一种柔性焊接生产线的制作方法

本实用新型涉及一种柔性焊接生产线，尤其涉及柔性焊接生产线的夹具切换方法。

背景技术：

柔性制造技术是实现未来工厂的新颖概念模式和新的发展趋势，是决定制造企业未来发展前途的具有战略意义的举措。柔性焊接生产线可极大的节约场地与公共设备，智能化机械与人之间相互融合，柔性地全面协调从接受订货单至生产。

传统的摩托车生产线均使用人工进行焊接夹具的切换。存在三大问题：1.焊接夹具存储需占用大量的生产场地；2.需人工管理大量的焊接夹具，共线车型较多时容易引起存储混乱；3.需大量占用人力时间进行车型生产切换。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种节省空间的且可进行车型生产切换的柔性焊接生产线。

为了实现上述目的，本实用新型是这样设置的：一种柔性焊接生产线，其特征在于：包括立体多层的主体钢结构，所述主体钢结构的第一层设置有多个自动化焊接单元与工装维修单元，所述主体结构的上层设置有多个工装存储单元与设备检修通道，在所述主体钢结构的一侧设置有堆垛机器人，还包括多个夹具，每一幅夹具均装配rfid射频标签系统，且每一幅夹具具有相同的底座，还包括中控系统，所述中控系统驱动所述堆垛机器人进行夹具的存取。采用上述的方式，可通过堆垛机器人对夹具的切换实现对不同车型的部件进行焊接生产，并且通过立体仓储与焊接模式，节省了生产空间。

为进一步节省空间，所述主体钢结构的第一层设置有一排多个的自动化焊接单元，所述主体钢结构的第一层的一侧端部还设置有工装检修单元。

为进一步节省空间，所述主体钢结构的第二层及以上每一层均分别设置有一排多个的工装存储单元。

优选的，每一个自动化焊接单元都配备有焊接系统，所述焊接系统包括双机器人焊接系统、排烟系统、三轴变位机、机器人控制器、焊接电源，所述双机器人焊接系统倒挂安装在顶板上，所述三轴变位机安装在地板上，所述机器人控制器与所述焊接电源安装在所述设备检修通道上。

为进一步节省空间，所述设备检修通道上设置有集中排烟系统，所述集中排烟系统包括多个竖直排烟管和一个横向排烟总管，每一个竖直排烟管的底部出口均设置在所述设备检修通道的底板的排烟口上且分别与一个自动化焊接单元相匹配，每一个竖直排烟管的顶部出口均与所述横向排烟总管相连通，所述横向排烟总管一端封闭一端开口。

为进一步实现不同车型夹具的切换，所述夹具的底座包括具有左右两个平行叉入口的叉板，所述叉板底部还具有外轮廓大于叉板外轮廓的定位板，所述定位板上一侧设置有夹具定位槽。

为进一步实现不同夹具的定位，所述三轴变位机包括焊接平台和夹具定位自锁机构a，所述夹具定位自锁机构a包括固定设置在所述焊接平台上且与所述夹具定位槽相配合的推销a，还包括竖直压紧机构a和水平压紧机构a，所述推销a、所述竖直压紧机构a和水平压紧机构a分设焊接平台的三侧，所述竖直压紧机构a包括位于焊接平台下的竖向气缸a与滑座a，所述滑座a上设置有滑槽a，所述滑槽a上滑设有竖直压紧轴a，所述竖向压紧轴a上设置有穿过滑槽的滑动轴a，所述竖直压紧轴a下端与竖向气缸a连接、上端伸出所述焊接平台，且所竖直压紧轴a的顶部设置有压紧块a；所述水平压紧机构a包括横向气缸a、支座a和横向的u形压板a，所述u形压板a的下横臂a与所述支座a铰接，所述u形压板a的下横臂a与连杆机构a铰接，所述连杆机构a与横向气缸a铰接，所述u形压板a的上横臂a位于焊接平台上且所述上横臂a的端部设置有压块a。

