CN113146091A - 一种片式散热器加强筋自动化焊接装置及工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种片式散热器加强筋自动化焊接装置及工艺方法，具体涉及变压器用片式散热器技术领域，该装置包括了钢结构基础、摆臂式等距定位装置、立体移载装置、外形检测装置、加强筋校形定位装置、机器人焊接***。该套焊接装置及工艺方法的综合应用实现了片式散热器加强筋与单元片组的定位焊接，解决了现有焊接生产中人工定位困难的问题，满足了前后工序的生产节拍要求，大幅提高了散热器加强筋的焊接效率和焊接质量，打破了现有散热器加强筋的焊接加工工艺方法，为散热器加强筋的焊接开拓了新的思路。

Description

一种片式散热器加强筋自动化焊接装置及工艺方法

技术领域

本发明属于电工专用装备领域，具体涉及一种片式散热器加强筋自动化焊接装置及工艺方法，加强筋焊接是片式散热器加工过程中关键的工艺步骤，也是焊接工作量与工作难度最大的工序。

背景技术

目前，国内外电力设备行业变压器用片式散热器多以人工焊接散热器斜直加强筋为主，散热器片定位方式基本上采用卡板工装，在焊接加工过程中存在等距定位需人工保证、同一散热器两侧筋需吊装翻转后再次定位后焊接、斜/直筋定位完全依赖人工保证精度等问题，散热器斜/直筋的焊接效率、焊接质量问题已成为散热器行业卡脖子的瓶颈。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明的目的是提供一种片式散热器加强筋自动化焊接装置及工艺方法，不仅解决片式散热器加强筋工位焊接效率问题，同时提高散热器加强筋的焊接质量。

所述一种片式散热器加强筋自动化焊接装置及工艺方法：应用摆臂式等距定位装置解决了散热器单元片的等距定位、应用立体移载装置解决了散热器与工作站间的定位问题、应用外形检测装置和加强筋校形定位装置解决了散热器单元片外形弧度与加强筋弧度的一致性问题、应用机器人焊接***解决了散热器加强筋的全自动化焊接的困难。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：所述一种片式散热器加强筋自动化焊接装置包括钢结构基础、摆臂式等距定位装置、立体移载装置、外形检测装置、加强筋校形定位装置、机器人焊接***。所述钢结构基础与地面固定连接，所述立体移载装置与钢结构基础滑动连接，所述外形检测装置和机器人焊接***与钢结构基础固定连接，所述摆臂式等距定位装置与加强筋校形定位装置固定连接；所述钢结构基础为片式散热器加强筋自动化焊接装置提供与地面间的基础定位，为摆臂式等距定位装置、立体移载装置、外形检测装置和机器人焊接***提供刚性的安装基础。

所述摆臂式等距定位装置完成片式散热器单元片在垂直方向上的等距定位功能，且在摆臂改变角度时仍保持片式散热器单元片在垂直方向上的等距定位，所述摆臂式等距定位装置包括滑道安装板、滑动部件、等距定位部件、转向部件、摆臂随动部件，其中滑道安装板和滑动部件为摆臂式等距定位装置提供水平的滑动导向与动力，等距定位部件为单元片提供具有高刚性的间隔距离，转向部件和摆臂随动部件在摆臂式等距定位装置整体摆动时限制单元片在垂直方向上的运动，使其始终保持垂直方向上的等距离间隔。

所述的一种片式散热器加强筋自动化焊接工艺方法，其特征在于，片式散热器在集油管组装焊接完成后，片式散热器由立体移载装置将散热器输送至片式散热器加强筋自动化焊接工位，同时在输送的过程中由外形检测装置对散热器进行外形检测，并将检测的数据上传***，由***对该曲线进行与理论曲线进行对比，散热器在加强筋焊接前由摆臂式等距定位装置对片式散热器采用侧支撑侧定位的方式同时进行等距间隔定位和侧向对中定位，然后加强筋校形定位装置对所需焊接的加强筋根据已上传的数据进行对应优化后曲线的校形活动，使机器人焊接***在最优的曲线条件下对散热器加强筋进行焊接活动。

