攪拌摩擦點(diǎn)焊機(jī)器人裝置和利用該裝置焊接的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種攪拌摩擦點(diǎn)焊機(jī)器人裝置和利用該裝置焊接的方法，該裝置包括主機(jī)頭、主機(jī)頭控制系統(tǒng)、六自由度機(jī)器人、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、人機(jī)交互操作系統(tǒng)和焊接工作臺(tái)；主機(jī)頭安裝于六自由度機(jī)器人第六軸的安裝法蘭上；主機(jī)頭控制系統(tǒng)通過動(dòng)力電纜、信號電纜以及傳感器電纜與主機(jī)頭連接，控制主機(jī)頭動(dòng)作；機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)通過馬達(dá)電纜和數(shù)據(jù)電纜與六自由度機(jī)器人連接，控制六自由度機(jī)器人動(dòng)作；人機(jī)交互操作系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與主機(jī)頭控制系統(tǒng)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)連接。利用本發(fā)明的裝置和方法，可實(shí)現(xiàn)焊接過程全自動(dòng)化，節(jié)省人力成本，焊接效率高；單點(diǎn)焊接能耗較電阻點(diǎn)焊降低50%，節(jié)能效果顯著，綠色環(huán)保；焊接完成后，焊點(diǎn)處無匙孔。
【專利說明】攪拌摩擦點(diǎn)焊機(jī)器人裝置和利用該裝置焊接的方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種攪拌摩擦點(diǎn)焊領(lǐng)域的焊接裝置，具體涉及一種回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊機(jī)器人裝置。
[0003]本發(fā)明還涉及一種利用該攪拌摩擦點(diǎn)焊機(jī)器人裝置實(shí)現(xiàn)焊接的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]隨著全球資源和環(huán)境保護(hù)問題的日趨嚴(yán)峻，輕量化、低能耗、綠色環(huán)保的制造技術(shù)已經(jīng)成為航空航天、新能源、汽車、軌道車輛等工業(yè)發(fā)展的重要方向。鋁合金、鎂合金等輕金屬合金的應(yīng)用越來越廣泛。特別是鋁合金，除了在傳統(tǒng)的航空航天領(lǐng)域，目前在汽車制造、軌道車輛、船舶制造等，已逐漸取代傳統(tǒng)的黑色金屬，成為主要結(jié)構(gòu)材料。在這些領(lǐng)域中鋁合金的點(diǎn)連接技術(shù)被廣泛采用，傳統(tǒng)的點(diǎn)連接技術(shù)如鉚接、電阻點(diǎn)焊、螺接等，已不能滿足產(chǎn)品在可靠性、效率、成本、耗能、連接質(zhì)量等方面的要求，這些領(lǐng)域?qū)︿X合金的高效、高可靠、綠色環(huán)保的連接技術(shù)提出了迫切需求。
[0005]隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)得到了日益廣泛的應(yīng)用。在加工制造行業(yè)，對許多構(gòu)件的焊接精度和速度等指標(biāo)也提出越來越高的要求，一般人工已難以勝任。因此，攪拌摩擦點(diǎn)焊設(shè)備的全自動(dòng)化已成為重要的研究課題，摩擦點(diǎn)焊機(jī)器人裝置的廣泛應(yīng)用將成為加工制造業(yè)未來發(fā)展的趨勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述一般人工已難以勝任存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題提供一種攪拌摩擦點(diǎn)焊機(jī)器人裝置。
[0007]與此相應(yīng)，本發(fā)明另一個(gè)要解決的技術(shù)問題是提供一種利用該攪拌摩擦點(diǎn)焊機(jī)器人裝置實(shí)現(xiàn)焊接的方法。
[0008]就攪拌摩擦點(diǎn)焊機(jī)器人裝置而言，本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的攪拌摩擦點(diǎn)焊機(jī)器人裝置包括:
主機(jī)頭、主機(jī)頭控制系統(tǒng)、六自由度機(jī)器人、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、人機(jī)交互操作系統(tǒng)和焊接工作臺(tái)；
所述主機(jī)頭安裝于六自由度機(jī)器人第六軸的安裝法蘭上，主機(jī)頭控制系統(tǒng)通過系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)總線、動(dòng)力電纜、信號電纜以及傳感器電纜與主機(jī)頭連接，控制主機(jī)頭動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)焊接功能；所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)通過馬達(dá)電纜和數(shù)據(jù)電纜與六自由度機(jī)器人連接，控制六自由度機(jī)器人動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)空間定位；人機(jī)交互操作系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與主機(jī)頭控制系統(tǒng)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)連接，提供一種人機(jī)交互的操作界面，實(shí)現(xiàn)對主機(jī)頭和六自由度機(jī)器人的聯(lián)合控制。
