一种基于人工智能调控的管材焊接装置转让专利
申请号 : CN202310617411.4
文献号 : CN116329832B
文献日 : 2023-12-01
发明人 : 黄春丽
申请人 : 浙江佳球阀门有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于人工智能调控的管材焊接装置，其特征在于，包括焊接工作台（1）、对中夹持机构（2）和焊位调控机构（3），所述焊接工作台（1）上相对设置有两组所述对中夹持机构（2），所述焊位调控机构（3）安装在其中一所述对中夹持机构（2）上；
所述对中夹持机构（2）包括夹持盘（4）和卡爪（5），所述夹持盘（4）的中部贯穿开设有供管材穿过的夹持孔（6），所述夹持盘（4）上滑动设置有多个卡爪（5），所述卡爪（5）靠近或远离所述夹持盘（4）的圆心移动，多个所述卡爪（5）同步移动；
所述焊位调控机构（3）包括外齿圈（7）、内齿圈（8）、行星齿轮（9）和焊接基座（10），所述外齿圈（7）套装在所述夹持盘（4）上，所述外齿圈（7）位于所述内齿圈（8）的内部，所述外齿圈（7）与内齿圈（8）之间设置有多个所述行星齿轮（9），所述行星齿轮（9）同时啮合所述外齿圈（7）与内齿圈（8），多个所述行星齿轮（9）通过行星架（11）连接，所述行星架（11）的中部固定有主轴（12），所述主轴（12）与所述夹持盘（4）同轴设置，所述主轴（12）上贯穿开设有供管材穿过的通孔（13），所述主轴（12）连接旋转驱动机构，其中一所述行星齿轮（9）上同轴固定有安装轴（14），所述焊接基座（10）转动套装在所述安装轴（14）上，所述焊接基座（10）沿夹持盘（4）径向的一侧设置有焊接滑块（15），所述焊接滑块（15）沿着所述夹持盘（4）的轴向移动，所述焊接滑块（15）上套装有焊枪（16），所述焊接滑块（15）在所述焊枪（16）的正前方设置有视觉传感器（17），所述焊枪（16）的焊头端部步入所述视觉传感器（17）的视觉范围内；
所述行星架（11）和焊接基座（10）分别设置在所述行星齿轮（9）的两端，所述内齿圈（8）上固定套装有限位环（18），所述焊接基座（10）靠近所述限位环（18）的一端固定有限位板（19），所述限位板（19）上转动设置有两组限位滚轮（20），两个所述限位滚轮（20）分别滚动接触所述限位环（18）的内壁与外壁；
所述焊接基座（10）设有焊枪（16）的端面开设有丝杠槽（21），所述丝杠槽（21）朝着所述夹持盘（4）的轴向延伸，所述丝杠槽（21）内设置有丝杠（22），所述丝杠（22）通过轴承与所述焊接基座（10）转动连接，所述丝杠（22）上螺纹套装有滑块（23），所述滑块（23）滑动适配在所述丝杠槽（21）内，所述焊接滑块（15）固定在所述滑块（23）上，所述焊接基座（10）远离所述夹持盘（4）的一端安装有步进电机（24），所述步进电机（24）的输出轴通过联轴器与所述丝杠（22）传动连接；
所述对中夹持机构（2）还包括中空螺纹盘（26），所述夹持盘（4）内设有驱动腔（27），所述中空螺纹盘（26）转动设置在所述驱动腔（27）内，所述中空螺纹盘（26）上设置有平面螺纹齿（28），所述卡爪（5）靠近所述中空螺纹盘（26）的端面上设置有条形面齿（29），所述条形面齿（29）啮合于所述平面螺纹齿（28），所述夹持盘（4）上开设有多个滑槽（30），多个所述滑槽（30）绕着所述夹持盘（4）的圆心呈圆周均布，所述滑槽（30）与所述夹持孔（6）相通，多个所述滑槽（30）一一对应多个所述卡爪（5），所述卡爪（5）滑动适配在所述滑槽（30）内。