所述立体移载装置包括底部定位前法兰主动力轨道车、底部后法兰托板输送轨道车、顶部柔性防侧倾辅助轨道车三部分；其中，所述立体移载装置应用底部定位前法兰主动力轨道车为散热器在运行过程中提供输送动力的同时保证散热器与自动化焊接装置间的定位精度，所述立体移载装置应用底部后法兰托板输送轨道车适用于多种不同中心距型号的散热器提供后法兰水平支撑力，后法兰托板输送轨道车随底部定位前法兰主动力轨道车的活动而随动行走，所述立体移载装置的顶部柔性防侧倾辅助轨道车适用于多种不同集油管高度的辅助防侧倾、防后仰。

所述外形检测装置包括固定板、导轨、滑台、***、磁栅编码器、压缩弹簧、检测导轮。所述外形检测装置应用固定板与钢结构基础固定连接；所述固定板上设置有导轨和滑台，导轨与滑台具有单自由度的运动；所述固定板上还设置有磁栅编码器和***，用于检测压缩弹簧在导轮内运动时所发生的位移；所述压缩弹簧与检测导轮固定连接；所述外形检测装置在片式散热器单元片经过该工位时压缩弹簧发生弹性变形，同时弹簧所在滑台带动磁栅编码器对片式散热器单元片的外边缘变化尺寸进行测量并记录上传。

所述加强筋校形定位装置包括平移滑台、回转滑台、加强筋定位工装、间距调整机构，所述平移滑台与回转滑台的底座固定连接，所述加强筋定位工装与回转滑台固定连接，所述间距调整机构与平移滑台、回转滑台、加强筋定位工装滑台连接。所述加强筋校形定位装置根据上述外形检测装置所提供的片式散热器单元片变形曲线，应用平移滑台和加强筋定位工装对加强筋本体进行对应曲线的校形，并由平移滑台将加强筋输送至对应焊接位置。

所述机器人焊接***包含焊接机器人本体、焊接电源及焊枪，所述机器人本体的第六轴与焊枪固定连接，所述焊接电源接入焊枪。所述机器人焊接***根据上述外形检测装置所提供的片式散热器单元片的外边缘尺寸对机器人焊枪的焊接路径进行对应曲线优化，完成片式散热器加强筋的高精度焊接作业。

利用本发明的技术方案制作的名称，其有益效果是：

在加强筋焊接的过程中，只需人工将加强筋摆放在指定位置即可，后续的校形上料全部由所述装置自动完成，从散热器定位和检测到加强筋的校形和定位全部实现自动化，同时应用校形拟合方式将加强筋与散热器本体相对位置处于最优位置，方便自动化焊接的实现。本技术方案解决了现有焊接方法中人工对片式散热器加强筋定位困难的问题，提高片式散热器加强筋的焊接效率和焊接质量，完成了片式散热器加强筋自动化焊接的目的。

附图说明

图1是片式散热器加强筋自动化焊接装置轴侧视图

图2是片式散热器加强筋自动化焊接装置正视图

图3是片式散热器加强筋自动化焊接装置侧视图

图4是片式散热器加强筋自动化焊接装置第二种应用方法

图5是所述摆臂式等距定位装置轴侧视图

图6是立体移载装置平面布置图

图7是顶部柔性防侧倾辅助轨道车轴侧视图

图8是底部定位前法兰主动力轨道车轴侧视图

图9是外形检测装置单套轴侧视图

图10是加强筋校形定位装置单套轴侧视图

以上各图标注说明：1、钢结构基础；2、摆臂式等距定位装置；3、立体移载装置；4、外形检测装置；5、加强筋校形定位装置；6、机器人焊接***；7、底座滑台基座；8、摆臂底部滑台板；9、底部驱动减速电机；10、升降调整座；11、重载铰链座；12、等距分隔单元；13、顶部悬挂滑台；14、钢结构摆臂；15、滑台活动座；16、顶部滑台固定板；17、同步减速电机；18、顶部柔性防侧倾辅助轨道车；19、底部定位前法兰主动力轨道车；20、底部后法兰托板输送轨道车；21、输送悬挂架；22、悬挂滑道；23、悬挂滑台；24、滑台驱动减速电机；25、定位锥销；26、回转减速电机；27、回转臂固定架；28、升降滑道；29、辅助动力爪；30、底部输送车框架；31、螺旋升降机；32、输送减速电机；33、升降滑台；34、气囊定位导向；35、气囊升降台；36、定位工装台；37、回转下压缸；38、升降滑轨；39、集油管法兰；40、外形检测框架；41、定位检测板；42、滑轮固定架；43、检测伸缩杆；44、检测滚轮；45、弹性预压件；46、校形固定架；47、上料进给模组；48、进给减速电机；49、回转台；50、回转驱动电机；51、加强筋固定架；52、加强筋固定工装。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。