[0009]較佳地，所述主機(jī)頭包括三個(gè)伺服電機(jī)和一套相互運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過伺服電機(jī)控制滾珠絲杠軸向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊。
[0010]較佳地，所述的主機(jī)頭及主機(jī)頭控制系統(tǒng)采用運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行控制，通過所述系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)總線控制多個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)而控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)；所述運(yùn)動(dòng)控制器選用PLC進(jìn)行邏輯控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壓力、位移、轉(zhuǎn)角、溫度等多種傳感器的數(shù)據(jù)采集，同時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各種開關(guān)量的輸入、輸出。
[0011]較佳地，所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)通過馬達(dá)電纜和數(shù)據(jù)電纜與六自由度機(jī)器人連接，實(shí)現(xiàn)X、Y、Z、a、β、Y六個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)控制，從而控制主機(jī)頭的空間姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)主機(jī)頭任意位置的精確定位以及空間姿態(tài)的快速變化。
[0012]較佳地，所述的人機(jī)交互操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主機(jī)頭和六自由度機(jī)器人的聯(lián)合控制，避免主機(jī)頭、六自由度機(jī)器人、焊接工件之間的相互干涉，并使主機(jī)頭到達(dá)加工位置后及時(shí)進(jìn)行焊接操作，確保工作效率。
[0013]就攪拌摩擦點(diǎn)焊機(jī)器人裝置實(shí)現(xiàn)焊接的方法而言，本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的焊接步驟包括:
a.預(yù)先設(shè)置好六自由度機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的參考坐標(biāo)系，通過六自由度機(jī)器人將主機(jī)頭移動(dòng)至相應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)，使主機(jī)頭重復(fù)定位精度小于0.3mm ；
b.根據(jù)焊接工況，即工件的材料、厚度，選定與焊接工況相適應(yīng)的工藝配方，即焊接工具的行程、旋轉(zhuǎn)速度、焊接時(shí)間；
c.按下“開始焊接”按鈕，主機(jī)頭上的點(diǎn)焊頭下壓，待壓力值保持穩(wěn)定；
d.系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)正常則“開始焊接”指示燈閃爍，再次按下“開始焊接”按鈕，主機(jī)頭內(nèi)的伺服電機(jī)控制運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過所述運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)焊接工具按照工藝配方設(shè)置的參數(shù)動(dòng)作，完成回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊焊接。
[0014]較佳地，所述焊接工件的厚度的0.8?4mm。
[0015]較佳地，所述焊接工具的行程為O?10mm。
[0016]較佳地，所述焊接工具的旋轉(zhuǎn)速度為O?3000rpm。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明存在以下技術(shù)效果:
(1)焊接過程全自動(dòng)化，節(jié)省人力成本，焊接效率高；
(2)主機(jī)頭重復(fù)定位精度高:<0.3mm ;
(3)單點(diǎn)焊接能耗較電阻點(diǎn)焊降低50%，節(jié)能效果顯著，綠色環(huán)保；
(4)焊點(diǎn)剪切強(qiáng)度相對同直徑同材料電阻點(diǎn)焊提高30%，焊點(diǎn)可靠性高；
(5)焊接完成后，焊點(diǎn)處無匙孔。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明攪拌摩擦點(diǎn)焊機(jī)器人裝置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下通過較佳實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行說明，但下述實(shí)施例并不能限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明的攪拌摩擦點(diǎn)焊機(jī)器人裝置包括:主機(jī)頭1、主機(jī)頭控制系統(tǒng)
