CN115195132A - 汽车前围隔音垫超声波焊接方法 - Google Patents

汽车前围隔音垫超声波焊接方法 Download PDF

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Abstract

本专利是提供一种作业效率高，提高焊接质量，降低不合格率的汽车前围隔音垫超声波焊接方法。它采用一个双工位超声波焊接工作台，该双工位超声波焊接工作台具有一个转动的台板、固定在台板一侧的六轴机器人，设置在六轴机器人上的超声波焊接装置，台板上设置分别对第一工件和第二工件进行定位的第一定位装置和第二定位装置；步骤：将第一工件定位在第一定位装置上，转动台板，使得第一工件转动到靠近六轴机器人一侧，超声波焊接装置在六轴机器人的带动下对第一工件进行焊接；在对第一工件进行焊接的过程中，把第二工件定位在第二定位装置上。

Description

汽车前围隔音垫超声波焊接方法
技术领域
本专利涉及超声波焊接，具体地说，是采用两个工位对汽车内饰件如汽车前围隔音垫等进行超声波焊接的方法。
背景技术
目前现有汽车前围隔音垫焊接及塑料件焊接领域的生产方式基本为人工或半人工多工序分步生产，不但人工劳动强度大、生产成本高、对人工的熟练程度要求苛刻，人工定位基材及塑料件、隔音垫存在位置偏差，达不到标准化及一致性；手工焊接的隔音垫与塑料件的牢固程度达不到标准及一致性，而且报废率高，人工对超声波焊接的时间及力度把控存在误差，从而导致虚焊或者漏焊等情况。
发明内容
本专利的目的是提供一种作业效率高，提高焊接质量，降低不合格率的汽车前围隔音垫超声波焊接方法。
本专利的汽车前围隔音垫超声波焊接方法，采用一个双工位超声波焊接工作台，该双工位超声波焊接工作台具有一个转动的台板、固定在台板一侧的六轴机器人、设置在六轴机器人上的超声波焊接装置，台板上设置分别对第一工件和第二工件进行定位的第一定位装置和第二定位装置；
该汽车前围隔音垫超声波焊接方法包括下述步骤：
A.将第一工件定位在第一定位装置上，转动台板，使得第一工件转动到靠近六轴机器人一侧，超声波焊接装置在六轴机器人的带动下对第一工件进行焊接；
B.在对第一工件进行焊接的过程中，把第二工件定位在第二定位装置上。
上述的汽车前围隔音垫超声波焊接方法，在步骤B之后，它还包括循环执行的步骤C、D、E、F：
C.第一工件焊接结束后，转动台板，使得第二工件转动到靠近六轴机器人一侧，超声波焊接装置在六轴机器人的带动下对第二工件进行焊接；
D.在对第二工件进行焊接的过程中，取下焊接完成的第一工件，再把需要焊接的第一工件定位在第一定位装置上；
E.第二工件焊接结束后，转动台板，使得第一工件转动到靠近六轴机器人一侧，超声波焊接装置在六轴机器人的带动下对第一工件进行焊接；
F.在对第一工件进行焊接的过程中，取下焊接完成的第二工件，再把需要焊接的第二工件定位在第二定位装置上。
上述的汽车前围隔音垫超声波焊接方法，双工位超声波焊接工作台，还包括：
台架；
台板转动设置在台架上；
驱动装置，设置在台架上，与台板相连接，以驱动台板相对于台架转动。
上述的汽车前围隔音垫超声波焊接方法，第一工件和第二工件是两种不同的工件，第一定位装置和第二定位装置是两种不同的定位装置。
上述的汽车前围隔音垫超声波焊接方法，台架上表面中心低***高；驱动装置包括固定在台板下表面、并位于台架上表面中心部的外齿环，外齿环与导向环在周向滑动配合，导向环下端面固定在台架上表面中心部；与外齿环啮合的驱动齿轮设置在驱动电机输出轴上； 台架上表面***部设置支撑筒，滚动设置在支撑筒上的滚珠与台板下表面接触。
上述的汽车前围隔音垫超声波焊接方法，在远离外齿环的台板下表面上开有卡位孔，在台架上表面***部设置卡位气缸，卡位气缸的活塞杆能够伸入卡位孔（当然也能从卡位孔内退出），当活塞杆伸入卡位孔时台板不能相对于台架转动。
上述的汽车前围隔音垫超声波焊接方法，在台板上开有与导向环同轴的中心孔，穿过中心孔的竖杆下端固定连接在台架上，竖杆上部设置用于对第一定位装置和第一工件或者对第二定位装置和第二工件进行拍摄的摄像头；摄像头的输出连接控制器，控制器与驱动电机、卡位气缸电连接，以控制驱动电机、卡位气缸动作。
上述的汽车前围隔音垫超声波焊接方法，还包括与外齿环啮合的、转动设置在台架上的从动齿轮，设置在从动齿轮上的编码器，编码器的输出连接控制器；驱动电机为三相异步电机，三相异步电机通过变频器与控制器电连接；控制器根据编码器的输入信号确定台板的转动角度，并通过变频器控制三相异步电机的动作。
