CN112091482A - 管件自动焊接设备及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管件自动焊接设备及焊接方法，其中管件自动焊接设备主要由机座、第一上料装置、第二上料装置、自动输送架、夹取寻位装置、控制电柜、焊枪进给装置、组对定位装置、取料机器人、进料顶出装置、用于收集自动输送架上工件信息的视觉摄像机和用于收集夹取寻位装置中工件信息的3D轮廓扫描仪构成。本发明利用3D轮廓扫描仪和夹取寻位装置等以确保证两个工件的圆心位置和焊接旋转中心线重合，同时夹取寻位装置中的第一伺服电机和组对定位装置分别驱动两个工件进行步旋转，同时令焊枪对准焊缝，从而避免发生偏焊、漏焊等情况发生，提高焊接质量；同时采用器械实现自动焊接，提高了生产效率，降低了人力劳动强度。

Description

管件自动焊接设备及焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术，具体涉及一种管件自动焊接设备及焊接方法。

背景技术

在我国饮用水管道发展的历史上，经历了从镀锌钢管——塑料管——不锈钢管的演变过程。

由于镀锌钢管不耐腐蚀，长期使用后管道锈蚀；塑料管受热变形严重，冷热变化老化加快、易燃烧；镀锌钢管和塑料管会造成水质的二次污染，出现黄水、管道结垢、细菌滋生等问题；因此目前使用的饮用水管道普遍采用不锈钢管构成。不锈钢材料环保、耐腐蚀、经久耐用、内壁光滑水流损失小、经抛光处理后豪华美观、性价比均超出已有的任何给水材料，一经面世就受到了行业的欢迎。

不锈钢管在安装时需要不锈钢管件连接，管件由钢管深加工后焊接而成，主要有直通、弯头、三通三大类管件。管件的组对和焊接程一般有三种：第一种是先将管件的两头手工组对后手工点焊，然后再将管件放在旋转机构上焊接；第二种是将管件的两头手工依次放在专用工装上，手工组对后压紧，旋转焊接；第三种是自动上料，由机械式芯棒定位后压紧旋转焊接。上述三种的缺陷为：第一、二种，纯手工操作，生产效率低，用工量大，完全依赖操作技能，成品率低，产品一致性无法保证；第三种，采用机械式芯棒定位，由于管件或装夹原因，两个工件的旋转中心不一致，焊缝与焊枪位置跑偏，很容易出现偏焊、漏焊等焊接缺陷，并且单机只能焊接单一品种的管件，不能单机焊接直通、弯头、三通的管件。同时，上述中的三种管件焊接还无法满足弯头和三通的自动组对和焊接。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种生产效率高、成品率高的管件自动焊接设备。

同时，本发明的另一目的是提供了一种管件自动焊接设备的焊接方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：本管件自动焊接设备，包括机座、第一上料装置、第二上料装置、自动输送架、夹取寻位装置、控制电柜、焊枪进给装置、组对定位装置、取料机器人、进料顶出装置、用于收集自动输送架上工件信息的视觉摄像机和用于收集夹取寻位装置中工件信息的3D轮廓扫描仪；所述第一上料装置和第二上料装置分别安装于机座上的两端，所述自动输送架安装于机座上，且所述自动输送架的接料端与第一上料装置的落料口连接；所述夹取寻位装置通过第一导轨机构安装于机座上，所述夹取寻位机构通过取料机器人与自动输送架连接；所述组对定位装置通过第二导轨机构安装于机座上，所述组对定位装置通过进料顶出装置与第二上料装置连接；所述焊枪进给装置安装于机座上，当夹取寻位装置夹紧第一工件和组对定位装置固定第二工件对接时，所述焊枪进给装置中的焊枪对准第一工件和第二工件的对接处；所述控制电柜安装于机座上，所述第一上料装置、第二上料装置、自动输送架、夹取寻位装置、焊枪进给装置、组对定位装置、取料机器人、进料顶出装置、视觉摄像机和3D轮廓扫描仪均与控制电柜连接。

优选的，所述夹取寻位装置包括第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第四伺服电机、主箱、辅箱、第一丝杆机构、第二丝杆机构、平移板、升降板、调整块、转角轴和第一气动手指；所述主箱的下端安装于第一导轨机构，所述第一伺服电机安装于主箱内，所述第一伺服电机通过减速机与辅箱连接，所述第二伺服电机和第一丝杆机构均安装于辅箱内壁，所述第二伺服电机的动力输出轴与第一丝杆机构连接，所述第三伺服电机和第二丝杆机构通过平移板安装于第一丝杆机构，所述第三伺服电机的动力输出轴与第二丝杆机构连接，且所述第一丝杆机构的轴线与第二丝杆机构的轴线垂直；所述升降板的内侧安装于丝杆机构，所述转角轴通过轴承座安装于升降板的外侧，且所述转角轴的一端与第四伺服电机的动力输出轴连接，所述第一气动手指通过调整块与转角轴连接。