2、六自由度機(jī)器人3、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)4、人機(jī)交互操作系統(tǒng)5和焊接工作臺(tái)；所述主機(jī)頭I安裝于六自由度機(jī)器人3第六軸的安裝法蘭上，主機(jī)頭控制系統(tǒng)2通過系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)總線、動(dòng)力電纜、信號電纜以及傳感器電纜與主機(jī)頭I連接，控制主機(jī)頭I動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)焊接功能；所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)4通過馬達(dá)電纜和數(shù)據(jù)電纜與六自由度機(jī)器人3連接，控制六自由度機(jī)器人3動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)空間定位；人機(jī)交互操作系統(tǒng)5通過以太網(wǎng)與主機(jī)頭控制系統(tǒng)2、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)4連接，提供一種人機(jī)交互的操作界面，實(shí)現(xiàn)對主機(jī)頭I和六自由度機(jī)器人3的聯(lián)合控制。
[0021]較佳地，所述主機(jī)頭I包括三個(gè)伺服電機(jī)和一套相互運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過伺服電機(jī)控制滾珠絲杠軸向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊。
[0022]較佳地，所述的主機(jī)頭I及主機(jī)頭控制系統(tǒng)2采用運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行控制，通過所述系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)總線控制多個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)而控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)；所述運(yùn)動(dòng)控制器選用PLC進(jìn)行邏輯控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壓力、位移、轉(zhuǎn)角、溫度等多種傳感器的數(shù)據(jù)采集，同時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各種開關(guān)量的輸入、輸出。
[0023]較佳地，所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)4通過馬達(dá)電纜和數(shù)據(jù)電纜與六自由度機(jī)器人
3連接，實(shí)現(xiàn)X、Y、Ζ、α、β、Y六個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)控制，從而控制主機(jī)頭I的空間姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)主機(jī)頭I任意位置的精確定位以及空間姿態(tài)的快速變化。
[0024]較佳地，所述的人機(jī)交互操作系統(tǒng)5實(shí)現(xiàn)主機(jī)頭I和六自由度機(jī)器人3的聯(lián)合控制，避免主機(jī)頭1、六自由度機(jī)器人3、焊接工件之間的相互干涉，并使主機(jī)頭I到達(dá)加工位置后及時(shí)進(jìn)行焊接操作，確保工作效率。
[0025]利用WinCC flexible的配方功能和SQL Server數(shù)據(jù)庫建立一個(gè)完備的攪拌摩擦點(diǎn)焊工藝庫。系統(tǒng)可以根據(jù)不同的焊接工況(工件的材料、厚度等)，選擇與之相適應(yīng)的工藝配方(焊接工具的行程、旋轉(zhuǎn)速度、焊接時(shí)間等)。
[0026]利用上述攪拌摩擦點(diǎn)焊機(jī)器人裝置實(shí)現(xiàn)的焊接方法其步驟包括:
a.預(yù)先設(shè)置好六自由度機(jī)器人3運(yùn)動(dòng)的參考坐標(biāo)系，通過六自由度機(jī)器人3將主機(jī)頭I移動(dòng)至相應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)，使主機(jī)頭I重復(fù)定位精度小于0.3mm ；
b.根據(jù)焊接工況，即工件的材料、厚度，選定與焊接工況相適應(yīng)的工藝配方，即焊接工具的行程、旋轉(zhuǎn)速度、焊接時(shí)間；較佳地，所述焊接工件的厚度為0.8?4mm;優(yōu)選的，所述焊接工具的行程為O?IOmm,旋轉(zhuǎn)速度為O?3000rpm,焊接時(shí)間為任意可調(diào)。
[0027]c.按下“開始焊接”按鈕，主機(jī)頭I上的點(diǎn)焊頭下壓，待壓力值保持穩(wěn)定，范圍控制在 100 ?300bar ；
d.系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)正常則“開始焊接”指示燈閃爍，再次按下“開始焊接”按鈕，主機(jī)頭I內(nèi)的伺服電機(jī)控制運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過所述運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)焊接工具按照工藝配方設(shè)置的參數(shù)動(dòng)作，完成回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊焊接。
