CN212043114U - 一种检测与反馈温度变化的机器人搅拌摩擦点焊*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的检测与反馈温度变化的机器人搅拌摩擦点焊***，控制***分别与焊接机器人及支撑机器人电连接，用于控制焊接机器人与支撑机器人动作；焊接机器人上设有点焊机头，焊接机器人用于带动点焊机头移位至待焊接件的一侧；支撑机器人上设有支撑机头，支撑机器人用于带动支撑机头移位至待焊接件的另一侧；点焊机头及支撑机头分别与控制***电连接，在点焊机头与支撑机头移位至待焊接件的焊点位置相对两侧时，驱动点焊机头与支撑机头同步作业；其中，点焊机头上设有温度控制装置，温度控制装置与控制***电连接，用于实时的监测点焊过程中温度的变化，并及时作出反馈。实现焊接过程温度参数的实时采集，为判定焊点质量提供过程参数的依据。

Description

一种检测与反馈温度变化的机器人搅拌摩擦点焊***

技术领域

本实用新型涉及搅拌摩擦点焊技术领域，具体涉及一种检测与反馈温度变化的机器人搅拌摩擦点焊***。

背景技术

在固相点焊领域，搅拌摩擦点焊是基于搅拌摩擦焊技术发展起来的一项新技术，日本Mazda公司于1993年开发搅拌摩擦点焊技术采用固定几何形状的整体式搅拌工具，焊后在点焊接头中心留下匙孔；德国GKSS 研究中心于1999年研究开发的回填式搅拌摩擦点焊技术，在焊接过程中通过对搅拌针和压紧套相对运动的精确控制，可以完成材料的回填，实现无匙孔的搅拌摩擦点焊连接。近年来搅拌摩擦点焊逐渐发展成为一种可代替铆接和电阻点焊等技术的新技术。在航空航天、汽车、造船等领域，铝合金、镁合金等常用轻质金属的焊接具有广泛的应用前景。

搅拌摩擦点焊设备通常由点焊机头、固定机构、控制***和支撑机构等组成，一般的支撑机构为固定座或C型支撑结构。搅拌摩擦点焊在焊接过程中，点焊机头与背部支撑架分别位于待焊接件的两侧，当焊接大型复杂曲面结构件，如飞机带筋壁板结构以及机身结构时，由于存在固定座结构和空间的限制，C型支撑结构的内腔尺寸较小等问题，很难采用固定座或C型支撑结构进行点对点的法向焊接与支撑，无法实现焊点位置的精准支撑。

搅拌摩擦点焊是利用搅拌工具的高速旋转，在零件表面产生摩擦热与塑性变形，搅拌工具的旋转会产生较大的扭矩，如选取的旋转速度不合适时，易产生焊接缺陷。目前，对于搅拌摩擦点焊焊点焊接质量的判断依据，主要通过焊点的宏观形貌、剖面宏观金相、硬度以及十字剥离等方式进行判断，在焊接过程中很难通过点焊过程参数进行实时的监测焊点质量。

因此，本实用新型提供一种检测与反馈温度变化的机器人搅拌摩擦点焊***来解决上述问题。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决现有技术中不能在焊接过程中实时的检测焊点质量的技术问题。

(二)技术方案

本实用新型提供了一种检测与反馈温度变化的机器人搅拌摩擦点焊***，包括焊接机器人、支撑机器人及控制***，所述控制***分别与所述焊接机器人及所述支撑机器人电连接，用于控制所述焊接机器人与所述支撑机器人动作；

所述焊接机器人上设有点焊机头，所述焊接机器人用于带动点焊机头移位至待焊接件的一侧；

所述支撑机器人上设有支撑机头，所述支撑机器人用于带动支撑机头移位至所述待焊接件的另一侧；

所述点焊机头及所述支撑机头分别与所述控制***电连接，在所述点焊机头与所述支撑机头移位至所述待焊接件的焊点位置相对两侧时，驱动所述点焊机头与所述支撑机头同步作业；

其中，所述点焊机头上设有温度控制装置，所述温度控制装置与所述控制***电连接，用于实时的监测点焊过程中温度的变化，并及时作出反馈。

优选地，所述控制***包括：

焊接伺服驱动***，与所述焊接机器人及所述点焊机头电连接，用于驱动焊接机器人动作，并驱动所述点焊机头的点焊作业；

支撑伺服驱动***，与所述支撑机器人及所述支撑机头电连接，用于驱动所述支撑机器人动作，并驱动所述支撑机头的支撑作业；及

数控***，与所述焊接伺服驱动***及所述支撑伺服驱动***电连接，用于控制所述焊接伺服驱动***及所述支撑伺服驱动***同步驱动所述点焊机头与所述支撑机头。

优选地，所述温度控制装置包括热电偶和温度传感器，所述热电偶与所述温度传感器电连接；所述点焊机头与待焊接件接触的位置自内向外依次设置有搅拌针、内轴肩和压紧套，所述热电偶安装在所述压紧套上。