上述的汽车前围隔音垫超声波焊接方法，在台板上设置用于将第一定位装置和第二定位装置隔离的挡板。
上述的汽车前围隔音垫超声波焊接方法，超声波焊接装置具有两个焊头。
上述的汽车前围隔音垫超声波焊接方法，第一定位装置和第二定位装置分别固定在第一定位座和第二定位座上，第一定位座和第二定位座均可拆卸地设置在台板上部。
本专利的有益效果：
1.六轴机器人与超声波焊接装置的配合使用缩短了人工的工作量与工作强度，提高了产值与效率。六轴机器人、超声波焊接装置属于现有技术。本专利采用六轴机器人的机械手夹持超声波焊接装置中的焊头，在六轴机器人的带动下，按照设定的轨迹移动。
2.本专利的台板上具有第一定位装置和第二定位装置确定的两个工位，可以放置两个工件即第一工件和第二工件。双工位相互交替使用，机器人在焊接一个工件时人工可以继续在另一工位放置待焊接的工件，机器人对一个工件焊接完成，台板旋转将放置焊接完成工件的工位旋转到人工操作侧，放置待焊接工件的工位旋转至机器人焊接位置侧，机器人对该工件进行焊接。双工位相互交替使用，减少了等待的时间与设备空运行所带来的能耗。
3.第一工件和第二工件可以是两种不同的工件，这样就可以对不同的工件交替进行焊接。当然第一工件和第二工件也可以是相同的工件。对工件进行定位的定位装置属于现有技术，其具体结构等根据需要定位的工件的形状等而定，只要能够把工件可靠定位在台板上即可，防止在焊接过程中工件移动。如果仅仅用于对汽车前围隔音垫进行焊接时，该第一工件和第二工件均为汽车前围隔音垫，此时，第一定位装置和第二定位装置也相同。
4.采用相对于导向环转动的外齿环带动台板转动，台板转动平稳、可靠、灵活，辅以滚珠在台板周边下部对台板支撑，防止台板在作业中变形。
5.在焊接作业进行过程中，卡位气缸的活塞杆伸入卡位孔，台板不能相对于台架转动，以防六轴机器人焊接时台板产生位移风险。
6.具备有摄像头等视觉监控***，对人工放置工件位置是否正确、数量是否缺少、正反方向是否一致等进行拍照扫描，通过控制器与控制器中存贮的信息进行比对，如有错误，可以通过与控制器连接的蜂鸣报警灯等报警设备及时报警，还可以在与控制器连接的显示屏上提示错误位置，提醒人工及时更正。
7.驱动电机采用三相异步电机，外加驱动齿轮与外齿环配合，使得传动效率更高。采用从动齿轮，方便编码器计算位移了多少距离（角度）精准控制台板转动。编码器将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小从而达到重复精准定位效果。采用三相异步电机加编码器与变频器来实现两个工位间的交替旋转使用。 编码器、变频器等属于现有技术。
8.超声波焊接机构属于现有技术。采用两种独立的焊头以适配更多种类的工件与各种工况下使用，以超音波超高频率振动的焊头在适度压力下，使焊接处的二块工件接合面产生磨擦热而瞬间熔融接合，焊接强度可与本体媲美，可达到水密及气密，并免除采用辅助品所带来的不便，实现高效清洁的熔接。
9.使用六轴机器人代替人工进行基材的焊接，提高了生产效率和产品品质；视觉***对每件隔音垫与塑料件进行位置的把控，保证每件产品的一致性与准确性，大大提高了生产效率及生产质量。本专利可以用于对汽车内饰板以及其他领域超声波焊接的技术革新，为企业创造经济效益的同时有效的推动汽车产业的发展。
10.第一定位座和第二定位座均可拆卸地设置在台板上部，可以方便更换适用于不同工件的定位装置，提高适用范围。
附图说明
图1是双工位超声波焊接工作台整体图；
图2是去掉罩壳后的双工位超声波焊接工作台示意图；
图3是台板、定位装置、定位座等的立体图；
图4是台板、台架、机器人等的立体图；
图5是台板、台架等的立体图；
图6是台架、驱动装置等的立体图；
图7是驱动装置等的立体图；
图8是台架、卡位装置等的立体图。
图中，台板1，第一定位装置11，第二定位装置12，挡板13，第一定位座14，第二定位座15，中心孔18，卡位孔19，
台架2，隔板21，
驱动装置3，包括外齿环31、导向环32、驱动齿轮33、支撑筒34、滚珠35、驱动电机36。
卡位装置4，锁杆41，
控制***5，从动齿轮51、显示屏52、光电传感器53，
视觉检测***6，竖杆62，横杆63，
罩壳7，超声波焊接装置8，焊头81，六轴机器人9。