本发明所涉及的一种片式散热器加强筋自动化焊接装置，该装置包括钢结构基础1、摆臂式等距定位装置2、立体移载装置3、外形检测装置4、加强筋校形定位装置5、机器人焊接***6；所述钢结构基础1与摆臂式等距定位装置2、立体移载装置3、外形检测装置4和机器人焊接***6固定连接，连接位置如图1所示，所述加强筋校形定位装置5与摆臂式等距定位装置2滑动连接。

所述摆臂式等距定位装置2包括底座滑台基座7、摆臂底部滑台板8、底部驱动减速电机9、升降调整座10、重载铰链座11、等距分隔单元12、顶部悬挂滑台13、钢结构摆臂14、滑台活动座15、顶部滑台固定板16、同步减速电机17；所述摆臂底部滑台板8安装于底座滑台基座7的滑道上，并使其在滑道的范围内活动，该机构的驱动力由底部驱动减速电机9提供，同时摆臂底座滑台板8上还设置有升降调整座10和重载铰链座11；所述升降调整座10的升降功能用于调节散热器单元片与等距分隔单元12的相对距离，使其适应多种型号的散热器加工；所述重载铰链座11与钢结构摆臂14的底部固定连接，所述等距分隔单元12和加强筋校形定位装置5均以钢结构摆臂14作为基础进行活动，等距分隔单元12通过转向轴和滑轨连接件在随钢结构摆臂14做单自由度活动，加强筋校形定位装置5随钢结构摆臂14活动；所述等距分隔单元12底部与升降调整座的导轨连接，顶部与顶部悬挂滑台的导轨连接，使其在规定范围内随钢结构摆臂14做单自由度活动；所述顶部悬挂滑台13与滑台活动座15固定连接，同时滑台活动座15与钢结构摆臂14顶部的无动力回转支撑轴承的转动面连接固定，再有滑台活动座上设置有同步减速电机17用于驱动钢结构摆臂顶部进行摆角活动。

所述立体移载装置3包括顶部柔性防侧倾辅助轨道车18、底部定位前法兰主动力轨道车19、底部后法兰托板输送轨道车20；上述三套装置根据片式散热器的型号可进行线性输送调整，满足多种类型号的片式散热器加工过程的输送。

进一步的，所述顶部柔性防侧倾辅助轨道车18包括输送悬挂架21、悬挂滑道22、悬挂滑台23、滑台驱动减速电机24、定位锥销25、回转减速电机26、回转臂固定架27、升降滑道28、辅助动力抱爪29；所述输送悬挂架21上设置有悬挂滑台22；所述悬挂滑台22上设置有滑台驱动减速电机24和定位锥销25，为顶部柔性轨道车提供行走的动力和回转臂的高刚性定位，同时回转减速电机26的固定端与悬挂滑台22连接；所述回转减速电机26的活动端与回转臂固定架27连接；所述回转臂固定架27上设置有升降滑道28；所述升降滑道28的滑块活动端上设置有辅助动力抱爪29，辅助动力抱爪可在升降滑道内进行活动，以此来适应多种片式散热器的尺寸规格。