优选地，所述点焊机头包括点焊安装座、点焊驱动电机及点焊头，所述点焊安装座与所述焊接机器人连接，所述点焊驱动电机与所述点焊头均装设于所述点焊安装座上，且所述点焊驱动电机的驱动端与所述点焊头连接，所述点焊驱动电机与所述控制***电连接。

优选地，所述支撑机头包括支撑安装座、支撑驱动电机及支撑头，所述支撑安装座与所述支撑机器人连接，所述支撑驱动电机与所述支撑头均装设于所述支撑安装座上，且所述支撑驱动电机与所述支撑头连接，所述支撑驱动电机与所述控制***电连接。

优选地，所述支撑机头呈圆锥状，所述支撑机头底面为平面支撑点，所述平面支撑点的尺寸大于或等于压紧套的外径尺寸。

优选地，所述平面支撑点的形状为圆形、方形或矩形。

优选地，所述支撑机头上具有安装孔，用以与螺栓配合与所述支撑机器人连接。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下优点：

在本实用新型提供的检测与反馈温度变化的机器人搅拌摩擦点焊***中，控制***分别与焊接机器人及支撑机器人电连接，用于控制焊接机器人与支撑机器人动作，以精准地操控机器人的动作；焊接机器人上设有点焊机头，焊接机器人用于带动点焊机头移位至待焊接件的一侧，支撑机器人上设有支撑机头，支撑机器人用于带动支撑机头移位至待焊接件的另一侧；点焊机头及支撑机头分别与控制***电连接，在点焊机头与支撑机头移位至待焊接件的焊点位置相对两侧时，驱动点焊机头与支撑机头同步作业，在焊接复杂曲面结构件时，点焊机头与支撑机头沿待焊接件曲面镜像对称移动，且始终进行点对点的法向焊接与支撑，实现焊接力和焊点位置的精准控制；其中，点焊机头上设有温度控制装置，温度控制装置与控制***电连接，以实时的监测点焊过程中温度的变化，并及时作出反馈，实现焊接过程温度参数的实时采集，使得点焊过程参数温度的变化作为焊点质量的判断依据之一。

该***采用“一焊一顶”方式，与镜像铣削所不同的是，该搅拌摩擦点焊***两侧并不需要时时紧贴着点焊接件运动。对于复杂曲面结构件，以焊代铆优势明显，在保证焊接质量的同时，实现了智能制造，操作简单，适宜推广，并且该***具有较强的扩展功能和可移植性；开展机器人搅拌摩擦点焊工程化应用研究，为大型铝合金零部件先进制造及组件装配奠定技术基础。

附图说明

图1为本实用新型检测与反馈温度变化的机器人搅拌摩擦点焊***中镜像焊接结构示意图；

图2为本实用新型检测与反馈温度变化的机器人搅拌摩擦点焊***中框架结构示意图；

图3为本实用新型检测与反馈温度变化的机器人搅拌摩擦点焊***中支撑机头结构示意图；

图4为本实用新型检测与反馈温度变化的机器人搅拌摩擦点焊***中支撑机头仰视图；

图5为本实用新型检测与反馈温度变化的机器人搅拌摩擦点焊***中另一种镜像示意图；

图6为本实用新型检测与反馈温度变化的机器人搅拌摩擦点焊***中点焊机头结构示意图。

图中：1、控制***；2、数控***；3、焊接伺服驱动***；4、支撑伺服驱动***；5、焊接机器人；6、点焊机头；7、支撑机器人；8、支撑机头；9、待焊接件；10、温度控制装置；11、压紧套；12、内轴肩； 13、搅拌针；14、热电偶；15、点焊驱动电机；16、点焊安装座；17、点焊头；18、安装孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1-6所示，本发明提供的检测与反馈温度变化的机器人搅拌摩擦点焊***，包括焊接机器人5、支撑机器人7及控制***1，控制***1 分别与焊接机器人5及支撑机器人7电连接，用于控制焊接机器人5与支撑机器人7动作；焊接机器人5上设有点焊机头6，焊接机器人5用于带动点焊机头6移位至待焊接件9的一侧；支撑机器人7上设有支撑机头 8，支撑机器人7用于带动支撑机头8移位至待焊接件9的另一侧；点焊机头6及支撑机头8分别与控制***1电连接，在点焊机头6与支撑机头 8移位至待焊接件9的焊点位置相对两侧时，驱动点焊机头6与支撑机头 8同步作业；其中，点焊机头6上设有温度控制装置，温度控制装置与控制***1电连接，用于实时的监测点焊过程中温度的变化，并及时作出反馈。