具体实施方式
参见图示的双工位超声波焊接工作台，包括台板1、台架2、驱动装置3、卡位装置4、控制***5、视觉检测***6、罩壳7、超声波焊接装置8、六轴机器人9。
台架2上表面中心低***高。
台板1转动设置在台架上；在台板上开有1中心孔18，在远离中心孔的台板1上开有卡位孔19。
第一定位装置11，用于对要进行超声波焊接的第一工件进行定位，固定在第一定位座14上。
第二定位装置12，用于对要进行超声波焊接的第二工件进行定位，固定在第二定位座15上。第一定位装置11（或者第一定位座14）和第二定位装置12（或者第二定位座15）相对设置，第一定位座14和第二定位座15提高螺栓连接方式或其它可拆卸连接方式连接在台板1上部。在台板1上设置用于将第一定位装置、第一定位座和第二定位装置、第二定位座隔离的挡板13，挡板13位于中心孔两侧。
六轴机器人9固定在台板一侧，台板能够带动第一工件或者第二工件移动到靠近六轴机器人的位置。
超声波焊接装置8具有两个焊头81，两个焊头设置在六轴机器人的第六轴上，在六轴机器人的带动下移动，对移动到六轴机器人附近的第一工件或者第二工件进行焊接。
驱动装置3主要包括外齿环31、导向环32、驱动齿轮33、支撑筒34、滚珠35、驱动电机36。
外齿环31固定在台板下表面、并位于台架上表面中心部的，外齿环与导向环32在周向滑动配合，导向环下端面固定在台架2上表面中心部；与外齿环啮合的驱动齿轮33设置在驱动电机（三相异步电机）36输出轴上；台架2上表面***部设置支撑筒34，滚动设置在支撑筒上的滚珠35与台板下表面接触。
卡位装置4包括卡位气缸、锁杆41等。在台架上设置卡位气缸，卡位气缸的活塞杆上端连接锁杆41，锁杆41在卡位气缸的带动下能够伸入卡位孔19，当锁杆41伸入卡位孔19时台板不能相对于台架转动。
控制***5包括从动齿轮51、编码器、控制器、显示屏52、光电传感器53等。从动齿轮51与外齿环啮合并转动设置在台架2上。设置在从动齿轮上的编码器，编码器的输出连接控制器；三相异步电机通过变频器与控制器电连接；控制器根据编码器的输入信号确定台板的转动角度，并通过变频器控制三相异步电机的动作。
视觉检测***6包括摄像头、竖杆62、横杆63等。穿过台板上中心孔18的竖杆62下端固定连接在台架上，竖杆上部固定横杆63，横杆下部设置用于对第一定位装置和第一工件或者对第二定位装置和第二工件进行拍摄的摄像头；摄像头的输出连接控制器，控制器与驱动电机36、卡位气缸电连接，以控制驱动电机、卡位气缸动作。
一个大的罩壳7将台架2一半、台板1一半、六轴机器人9等在罩壳内部，外观美观且能阻挡扬尘；罩壳7上设置与控制器电连接的显示屏52。在罩壳外部的台架2两侧设置隔板21，隔板21之间即是人工操作位置。两个隔板1相对的内侧设置检测是否有人站立的光电传感器53，光电传感器的输出接控制器。
显示屏所有的状态信息和报警信息以最直观的方式展现给操作人员。视觉检测***中，高清工业摄像头为每个产品进行拍照与中央显示屏连接；六轴机器人焊接机构，六个关节更好的焊接到复杂位置。提高工作效率，提升产品品质；旋转工作平台，双工位交替使用，提升整体产能；罩壳钣金喷塑包裹，外观美观且能阻挡扬尘；防护隔板、挡板等防护人工操作时的安全；光电传感器等安全光幕，确保操作人员的安全。旋转滚珠辅助支撑整个平台；卡位装置，电机转到位后将台板固定以防六轴机器人焊接时台板产生位移风险；从动齿轮方便编码器计算位移了多少距离精准控制平台运转。
工艺流程：
开机，在程序里选择相对应的程序，确认工作环境，电压，气压正常。
人工放置第一工件的本体件到第一定位装置上→第一定位装置动作压紧第一工件本体件→人工放置塑料件在第一工件本体件上→完成后按确认键→视觉检测塑料件→台板转动、第一工件（本体件及塑料件）移至罩壳内部的焊接区→六轴机器人带动超声波焊接装置对第一工件进行焊接，把塑料件与第一工件本体件焊接在一起，同时人工放置第二工件本体件到第二定位装置上→第二定位装置动作压紧第二工件本体件→人工放置塑料件在第二工件本体件上→完成后按确认键→视觉检测塑料件→台板转动、第二工件（本体件及塑料件）移至罩壳内部的焊接区→六轴机器人带动超声波焊接装置对第二工件进行焊接，把塑料件与第二工件本体件焊接在一起，同时人工从第一定位装置上取下已经焊接完成的第一工件，再把需要焊接的第一工件的本体件放置到第一定位装置上。以此循环操作。