进一步的，所述底部定位前法兰主动力轨道车19和底部后法兰托板输送轨道车20为通用型输送轨道车，其内部结构、传动原理、升降***均一致，具有很高的互换性，该机构主要包括底部输送车框架30、螺旋升降机31、输送减速电机32、升降滑台33、气囊定位导向34、气囊升降台35、定位工装台36、回转下压缸37、升降滑轨38、集油管法兰39；所述底部输送车框架30上设置有螺旋升降机31和输送减速电机32，分别为输送车提供升降的动力和输送活动的动力；所述螺旋升降机31的顶端与升降滑台33固定连接，并带动升降滑台在其轨道内进行活动；所述升降滑台33上设置有气囊定位导向34和气囊，为片式散热器集油管的运动***定位；所述气囊升降台35与气囊的顶部固定连接，并随气囊的启停进行活动；所述气囊升降台35上设置有定位工装台36和回转下压缸37，应用定位工装台36对集油管法兰39的法兰平面进行定位，应用回转下压缸37对集油管法兰39进行压紧定位。

所述外形检测装置4包括外形检测框架40、定位检测板41、滑轮固定架42、检测伸缩杆43、检测滚轮44、弹性预压件45；所述外形检测框架40上设置有定位检测板41和滑轮固定架42；所述滑轮固定架42上设置有检测滚轮；所述弹性预压件45位于定位检测板41滑轮固定架42中间，同时检测伸缩杆43在定位检测板内进行活动；片式散热器通过压紧检测滚轮44带动弹性预压件45使检测伸缩杆43在磁栅编码器上进行活动，以此来检测片式散热器外边缘的偏差。

所述加强筋校形定位装置5包括校形固定架46、上料进给模组47、进给减速电机48、回转台49、回转驱动电机50、加强筋固定架51、加强筋固定工装52；所述校形固定架46与上料进给模组47的底面固定连接；所述上料进给模组47的滑块与回转台49的底面固定连接使回转台由上料进给模组的滑块带动其在行程范围内活动；所述回转台49的传动端与回转驱动电机50连接，同时回转台49的上面与加强筋固定架51连接，使回转台49在回转驱动电机50提供的动力下带动加强筋固定架51做回转运动；所述加强筋固定工装52连接于加强筋固定架51上，由其夹持所需焊接加强筋进行活动；所述加强筋校形定位装置5由三套相同装置并等距布置于钢结构摆臂14上对加强筋进行校形活动，从而来满足加强筋与散热器单元片外边缘的拟型。

本发明所涉及的一种片式散热器加强筋自动化焊接的工艺方法，该方法依托于本发明提及的自动化焊接装置，该方法的具体实施方式如下：片式散热器在前序工位将集油管焊接完成后，由本发明中所述立体移载装置3将片式散热器输送至所述摆臂式等距定位装置2的分隔位置，期间经过所述外形检测装置4，在片式散热器行走的过程中，外形检测装置会线性的采集片式散热器外形尺寸并形成变化曲线数据传输至所述加强筋校形定位装置2，所述加强筋校形定位装置2根据接收的数据对散热器加强筋进行对应曲线的校形定位，同时将散热器加强筋输送至焊接位置，所述机器人焊接***6根据加强筋与散热器单元片外形曲线的拟合，完成机器人焊接的路径规划并实施焊接作业。

参阅图2和图4，本发明涉及两种应用方式：图2所示为片式散热器的竖式加强筋焊接应用方式，其优点在于，所述片式散热器单元片定位平衡点为中心线，两侧摆臂式等距定位装置2、外形检测装置4、加强筋校形定位装置5和机器人焊接***6均以中心线作为坐标基准，所述立体移载装置3的坐标原点均与中心线重合；图4所述为片式散热器的横式加强筋焊接应用方式，其优点在于，所述片式散热器单元片靠近一侧的摆臂式等距定位装置2进行精准定位，定位侧的摆臂式等距定位装置2、外形检测装置4、加强筋校形定位装置5和机器人焊接***6均为固定式装配，底部的摆臂式等距定位装置为整套***的坐标原点。

综上所述，本发明提供的一种片式散热器加强筋自动化焊接装置及工艺方法，是一种独创的片式散热器加强筋自动化焊接***，本套装置及工艺除人工上加强筋外，其余全部实现自动化，大幅提高了散热器加强筋的焊接质量和焊接效率。另外大大降低了操作工人的劳动强度，改善了工人的工作环境，对操作工人的专业技能要求也大大降低。