2.根据权利要求1所述的一种基于人工智能调控的管材焊接装置，其特征在于，所述焊接滑块（15）包括两个沿所述夹持盘（4）径向固定的矩形框，所述焊枪（16）和视觉传感器（17）分别位于两个所述矩形框内，所述矩形框的两端均螺纹连接有紧固螺杆（25），所述紧固螺杆（25）朝着所述矩形框的中部旋进。
3.根据权利要求2所述的一种基于人工智能调控的管材焊接装置，其特征在于，所述中空螺纹盘（26）同轴固定有中空轴（31），所述中空轴（31）上套装有齿轮（32），所述驱动腔（27）内设置有蜗杆轴（33），所述蜗杆轴（33）通过轴承转动连接所述夹持盘（4），所述齿轮（32）啮合于所述蜗杆轴（33），所述蜗杆轴（33）的一端穿出所述夹持盘（4）固定有内六角螺母（34）。
4.根据权利要求1所述的一种基于人工智能调控的管材焊接装置，其特征在于，所述焊位调控机构（3）还包括工装壳体（40），所述工装壳体（40）为圆环形状，所述内齿圈（8）的外圈通过大轴承（35）转动适配在所述工装壳体（40）的内圈上，所述工装壳体（40）通过螺栓连接在所述焊接工作台（1）上。
5.根据权利要求4所述的一种基于人工智能调控的管材焊接装置，其特征在于，所述焊位调控机构（3）还包括限位竖板（41）和限位中空筒（42），所述限位竖板（41）通过螺栓固定在所述焊接工作台（1）上，所述夹持盘（4）远离所述焊接基座（10）的一端同轴固定有所述限位中空筒（42），所述限位中空筒（42）的侧壁开设有供所述卡爪（5）穿过的避让孔，所述限位中空筒（42）固定穿设在所述限位竖板（41）上。
6.根据权利要求1所述的一种基于人工智能调控的管材焊接装置，其特征在于，所述旋转驱动机构包括电机（43），所述电机（43）的输出轴设置有小齿轮（44），所述主轴（12）上套装有大齿轮（45），所述大齿轮（45）啮合所述小齿轮（44）。
说明书 :
一种基于人工智能调控的管材焊接装置
技术领域
背景技术
致无法提前录入焊枪的焊接路径，达到自动焊接的效果，因此，目前针对管材的相连焊接一般采用半自动的方式进行，通过转动管材将环缝的不同位置暴露在焊枪的焊接范围内，由
于管材处于焊接状态，两个管材的连接不稳定，对两个管材的同步转动精确要求较高，不然容易使焊接位置产生扭力，从而影响焊接效果，当焊接完成后，需检测焊缝焊接情况，对焊接不足的位置进行补焊，此半自动的焊接方式降低了焊接效率，因此，实现环缝自动化和智能化焊接是目前亟待解决的问题。随着人工智能技术的飞速发展，焊缝自动追踪技术得到
了发展，采用人工智能视觉传感技术获得焊缝的图像，通过成像的图像计算出焊枪的焊接
路径，但此方式广泛使用在线性焊接中，由于环缝需要圆周焊接，其焊枪需要有环形的行径路径，还要有沿管材轴向的焊接路径，目前的焊接设备及焊接装置无法上述自由度的要求，因此，焊缝自动追踪技术在环缝焊接中的使用收到了限制，需要提供一种针对环缝进行焊
接的装置，能够加装焊缝自动追踪技术实现管材的自动焊接的效果。
发明内容
的焊接路径，同时焊枪具有沿管材周向移动的自由度，完成对环缝不间断的自动焊接，实现了管材的自动焊接，并合理规划焊接路径，避免出现多焊或少焊的情况，提高了焊接效果。