在上述实施例中，设置有焊接机器人5与支撑机器人7，将点焊机头 6装设于焊接机器人5上，支撑机头8装设于支撑机器人7上，在焊接机器人5与支撑机器人7的动作下，点焊机头6与支撑机头8可分别位于待焊接件9焊接面的相对两侧，焊接质量不受待焊接件9的结构复杂度影响，能适应复杂曲面的焊接需求。

在工作过程中，控制***1发出指令，驱动点焊机头6与支撑机头8 同时接触于待焊接件9焊接面的相对两侧，并同时施加压力，点焊机头6 与支撑机头8点对点，一焊一顶，实现焊点位置的精准支撑，待焊接结束时，焊接机器人5与支撑机器人7相对远离运动，使得点焊机头6与支撑机头8同步离开待焊接件9，提高焊接质量。

与此同时，在焊接过程中，温度控制装置10能够实时监控焊点温度的数值，以便及时获取点焊过程中的温度变化，从而及时做出反馈，为判定焊点质量提供过程参数的依据，便于掌控焊接质量。

需要指出的是，在本实施例中，焊接机器人5与支撑机器人7均采用重载型工业机器人，为两***立的KUKA机器人，型号为 KR1000Titan，最大承载力可选用2400kg，具体参数可根据焊接对象进行选择更换，数控***采用倍福数控***。

具体地，控制***1包括焊接伺服驱动***3、支撑伺服驱动***4 及数控***2，焊接伺服驱动***3与焊接机器人5及点焊机头6电连接，用于驱动焊接机器人5动作，并驱动点焊机头6的点焊作业；支撑伺服驱动***4与支撑机器人7及支撑机头8电连接，用于驱动支撑机器人 7动作，并驱动支撑机头8的支撑作业；焊接伺服驱动***3及支撑伺服驱动***4分别与数控***2电连接，用于控制焊接伺服驱动***3及支撑伺服驱动***4同步驱动点焊机头6与支撑机头8。如此，焊接伺服驱动***3与支撑伺服驱动***4基于数控***2，点焊机头6及与点焊机头6相对的支撑机头8同步到达待焊接件9的焊点位置两侧，且法向同轴，保证点焊进行时焊接机器人5与支撑机器人7始终进行点对点的法向焊接与支撑，实现焊接力与焊点位置的精准控制。

具体地，温度控制装置10包括热电偶14和温度传感器，热电偶14 与温度传感器电连接；点焊机头6与待焊接件9接触的位置自内向外依次设置有搅拌针13、内轴肩12和压紧套11，热电偶14安装在压紧套11 上。搅拌针13外套设有内轴肩12，内轴肩12外套设有压紧套11。在焊接前，预先设定点焊温度的正常变化范围，通过热电偶14测试结果判定焊点位置温度是否在正常变化范围内，如果采集值不在正常范围内，温度传感器反馈给数控***2，数控***2在显示屏中实现报警，以便做出及时反应，便于工作人员及时掌控每次焊接过程的焊接质量。

具体地，点焊机头6包括点焊安装座16、点焊驱动电机15及点焊头 17，点焊安装座16与焊接机器人5连接，点焊驱动电机15与点焊头17 均装设于点焊安装座16上，且点焊驱动电机15的驱动端与点焊头17连接，点焊驱动电机15与控制***1电连接。

具体地，支撑机头8包括支撑安装座、支撑驱动电机及支撑头，支撑安装座与支撑机器人7连接，支撑驱动电机与支撑头均装设于支撑安装座上，且支撑驱动电机与支撑头连接，支撑驱动电机与控制***1电连接。如此，点焊驱动电机15驱动点焊头17提供焊接力，支撑驱动电机驱动支撑机头8提供支撑力，进而实现搅拌摩擦点焊的目的。

具体地，支撑机头8呈圆锥状，支撑机头底面为平面支撑点，平面支撑点的尺寸大于或等于回填点焊头压紧套的外径尺寸。平面支撑点的设计能够更好地为待焊接件9提供支撑力，保障焊接的质量。

具体地，平面支撑点的形状为圆形、方形或矩形。平面支撑点的形状也可以为其他的形状，此实施例为优选实施例。

具体地，支撑机头8上具有安装孔18，用以与螺栓配合与支撑机器人7连接。支撑机头8上的安装孔18可方便地拆卸、安装在支撑机器人 7上，以便选择合适的支撑机头来满足搅拌摩擦点焊的工作要求，将支撑机头可拆卸的安装在支撑机器人上的方式不限于此实施例的方式。

