带视觉跟踪器的全自动化LPG钢瓶环缝焊接机的制作方法

本发明涉及一种焊机，具体为带视觉跟踪器的全自动化LPG钢瓶环缝焊接机。

背景技术：

目前LPG液化气钢瓶环缝焊接，比如焊枪起始焊接位置以及焊缝偏离较大的情况下仍然需要进行必要的人工干预，无法实现完全自动化焊接生产作业，不能满足大批量生产的需要。目前已有设备的技术问题及缺陷：

已有设备大多采用单机人工操作方式；

目前自动化程度和生产效率较高的比较先进的流水线设备，是以通过改善和提高拉伸封头切边和缩口工序质量来保证上下封头组对后的焊缝质量为前提，提高焊缝和上下封头轴线的垂直度精度。但是，由于钢板材质、板厚均匀性以及钢板轧制纤维方向等因素影响，仍有少量封头口沿部飞边长短差异较大，同时伴生筒身不圆度超差，致使后道下封头的切边缩口和上封头切边垂直度很难达到完全100%合格。每批拉伸封头中，飞边严重超差的约占2~3%左右。因此，针对这些有工序缺陷的钢瓶的环缝焊接仍然还需要实施必要的人工干预，或者，在拉伸工序后增加检查工序将超差的拉伸封头检出后另外采取措施焊接。

由于LPG钢瓶是批量规模生产，年生产量较大，被检出的不能进入自动化焊接生产的2~3%半成品的后生产也是企业生产中一件比较麻烦的工作，同时需要耗费一定的人力财力资源。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供一种可以设备自动调整焊机位置的焊机。

具体的技术方案为：

带视觉跟踪器的全自动化LPG钢瓶环缝焊接机，包括底座、一对夹具和焊接机头，所述的焊接机头通过龙门支架安装在底座上，焊接机头上安装有视觉跟踪器；一对夹具分别为主夹具和副夹具，一对夹具分别安装在主轴箱和尾轴箱上，主轴箱和尾轴箱安装在底座的直线导轨上；在一对夹具下方有三工位上下料机构；焊接机头还与循环冷却水箱连接，还包括焊接电源、电柜及电气控制系统。

其中，所述的主轴箱和尾轴箱分别通过滑块安装在底座的直线导轨上，底座上还安装有一对气缸，一对气缸分别与主轴箱、尾轴箱连接，驱动主轴箱和尾轴箱在直线导轨上移动；所述的主轴箱还包括动力装置、主轴；所述的动力装置为主轴提供动力，主轴与主夹具连接，副夹具与尾轴箱连接。

所述的所述的三工位上下料机构，包括底板和滑板，滑板安装在底板上，滑板通过拖履与送料气缸连接；所述的滑板上安装有V形的上料托架和卸料托架，所述的上料托架和卸料托架分别由上料气缸和卸料气缸驱动翻转；卸料托架的两侧分别装有电磁铁和吸头；底板通过固定座安装在底座上；卸料托架与自卸料架连接。

所述的所述的龙门支架包括一对立柱，一对立柱之间安装有横梁板，横梁板上有导轨，焊接机头通过机头滑块安装在导轨上。

所述的焊接机头包括视觉跟踪器和焊枪，焊枪安装在枪夹上，枪夹安装在带有十字微调结构的焊枪支座上，还包括抽排烟管、护罩、安装在送丝机座板上的送丝机；焊接机头通过步进X轴运动机构和步进Y轴运动机构安装在龙门支架的横梁板上。

步进X轴运动机构和步进Y轴运动机构为焊接机头装有执行机构，由步进电机、滚珠丝杠等组成，在水平方向上装有X轴步进驱动装置，在垂直方向上装有Y轴步进驱动装置，组成十字步进驱动滑架驱动焊枪。执行机构上的步进电机接受跟踪器处理器实时输出的步进信号指令驱动焊枪沿X轴和Y轴移动。在焊接开始前，由比较信号指令驱动焊枪沿Y轴降下，并沿X轴横向移动移动到坡口中心，到位后起弧焊接；焊接过程中，执行机构实时调整焊枪位置，使焊枪始终位于焊缝坡口中心位置保证焊缝质量。