优选的，所述组对定位装置包括安装支架、第五伺服电机、第六伺服电机、滑动架、安装筒、定位转轴机构和定位芯棒，所述安装支架的下端安装于第二导轨机构，所述滑动架通过第三丝杆机构安装于安装支架的上端，所述第三丝杆机构的一端与第五伺服电机连接，所述定位转轴机构通过安装筒安装于滑动架，且所述定位转轴机构的一端与第六伺服电机的动力输出轴连接，所述定位芯棒安装于定位转轴机构的另一端。

优选的，所述定位转轴机构包括旋转轴、缓冲轴、轴盖和缓冲弹簧，所述旋转轴通过旋转轴承安装于安装筒，且所述旋转轴的一端通过联轴器与第六伺服电机的动力输出轴连接，所述旋转轴的另一端设有缓冲腔，所述轴盖安装于旋转轴的另一端，所述缓冲轴***缓冲腔，且所述缓冲轴一端穿过轴盖，所述定位芯棒安装于缓冲轴的一端，所述缓冲弹簧置于缓冲腔内，且所述缓冲弹簧的一端抵住缓冲腔内的阶梯面，所述缓冲弹簧的另一端抵住缓冲轴的另一端。

优选的，所述进料顶出装置包括顶出支脚、承接台和顶出气缸，所述顶出支脚的下端安装于机座，所述承接台固定于顶出支脚的上端，所述承接台上设有承接槽，此承接槽与第二上料装置连接，所述顶出气缸安装于承接台，且所述顶出气缸的伸缩杆的伸出端伸入承接槽的一端；当组对定位装置固定第二工件时，所述组对定位装置的定位芯棒伸入承接槽的另一端。

优选的，所述焊枪进给装置包括焊***脚、升降运动模组、水平运动模组和摆枪电机，所述水平运动模组通过升降运动模组安装于焊***脚，所述摆枪电机通过安装架安装于水平运动模组的一端，所述摆动电机的动力输出轴安装于用于固定焊枪的固定件。

优选的，所述的管件自动焊接设备还包括定位中转台，此定位中转台通过中转支脚安装于自动输送架和取料机器人之间。

优选的，所述取料机器人包括工业机器人和抓取装置，所述抓取装置包括第二气动手指、2个夹取销和指正电机，所述第二气动手指安装于工业机器人，其中1个夹取销固定于第二气动手指中的其中一个手指，另一个夹取销通过指正转轴安装于第二气动手指中的另一个手指，所述指正电机通过齿轮传动机构与指正转轴连接。

一种基于上述的管件自动焊接设备的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、第一工件被自动输送架输送到取件位时，视觉摄像机对位于取件位的拍照以获取第一工件的数据信息；

同时第二工件被送至组对定位装置中的定位芯棒固定；

S2、根据视觉摄像机获取的第一工件的数据信息，取料机器人夹取第一工件，并将第一工件送至夹取寻位装置固定；夹取寻位装置将第一工件移动到焊接位时，3D轮廓扫描仪对位于夹取寻位装置中的第一工件进行扫描，以确定第一工件的圆心位置及第一工件的焊接口倾斜角；接着夹取寻位装置根据3D轮廓扫描仪的扫描结果，调整第一工件的圆心位置和第一工件的焊接口倾斜角，以令第一工件的圆心位置与焊接时旋转中心线重合；

同时，固定有第二工件的组对定位装置移动到焊接位；

S3、当第一工件到达焊接位后，组对定位装置中的第五伺服电机驱动第二工件，以令第一工件的焊接口和第二工件的焊接口对接；

S4、焊枪进给装置驱动焊枪，以令焊枪对准第一工件和第二工件之间的焊缝，并对第一工件和第二工件之间焊缝进行焊接；在焊接过程中，夹取寻位装置的第一伺服电机和组对定位装置中的第六伺服电机分别驱动第一工件和第二工件进行同步转动。

优选的，在步骤S2中，取料机器人将第一工件从自动输送架夹取后，并根据视觉摄像机获取的第一工件的数据信息摆动第一工件，以令第一工件的焊接口朝下；接着将此第一工件放置到定位中转台上，最后取料机器人再将定位中转台上的第一工件夹取送到夹取寻位装置固定。

本发明相对于现有技术具有如下的优点：

1、本发明中的管件自动焊接设备主要由机座、第一上料装置、第二上料装置、自动输送架、夹取寻位装置、控制电柜、焊枪进给装置、组对定位装置、取料机器人、进料顶出装置、用于收集自动输送架上工件信息的视觉摄像机和用于收集夹取寻位装置中工件信息的3D轮廓扫描仪构成，这采用器械代替传统的手工操作，大大提高了生产效率，降低了人力劳动强度；而且采用视觉摄像机和3D轮廓扫描仪实时收集数据，以保证夹取寻位装置在焊接前固定好第一工件的，令第一工件的圆心位置与设定的焊接旋转中心线重合，并且找出焊缝位置给焊枪进给装置让焊枪自动对准焊缝进行焊接，避免出现偏焊、漏焊等焊接缺陷，成品率高；从而确保焊接的成品率，还确保了产品的一致性。