为进一步实现不同夹具的定位，所述工装检修单元包括检修平台和夹具定位自锁机构b，所述夹具定位自锁机构b包括固定设置在所述检修平台上且与所述夹具定位槽相配合的推销b，还包括竖直压紧机构b和水平压紧机构b，所述推销b、所述竖直压紧机构b和水平压紧机构b分设焊接平台的三侧，所述竖直压紧机构b包括位于检修平台下的竖向气缸b与滑座b，所述滑座b上设置有滑槽b，所述滑槽b上滑设有竖直压紧轴b，所述竖向压紧轴b上设置有穿过滑槽的滑动轴b，所述竖直压紧轴b下端与竖向气缸b连接、上端伸出所述检修平台，且所竖直压紧轴b的顶部设置有压紧块b；所述水平压紧机构b包括横向气缸b、支座b和横向的u形压板b，所述u形压板b的下横臂b与所述支座b铰接，所述u形压板b的下横臂b与连杆机构b铰接，所述连杆机构b与横向气缸b铰接，所述u形压板b的上横臂b位于检修平台上且所述上横臂b的端部设置有压块b。

另外，一种柔性焊接生产线的夹具焊接工位切换方法，并采用上述柔性焊接生产线，按以下步骤进行切换：

(1)在中控系统的触摸屏输入生产切换指令；

(2)程序自检确认是否满足切换条件(即所有传感器都满足生产切换条件，不满足时需根据提示解除相关警告)，满足切换条件下，生产线开始柔性切换生产车型；

(3)所有焊接夹具与三轴变位机脱离锁定；

(4)堆垛机器人行至第一工位并叉出夹具，同时读取出夹具上的rfid信息；

(5)通过rfid辨别出夹具身份后，堆垛机器人将夹具运回夹具库；

(6)根据下达的产品生产切换指令，堆垛机行至相关产品夹具位置，堆垛机读取夹具rfid辨别夹具身份，堆垛机确认夹具身份后，叉出新产品夹具并行至第一工位后与夹具分离，夹具与三轴变位机的夹具定位自锁机构启动，同时将锁定信号发送至中控系统；

(7)第一工位三轴变位机启动，三轴变位机另一侧夹具进入切换位置；

(8)重复步骤(4)～(6)，完成第一工位夹具切换；

(9)中控系统获取第一工位两幅夹具的锁定信号后，进行下一工位的夹具切换，直至所有工位夹具切换完毕。

另外，一种柔性焊接生产线的夹具检修工位切换方法，并采用上述柔性焊接生产线，按以下步骤进行切换：

(1)在中控系统的触摸屏输入维修指令，选择屏幕中待维修夹具；

(2)中控系统从仓储数据库中获取待维修夹具的实际位置，若夹具位于三轴变位机上，则打开三轴变位机上的自锁机构，堆垛机器人行至三轴变位机处叉取夹具；若夹具位于仓储库中，堆垛机器人直接行至仓储库对应夹具位置叉取夹具；

(3)堆垛机器人叉出待维修夹具并行至维修工位后与夹具分离，同时将维修信号发送至中控系统；

(4)夹具与工装检修单元的夹具定位自锁机构启动，同时将锁定信号发送至中控系统，工人进行设备检修及检测作业；

(5)堆垛机器人行至维修工位并叉出夹具，同时读取出夹具上的rfid信息；

(6)通过rfid辨别出夹具身份后，若夹具为非在生产车型，堆垛机器人将夹具运回夹具库；若夹具为在生产车型，堆垛机器人将夹具运至相关生产工位。

有益效果：

本实用新型的柔性焊接生产线，1.在整体布局上，开创了上层夹具仓储，下层自动化焊接的独特立体化布局；两系统共用同一片场地，充分利用场地高度空间资源，解决了在较小的场地上实现了多种车型的柔性共线生产。

2.设计了多层夹具仓储系统，能够大量有序储存焊接夹具，真正意义上实现夹具库的功能，解决了在现实多车型共线生产中出现的夹具管理混乱问题。

3.每幅夹具上装配rfid射频标签系统，配合专用的仓储管理系统与堆垛机器人，高效进行夹具切换，高效管理生产，实现了一键自动切换生产车型。

4.通过相同的特殊夹具底座，实现了所有夹具与码垛机器人的叉取兼容；焊接夹具通过仓储系统堆垛机机器人送入焊接工位，焊接工位上专用的定位机构实现焊接夹具与三轴变位机精确定位安装，解决柔性自动生产中易出现的夹具重复精度不足的问题。