动，多个所述卡爪同步移动；
架连接，所述行星架的中部固定有主轴，所述主轴与所述夹持盘同轴设置，所述主轴上贯穿开设有供管材穿过的通孔，所述主轴连接旋转驱动机构，其中一所述行星齿轮上同轴固定
有安装轴，所述焊接基座转动套装在所述安装轴上，所述焊接基座沿夹持盘径向的一侧设
置有焊接滑块，所述焊接滑块沿着所述夹持盘的轴向移动，所述焊接滑块上套装有焊枪，所述焊接滑块在所述焊枪的正前方设置有视觉传感器，所述焊枪的焊头端部步入所述视觉传
感器的视觉范围内。
位板上转动设置有两组限位滚轮，两个所述限位滚轮分别滚动接触所述限位环的内壁与外
壁。
动连接，所述丝杠上螺纹套装有滑块，所述滑块滑动适配在所述丝杠槽内，所述焊接滑块固定在所述滑块上，所述焊接基座远离所述夹持盘的一端安装有步进电机，所述步进电机的
输出轴通过联轴器与所述丝杠传动连接。
杆，所述紧固螺杆朝着所述矩形框的中部旋进。
齿，所述夹持盘上开设有多个滑槽，多个所述滑槽绕着所述夹持盘的圆心呈圆周均布，所述滑槽与所述夹持孔相通，多个所述滑槽一一对应多个所述卡爪，所述卡爪滑动适配在所述
滑槽内。
述限位中空筒，所述限位中空筒的侧壁开设有供所述卡爪穿过的避让孔，所述限位中空筒
固定穿设在所述限位竖板上。
附图说明
具体实施方式
8，多个行星齿轮9通过行星架11连接，行星架11的中部固定有主轴12，主轴12与夹持盘4同轴设置，主轴12上贯穿开设有供管材穿过的通孔13，主轴12连接旋转驱动机构，如图1和图2所示，其中一行星齿轮9上同轴固定有安装轴14，焊接基座10转动套装在安装轴14上，焊接基座10沿夹持盘4径向的一侧设置有焊接滑块15，焊接滑块15沿着夹持盘4的轴向移动，焊
接滑块15上套装有焊枪16，焊枪16的焊接点的延长线过夹持盘4的圆心，使焊枪16绕着夹持盘4公转时，其焊接点与焊缝的距离保持不变，焊接滑块15在焊枪16的正前方设置有视觉传感器17，焊枪16的焊头端部步入视觉传感器17的视觉范围内，外齿圈7、内齿圈8、行星齿轮
9、行星架11和主轴12构成行星齿轮系，其中外齿圈7与夹持盘4相当于太阳齿轮，以主轴12作为动力输入，限制太阳齿轮的自由度，即夹持盘4处于固定状态，此时，内齿圈8具有旋转自由度，而行星齿轮9具有两个自由度，其一、绕太阳齿轮公转的自由度，其二、绕自身轴线自转的自由度，利用行星齿轮9绕太阳齿轮公转的自由度，使行星齿轮9绕着夹持盘4转动，因此，将焊接基座10安装在行星齿轮9上，通过其中一行星齿轮9带动焊接基座10以及焊接
基座10上的视觉传感器17与焊枪16绕环缝转动，从而将焊缝自动追踪技术应用在环缝焊接
中，由于焊枪16的焊头端部步入视觉传感器17的视觉范围内，视觉传感器17在捕捉焊缝信
息时还会捕捉焊枪16的位置信息，以焊枪16的位置为焊接起点，从而每次焊接都会获得焊
枪16的起始位置以及下一焊接的焊缝位置，从而提前规划焊枪16的焊接路径，然后由于行
星齿轮9带动焊接基座10与焊枪16移动至焊位位置处，通过提前规划好的焊接路径进行焊
接操作，具体为，焊接路径沿着夹持盘4的轴向移动，通过视觉传感技术捕捉焊缝的轴向长度以及轴向位置，然后通过焊接滑块15带动焊枪16沿着夹持盘4的轴向进行移动，移动的同时通过焊枪16对焊缝进行焊接，完成对环缝不间断的自动焊接，实现了管材的自动焊接，并合理规划焊接路径，避免出现多焊或少焊的情况，提高了焊接效果；优选的，如图2所示，焊接滑块15包括两个沿夹持盘4径向固定的矩形框，焊枪16和视觉传感器17分别位于两个矩
