CN104339074A - 一种自动焊接装置及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接装置与焊接方法领域，尤其涉及一种自动焊接装置及焊接方法，包括机械运动机构、焊接***、自动控制***，所述焊接***安装在所述机械运动机构上，所述自动控制***控制所述焊接***。本发明可以用在车身近似平面的场合均可应用，本装置结构简单，成本低，维护方便，可靠性高，速度快，重复定位性能精度高，安装空间小，焊点质量稳定，焊接缺陷少，降低劳动强度，减少操作人员数量。

Description

一种自动焊接装置及焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接装置与焊接方法领域，尤其涉及一种自动焊接装置及焊接方法。

背景技术

汽车车身的焊接主要采用电阻点焊，按自动化程度可分为手工焊接和机器人焊接。微车地板的焊接点数量较大，焊枪较大较重，采用手工焊接，劳动强度大，焊接质量不稳定，手工打点稳定性较差，焊点附近区域局部容易变形，造成地板总成与侧围总成的装配面易离空，影响拼装质量；采用机器人焊接，虽然具有很好的柔性并符合人机工程要求，但其需要较大的空间来设置无人区域，以保证安全，整体设备投入成本高、维护费用高。

目前已有的多点自动焊装置,能进行多点焊接,但只能单向简单移动,无法在平面内自由移动,使用范围受到限制，无法满足微车地板的焊接。一些传统自动焊装置，存在安装空间较大，与夹具相距较远，且下电极磨损不易获得补偿的缺点，极易使零件表面焊点扭曲，大大影响焊接质量。现有气缸驱动自动焊是通过一个自带锁紧的气缸驱动的,它能将自动焊钳锁定在任何预定的位置上,需要对每个焊接位置进行位置检测，由气动阀对气缸位置进行控制，气缸需频繁刹车，位置精度低，气缸锁使用寿命短每半年需更换或维护，增加维护成本并影响生产。

从以上技术背景分析可知，当前没有出现能对微车地板实现多车型、多点焊接的简单机械装置。

发明内容

本发明解决的技术问题是：构建一种三维的、多点焊接、成本低、维护费用低、维护方便，可靠性高，速度快，结构简单的自动焊接装置及焊接方法。

本发明采取的技术方案为构建一种自动焊接装置及焊接方法，包括机械运动机构、焊接***、自动控制***，所述焊接***安装在所述机械运动机构上，所述自动控制***控制所述焊接***。

作为本发明的进一步改进，所述自动控制***包括PLC控制器、伺服驱动器、伺服电机、现场总线、分布式I/O、工业以太网交换机及显示屏，所述PLC控制器连接所述工业以太网交换机，所述工业以太网交换机与所述伺服驱动器连接，所述伺服驱动器与所述伺服电机连接，所述工业以太网交换机与所述显示屏连接，所述PLC控制器通过现场总线与所述分布式I/O连接。

作为本发明的进一步改进，所述焊接***包括焊接控制器、变压器、焊钳、电气自动控制***，所述焊接控制器输出触发信号给所述电气自动化控制***，所述变压器位于所述电气自动化控制***内，所述电器自动化控制***输出控制信号控制所述焊钳。 

作为本发明的进一步改进，所述机械运动机构包括第一直线移动单元和第二直线移动单元。

作为本发明的进一步改进，所述第一直线移动单元包括X向伺服电机、X向驱动齿轮、X向齿条、X向线性导轨组件、 X向原点开关、X向第一限位开关、X向第二限位开关、X向支撑座、X向滑移座及焊枪，所述X向线性导轨组件安装在底座上，X向滑移座固定在X向线性导轨组件上，X向伺服电机与X向滑移座连接，焊枪固定在第二直线移动单元的Y向滑移座上，随Y向滑移座一起运动， X向驱动齿轮装配到X向伺服电机输出轴上， X向驱动齿轮与X向齿条结合，X向线性导轨组件的齿条和X向原点开关、X向第一限位开关、 X向第二限位开关都装在X向支撑座上。

作为本发明的进一步改进，所述第二直线移动单元包括Y向伺服电机、Y向驱动齿轮、Y向齿条、Y向线性导轨组件、Y向原点开关、Y向第一限位开关、Y向第二限位开关、Y向支撑座、Y向滑移座，所述Y向线性导轨组件安装在Y向支撑座上，Y向滑移座固定在Y向线性导轨组件上，Y向伺服电机与Y向滑移座连接，Y向驱动齿轮装配到Y向伺服电机输出轴上，Y向驱动齿轮与Y向齿条结合，Y向驱动齿轮装配到伺服电机输出轴上，Y向线性导轨组件的齿条和Y向原点开关、Y向第一限位开关、Y向第二限位开关都装在Y向支撑座上。