2、本发明中的管件自动焊接设备采用夹取寻位装置和组对定位装置分别固定待焊接的第一工件和第二工件，在焊接前再利用3D轮廓扫描仪采集数据，从而保证第一工件和第二工件可精准对接，提高了产品的质量；同时夹取寻位装置和组对定位装置的配合使用，可满足直通、弯头和三通这三种管件的焊接，适用性广。

3、本发明采用的管件自动焊接设备进行的焊接方法在夹取寻位装置固定第一工件后，先采用3D轮廓扫描仪收集数据，即收集第一工件的的圆心位置和第一工件的焊接口倾斜角等数据，从而保证第一工件定位精确，确实夹取寻位装置上固定的第一工件与组对定位装置中固定的第二工件可精准对接，令第一工件和第二工件的圆心位置与设定的焊接旋转中心线重合，同时在焊接过程中，夹取寻位装置中的第一伺服电机和组对定位装置中的第六伺服电机分别驱动第一工件和第二工件进行同步转动，因此保证第一工件和第二工件之间的焊缝不错边，避免出现偏焊、漏焊等焊接缺陷，成品率高；而且利用器械代替传统人工操作，提高了生产效率，也保证了产品的一致性。

附图说明

图1是本发明的管件自动焊接设备的第一视角的结构示意图。

图2是本发明的管件自动焊接设备的第二视角的结构示意图。

图3是本发明的夹取寻位装置的结构示意图。

图4是本发明的夹取寻位装置的侧视图。

图5是本发明的夹取寻位装置的侧视方向的剖视图。

图6是本发明的夹取寻位装置的俯视方向的剖视图。

图7是本发明的夹取寻位装置中辅箱的内部结构示意图。

图8是本发明的焊枪进给装置的结构示意图。

图9是本发明的组对定位装置的结构示意图。

图10是本发明的组对定位装置的剖视图。

图11是图10中A处的放大示意图。

图12是本发明的取料机器人的结构示意图。

图13是本发明的抓取装置的结构示意图。

图14是本发明的进料顶出装置的结构示意图。

其中，100为机座，100-001为出料口，100-002为成品盛料框，200为第一上料装置，300为第二上料装置，400为自动输送架，400-001为输送电机，400-002为输送皮带，400-003为护板，500为夹取寻位装置，500-001为第一伺服电机，500-002为第二伺服电机，500-003为第三伺服电机，500-004为第四伺服电机，500-005为主箱，500-006为辅箱，500-007为第一丝杆机构，500-008为第二丝杆机构，500-009为平移板，500-010为升降板，500-011为调整块，500-012为转角轴，500-013为第一气动手指，500-014为减速机，500-015为轴承座，600为控制电柜，700为焊枪进给装置，700-001为焊接支脚，700-002为升降运动模组，700-003为水平运动模组，700-004为摆动枪电机，700-005为固定件，700-006为焊枪，800为组对定位装置，800-001为安装支架，800-002为第五伺服电机，800-003为第六伺服电机，800-004为滑动架，800-005为安装筒，800-006为定位转轴机构，800-007为定位芯棒，800-008为第三丝杆机构，800-009为旋转轴，800-010为缓冲轴，800-011为轴盖，800-012为缓冲弹簧，800-013为联轴器，800-014为缓冲腔，800-015为阶梯面，800-016为凸环，800-017旋转轴承，800-018为套筒，900为取料机器人，900-001为工业机器人，900-002为抓取装置，900-003为第二气动手指，900-004为夹取销，900-005为指正电机，900-006为指正转轴，900-007为齿轮传动机构，110为进料顶出装置，110-001为顶出支脚，110-002为承接台，110-003为顶出气缸，110-004为承接槽，120为视觉摄像机，130为3D轮廓扫描仪，140为第一导轨机构，150为第二导轨机构，160为回流通道，170为定位中转台，180为中转支脚，190为第一工件，210为第二工件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示的管件自动焊接设备，包括机座、第一上料装置、第二上料装置、自动输送架、夹取寻位装置、控制电柜、焊枪进给装置、组对定位装置、取料机器人、进料顶出装置、用于收集自动输送架上工件信息的视觉摄像机和用于收集夹取寻位装置中工件信息的3D轮廓扫描仪；所述第一上料装置和第二上料装置分别安装于机座上的两端，所述自动输送架安装于机座上，且所述自动输送架的接料端与第一上料装置的落料口连接；所述夹取寻位装置通过第一导轨机构安装于机座上，所述夹取寻位机构通过取料机器人与自动输送架连接；所述组对定位装置通过第二导轨机构安装于机座上，所述组对定位装置通过进料顶出装置与第二上料装置连接；所述焊枪进给装置安装于机座上，当夹取寻位装置夹紧第一工件和组对定位装置固定第二工件对接时，所述焊枪进给装置中的焊枪对准第一工件和第二工件的对接处；所述控制电柜安装于机座上，所述第一上料装置、第二上料装置、自动输送架、夹取寻位装置、焊枪进给装置、组对定位装置、取料机器人、进料顶出装置、视觉摄像机和3D轮廓扫描仪均与控制电柜连接。

