为电机B期望角度，电机B实际角度为第N
‑
1个点电机B的期望角度；根据所得转动期望角度进行齐次矩阵变换，即让角平分面与Z轴平行，得到该离散焊接点变换后的末位置(x1，0，z1)，x1、z1为焊枪在X轴和Z轴的位置数据。
[0024]步骤3具体为，将步骤2各焊缝离散点的位姿输出结果，导入至远程控制器的单片机数据预留串口，同时在预留串口输入焊接所需的送丝速度，远程控制器分别控制电机A、电机B、电机C、电机D、送丝机构同步连续运转；
[0025]远程控制器通过总线通信的方式与电调通信连接，电调发送控制信号以控制电机A、电机B的转速，电机A和电机B配有不同ID的电调，远程控制器通过串级PID控制算法对电机A、电机B进行闭环控制，第一环控制器为角度控制器，计算期望速度speed_set(t)：
[0026][0027]其中err1(t)＝angle_set(t)
‑
angle(t)，kp1、ki1、kd1是第一环的PID三个参数，angle_set(t)为期望角度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.空间曲线焊接装置，其特征在于，包括通过通信信号连接的机械机构和远程控制器，所述机械机构包括框架(7)，所述框架(7)外侧、上方设置有龙门架移动机构(3)，所述框架(7)相对的两侧壁分别固接有第二旋转机构(5)和锁紧机构(2)，所述框架(7)外侧壁还对称设置有第一旋转机构(1)，所述第一旋转机构(1)的旋转轴延伸方向和第二旋转机构(5)的旋转轴延伸方向相互正交，所述龙门架移动机构(3)的运动输出端安装有焊接机构(4)，所述第一旋转机构(1)、所述第二旋转机构(5)、所述龙门架移动机构(3)、所述焊接机构(4)分别与远程控制器通过通信信号连接。2.根据权利要求1所述的空间曲线焊接装置，其特征在于，所述第一旋转机构(1)包括电机B(1
‑
1)，所述电机B(1
‑
1)输出端通过第一电机法兰(1
‑
2)固接有承力轴(1
‑
3)，所述承力轴(1
‑
3)一端穿过带座轴承(1
‑
4)后固接有轴承法兰(1
‑
5)，所述轴承法兰(1
‑
5)与框架(7)固接，所述承力轴(1
‑
3)与所述带座轴承(1
‑
4)过盈配合，所述带座轴承(1
‑
4)固接有底座(6)，所述电机B(1
‑
1)与所述远程控制器通过通信信号连接。3.根据权利要求1所述的空间曲线焊接装置，其特征在于，所述第二旋转机构(5)包括与框架(7)固接的电机A(5
‑
1)，电机A(5
‑
1)输出轴末端键连接有第二电机法兰(5
‑
2)，所述电机A(5
‑
1)与所述远程控制器通过通信信号连接。4.根据权利要求3述的空间曲线焊接装置，其特征在于，所述锁紧机构(2)包括固接于框架(7)内侧的锁紧块(2
‑
2)，锁紧块(2
‑
2)背离所述框架(7)的一侧连接有锁紧盘(2
‑
3)，锁紧盘(2
‑
3)远离锁紧块(2
‑
2)的一侧固接有法兰轴承(2
‑
4)；所述锁紧盘(2
‑
3)为圆盘结构，圆盘中心固接有螺纹轴，锁紧块(2
‑
2)远离框架(7)的一侧中心开设有与螺纹轴相匹配的螺纹通孔，螺纹轴一端穿过螺纹通孔与框架(7)固接，螺纹轴另一端固接有法兰轴承(2
‑
4)，且与法兰轴承(2
‑
4)过盈配合，所述法兰轴承(2
‑
4)中心位于所述电机A(5
‑
1)的输出轴延伸线上。5.根据权利要求1所述的空间曲线焊接装置，其特征在于，所述龙门架移动机构(3)包括龙门架，龙门架上设置有横向移动机构(3
‑
2)，横向移动机构(3
‑
2)上滑动连接有纵向移动机构(3
‑
1)，所述纵向移动机构(3
‑
1)和横向移动机构(3
‑
2)的运动方向相互正交，所述纵向移动机构(3
‑
1)的运动输出端与所述焊接机构(4)固接，所述横向移动机构(3
‑
2)和纵向移动机构(3
‑
1)位于所述框架(7)上方。6.根据权利要求5所述的空间曲线焊接装置，其特征在于，所述龙门架包括两个平行设置的立架，两个立架顶端之间设置有横梁，所述横向移动机构(3
‑
2)包括固接于横梁一端的电机C(3
‑
4)和设置于横梁上的滑轨，滑轨通过传动机构滑动连接有纵梁，所述电机C(3
‑
4)与远程控制器信号连接；所述纵向移动机构(3
‑
1)包括两条对称设置于纵梁上的纵向导轨，纵梁靠近两端位置处分别设置有电机D(3
‑
5)和限位机构(3
‑
3)，两条纵向导轨之间滑动安装有滑件，所述滑件上设置有横向的齿条，所述电机D(3
‑
5)输出轴设置有齿轮，所述齿轮与齿条啮合传动，所述电机D(3
‑
5)与远程控制器信号连接。7.根据权利要求1所述的空间曲线焊接装置，其特征在于，所述焊接机构(4)包括焊枪(4
‑
1)和送丝机构(4
‑
2)，所述焊枪(4
‑
1)与龙门架移动机构(3)的运动输出端固接，所述送丝机构(4
‑
2)与远程控制器信号连接。8.空间曲线焊接方法，其特征在于，使用如权利要求1
‑
7所述的空间曲线焊接装置，具
体按以下步骤实施：步骤1、将夹具的两部分分别与第二电机法兰(5
‑
2)和法兰轴承(2
‑
4)固接，再将待焊接工件的两部分分别安装于夹具上，手动转动锁紧盘(2
‑
3)，控制夹具将待焊接工件的待焊接面对接，手动控制各电机对零，将此时的待焊接工件位置定为初始位置；步骤2、三维软件建模，对焊缝进行路径规划，提取初始位置时焊缝轨迹上的各离散焊接点的坐标，以各离散焊接点在最上方为目标，计算各焊缝离散点的位姿输出结果；步骤3、将步骤2所得的位姿输出结果输入到远程控制器，远程控制器发出信号，分别控制第一旋转机构(1)、第二旋转机构(5)、龙门架移动...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉晓民，王茜，黎健亮，张珂昕，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：