在焊接机头的Y轴方向上装有两根拉簧，平衡机头重量，使Y轴在移动跟踪时保持轻便灵活。

本发明提供的带视觉跟踪器的全自动化LPG钢瓶环缝焊接机，采用带视觉跟踪器的焊接机头，实现了LPG钢瓶单头环缝焊接完全自动化生产作业，大大提高了环缝焊接设备的适应性，显著降低了前道工序加工要求，生产成本大幅降低，省去了拉伸毛坯的检选工序和后生产处理工序。该专机是目前LPG钢瓶环缝全自动焊接最理想的设备。

该焊接机头采用了目前比较先进的视觉跟踪器，跟踪器由数码摄像头、反射镜组、护目视窗门、辅助光源、光源开关门、图像运算处理器、数据线、图像显示器、控制柜等组成，视觉跟踪器根据LPG钢瓶焊缝位置的V形坡口成像特征参数，通过动态视觉成像技术实时采集焊枪电弧成像特征数据，通过视觉成像高速运算处理器比较电弧特征参数与焊缝坡口特征参数的X、Y偏离方向和偏离值，并实时转化为步进驱动指令输出，通过步进驱动控制器驱动步进电机正转或反转以调节焊枪位置，不断调整纠正焊枪的上下Y轴位置和左右X轴位置，使焊枪焊炬中心始终在环形焊缝位置上，在确保焊缝质量的前提下，自动完成寻的和焊缝实时跟踪。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图；

图2是本发明的侧视结构示意图；

图3是本发明的三工位上下料机构结构示意图；

图4是本发明的焊接机头侧视结构示意图；

图5是本发明的焊接机头主视结构示意图；

图6是本发明的焊接机头俯视结构示意图；

图7是本发明的步进X轴运动机构结构示意图；

图8是本发明的步进Y轴运动机构结构示意图；

图9是本发明的Y轴重力平衡装置结构示意图。

具体实施方式

结合实施例说明本发明的具体实施方式。

如图1和图2所示，带视觉跟踪器的全自动化LPG钢瓶环缝焊接机，包括底座7、一对夹具和焊接机头2，所述的焊接机头2通过龙门支架9安装在底座7上，焊接机头2上安装有视觉跟踪器13；一对夹具分别为主夹具3和副夹具8，一对夹具分别安装在主轴箱4和尾轴箱10上，主轴箱4和尾轴箱10安装在底座7的直线导轨5上；在一对夹具下方有三工位上下料机构14；焊接机头2还与循环冷却水箱11连接，还包括焊接电源6、电柜及电气控制系统1。

龙门支架9安装固定在底座7后侧，用于安装固定焊接机头2。焊接电源6和冷却循环水箱11放在底座7右侧的支架上方，电柜及电气控制系统1放在底座7左侧的支架上方。

主轴箱4和尾轴箱10分别通过滑块安装在底座7的直线导轨5上，底座7上还安装有一对气缸，一对气缸分别与主轴箱4、尾轴箱10连接，驱动主轴箱4和尾轴箱10在直线导轨5上移动；所述的主轴箱4还包括动力装置、主轴；所述的动力装置为主轴提供动力，主轴与主夹具3连接，副夹具8与尾轴箱10连接。

底座7上部左右平台上装有直线导轨5，左侧的主轴箱4通过4个滑块与直线导轨5联接，左气缸缸体通过脚座安装固定在底座7左侧平台上，杆端与主轴箱4右侧固定，电磁阀切换气路即可拉推主轴箱4左右横向移动。主轴箱4内装有减速电机、三角皮带、减速器、联轴器等动力装置驱动主轴旋转，主轴右端装有主夹具3夹持工件；右侧尾轴箱10通过4个滑块与直线导轨5联接，右气缸缸体安装固定尾轴箱10的右侧，杆端通过脚座安装固定在底座7右侧平台上，电磁阀切换气路即可推拉主轴箱10左右横向移动，尾轴左端装有副夹具8夹持工件。左侧气缸的缸径大于右侧气缸，同等气压下使左侧气缸的推力大于右侧气缸推力，左侧气缸到位后，钢瓶位置始终保持稳定不变。在左、右气缸作用下，主轴箱4、尾轴箱10同时相向靠拢，主夹具3、副夹具8夹持顶紧钢瓶工件，启动主轴箱4内的电机驱动钢瓶转动，进行焊接，焊接完毕，主轴箱4、尾轴箱10同时相向后退，主夹具3、副夹具8松开钢瓶。