作为本发明的进一步改进，所述焊枪下方安装有润滑***。

作为本发明的进一步改进，所述第一直线移动单元和所述第二直线移动单元通过调节螺杆连接。

作为本发明的进一步改进，所述调节螺杆旁设有X向电缆拖链，所述第二直线移动单元的焊枪下设有Y向电缆拖链，所述X向电缆拖链一端固定在第一直线移动单元，另一端与第二直线移动单元连接，所述Y向电缆拖链一端固定在所述Y向支撑座的上部，另一端固定在所述Y向支撑座的下部。

    一种使用如权利要求1所述的自动焊接装置的焊接方法，：包括以下步骤：

A、 车体输送到自动焊接装置，所有定位单元夹具夹紧；

B、 自动控制***向焊接***发出控制信号；

C、 伺服驱动器控制伺服电机驱动机械运动移动到焊点位置；

D、 自动控制***向焊接发出焊接信号，焊接***进行焊接工作；

E、 焊接完成，焊接***反馈焊接信号到自动控制***；

F、 自动控制***再使伺服电机走到下一焊接点位焊接，直至焊接完成所有设定焊点，伺服电机返回原点位；

G、 焊接***触发原点开关，给自动控制***反馈原点信号；

H、 所有定位单元夹具打开，车体往前输送；

I、 输送小车回位，自动控制***复位。 

本发明的有益效果是：本发明可以用在车身近似平面的场合均可应用，本装置结构简单，成本低，维护方便，可靠性高，速度快，重复定位性能精度高，安装空间小，焊点质量稳定，焊接缺陷少，降低劳动强度，减少操作人员数量。

该自动焊接的装置在车身近似平面的场合均可应用，结构简单，总体成本比气缸驱动自动焊或机器人焊接成本更低，维护方便，可靠性高，速度快，重复定位精度高，安装空间小，适合多种车型的切换应用，满足多车型的焊接要求，实现功能方面的增加，重复定位性能提高，焊点质量稳定，焊接缺陷少。

该机构采用模块化、***化、集成设计，结构紧凑，对焊接设备要求低，使用普通的焊机/焊枪可以实现不同车身位置的焊接，该装置可以快速组合满足气动或伺服电机驱动安装要求，所有易损管线都采用拖链进行保护，提高寿命，降低运行成本。 

该机构的使用可以降低劳动强度，减少操作人员数量。一台自动焊接装置的焊接点数在相同的时间内比人工操作焊接点数多约20%，完全可以取代一个工人焊接操作量。 

附图说明

图1是本发明自动焊接装置结构示意图；

图2是本发明自动焊接装置初始状态图；

图3是本发明自动焊接装置自动焊原理图；

图4是本发明自动焊接装置控制原理图；

图5是本发明自动焊接装置布置图；

图6是本发明自动焊接装置主视图；

图7是本发明自动焊接装置俯视图；

图8是本发明自动焊接装置右视图；

图9是本发明自动焊焊接方法的流程图；

1、X向支撑座；2、X向滑移座；3、调节螺杆；4、X向开关拨动块；5、X向线性导轨组件；6、X向伺服电机； 7、X向齿条； 8、X向原点开关；9、X向第一限位开关；10、X向第二限位开关； 11、Y向支撑座；12、Y向齿条； 13、Y向伺服电机；14、焊枪；15、Y向滑移座；16、Y向线性导轨组件；17、X向电缆拖链；18、润滑***；19、 Y向原点开关；20、Y向第一限位开关；21、Y向第二限位开关；22、Y向驱动齿轮；23、X向驱动齿轮；24、Y向电缆拖链；100、第一直线移动单元；200、第二直线移动单元；201、焊接控制器；202、电气自动控制***；203、变压器；204、焊钳；300、PLC控制器；301、分布式I/O；302、显示屏；303、工业以太网交换机；304、伺服驱动器；305、伺服电机。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1、图2所示， 本发明包括机械运动机构、焊接***、自动控制***，所述焊接***安装在所述机械运动机构上，所述自动控制***控制所述焊接***。

