[发明专利]一种智能制造焊接自动化系统及其自动化焊接方法

权利要求书

1.一种智能制造焊接自动化系统，包括被焊接的三通钢管，所述三通钢管包括横向的主管(7)和与所述主管(7)的垂直连接的支管(40)，所述主管(7)的中段开设有旁通孔(39)，所述支管(40)的一端连通所述旁通孔(39)，所述主管(7)与所述支管(40)的连接处形成待焊接缝隙；所述待焊接缝隙的内圈为管内待焊接缝隙(38)，所述待焊接缝隙的外圈为管外待焊接缝隙(41)；所述支管(40)外壁柱面与主管(7)外壁柱面相交所形成的相贯线与所述管外待焊接缝隙(41)重合；所述支管(40)内壁柱面与所述主管(7)外壁柱面相交所形成的相贯线与所述管内待焊接缝隙(38)重合；

其特征在于：还包括底座平台(10)，所述底座平台(10)上设置有横向的主管座(9)，所述主管座(9)上设置有截面成半圆形的主管容置槽体(52)，所述主管容置槽体(52)的弧形内壁与所述主管(7)的外壁面相适应；所述主管(7)同轴心侧卧于所述主管容置槽体(52)内，且所述支管(40)竖立设置；

所述主管座(9)的中部一侧固定设置有竖向的立柱支架(12)，所述立柱支架(12)靠近所述支管(40)的一侧固定设置有若干弧形固定夹持片(36)，所述弧形固定夹持片(36)的弯曲弧度与所述支管(40)外壁面相适应，各所述弧形固定夹持片(36)靠近支管(40)的一侧面贴合接触所述支管(40)外壁；所述主管座(9)远离所述立柱支架(12)的一侧设置有活动夹持片支架(8)，所述活动夹持片支架(8)上安装有气缸装置(6)，所述气缸装置(6)的气缸伸缩推杆(5)的末端连接有弧形活动夹持片(3)，所述弧形活动夹持片(3)的弯曲弧度与所述支管(40)外壁面相适应；所述支管(40)夹位于所述弧形固定夹持片(36)与所述弧形活动夹持片(3)之间；所述支管(40)的上端管口正上方悬挂设置有悬挂式管内相贯线焊接机器人(37)；所述悬挂式管内相贯线焊接机器人(37)能下降至支管(40)管内的支管通道(4)中，并且悬挂式管内相贯线焊接机器人(37)能对所述管内待焊接缝隙(38)进行焊接；

所述立柱支架(12)的顶端固定设置有横梁(11)，所述横梁(11)上安装有起重升降卷扬机(1)，所述重升降卷扬机(1)所引出的升降绳索(2)向下穿过所述横梁(11)上的导孔，并且所述升降绳索(2)的末端悬挂连接所述悬挂式管内相贯线焊接机器人(37)；所述起重升降卷扬机(1)能通过所述升降绳索(2)带动所述悬挂式管内相贯线焊接机器人(37)上下升降；

所述悬挂式管内相贯线焊接机器人(37)包括竖向的直线电机(19)，所述直线电机(19)的上端机壳四周分别固定设置有四个横向的第二气缸装置(17)，各所述第二气缸装置(17)的第二气缸推杆(15)的末端均固定连接有弧形上抱紧片(16)，各所述弧形上抱紧片(16)的弧形曲度与所述支管(40)外壁面的弧形曲度相适应；四所述第二气缸推杆(15)的同步伸长运动，能带动四所述弧形上抱紧片(16)向外紧密抱紧所述支管(40)内壁；

所述直线电机(19)的正上方设置有绳结(18)，所述绳结(18)的下端共同连接有四根等长的悬挂绳(14)，四所述悬挂绳(14)的下端分别固定连接四所述第二气缸装置(17)的壳体；所述升降绳索(2)的下端固定连接所述绳结(18)；

所述直线电机(19)的下端机壳四周分别固定设置有四个横向的第三气缸装置(20)，各所述第三气缸装置(20)的第三气缸推杆(22)的末端均固定连接有弧形下抱紧片(21)，各所述弧形下抱紧片(21)的弧形曲度与所述支管(40)外壁面的弧形曲度相适应；四所述第三气缸推杆(22)的同步伸长运动能带动四所述弧形下抱紧片(21)向外紧密抱紧所述支管(40)内壁；