如图3所示，所述的三工位上下料机构14，包括底板16和滑板20，滑板20安装在底板16上，滑板20通过拖履21与送料气缸17连接；所述的滑板20上安装有V形的上料托架22和卸料托架15，所述的上料托架22和卸料托架15分别由上料气缸24和卸料气缸19驱动翻转；卸料托架15的两侧分别装有电磁铁和吸头；底板16通过固定座安装在底座上；卸料托架15与自卸料架12连接。

三工位上下料机构14用于自动接料、送料、上料和卸料。具体的结构，气动滑台由固定座、底板、滑板、导轨、拖履组成，气动滑台通过4个固定座安装固定在设备底座7中部凹面平台上。送料气缸17前后动作推动滑板20上部前后安装的V形的上料托架22和卸料托架15同步前后跟随移动，前部为上料托架22，后部为卸料托架15。卸料托架15的V字两侧分别装有电磁铁和吸头，用于一对夹具后退分开时吸牢固定住钢瓶。当钢瓶焊接完了，卸料托架15升起，电磁铁通电、托架V形两侧的吸头立即吸牢钢瓶下方两侧的外圆表面，固定住钢瓶使之不跟随左右夹具左右移动，确保卸料动作稳定可靠。上料托架22和卸料托架15分别由上料气缸24和卸料气缸19驱动上下动作，自动上下钢瓶工件。前方送来钢瓶，触发物料传感器后，前部上料托架22自动完成接料、送料到一对夹具中心轴线位置、降下退让等动作；同时，后部卸料托架15在接到环缝焊接收弧结束信号后自动完成升起接料、气动滑台后移送料到自卸料架12上方、降下卸料将工件落放到卸料架上钢瓶自动滚落到后面的流水线上。

所述的龙门支架9包括一对立柱，一对立柱之间安装有横梁板32，横梁板32上有导轨，焊接机头通过机头滑块安装在导轨上。一对立柱由方管制作，下端通过六角螺栓对称固定在底座7平台的后侧，横梁板32固定在一对立柱上端的支座上。焊接机头2通过4个滑块与导轨联接安装在横梁上，可以左右移动使焊枪对准钢瓶环缝坡口位置。

如图4、图5和图6所示焊接机头2包括视觉跟踪器和焊枪，焊枪安装在枪夹28上，枪夹28安装在带有十字微调结构30的焊枪支座29上，还包括抽排烟管25、护罩、安装在送丝机座板上的送丝机27；焊接机头2通过步进X轴运动机构31和步进Y轴运动机构26安装在龙门支架9的横梁板32上。

视觉跟踪器由护罩、视窗、数码摄像头、反射镜、护目视窗门、左辅助光源、左光源门、右辅助光源、右光源门、图像运算处理器、数据线、图像显示屏、控制柜等组成。图像运算处理器、控制柜，图像显示屏集成安装在设备总电柜上。

焊接机头2安装在横梁板32上，

如图7所示横梁板32正面铣有两条导轨安装槽，用于固定导轨。横梁板32背面下部铣有矩形槽，用于安装固定滑座。横梁板32中间铣有腰形长槽孔，便于X轴可调L连接板33穿过和横向移动。

进X轴运动机构31安装在横梁板32上，包括X轴直线导轨、X轴电机L座37、X轴步进电机38、X轴弹性联轴器40、X轴滚珠丝杆35、X轴卡座39、X轴固定座总成36、X轴支持座总成41、X轴L联接板33、X轴直连板34、横移滑板42组成。横梁板32正面的横向装有两根相互平行的X轴直线导轨，横移滑板42通过4个滑块与二根X轴直线导轨联接，横移滑板42可以沿X轴直线导轨方向左右移动；X轴滚珠丝杆35两端通过X轴固定座总成36、X轴支持座总成41水平安装固定在横梁板32背面滑槽上；X轴L联接板33一面与X轴滚珠丝杆35的滚珠螺母固定、另一面与X轴直连板34螺纹连接固定，X轴直连板34穿过横梁板32的中间的腰形槽孔并插装在正面安装的横移滑板42的矩形孔内焊接固定；X轴滚珠丝杆35的滚珠螺母与横移滑板42的位置可分别通过X轴L连接板33和X轴直连板34的腰形孔调整到合适位置。X轴步进电机38通过X轴电机L座37固定在横梁板32的左侧背面，X轴步进电机38通过X轴弹性联轴器40与X轴滚珠丝杆35的滚转丝杆轴颈联接，当X轴步进电机38得到视觉成像跟踪器动作指令时立即驱动滚珠丝杆旋转，通过滚珠螺母驱动横移滑板42沿横向安装的X轴直线导轨方向左右移动，从而带动焊枪沿X轴横向移动到指定位置。