如图4所示，所述自动控制***包括PLC控制器300、伺服驱动器304、伺服电机305、现场总线、分布式I/O301、工业以太网交换机303及显示屏302，所述PLC控制器300连接所述工业以太网交换机303，所述工业以太网交换机303与所述伺服驱动器304连接，所述伺服驱动器304与所述伺服电机305连接，所述工业以太网交换机303与所述显示屏302连接，所述PLC控制器300通过现场总线与所述分布式I/O301连接。通过PLC控制器300程序设定，把运动相关的信号控制，PLC控制器300接收机械运动机构发出的原点信号、***信号、限位信号，给伺服驱动器304和焊接控制器201发出驱动信号，实现机构的运动与焊接；整个控制***由PLC控制器300、伺服驱动器304、伺服电机305及显示屏302，显示屏302为人机操作界面组成，PLC控制器300采用Rockwell品牌ControlLogix系列；伺服驱动器304采用Rockwell品牌Ultra 3000系列；伺服电机305采用MPL系列，人机操作界面采用Siemens MP377系列，主控PLC控制器300通过Devicenet总线和Ultra3000进行实时位置信息、故障信息等数据交换，实现对焊点精确位置的控制，人机操作界面能够方便操作员工手动操作，并实时显示伺服驱动器304、检测开关、焊机等各种故障，方便维护人员快速锁定故障点，提高响应效率，本发明的自动焊接装置中，X轴上有两个伺服驱动器，每个伺服驱动器驱动一个伺服电机，Y轴上有两个伺服驱动器，每个伺服驱动器驱动一个伺服电机，总共有四个伺服驱动器和四个伺服电机。

对于不同的车型，设计不同的控制程序，实现不同的焊接工艺路线，程序的切换通过操作界面切换。

如图3所示，所述焊接***包括焊接控制器201、变压器203、焊钳204、电气自动控制***202，所述焊接控制器201输出触发信号给所述电气自动化控制***202，所述变压器203位于所述电气自动化控制***202内，所述电器自动化控制***202输出控制信号控制所述焊钳204；本装置采用X型焊枪，焊接参数通过焊接控制器201设定，PLC控制器300是根据位置状态给焊接控制器201输出焊接信号，随着焊枪移动位置的不同，实现自动焊接。

如图1、图2所示，所述机械运动机构包括第一直线移动单元100和第二直线移动单元200，所述第一直线移动单元100包括X向伺服电机6、X向驱动齿轮23、X向齿条7、X向线性导轨组件5、 X向原点开关8、X向第一限位开关9、X向第二限位开关10、X向支撑座1、X向滑移座2及焊枪14，所述X向线性导轨组件5安装在底座1，X向滑移座2固定在X向线性导轨组件5上，X向伺服电机6与X向滑移座2连接，焊枪14固定在第二直线移动单元200的Y向滑移座15上，随Y向滑移座15一起运动， X向驱动齿轮23装配到X向伺服电机6输出轴上， X向驱动齿轮23与X向齿条7结合，X向线性导轨组件5的齿条和X向原点开关8、X向第一限位开关9、 X向第二限位开关10都装在X向支撑座1上。

如图1、图2所示，所述第二直线移动单元200包括Y向伺服电机13、Y向驱动齿轮22、Y向齿条12、Y向线性导轨组件16、Y向原点开关19、Y向第一限位开关20、Y向第二限位开关21、Y向支撑座11、Y向滑移座15，所述Y向线性导轨组件16安装在Y向支撑座11上，Y向滑移座15固定在Y向线性导轨组件16上，Y向伺服电机13与Y向滑移座15连接，Y向驱动齿轮22装配到Y向伺服电机13输出轴上，Y向驱动齿轮22与Y向齿条12结合，Y向驱动齿轮22装配到伺服电机13输出轴上，Y向线性导轨组件16的齿条和Y向原点开关19、Y向第一限位开关20、Y向第二限位开关21都装在Y向支撑座11上。

运动原理：在初始状态下，第一直线移动单元100和第二直线移动单元200都处在X向原点开关8、Y向原点开关19位置，焊枪14处于开口状态，在得到自动控制***的信号后，X向伺服电机6和Y向伺服电机13转动，带动Y向齿轮22和X向齿轮23转动，由于齿条固定不动，故X向伺服电机6和Y向伺服电机13和X向滑移座2和Y向滑移座15一起移动，从而带动焊枪14移动或X向单元移动。

如图1、图2所示，所述焊枪14下方安装有润滑***18。

如图1、图2所示，所述第一直线移动单元100和所述第二直线移动单元200通过调节螺杆连接。

如图1、图2所述调节螺杆旁设有X向电缆拖链，所述第二直线移动单元200的焊枪下设有Y向电缆拖链，所述X向电缆拖链一端固定在第一直线移动单元100，另一端与第二直线移动单元200连接，所述Y向电缆拖链一端固定在所述Y向支撑座的上部，另一端固定在所述Y向支撑座的下部；所有易损管线都放置到X向电缆拖链和Y向电缆拖链里进行保护提高寿命。