具体的，为节省设计成本，第一上料装置和第二上料装置均可直接自市场购买所得，只是第一上料装置和第二上料装置采用不同的型号，以满足不同形状的工件。而自动输送架主要由输送电机和输送皮带构成，此输送皮带安装于机座上，且输送皮带的一端与输送电机的动力输出轴连接，而输送皮带的承接面位于第一上料装置的落料口的正下方。则当第一工件从第一上料装置的落料口下落到输送皮带的承接面，此时输送电机驱动输送皮带转动，则下落到承接面的第一工件被输送到取件位处。同时，为避免第一工件自输送皮带掉落，在输送皮带的两侧设有护板。而第一导轨机构和第二导轨机构均由丝杆、滑轨、丝杆螺母及滑动座构成，第一导轨机构和第二导轨机构也均可采用现有的导轨机构，即可自市场直接购买，同时第一导轨机构和第二导轨机构的结构相同，只是采用不同的型号及尺寸。

视觉摄像机安装于输送皮带的上方，此视觉摄像机的朝向输送皮带上的取件位。而如图1和图8所示，为保证结构的紧凑性，3D轮廓扫描仪安装焊枪进给装置的焊***脚的一侧且3D轮廓扫描仪的扫描端朝向夹取寻位装置。当第一工件被输送皮带输送到取件位时，视觉摄像机对此第一工件进行拍摄，以采集第一工件在取位件的位置、摆放的角度等数据信息，将这些数据信息传送到控制电柜，控制电柜对这些数据信息进行处理，并对取料机器人发出控制指令，令取料机器人从取走取件位上的第一工件，并摆动第一工件的角度，以令第一工件的焊接口朝下，然后将此第一工件放置到定位中转台上，接着取料机器人再次夹取定位中转台上的第一工件，并将将此第一工件送到夹取寻位装置固定，从而确保第一工件在夹取寻位装置固定时具有适当的朝向角度，以减少夹取寻位装置后续可快速调整好第一工件，以令第一工件的圆心位置与焊接旋转中心线重合，也保证固定在夹取寻位装置上的第一工件与固定在组对定位装置中的第二工件可精准对接。

第一工件在夹取寻位装置固定好后，夹取寻位装置通过第一导轨机构自初始位置移动到焊接位；在移动过程中，3D轮廓扫描仪对此第一工件进行扫描，以采集第一工件在夹取寻位装置的第一工件的圆心位置、第一工件的焊接口的高度及第一工件的焊接口的倾斜角等数据信息，并将此数据信息传送给控制电柜，控制电柜根据这数据信息发出控制指令，以驱动夹取寻位装置中的第二伺服电机、第三伺服电机和第四伺服电机动作，从而调整第一工件在夹取寻位装置的第一工件的圆心位置、第一工件的焊接口的高度及第一工件的焊接口的倾斜角，故可进一步保证此第一工件与固定在组对定位装置中第二工件精准对接。

所述第一上料装置的料框与自动输送架的末端通过回流通道连接。如图所示，回流通过主要由几张倾斜设置的滑板拼接构成。当自动输送架将第一工件输送到取件位时，视觉摄像机拍摄此第一工件的位置及朝向不适合取料机器人抓取时，自动输送架再次启动，则此第一工件自输送皮带上掉落到回流通道的滑板上，然后第一工件依靠自重滑落到第一上料装置的料框，从而形成循环上料。