5.设计了专门的维修单元，维修单元中有用于定位焊接夹具的特殊维修用工装，焊接夹具可通过此单元转移至三坐标检测区域进行检测。

6.设计有独立的设备检修通道，方便设备检修。

7.设计有集中排烟系统，生产线集中排烟除尘。

附图说明

图1为柔性焊接生产线正面轴测图；

图2为柔性焊接生产线背面轴测图；

图3为主体钢结构背面轴测图；

图4为主体钢结构正面轴测图；

图5为柔性焊接生产线背面视图；

图6为三轴变位机轴测图；

图7为工装检修单元轴测图；

图8为夹具和夹具定位自锁机构轴测图一；

图9为夹具和夹具定位自锁机构俯视图；

图10为夹具和夹具定位自锁机构轴测图二；

图11和水平压紧机构结构图；

图12为竖直压紧机构结构图。

标号说明：主体钢结构1、自动化焊接单元2、工装存储单元3、设备检修通道4、工装维修单元5、堆垛机器人6、夹具7、双机器人焊接系统8、三轴变位机9、机器人控制器10、焊接电源11、竖直排烟管12、横向排烟总管13、叉板14、定位板15、夹具定位v型槽16、焊接平台17、检修平台18、推销b19、竖向气缸b20、滑座b21、支座22、滑槽b23、竖直压紧轴b24、滑动轴b25、压紧块b26、横向气缸b27、支座b28、u形压板b29、连杆b30、连杆c31、梯子32、防护栏33、压块b34。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，但本实用新型并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本实用新型权利要求所要求保护的范围。

实施例：如图1-12所示，一种柔性焊接生产线，包括立体多层的主体钢结构，所述主体钢结构1为由型钢与钢管通过螺接或焊接等连接形式装配而成的钢结构建筑。其在底层规划了柔性自动化焊接单元与工装检修单元，在上层规划了工装自动存储系统、集中排烟系统、设备检修通道等。

具体而言，所述主体钢结构的第一层设置有多个自动化焊接单元2与工装维修单元5。所述主体结构的上层设置有多个工装存储单元3与设备检修通道4，所述检修设备通道一端设置有梯子32便于上下，检修通道与梯子边缘设有防护栏保证安全。在所述主体钢结构的一侧设置有堆垛机器人6，还包括多个夹具7，每一幅夹具均装配rfid射频标签系统，且每一幅夹具具有相同的底座，还包括中控系统，所述中控系统驱动所述堆垛机器人进行夹具的存取。其中，所述堆垛机器人设置在主体钢结构的前侧，所述检修设备通道设置在主体钢结构的后侧，所述梯子设置在主体钢结构的左侧。

在本实施例中，所述主体钢结构的第一层设置有一排多个的自动化焊接单元，所述主体钢结构的第一层的一侧端部还设置有工装检修单元。所述主体钢结构的第二层及以上每一层均分别设置有一排多个的工装存储单元。本实施例中的主体钢结构共四层，因此，第一层设置自动化焊接单元，第二层、第三层、第四层均设置工装存储单元，且所述检修通道设置在第二层。

本实施例中，每一个自动化焊接单元都配备有焊接系统，所述焊接系统包括双机器人焊接系统8、排烟系统、三轴变位机9、机器人控制器10、焊接电源11，所述双机器人焊接系统倒挂安装在顶板上，所述三轴变位机安装在地板上，所述机器人控制器与所述焊接电源安装在所述设备检修通道上。

作为本实施例的另一实施方式，所述设备检修通道上设置有集中排烟系统，所述集中排烟系统包括多个竖直排烟管12和一个横向排烟总管13，每一个竖直排烟管的底部出口均设置在所述设备检修通道的底板的排烟口上且分别与一个自动化焊接单元相匹配，每一个竖直排烟管的顶部出口均与所述横向排烟总管相连通，所述横向排烟总管一端封闭一端开口。