    一种使用本发明自动焊接装置的焊接方法，包括以下步骤：

S1、车体输送到自动焊接装置，所有定位单元夹具夹紧；

S2、    自动控制***向焊接***发出控制信号；

S3、    伺服驱动器控制伺服电机驱动机械运动移动到焊点位置；

S4、    自动控制***向焊接发出焊接信号，焊接***进行焊接工作；

S5、    焊接完成，焊接***反馈焊接信号到自动控制***；

S6、    自动控制***再使伺服电机走到下一焊接点位焊接，直至焊接完成所有设定焊点，伺服电机返回原点位；

S7、    焊接***触发原点开关，给自动控制***反馈原点信号；

S8、    所有定位单元夹具打开，车体往前输送；

S9、    输送小车回位，自动控制***复位。 

进入下一工序。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种自动焊接装置，其特征在于：包括机械运动机构、焊接***、自动控制***，所述焊接***安装在所述机械运动机构上，所述自动控制***控制所述焊接***。

2.根据权利要求1所述自动焊接装置，其特征在于：所述自动控制***包括PLC控制器、伺服驱动器、伺服电机、现场总线、分布式I/O、工业以太网交换机及显示屏，所述PLC控制器连接所述工业以太网交换机，所述工业以太网交换机与所述伺服驱动器连接，所述伺服驱动器与所述伺服电机连接，所述工业以太网交换机与所述显示屏连接，所述PLC控制器通过现场总线与所述分布式I/O连接。

3.根据权利要求1所述自动焊接装置，其特征在于：所述焊接***包括焊接控制器、变压器、焊钳、电气自动控制***，所述焊接控制器输出触发信号给所述电气自动化控制***，所述变压器位于所述电气自动化控制***内，所述电器自动化控制***输出控制信号控制所述焊钳。

4.根据权利要求1所述自动焊接装置，其特征在于：所述机械运动机构包括第一直线移动单元和第二直线移动单元。

5.根据权利要求4所述自动焊接装置，其特征在于：所述第一直线移动单元包括X向伺服电机、X向驱动齿轮、X向齿条、X向线性导轨组件、 X向原点开关、X向第一限位开关、X向第二限位开关、X向支撑座、X向滑移座及焊枪，所述X向线性导轨组件安装在底座上，X向滑移座固定在X向线性导轨组件上，X向伺服电机与X向滑移座连接，焊枪固定在第二直线移动单元的Y向滑移座上，随Y向滑移座一起运动， X向驱动齿轮装配到X向伺服电机输出轴上， X向驱动齿轮与X向齿条结合，X向线性导轨组件的齿条和X向原点开关、X向第一限位开关、 X向第二限位开关都装在X向支撑座上。

6.根据权利要求4所述自动焊接装置，其特征在于：所述第二直线移动单元包括Y向伺服电机、Y向驱动齿轮、Y向齿条、Y向线性导轨组件、Y向原点开关、Y向第一限位开关、Y向第二限位开关、Y向支撑座、Y向滑移座，所述Y向线性导轨组件安装在Y向支撑座上，Y向滑移座固定在Y向线性导轨组件上，Y向伺服电机与Y向滑移座连接，Y向驱动齿轮装配到Y向伺服电机输出轴上，Y向驱动齿轮与Y向齿条结合，Y向驱动齿轮装配到伺服电机输出轴上，Y向线性导轨组件的齿条和Y向原点开关、Y向第一限位开关、Y向第二限位开关都装在Y向支撑座上。

7.根据权利要求5所述自动焊接装置，其特征在于：所述焊枪下方安装有润滑***。

8.根据权利要求4至6任意一项所述自动焊接装置，其特征在于：所述第一直线移动单元和所述第二直线移动单元通过调节螺杆连接。

9.根据权利要求8所述自动焊接装置，其特征在于：所述调节螺杆旁设有X向电缆拖链，所述第二直线移动单元的焊枪下设有Y向电缆拖链，所述X向电缆拖链一端固定在第一直线移动单元，另一端与第二直线移动单元连接，所述Y向电缆拖链一端固定在所述Y向支撑座的上部，另一端固定在所述Y向支撑座的下部。

10.一种使用如权利要求1所述的自动焊接装置的焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：

车体输送到自动焊接装置，所有定位单元夹具夹紧；

自动控制***向焊接***发出控制信号；

伺服驱动器控制伺服电机驱动机械运动移动到焊点位置；

自动控制***向焊接发出焊接信号，焊接***进行焊接工作；

焊接完成，焊接***反馈焊接信号到自动控制***；

自动控制***再使伺服电机走到下一焊接点位焊接，直至焊接完成所有设定焊点，伺服电机返回原点位；

焊接***触发原点开关，给自动控制***反馈原点信号；

所有定位单元夹具打开，车体往前输送；

输送小车回位，自动控制***复位。