如图3至图7所示，所述夹取寻位装置包括第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第四伺服电机、主箱、辅箱、第一丝杆机构、第二丝杆机构、平移板、升降板、调整块、转角轴和第一气动手指；所述主箱的下端安装于第一导轨机构，所述第一伺服电机安装于主箱内，所述第一伺服电机通过减速机与辅箱连接，所述第二伺服电机和第一丝杆机构均安装于辅箱内壁，所述第二伺服电机的动力输出轴与第一丝杆机构连接，所述第三伺服电机和第二丝杆机构通过平移板安装于第一丝杆机构，所述第三伺服电机的动力输出轴与第二丝杆机构连接，且所述第一丝杆机构的轴线与第二丝杆机构的轴线垂直；所述升降板的内侧安装于丝杆机构，所述转角轴通过轴承座安装于升降板的外侧，且所述转角轴的一端与第四伺服电机的动力输出轴连接，所述第一气动手指通过调整块与转角轴连接。其中第一丝杆机构和第二丝杆机构结构相同，只是采用不同型号尺寸。此第一丝杆机构和第二丝杆机构均采用丝杆和丝杆螺母等构成，为减少设计成本，第一丝杆机构和第二丝杆机构均可自市场进行购买所得。第一气动手指用于夹紧固定第一工件，保证第一工件可稳定的固定于夹取寻位装置，也保证了焊接过程中，第一工件可稳定转动，进一步提高焊接质量。具体的，第一工件被取料机器人送到第一气动手指固定后，第一导轨机构驱动整个夹取寻位机构移动至焊接位的过程中，3D轮廓扫描仪对此第一工件实时扫描，以采集数据，即对第一工件的圆心位置和第一工件的焊接口倾斜口等数据。即在机座上建立空间坐标系XYZ，收集第一工件在空间坐标系中的X、Y和Z轴的数据，从而确定第一工件的圆心位置和第一工件的焊接口的倾斜角度的X、Y和Z轴的数据。然后控制电柜中的控制***根据3D轮廓扫描仪采集的数据对第二伺服电机、第三伺服电机和第四伺服电机发出控制指令，以分别调整第一工件的圆心位置和第一工件的焊接口的倾斜角，从而确保第一工件到达焊接位时，第一工件的圆心位置与设定的焊接旋转中心线重合，则第一工件的焊接口和第二工件的焊接口可精准对接。当第一工件的焊接口与第二工件的焊接口精准对接后，第一伺服电机和第六伺服电机分别驱动第一工件和第二工件进行同步转动，以提高焊接效果。如图9至图11所示，所述组对定位装置包括安装支架、第五伺服电机、第六伺服电机、滑动架、安装筒、定位转轴机构和定位芯棒，所述安装支架的下端安装于第二导轨机构，所述滑动架通过第三丝杆机构安装于安装支架的上端，所述第三丝杆机构的一端与第五伺服电机连接，所述定位转轴机构通过安装筒安装于滑动架，且所述定位转轴机构的一端与第六伺服电机的动力输出轴连接，所述定位芯棒安装于定位转轴机构的另一端。第五伺服电机用于驱动第二工件向第一工件靠近，从而令第二工件的焊接口与第二工件的焊接口对接，即在工作中，当第二上料装置输送过来的第二工件固定于定位芯棒后，第二导轨机构将组对定位装置移送到焊接位，接着第五伺服电机驱动第三丝杆机构运行，从而驱动固定在定位芯棒的第二工件，令第二工件靠近第一工件，直至第一工件的焊接口与第二工件的焊接口对接，以形成焊缝。而第六伺服电机通过定位转轴机构驱动第二工件进行转动，从而确保在焊接过程中第二工件与第一工件进行同步转动，以提高焊接质量。

所述定位转轴机构包括旋转轴、缓冲轴、轴盖和缓冲弹簧，所述旋转轴通过旋转轴承安装于安装筒，且所述旋转轴的一端通过联轴器与第六伺服电机的动力输出轴连接，所述旋转轴的另一端设有缓冲腔，所述轴盖安装于旋转轴的另一端，所述缓冲轴***缓冲腔，且所述缓冲轴一端穿过轴盖，所述定位芯棒安装于缓冲轴的一端，所述缓冲弹簧置于缓冲腔内，且所述缓冲弹簧的一端抵住缓冲腔内的阶梯面，所述缓冲弹簧的另一端抵住缓冲轴的另一端。采用此结构后，当第一工件和第二工件对接时，可避免产生较大的冲撞力，从而避免第一工件和第二工件发生损坏。而为防止缓冲轴被弹出缓冲腔，在缓冲轴的内端(即缓冲轴***缓冲腔的一端)设有凸环，并在凸环和轴盖的端板之间的设有套筒。

如图14所示，所述进料顶出装置包括顶出支脚、承接台和顶出气缸，所述顶出支脚的下端安装于机座，所述承接台固定于顶出支脚的上端，所述承接台上设有承接槽，此承接槽与第二上料装置连接，所述顶出气缸安装于承接台，且所述顶出气缸的伸缩杆的伸出端伸入承接槽的一端；当组对定位装置固定第二工件时，所述组对定位装置的定位芯棒伸入承接槽的另一端。工作过程中，第二上料装置将第二工件送到承接台的承接槽，然后位于初始位置组对定位装置启动，即第五伺服电机启动，以驱动定位芯棒轴向移动，直至定位芯棒的一端***承接槽为止，此时顶出气缸的将位置于承接槽内的第二工件推向定位芯棒，从而将第二工件套接固定于定位芯棒。采用此结构的进料顶出装置结构简单，工作可靠，且保证了第二工件可被精准送到定位芯棒中固定。