本实施例中，所述夹具的底座包括具有左右两个平行叉入口的叉板14，所述叉板底部还具有外轮廓大于叉板外轮廓的定位板15，所述定位板上一侧设置有夹具定位v型槽16、以及侧面贯穿的矩形槽。

而所述三轴变位机包括焊接平台17和夹具定位自锁机构a，所述夹具定位自锁机构a包括固定设置在所述焊接平台上且与所述夹具定位v型槽及矩形槽相配合的推销a，还包括竖直压紧机构a和水平压紧机构a，所述推销a、竖直压紧机构a和水平压紧机构a分设在焊接平台的三侧，用于从三侧对夹具的定位板进行定位。所述竖直压紧机构a包括位于焊接平台下的竖向气缸a与滑座a，所述滑座a上设置有滑槽a，所述滑槽a内滑设有竖直压紧轴a，所述竖向压紧轴上设置有穿过滑槽的滑动轴a，，所述竖直压紧轴a下端与竖向气缸a连接、上端伸出所述焊接平台，且所竖直压紧轴a的顶部设置有压紧块a；所述水平压紧机构a包括横向气缸a、支座a和横向的u形压板a，所述u形压板a的下横臂a与所述支座a铰接，所述u形压板a的下横臂a与连杆a铰接，所述连杆a与横向气缸a铰接，所述u形压板a的上横臂a位于焊接平台上且所述上横臂a的端部设置有压块a。

作为本实施例中的另一实施方式，所述工装检修单元包括检修平台18和夹具定位自锁机构b，所述夹具定位自锁机构b包括固定设置在所述检修平台上且与所述夹具定位v型槽和矩形槽相配合的推销b19，还包括竖直压紧机构b和水平压紧机构b，所述推销a、竖直压紧机构a和水平压紧机构a分设在焊接平台的三侧，用于从三侧对夹具的定位板进行定位。所述竖直压紧机构b包括位于检修平台下的竖向气缸b20与滑座b21，所述竖向气缸b固定在支座22上，所述滑座b固定在支座上，所述滑座与检修平台的底面固定连接。所述滑座b上设置有滑槽b23，所述滑槽b内滑设有竖直压紧轴b24，所述竖向压紧轴上设置有穿过滑槽的滑动轴b25。在本实施例中，所述滑槽为竖直设置，且所述滑槽上部具有横向弯曲的弯曲段，通过弯曲段，可实现竖向压紧轴的横向的小移动，以便于调整压紧位置。所述竖直压紧轴b下端与竖向气缸b连接、上端伸出所述检修平台，且所竖直压紧轴b的顶部设置有压紧块b26；所述水平压紧机构b包括横向气缸b27、支座b28和横向的u形压板b29，所述支座b与检修平台的底面固定连接，所述u形压板b的下横臂b与所述支座b铰接，所述u形压板b的下横臂b与连杆b30一端铰接，所述连杆b另一端通过连杆c31与横向气缸b铰接，所述u形压板b的上横臂b位于检修平台上且所述上横臂b的端部设置有压块b34。本实施例中的工装检修单元包的夹具定位自锁机构b与三轴变位机的夹具定位自锁机构a结构一致。对夹具进行定位时，先通过堆垛机器人将夹具的定位板放置在焊接平台或检修平台上并通过推销进行粗定位，放置好之后再通过竖直压紧机构和水平压紧机构进行精定位。

本实施例的柔性焊接生产线，1.在整体布局上，开创了上层夹具仓储，下层自动化焊接的独特立体化布局；两系统共用同一片场地，充分利用场地高度空间资源，解决了在较小的场地上实现了多种车型的柔性共线生产。2.设计了多层夹具仓储系统，能够大量有序储存焊接夹具，真正意义上实现夹具库的功能，解决了在现实多车型共线生产中出现的夹具管理混乱问题。3.每幅夹具上装配rfid射频标签系统，配合专用的仓储管理系统与堆垛机器人，高效进行夹具切换，高效管理生产，实现了一键自动切换生产车型。4.通过相同的特殊夹具底座，实现了所有夹具与码垛机器人的叉取兼容；焊接夹具通过仓储系统堆垛机机器人送入焊接工位，焊接工位上专用的定位机构实现焊接夹具与三轴变位机精确定位安装，解决柔性自动生产中易出现的夹具重复精度不足的问题。5.设计了专门的维修单元，维修单元中有用于定位焊接夹具的特殊维修用工装，焊接夹具可通过此单元转移至三坐标检测区域进行检测。6.设计有独立的设备检修通道，方便设备检修。7.设计有集中排烟系统，生产线集中排烟除尘。