如图8所示，步进Y轴运动机构26安装在横移滑板42上。

横移滑板42正面的垂直方向装有两根相互平行的Y轴直线导轨，升降U型滑板43通过4个滑块与Y轴直线导轨联接，升降U型滑板43可以沿Y轴直线导轨方向上下移动；Y轴滚珠丝杆47通过Y轴固定座52和Y轴支持座44垂直安装固定在横移滑板42正面，滚珠螺母安装固定在Y轴联接板48的中部位置，Y轴联接板48横架在升降U型滑板43的开口槽上，两端与升降U型滑板43的开口槽左右两侧面螺钉紧固；升降U型滑板43下部铣有较长的开口槽，使滚珠螺母在上下升降动作时可以自由通过，同时也方便步进Y轴运动机构26的安装与维护拆卸。Y轴电机座板50被固定在横移滑板42下面端部，螺钉紧固，Y轴步进电机49通过Y轴电机座板50安装固定在横移滑板42的下部，Y轴步进电机49轴端朝上；Y轴步进电机49轴通过Y轴弹性联轴器51与Y轴滚转丝杆47轴颈联接，当Y轴步进电机49得到视觉成像跟踪器动作指令时立即驱动Y轴滚转丝杆47丝杆旋转，通过滚珠螺母驱动升降U型滑板43沿垂直安装的Y轴直线导轨方向上下移动，从而带动焊枪沿Y轴移动到指定位置。

升降U型滑板43正面的左右两侧装有两块侧立板46，两块侧立板46的另一面与送丝机座板螺钉固定，送丝机27安装固定在送丝机座板的正面上，焊枪的一端安装在送丝机27下方的接口上，枪头朝下，对准钢瓶焊缝。

如图9所示，Y轴重力平衡装置由平衡支架54、拉簧55、固定吊环螺钉59、上锁紧螺母53、调节吊环螺钉56、并紧螺母57、下锁紧螺母58、下吊板61、紧固螺钉及弹性垫圈60等组成。Y轴重力平衡装置依靠左右两支拉簧55的拉力来平衡焊接机头2上下活动部件在Y轴方向上的重力， 一是平衡Y轴方向上下运动跟踪时的重力，二是平衡焊接机头2瞬间启停时的加速度引起超重或失重。左右两支拉簧55特性一致，对称安装，初始拉力相等。平衡支架54居中安装固定在横移滑板42的背面，平衡支架54的顶板下面左右两侧对称装有2个吊环螺钉；下吊板61由圆柱头内六角螺钉、弹性垫圈固定在两侧立板46下部的横档上，下吊板61的上平面左右对称装有两个调节吊环螺钉56，与平衡支架54上的两个固定吊环螺钉59位置相互对应。左右拉簧55的初始拉力相等，调好后并紧上锁紧螺母53、下锁紧螺母58；左右拉簧55上端的拉钩分别勾住平衡支架54上左右两个固定吊环螺钉59的吊环上，其下端的拉钩分别勾住下吊板61上方左右两个调节吊环螺钉56的吊环上。拧转固定吊环螺钉59调好拉簧55的初始拉力后，分别锁紧四个并紧螺母57。

该设备的操作过程为：

带视觉跟踪器的全自动化LPG钢瓶环缝焊接机，包括底座7、一对夹具和焊接机头2，所述的焊接机头2通过龙门支架9安装在底座7上，焊接机头2上安装有视觉跟踪器13；一对夹具分别为主夹具3和副夹具8，一对夹具分别安装在主轴箱4和尾轴箱10上，主轴箱4和尾轴箱10安装在底座7的直线导轨5上；在一对夹具下方有三工位上下料机构14；焊接机头2还与循环冷却水箱11连接，还包括焊接电源6、电柜及电气控制系统1。