以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种片式散热器加强筋自动化焊接装置的双摆臂式等距定位机构，其特征在于：包括底部移载滑台(1)、重载铰链座(2)、可调节升降定位支撑平台(3)、等距定位分隔单元(4)、刚性支撑定位摆臂(5)、回转支撑滑台(6)、顶部自适应移载滑台(7)、加强筋同步夹持机构(8)、一体式加强筋校形-进给-定位机构(9)。所述底部移载滑台(1)固定于地面，所述重载铰链座(2)与底部移载滑台(1)通过滑动机构连接，重载铰链座(2)在滑台导向机构沿X轴方向运动。所述重载铰链座(2)支撑等距定位分隔单元(4)和刚性支撑定位摆臂(5)在Z轴方向上重力与散热器本体带来的压力。所述可调节升降定位支撑平台(3)与底部移载滑台(1)固定，其底座与重载铰链座(2)处于同一安装面。所述等距定位分隔单元(4)连接于可调节升降定位支撑平台(3)与顶部自适应移载滑台(7)Y/Z轴方向固定，在X轴方向随刚性支撑定位摆臂(5)移动。所述刚性支撑定位摆臂(5)底部与重载铰链座(2)连接，顶部与回转支承滑台(6)连接。所述回转支撑滑台(6)基于顶部自适应移载滑台(7)固定连接。所述顶部自适应移载滑台(7)安装面与钢结构框架连接。所述加强筋同步夹持机构(8)沿着刚性支撑定位摆臂(5)的长度方向活动。所述一体式加强筋校形-进给-定位机构(9)与加强筋同步夹持机构连接，其数量与所述加强筋同步夹持机构(8)一致。

进一步的，一种片式散热器加强筋自动化焊接装置的双摆臂式等距定位机构，其特征在于，所述重载铰链座(2)与可调节升降定位支撑平台可沿着底部移载滑台(1)直线运动，同时等距定位分隔单元(4)、刚性支撑定位摆臂(5)随其进行角度摆动，而回转支撑滑台(6)、顶部自适应移载滑台的转向件随其转动且本体不移动；所述顶部自适应移载滑台(7)与回转支撑滑台(6)可在X轴方向由驱动机构进行运动，同时等距定位分隔单元(4)、刚性支撑定位摆臂(5)随其进行角度摆动；所述底部移载滑台(1)与顶部自适应移载滑台(7)在X轴方向可同时行走，也可分别行走，自适应机构可在其行走过程中进行随动调整；所述加强筋同步夹持机构(8)与一体式加强筋校形-进给-定位机构(9)分为上中下三组，其在刚性支撑定位摆臂(5)轨道内可沿Z轴方向行走；所述加强筋同步夹持机构(8)可沿Y轴方向，在一体式加强筋校形-进给-定位机构(9)的轨道内行走。

2.根据权利要求1所述的一种片式散热器加强筋自动化焊接工艺方法如下：所述摆臂式等距定位装置(2)可根据散热器加强筋的倾斜角进行随动摆臂，使散热器单元片的摆臂式等距定位装置(2)与加强筋校形定位装置(5)距离最近，最大程度的保证等间距焊接散热器加强筋。

3.根据权利要求1所述的一种片式散热器加强筋自动化焊接工艺方法，其特征在于，所述立体移载装置(3)包括底部定位前法兰主动力轨道车(19)、底部后法兰托板输送轨道车(20)、顶部柔性防侧倾辅助轨道车(18)，所述底部定位前法兰主动力轨道车(19)为散热器在运行过程中提供输送动力的同时保证散热器与自动化焊接装置间的定位，所述底部后法兰托板输送轨道车(20)适用于多种不同中心距型号的散热器，提供后法兰水平支撑，所述顶部柔性防侧倾辅助轨道车(18)适用于多种集油管高度的防侧倾、防后仰。

4.根据权利要求1所述的一种片式散热器加强筋自动化焊接工艺方法，其特征在于，所述外形检测装置(4)应用导轨弹簧伸缩的压紧方式，使用侧向导轮组在滑轨上滑动，线性的测量并记录所有散热器单元片在其运动过程中宽度方向上的曲面变化，然后根据散热器加强筋需焊接的位置由加强筋校形定位装置(5)对加强筋进行对应曲面的校形和定位，完成散热器单元和加强筋的定位。

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