本实施例中的，堆垛机器人、双机器人焊接系统、三轴变位机、机器人控制器以及中控系统等为现有技术，在此不再赘述。

另外，本实施例中还提供一种同一工位双夹具的柔性焊接生产线的夹具焊接工位切换方法，并采用上述柔性焊接生产线，按以下步骤进行切换：

(1)在中控系统的触摸屏输入生产切换指令；

(2)程序自检确认是否满足切换条件(即所有传感器都满足生产切换条件，不满足时需根据提示解除相关警告)，满足切换条件下，生产线开始柔性切换生产车型；

(3)所有焊接夹具与三轴变位机脱离锁定；

(4)堆垛机器人行至第一工位并叉出夹具，同时读取出夹具上的rfid信息；

(5)通过rfid辨别出夹具身份后，堆垛机器人将夹具运回夹具库；

(6)根据下达的产品生产切换指令，堆垛机行至相关产品夹具位置，堆垛机读取夹具rfid辨别夹具身份，堆垛机确认夹具身份后，叉出新产品夹具并行至第一工位后与夹具分离，夹具与三轴变位机的夹具定位自锁机构启动，同时将锁定信号发送至中控系统；

(7)第一工位三轴变位机启动，三轴变位机另一侧夹具进入切换位置；

(8)重复步骤(4)～(6)，完成第一工位夹具切换；

(9)中控系统获取第一工位两幅夹具的锁定信号后，进行下一工位的夹具切换，直至所有工位夹具切换完毕。

其中，同一工位可设置有一个或者多个夹具。

另外，本实施例中还提供一种柔性焊接生产线的夹具检修工位切换方法，并采用上述柔性焊接生产线，按以下步骤进行切换：

(1)在中控系统的触摸屏输入维修指令，选择屏幕中待维修夹具；

(2)中控系统从仓储数据库中获取待维修夹具的实际位置，若夹具位于三轴变位机上，则打开三轴变位机上的自锁机构，堆垛机器人行至三轴变位机处叉取夹具；若夹具位于仓储库中，堆垛机器人直接行至仓储库对应夹具位置叉取夹具；

(3)堆垛机器人叉出待维修夹具并行至维修工位后与夹具分离，同时将维修信号发送至中控系统；

(4)夹具与工装检修单元的夹具定位自锁机构启动，同时将锁定信号发送至中控系统，工人进行设备检修及检测作业；

(5)堆垛机器人行至维修工位并叉出夹具，同时读取出夹具上的rfid信息；

(6)通过rfid辨别出夹具身份后，若夹具为非在生产车型，堆垛机器人将夹具运回夹具库；若夹具为在生产车型，堆垛机器人将夹具运至相关生产工位。

本实施例生产线所服务生产工况为在一个300平方米的场地中实现5款摩托车产品的柔性共线生产。各款摩托车产品之间结构差异较大，每款摩托车产品需10套焊接夹具，需实现50套焊接夹具的柔性自动共线存储与切换。本生产线结合了自动化立体仓储与柔性自动化生产技术。通过码垛机器人结合立体仓储库，解决了在较小的空间内实现大量储存工装夹具的问题；通过相同的特殊夹具底座，实现了所有夹具与码垛机器人的叉取兼容；通过特殊的机构实现了在夹具切换后保持较高重复位置精度；设计了专门的维修单元，维修单元中有用于定位焊接夹具的特殊维修用工装，焊接夹具可通过此单元转移至三坐标检测区域进行检测；通过在每幅夹具上装配rfid射频标签系统实现焊接夹具的自动入库，检测或维修完成的焊接夹具可凭rfid自动入库。