如图8所示，所述焊枪进给装置包括焊***脚、升降运动模组、水平运动模组和摆枪电机，所述水平运动模组通过升降运动模组安装于焊***脚，所述摆枪电机通过安装架安装于水平运动模组的一端，所述摆动电机的动力输出轴安装于用于固定焊枪的固定件。具体的，升降运动模组和水平运动模组均采用伺服电机和丝杆机构构成，两者的结构相同，根据工作的需求可选不同的伺服电机型号及丝杆机构型号。同时，丝杆机构主要由丝杆和丝杆螺母构成，整个丝杆机构可直接自市场中进行构成所得。而摆动电机用于调整焊枪的角度，从而保证焊接时，焊枪对准第一工件和第二工件之间的焊缝。升降运动模组和水平运动模组分别用于调整焊枪的高度位置和水平位置。在工作过程中，控制电柜对升降运动模组、水平运动模组及摆枪电机发出控制指令，从而调整焊枪在空间坐标系中的位置，以保证焊枪精确的对准焊缝。

所述的管件自动焊接设备还包括定位中转台，此定位中转台通过中转支脚安装于自动输送架和取料机器人之间。此中转台起到一个过渡作用，以确保取料机器人将第一工件送到夹取寻位装置时摆好第一工件的朝向。即在工作过程中，取料机器人从取件位抓取第一工件后，根据控制电柜的发现的控制指令，调整第一工件的朝向，然后将第一工件放到定位中转台上进行定位，然后取料机器人再将中转台上的第一工件抓取送至夹取寻位装置固定，这定位中转台的结构简单，进一步保证夹取寻位装置可精准固定好第一工件。

如图12和13所示，所述取料机器人包括工业机器人和抓取装置，所述抓取装置包括第二气动手指、2个夹取销和指正电机，所述第二气动手指安装于工业机器人，其中1个夹取销固定于第二气动手指中的其中一个手指，另一个夹取销通过指正转轴安装于第二气动手指中的另一个手指，所述指正电机通过齿轮传动机构与指正转轴连接。此结构简单，第二气动手指驱动两个夹取销抓取好第一工件后，指正电机通过指正转轴驱动第一工件进行转动，从而调整第一工件的焊接口朝向，以确保第一工件被夹取寻位装置固定时，第一工件的焊接口不发生较大的偏差，避免夹取寻位装置中的第四伺服电机无法对第一工件的焊接口的朝向进行适当的调整。同时，本实施例中的工业机器人采用SCARA机器人。

一种基于上述的管件自动焊接设备的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、第一工件被自动输送架输送到取件位时，视觉摄像机对位于取件位的拍照以获取第一工件的数据信息；此数据信息包含第一工件在取件位的位置状态及朝向状态，以确保此第一工件能否可被取料机器人进行抓取。在工过程中，第一工件先被第一上料装置送到自动输送架的承接面，然后自动输送架将第一工件输送到取件位。

同时第二工件被送至组对定位装置中的定位芯棒固定；具体的，第二工件是套接于定位芯棒。当第二工件被第二上料装置送到进料顶出装置的承接槽中，然后此第二工件再被进料顶出装置的伸缩杆推送到定位芯棒。

S2、根据视觉摄像机获取的第一工件的数据信息，取料机器人夹取第一工件，并将第一工件送至夹取寻位装置固定；具体的，当第一工件为三通式时，取料机器人从自动输送架上夹取第一工件，并根据视觉摄像机获取的数据信息摆动第一工件的角度，即令第一工件的焊接口朝下，并将此第一工件放置于定位中转台，然后取料机器人再将定位中转台上的第一工件夹取送至夹取寻位装置固定，以保证夹取寻位装置一开始可固定好第一工件，且确保第一工件初始具有较好的朝向角度，以减少夹取寻位装置对第一工件的调整时间，提高工作效率；当第一工件为弯头式时，取料机器人从自动输送架上夹取第一工件后，先将此第一工件放置到定位中转台上，再从定位中转台夹取后送到夹取寻位装置固定；