所述直线电机(19)的下端为向下延伸的直线推杆(23)，所述直线电机(19)能带动所述直线推杆(23)沿竖向方向做伸缩运动；所述直线推杆(23)的下端通过轴承(35)同轴心转动连接有轴承筒(24)，所述轴承筒(24)随所述直线推杆(23)一同上下位移；

所述轴承筒(24)的正下方设置有水平的第二直线电机(27)；所述第二直线电机(27)的机壳通过支撑臂(25)与所述轴承筒(24)的外壁固定连接，所述第二直线电机(27)的整体通过所述支撑臂(25)随所述轴承筒(24)同步运动；

所述第二直线电机(27)的第二直线伸缩杆(29)末端安装有焊枪(30)，所述焊枪(30)的末端为焊枪喷嘴(31)；所述第二直线伸缩杆(29)的伸长运动能使所述焊枪喷嘴(31)沿第二直线伸缩杆(29)的伸长方向运动到接触所述支管(40)内壁；所述第二直线电机(27)的机壳尾端安装有摄像头(26)，所述摄像头(26)远离第二直线电机(27)的一侧设置有镜头(34)；

所述第二直线电机(27)的机壳下侧通过固定轴(28)固定连接有竖向的动力轴(32)；所述动力轴(32)与所述直线推杆(23)同轴心设置；所述动力轴(32)的下端安装有距离传感器(33)；所述动力轴(32)的轴截面轮廓为齿轮形；

所述主管(7)的管内为左右贯通的主管通道(42)，所述主管通道(42)的内部沿轴线方向设置有电动导轨(44)；所述主管座(9)的一端安装有导轨座(43)，所述电动导轨(44)的一端支撑连接在所述导轨座(43)上；所述电动导轨(44)上安装有平动滑块(45)，所述电动导轨(44)能带动所述平动滑块(45)沿所述主管通道(42)方向平动；所述平动滑块(45)上固定安装有齿轮驱动舵机(51)，所述齿轮驱动舵机(51)的输出端为输出齿轮(46)；所述输出齿轮(46)能随所述平动滑块(45)平动至与动力轴(32)的齿轮形轮廓相互啮合；所述动力轴(32)与输出齿轮(46)相互啮合的同时还能沿动力轴(32)轴线方向相对滑动。

2.根据权利要求1所述的一种智能制造焊接自动化系统的焊接方法，其特征在于：

包括如下步骤：

步骤一，先将支管(40)垂直连接在主管(7)上的旁通孔(39)上，进而主管(7)与支管(40)的连接处形成待焊接缝隙；所述待焊接缝隙的内圈为管内待焊接缝隙(38)，待焊接缝隙的外圈为管外待焊接缝隙(41)，然后人工将管外待焊接缝隙(41)进行焊接；使支管(40)与主管(7)构成一体式的连接体；此时管内待焊接缝隙(38)为待焊接状态；

步骤二，控制起重升降卷扬机(1)，使起重升降卷扬机(1)通过升降绳索(2)控制悬挂式管内相贯线焊接机器人(37)上升至立柱支架(12)的高端所在高度；并且控制所有第二气缸装置(17)和第三气缸装置(20)使所有的第二气缸推杆(15)和第三气缸推杆(22)向内收缩，进而使所有的弧形上抱紧片(16)和弧形下抱紧片(21)随第二气缸推杆(15)和第三气缸推杆(22)向内收缩；使悬挂式管内相贯线焊接机器人(37)的整体体型足够向下进入支管通道(4)中；

步骤三，将主管(7)同轴心侧卧于主管容置槽体(52)内，且使支管(40)竖立设置，并且使支管(40)夹位于弧形固定夹持片(36)与所述弧形活动夹持片(3)之间；进而实现了对三通钢管的定位；