形框内，矩形框的两端均螺纹连接有紧固螺杆25，紧固螺杆25朝着矩形框的中部旋进，通过紧固螺杆25将焊枪16与视觉传感器17安装在矩形框内，以焊枪16的安装为例，将焊枪16穿
入矩形框内，旋紧紧固螺杆25，通过紧固螺杆25将焊枪16固定在矩形框内，在安装焊枪16时需要注意焊枪16与管材之间的距离，一般焊枪16与焊接表面距离1‑3mm，避免出现焊缝浃
渣、气孔等缺陷，保证焊接质量，而视觉传感器17的安装距离以显示清晰的成像为准。
环缝转动进行焊接操作。
一端固定有限位板19，限位板19上转动设置有两组限位滚轮20，两个限位滚轮20分别滚动
接触限位环18的内壁与外壁，由于限位环18的圆心与焊接基座10的旋转圆心不同心，从而
在行星齿轮9带动焊接基座10自转时，将受到限位环18的阻挡，使焊接基座10不会跟随行星齿轮9一起自转，而焊接基座10与安装轴14转动连接，使行星齿轮9自转时不会与焊接基座
10产生干涉，从而通过限位环18与两个限位滚轮20的适配限制焊接基座10的自转自由度，
且不影响行星齿轮9的自转，使行星齿轮系能顺利运转，带动焊接基座10绕着夹持盘4转动，即绕着环缝转动，实现环缝的全面焊接。
自由度，使滑块23沿着丝杠22的轴向做直线运动，从而带动焊接滑块15沿着丝杠22的轴向
移动，而丝杠22的轴向与夹持盘4的轴线平行设置，进而带动焊枪16沿夹持盘4的轴向移动，通过视觉传感器17反馈的焊接信息，控制步进电机24的正反转以及转动圈数，带动焊枪16
左右移动，以对轴向的焊缝进行焊接；采用丝杠螺母副的驱动方式，使焊枪16具有较高的移动精度，且焊接移动缓慢，保证焊接质量。
均布，滑槽30与夹持孔6相通，多个滑槽30一一对应多个卡爪5，卡爪5滑动适配在滑槽30内，中空螺纹盘26与卡爪5的设计结构与三爪卡盘的结构相通，通过转动中空螺纹盘26带动卡
爪5靠近或远离夹持盘4的圆心移动，通过此设计使多个卡爪5同步运行，从而完成管材的对中夹持，区别于三爪卡盘结构，在夹持盘4上设计了自锁驱动方式，具体为，中空螺纹盘26同轴固定有中空轴31，中空轴31上套装有齿轮32，驱动腔27内设置有蜗杆轴33，蜗杆轴33通过轴承转动连接夹持盘4，齿轮32啮合于蜗杆轴33，蜗杆轴33的一端穿出夹持盘4固定有内六
角螺母34，使用扳手作用在内六角螺母34上带动蜗杆轴33转动，蜗杆轴33带动齿轮32转动，齿轮32带动中空轴31转动，中空轴31带动中控螺纹盘26转动，从而完成卡爪5的调节，利用蜗轮蜗杆的自锁性，保证管材装夹的稳定性。
焊接工作台1上，使焊位调控机构3结构更加稳定；其次，旋转驱动机构包括电机43，电机43的输出轴设置有小齿轮44，主轴12上套装有大齿轮45，大齿轮45啮合所述小齿轮44，电机43通过大齿轮45与小齿轮44的啮合带动主轴12转动，主轴12带动行星齿轮9转动，以内齿圈8
为动力输出，使行星齿轮9具有绕夹持盘4公转的自由度，实现环缝的环形焊接。
为对本发明的限制；以及本领域普通技术人员可知，本发明所要达到的有益效果仅仅是在
特定情况下与现有技术中目前的实施方案相比达到更好的有益效果，而不是要在行业中直
接达到最优秀使用效果。
行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围
内。