夹取寻位装置将第一工件移动到焊接位过程中，3D轮廓扫描仪对位于夹取寻位装置中的第一工件进行扫描，以确定第一工件的圆心位置和第一工件的焊接口倾斜角；接着夹取寻位装置根据3D轮廓扫描仪的扫描结果，调整第一工件的圆心位置和第一工件的焊接口倾斜角，以令第一工件的圆心位置与焊接时旋转中心线重合；同时，固定有第二工件的组对定位装置移动到焊接位；第一工件自夹取寻位装置的初始位置移动到焊接位的过程中，3D轮廓扫描仪对第一工件进行扫描，以获得得第一工件的圆心位置及第一工件的焊接口倾斜角，同时控制电柜根据3D轮廓扫描仪及时发出控制指令，则夹取寻位装置中的第二伺服电机、第三伺服电机及第四伺服电机动作，则当夹取寻位装置带动第一工件至焊接位后，第一工件的的圆心位置与焊接旋转中心线重合。这节省了时间，进一步提高了生产效率。同时在3D轮廓扫描仪和控制电柜的共同作下，可保证第一工件的焊接口与第二工件的焊接口精准对接。具体的，在机座上建立XYZ空间坐标系，3D轮廓扫描仪基于此XYZ空间坐标系，以确定第一工件在空间坐标系XYZ中X、Y、Z轴的数据，从而确定第一工件的圆心位置第一工件的焊接口倾斜角，根据此3D轮廓扫描仪的扫描数据，控制电柜对第一工件的圆心位置的X、Y、Z轴的数据与设定的焊接旋转中心线的数据进行拟合，则当第一工件被移动焊接位后第一工件的圆心位置与焊接旋转中心重合。

S3、当第一工件到达焊接位后，组对定位装置中的第五伺服电机驱动第二工件，以令第一工件的焊接口和第二工件的焊接口对接；

S4、焊枪进给装置驱动焊枪，以令焊枪对准第一工件和第二工件之间的焊缝，并对第一工件和第二工件之间焊缝进行焊接；在焊接过程中，夹取寻位装置的第一伺服电机和组对定位装置中的第六伺服电机分别驱动第一工件和第二工件进行同步转动。利用第一伺服电机和第六伺服电机分别驱动第一工件和第二工件，以令第一工件和第二工件进行同步转动，同时，第一工件在移动到焊接位的过程中，第一工件的圆心位置和第一工件的焊接口的倾斜角均根据3D轮廓扫描仪的扫描数据进行调整，从而保证了第一工件和第二工件的焊接旋转中心线一致以及第一工件和第二工件之间的焊缝缝隙紧密。在第一工件和第二工件完成对接后，根据3D轮廓扫描仪的扫描数据，控制电柜发出控制指令，焊枪进给装置中的升降运动模组、水平运动模组和摆枪电机动作，从而调整焊枪的位置，以使焊枪对准焊缝。则在第一工件和第二工件进行同步转动的情况下，第一工件和第二工件之间焊缝与焊枪不会跑偏，从而避免出现偏焊和漏焊等缺陷发生，提高了焊接效果。

最后，当第一工件和第二工件焊接一起后，组对定位装置后退回到初始位置，而夹取位置装置中的第一气动手指动作，以松开焊接一起的第一工件和第二工件，则焊接一起的第一工件和第二工件直接掉落到机座的出料口，再从出料口滑落到成品盛料框。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.管件自动焊接设备，其特征在于：包括机座、第一上料装置、第二上料装置、自动输送架、夹取寻位装置、控制电柜、焊枪进给装置、组对定位装置、取料机器人、进料顶出装置、用于收集自动输送架上工件信息的视觉摄像机和用于收集夹取寻位装置中工件信息的3D轮廓扫描仪；所述第一上料装置和第二上料装置分别安装于机座上的两端，所述自动输送架安装于机座上，且所述自动输送架的接料端与第一上料装置的落料口连接；所述夹取寻位装置通过第一导轨机构安装于机座上，所述夹取寻位机构通过取料机器人与自动输送架连接；所述组对定位装置通过第二导轨机构安装于机座上，所述组对定位装置通过进料顶出装置与第二上料装置连接；所述焊枪进给装置安装于机座上，当夹取寻位装置夹紧第一工件和组对定位装置固定第二工件对接时，所述焊枪进给装置中的焊枪对准第一工件和第二工件的对接处；所述控制电柜安装于机座上，所述第一上料装置、第二上料装置、自动输送架、夹取寻位装置、焊枪进给装置、组对定位装置、取料机器人、进料顶出装置、视觉摄像机和3D轮廓扫描仪均与控制电柜连接。

2.根据权利要求1所述的管件自动焊接设备，其特征在于：所述夹取寻位装置包括第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、第四伺服电机、主箱、辅箱、第一丝杆机构、第二丝杆机构、平移板、升降板、调整块、转角轴和第一气动手指；所述主箱的下端安装于第一导轨机构，所述第一伺服电机安装于主箱内，所述第一伺服电机通过减速机与辅箱连接，所述第二伺服电机和第一丝杆机构均安装于辅箱内壁，所述第二伺服电机的动力输出轴与第一丝杆机构连接，所述第三伺服电机和第二丝杆机构通过平移板安装于第一丝杆机构，所述第三伺服电机的动力输出轴与第二丝杆机构连接，且所述第一丝杆机构的轴线与第二丝杆机构的轴线垂直；所述升降板的内侧安装于丝杆机构，所述转角轴通过轴承座安装于升降板的外侧，且所述转角轴的一端与第四伺服电机的动力输出轴连接，所述第一气动手指通过调整块与转角轴连接。