步骤四，控制起重升降卷扬机(1)，使起重升降卷扬机(1)通过升降绳索(2)带动悬挂式管内相贯线焊接机器人(37)做下降运动，直至悬挂式管内相贯线焊接机器人(37)下降至支管通道(4)中，与此同时动力轴(32)下端的距离传感器(33)实时监测正下方障碍物与自身的距离；随着悬挂式管内相贯线焊接机器人(37)的继续下降，直至动力轴(32)的中部高度与平动滑块(45)上的输出齿轮(46)所在高度相平时暂停起重升降卷扬机(1)的；然后控制所有第二气缸装置(17)和第三气缸装置(20)使所有的第二气缸推杆(15)和第三气缸推杆(22)向外伸出，进而使所有的弧形上抱紧片(16)和弧形下抱紧片(21)随第二气缸推杆(15)和第三气缸推杆(22)同步向外伸出，直至所有的弧形上抱紧片(16)和弧形下抱紧片(21)的外弧面紧密顶压支管(40)内壁，此时实现了对悬挂式管内相贯线焊接机器人(37)在支管通道(4)中的抱紧，并且此时直线推杆(23)的轴线与支管通道(4)轴线重合；然后控制直线电机(19)，使直线推杆(23)做上下伸缩微调，进而实现微调第二直线电机(27)的高度，直至焊枪(30)末端的焊枪喷嘴(31)对应到管内待焊接缝隙(38)；然后控制第二直线伸缩杆(29)做伸长运动，使所述焊枪喷嘴(31)沿第二直线伸缩杆(29)的伸长方向运动到接触支管(40)内壁上的管内待焊接缝隙(38)；与此同时控制电动导轨(44)带动所述平动滑块(45)沿所述主管通道(42)轴线朝靠近动力轴(32)的方向平动，直至输出齿轮(46)随平动滑块(45)位移至与动力轴(32)的齿轮形轮廓相互啮合；此时实现了管内焊接的准备工作；

步骤五，控制齿轮驱动舵机(51)，使输出齿轮(46)带动与之啮合的动力轴(32)旋转，进而使第二直线电机(27)沿轴承筒(24)轴线旋转，进而使焊枪喷嘴(31)随第二直线电机(27)沿轴承筒(24)轴线旋转，由于动力轴(32)与输出齿轮(46)相互啮合的同时还能沿动力轴(32)轴线方向相对滑动，因此输出齿轮(46)不会干涉第二直线电机(27)的上下位移；与此同时控制直线电机(19)，使直线推杆(23)做上下伸缩，进而使第二直线电机(27)和焊枪(30)沿轴承筒(24)轴线旋转的同时还做上下运动；通过实时控制直线推杆(23)上下伸缩的幅度，使焊枪(30)末端的焊枪喷嘴(31)运动轨迹为相贯线轨迹，进而使焊枪(30)末端的焊枪喷嘴(31)运动轨迹与管内待焊接缝隙(38)的轨迹重合；在焊枪(30)末端的焊枪喷嘴(31)沿管内待焊接缝隙(38)的轨迹运动的同时缓慢喷出焊液，随着焊枪喷嘴(31)沿管内待焊接缝隙(38)的相贯线路径移动，进而使焊枪喷嘴(31)缓慢喷出焊液逐渐浸润整圈管内待焊接缝隙(38)，与此同时摄像头(26)实时记录焊接质量；

步骤六，管内待焊接缝隙(38)焊接过程完成后，控制电动导轨(44)带动平动滑块(45)沿所述主管通道(42)轴线朝远离动力轴(32)的方向平动，直至输出齿轮(46)随平动滑块(45)位移至与动力轴(32)分离；然后控制所有第二气缸装置(17)和第三气缸装置(20)使所有的第二气缸推杆(15)和第三气缸推杆(22)向内收缩，进而使所有的弧形上抱紧片(16)和弧形下抱紧片(21)随第二气缸推杆(15)和第三气缸推杆(22)向内收缩；使悬挂式管内相贯线焊接机器人(37)在支管通道(4)中被解除抱紧状态，然后控制起重升降卷扬机(1)通过升降绳索(2)控制悬挂式管内相贯线焊接机器人(37)上升至立柱支架(12)的高端所在高度，使悬挂式管内相贯线焊接机器人(37)上升至脱离支管通道(4)；然后拆卸已经被内外均焊接完成的三通管。