[0028]以上公開的僅為本申請的優(yōu)選的具體實(shí)施例，但本申請并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化，都應(yīng)落在本申請的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種攪拌摩擦點(diǎn)焊機(jī)器人裝置，其特征在于，包括: 主機(jī)頭、主機(jī)頭控制系統(tǒng)、六自由度機(jī)器人、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、人機(jī)交互操作系統(tǒng)和焊接工作臺(tái)； 所述主機(jī)頭安裝于六自由度機(jī)器人第六軸的安裝法蘭上； 所述主機(jī)頭控制系統(tǒng)通過動(dòng)力電纜、信號電纜以及傳感器電纜與主機(jī)頭連接，控制主機(jī)頭動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)焊接功能； 所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)通過馬達(dá)電纜和數(shù)據(jù)電纜與六自由度機(jī)器人連接，控制六自由度機(jī)器人動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)空間定位； 所述人機(jī)交互操作系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與主機(jī)頭控制系統(tǒng)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)連接，提供一種人機(jī)交互的操作界面，實(shí)現(xiàn)對主機(jī)頭和六自由度機(jī)器人的聯(lián)合控制。
2.如權(quán)利要求1所述的攪拌摩擦點(diǎn)焊機(jī)器人裝置，其特征在于，所述主機(jī)頭包括三個(gè)伺服電機(jī)和一套相互運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過伺服電機(jī)控制滾珠絲杠軸向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊。
3.如權(quán)利要求1所述的攪拌摩擦點(diǎn)焊機(jī)器人裝置，其特征在于，所述的主機(jī)頭及主機(jī)頭控制系統(tǒng)采用運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行控制，通過所述系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)總線控制多個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)而控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)；所述運(yùn)動(dòng)控制器選用PLC進(jìn)行邏輯控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壓力、位移、轉(zhuǎn)角、溫度等多種傳感器的數(shù)據(jù)采集，同時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各種開關(guān)量的輸入、輸出。
4.如權(quán)利要求1所述的攪拌摩擦點(diǎn)焊機(jī)器人裝置，其特征在于，所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)通過馬達(dá)電纜和數(shù)據(jù)電纜與六自由度機(jī)器人連接，實(shí)現(xiàn)Χ、Υ、Ζ、α、β、Y六個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)控制，從而控制主機(jī)頭的空間姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)主機(jī)頭任意位置的精確定位以及空間姿態(tài)的快速變化。
5.如權(quán)利要求1所述的攪拌摩擦點(diǎn)焊機(jī)器人裝置，其特征在于，所述的人機(jī)交互操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主機(jī)頭和六自由度機(jī)器人的聯(lián)合控制，避免主機(jī)頭、六自由度機(jī)器人、焊接工件之間的相互干涉，并使主機(jī)頭到達(dá)加工位置后及時(shí)進(jìn)行焊接操作，確保工作效率。
6.一種利用權(quán)利要求1所述的機(jī)器人裝置的焊接方法，其特征在于，該方法步驟包括: a.預(yù)先設(shè)置好六自由度機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的參考坐標(biāo)系，通過六自由度機(jī)器人將主機(jī)頭移動(dòng)至相應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)，使主機(jī)頭重復(fù)定位精度小于0.3mm ； b.根據(jù)焊接工況，即工件的材料、厚度，選定與焊接工況相適應(yīng)的工藝配方，即焊接工具的行程、旋轉(zhuǎn)速度、焊接時(shí)間； c.按下“開始焊接”按鈕，主機(jī)頭上的點(diǎn)焊頭下壓，待壓力值保持穩(wěn)定； d.系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)正常則“開始焊接”指示燈閃爍，再次按下“開始焊接”按鈕，主機(jī)頭內(nèi)的伺服電機(jī)控制運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過所述運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)焊接工具按照工藝配方設(shè)置的參數(shù)動(dòng)作，完成回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊焊接。
7.如權(quán)利要求6所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接工件的厚度為0.8?4mm。
8.如權(quán)利要求6所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接工具的行程為O?10mm。
9.如權(quán)利要求6所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接工具的旋轉(zhuǎn)速度為O?3000rpmo
【文檔編號】B23K20/26GK103801816SQ201210439267
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月7日
【發(fā)明者】張燕, 張衛(wèi)東, 趙維剛, 王力 申請人:上海航天設(shè)備制造總廠