3.根据权利要求1所述的管件自动焊接设备，其特征在于：所述组对定位装置包括安装支架、第五伺服电机、第六伺服电机、滑动架、安装筒、定位转轴机构和定位芯棒，所述安装支架的下端安装于第二导轨机构，所述滑动架通过第三丝杆机构安装于安装支架的上端，所述第三丝杆机构的一端与第五伺服电机连接，所述定位转轴机构通过安装筒安装于滑动架，且所述定位转轴机构的一端与第六伺服电机的动力输出轴连接，所述定位芯棒安装于定位转轴机构的另一端。

4.根据权利要求3所述的管件自动焊接设备，其特征在于：所述定位转轴机构包括旋转轴、缓冲轴、轴盖和缓冲弹簧，所述旋转轴通过旋转轴承安装于安装筒，且所述旋转轴的一端通过联轴器与第六伺服电机的动力输出轴连接，所述旋转轴的另一端设有缓冲腔，所述轴盖安装于旋转轴的另一端，所述缓冲轴***缓冲腔，且所述缓冲轴一端穿过轴盖，所述定位芯棒安装于缓冲轴的一端，所述缓冲弹簧置于缓冲腔内，且所述缓冲弹簧的一端抵住缓冲腔内的阶梯面，所述缓冲弹簧的另一端抵住缓冲轴的另一端。

5.根据权利要求1所述的管件自动焊接设备，其特征在于：所述进料顶出装置包括顶出支脚、承接台和顶出气缸，所述顶出支脚的下端安装于机座，所述承接台固定于顶出支脚的上端，所述承接台上设有承接槽，此承接槽与第二上料装置连接，所述顶出气缸安装于承接台，且所述顶出气缸的伸缩杆的伸出端伸入承接槽的一端；当组对定位装置固定第二工件时，所述组对定位装置的定位芯棒伸入承接槽的另一端。

6.根据权利要求1所述的管件自动焊接设备，其特征在于：所述焊枪进给装置包括焊***脚、升降运动模组、水平运动模组和摆枪电机，所述水平运动模组通过升降运动模组安装于焊***脚，所述摆枪电机通过安装架安装于水平运动模组的一端，所述摆动电机的动力输出轴安装于用于固定焊枪的固定件。

7.根据权利要求1所述的管件自动焊接设备，其特征在于：还包括定位中转台，此定位中转台通过中转支脚安装于自动输送架和取料机器人之间。

8.根据权利要求1所述的管件自动焊接设备，其特征在于：所述取料机器人包括工业机器人和抓取装置，所述抓取装置包括第二气动手指、2个夹取销和指正电机，所述第二气动手指安装于工业机器人，其中1个夹取销固定于第二气动手指中的其中一个手指，另一个夹取销通过指正转轴安装于第二气动手指中的另一个手指，所述指正电机通过齿轮传动机构与指正转轴连接。

9.一种基于权利要求1至8任意一项所述的管件自动焊接设备的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、第一工件被自动输送架输送到取件位时，视觉摄像机对位于取件位的拍照以获取第一工件的数据信息；

同时第二工件被送至组对定位装置中的定位芯棒固定；

S2、根据视觉摄像机获取的第一工件的数据信息，取料机器人夹取第一工件，并将第一工件送至夹取寻位装置固定；夹取寻位装置将第一工件移动到焊接位时，3D轮廓扫描仪对位于夹取寻位装置中的第一工件进行扫描，以确定第一工件的圆心位置及第一工件的焊接口倾斜角；接着夹取寻位装置根据3D轮廓扫描仪的扫描结果，调整第一工件的圆心位置和第一工件的焊接口倾斜角，以令第一工件的圆心位置与焊接时旋转中心线重合；

同时，固定有第二工件的组对定位装置移动到焊接位；S3、当第一工件到达焊接位后，组对定位装置中的第五伺服电机驱动第二工件，以令第一工件的焊接口和第二工件的焊接口对接；

S4、焊枪进给装置驱动焊枪，以令焊枪对准第一工件和第二工件之间的焊缝，并对第一工件和第二工件之间焊缝进行焊接；在焊接过程中，夹取寻位装置的第一伺服电机和组对定位装置中的第六伺服电机分别驱动第一工件和第二工件进行同步转动。

10.根据权利要求9所述的管件自动焊接设备的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：在步骤S2中，取料机器人将第一工件从自动输送架夹取后，并根据视觉摄像机获取的第一工件的数据信息摆动第一工件，以令第一工件的焊接口朝下；接着将此第一工件放置到定位中转台上，最后取料机器人再将定位中转台上的第一工件夹取送到夹取寻位装置固定。

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