Claims (10)

1.汽车前围隔音垫超声波焊接方法，其特征是：采用一个双工位超声波焊接工作台，该双工位超声波焊接工作台具有一个转动的台板、固定在台板一侧的六轴机器人、设置在六轴机器人上的超声波焊接装置，台板上设置分别对第一工件和第二工件进行定位的第一定位装置和第二定位装置；
该汽车前围隔音垫超声波焊接方法包括下述步骤：
将第一工件定位在第一定位装置上，转动台板，使得第一工件转动到靠近六轴机器人一侧，超声波焊接装置在六轴机器人的带动下对第一工件进行焊接；
在对第一工件进行焊接的过程中，把第二工件定位在第二定位装置上。
2.如权利要求1所述的汽车前围隔音垫超声波焊接方法，其特征是：在步骤B之后，它还包括循环执行的步骤C、D、E、F：
第一工件焊接结束后，转动台板，使得第二工件转动到靠近六轴机器人一侧，超声波焊接装置在六轴机器人的带动下对第二工件进行焊接；
在对第二工件进行焊接的过程中，取下焊接完成的第一工件，再把需要焊接的第一工件定位在第一定位装置上；
第二工件焊接结束后，转动台板，使得第一工件转动到靠近六轴机器人一侧，超声波焊接装置在六轴机器人的带动下对第一工件进行焊接；
在对第一工件进行焊接的过程中，取下焊接完成的第二工件，再把需要焊接的第二工件定位在第二定位装置上。
3.如权利要求1所述的汽车前围隔音垫超声波焊接方法，其特征是：
双工位超声波焊接工作台，还包括：
台架；
台板转动设置在台架上；
驱动装置，设置在台架上，与台板相连接，以驱动台板相对于台架转动。
4.如权利要求1所述的汽车前围隔音垫超声波焊接方法，其特征是：第一工件和第二工件是两种不同的工件，第一定位装置和第二定位装置是两种不同的定位装置。
5.如权利要求3所述的汽车前围隔音垫超声波焊接方法，其特征是：台架上表面中心低***高；驱动装置包括固定在台板下表面、并位于台架上表面中心部的外齿环，外齿环与导向环在周向滑动配合，导向环下端面固定在台架上表面中心部；与外齿环啮合的驱动齿轮设置在驱动电机输出轴上； 台架上表面***部设置支撑筒，滚动设置在支撑筒上的滚珠与台板下表面接触。
6.如权利要求5所述的汽车前围隔音垫超声波焊接方法，其特征是：在远离外齿环的台板下表面上开有卡位孔，在台架上表面***部设置卡位气缸，卡位气缸的活塞杆能够伸入卡位孔，当活塞杆伸入卡位孔时台板不能相对于台架转动。
7.如权利要求6所述的汽车前围隔音垫超声波焊接方法，其特征是：在台板上开有与导向环同轴的中心孔，穿过中心孔的竖杆下端固定连接在台架上，竖杆上部设置用于对第一定位装置和第一工件或者对第二定位装置和第二工件进行拍摄的摄像头；摄像头的输出连接控制器，控制器与驱动电机、卡位气缸电连接，以控制驱动电机、卡位气缸动作。
8.如权利要求7所述的汽车前围隔音垫超声波焊接方法，其特征是：还包括与外齿环啮合的、转动设置在台架上的从动齿轮，设置在从动齿轮上的编码器，编码器的输出连接控制器；驱动电机为三相异步电机，三相异步电机通过变频器与控制器电连接；控制器根据编码器的输入信号确定台板的转动角度，并通过变频器控制三相异步电机的动作。
9.如权利要求1所述的汽车前围隔音垫超声波焊接方法，其特征是：在台板上设置用于将第一定位装置和第二定位装置隔离的挡板。
10.如权利要求1所述的汽车前围隔音垫超声波焊接方法，其特征是：超声波焊接装置具有两个焊头。
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