具体实施过程如下：

焊前，将待焊接件9悬挂在两台机器人中间，在数控***2中设定程序，双机器人同步运动，机器人末端执行器点位相同但姿态不同，反映在运动过程上则是两者的运动路径不一样；

焊接开始，点焊机头6和背部支撑机头8分别位于待焊接件9两侧，沿待焊接件9曲面镜像对称移动，且始终进行点对点的法向焊接与支撑，实现焊接力和焊点位置的精准控制；点焊机头6下行过程中接触待焊接件 9，同时支撑机头8也接触零件，并产生支撑力，点焊机头6继续下行直至点焊头以给定的压力值顶紧在待焊接件9上，此时支撑机头8继续上升产生相同大小的支撑力；

焊接，点焊头中搅拌针13与内轴肩12旋转并完成焊接，支撑机头8 保持顶紧状态，针对焊点位置同时施加焊接力和背部支撑力，且两台机器人提供的压力均衡；

温度监测，通过热电偶14测试结果判定是否在正常变化范围内，如果采集值不在正常范围内，温度传感器反馈给数控***，数控***在显示屏中实现报警，以便做出及时反应；

焊接完成，点焊机头6停止运转并向上抬起，支撑机头8压力值减小，与待焊接件9迅速分离，两台镜像运动的机器人同时离开待焊接件 9，完成一个焊点的焊接。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种检测与反馈温度变化的机器人搅拌摩擦点焊***，其特征在于，包括焊接机器人、支撑机器人及控制***，所述控制***分别与所述焊接机器人及所述支撑机器人电连接，用于控制所述焊接机器人与所述支撑机器人动作；

所述焊接机器人上设有点焊机头，所述焊接机器人用于带动点焊机头移位至待焊接件的一侧；

所述支撑机器人上设有支撑机头，所述支撑机器人用于带动支撑机头移位至所述待焊接件的另一侧；

所述点焊机头及所述支撑机头分别与所述控制***电连接，在所述点焊机头与所述支撑机头移位至所述待焊接件的焊点位置相对两侧时，驱动所述点焊机头与所述支撑机头同步作业；

其中，所述点焊机头上设有温度控制装置，所述温度控制装置与所述控制***电连接，用于实时的监测点焊过程中温度的变化，并及时作出反馈。

2.如权利要求1所述的检测与反馈温度变化的机器人搅拌摩擦点焊***，其特征在于，所述控制***包括：

焊接伺服驱动***，与所述焊接机器人及所述点焊机头电连接，用于驱动焊接机器人动作，并驱动所述点焊机头的点焊作业；

支撑伺服驱动***，与所述支撑机器人及所述支撑机头电连接，用于驱动所述支撑机器人动作，并驱动所述支撑机头的支撑作业；及

数控***，与所述焊接伺服驱动***及所述支撑伺服驱动***电连接，用于控制所述焊接伺服驱动***及所述支撑伺服驱动***同步驱动所述点焊机头与所述支撑机头。

3.如权利要求1所述的检测与反馈温度变化的机器人搅拌摩擦点焊***，其特征在于，所述温度控制装置包括热电偶和温度传感器，所述热电偶与所述温度传感器电连接；所述点焊机头与待焊接件接触的位置自内向外依次设置有搅拌针、内轴肩和压紧套，所述热电偶安装在所述压紧套上。

4.如权利要求1所述的检测与反馈温度变化的机器人搅拌摩擦点焊***，其特征在于，所述点焊机头包括点焊安装座、点焊驱动电机及点焊头，所述点焊安装座与所述焊接机器人连接，所述点焊驱动电机与所述点焊头均装设于所述点焊安装座上，且所述点焊驱动电机的驱动端与所述点焊头连接，所述点焊驱动电机与所述控制***电连接。

5.如权利要求1所述的检测与反馈温度变化的机器人搅拌摩擦点焊***，其特征在于，所述支撑机头包括支撑安装座、支撑驱动电机及支撑头，所述支撑安装座与所述支撑机器人连接，所述支撑驱动电机与所述支撑头均装设于所述支撑安装座上，且所述支撑驱动电机与所述支撑头连接，所述支撑驱动电机与所述控制***电连接。

6.如权利要求1所述的检测与反馈温度变化的机器人搅拌摩擦点焊***，其特征在于，所述支撑机头呈圆锥状，所述支撑机头底面为平面支撑点，所述平面支撑点的尺寸大于或等于压紧套的外径尺寸。

7.如权利要求6所述的检测与反馈温度变化的机器人搅拌摩擦点焊***，其特征在于，所述平面支撑点的形状为圆形、方形或矩形。

8.如权利要求1所述的检测与反馈温度变化的机器人搅拌摩擦点焊***，其特征在于，所述支撑机头上具有安装孔，用以与螺栓配合与所述支撑机器人连接。

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