设备初始待机状态：打开压缩空气气源，焊接电源6开启，焊机自动开启、循环冷却水箱11自动开启、视觉跟踪器13启动，主夹具3和副夹具8处于左右最大张开状态待料，焊枪向上升起到初始位置待机，三工位上下料机构14的上料托架22和卸料托架15被气缸推到最前方位置，上料托架22低位前伸，卸料托架15低位在左右夹具轴线下方位置。

第1步：扳转旋钮选择“自动”档位，按下启动按钮，启动自动工作程序，设备即处于自动工作状态；

第2步：前方的机械手将钢瓶送到上料托架22上方，上料托架22自动升起、机械手松开放料离开，钢瓶自重落放到上料托架22上，上料托架22上的传感器检测到工件自动待机；（开机后焊接工位无工件时，气动滑台自动后移上料；焊接工位在焊接中或有工件时，则自动待机）；

第3步：焊接工位上的钢瓶焊接完了，焊枪自动升起到位，卸料托架15升起托住焊好的钢瓶、磁吸头自动通电吸牢钢瓶，主夹具3和副夹具8在气缸作用下分别随主轴箱4和尾轴箱10后退松开钢瓶、后退到位后停止；

第4步：三工位上下料机构14带动上料托架22和卸料托架15后移到位，上料托架22和钢瓶正好位于夹具轴线上，卸料托架15后移到位，焊好的钢瓶正好位于自卸料架12上方，卸料托架15后移到位延时自动降下、落放焊好钢瓶，钢瓶自动沿自卸料架12滚落到输送线上送出；

第5步：主轴箱4和尾轴箱10的二气缸触发动作，气缸杆端伸出，分别推动主夹具3和副夹具8相向移动靠拢到位，夹持顶紧钢瓶两端；

第6步：上料托架22自动降下，三工位上下料机构14自动前移到位待料，前方的机械手送料到位触发上料托架22自动升起，送料机械手自动降下松开工件，将待焊的钢瓶落放到上料托架22上后自动升起离开；此时卸料托架15正好位于主夹具3和副夹具8的轴线位置，并位于钢瓶下方待料。

第7步：主夹具3和副夹具8夹持顶紧钢瓶到位的同时，焊接机头2的Y轴步进电机49动作、焊枪自动降下到位。视觉跟踪器13护罩左右两侧的遮蔽门打开，左右辅助灯亮、摄像头对钢瓶环缝的坡口目标物和焊枪位置拍照测距，显示屏显示图像，视觉跟踪器13高速运算比较后发出指令，X轴步进电机38、Y轴步进电机49同时快速动作寻的、焊枪准确移动到位后，主轴箱4体内的主电机转动带动主轴和工件及尾轴一起旋转，随主轴法兰盘转动的感应头触发装在主轴箱4侧的起弧感应开关后，焊枪自动起弧，开始焊接，焊接过程中视觉跟踪器13高速摄像头实时监测跟踪焊枪电弧是否偏离焊缝坡口中心，并实时发出XY轴纠偏指令给X轴步进电机38、Y轴步进电机49动作，实时移动焊枪，确保焊缝质量；

第8步：当感应头第二次触发感应开关时，焊枪开始收弧，转动8-10mm长度后自动熄弧，环缝焊接完毕，主轴箱4的主轴电机反转后退越过收弧位置后停止。Y轴步进电机49动作、焊枪自动升起到位，卸料托架15升起吸住钢瓶；

第6步：主夹具3和副夹具8同时分别后退松开，移动到位。

第7步：三工位上下料机构14动作，带动上料托架22和卸料托架15后送到位，将上料托架22上的待焊的钢瓶送到一对夹具的轴线位置；同时，亦将卸料托架15上已经焊好的钢瓶同步送到自卸料架12的上方位置，卸料托架15自动降下时，焊好的钢瓶被搁在自卸料架12上，在钢瓶自重的作用下钢瓶自动沿自卸料架12的倾斜滚道滚动离开，落到出料输送线上被送出。一个搁在循环结束。

第8步：三工位上下料机构14后送到位后，便开始了重复第5步动作，至第7步动作。如此自动循环往复。