本實(shí)用新型涉及一種焊接機(jī)器人工作站，具體的說是一種多工位船用船用低速機(jī)氣閥焊接機(jī)器人工作站，屬于焊接加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

船用低速柴油機(jī)進(jìn)排氣門堆焊工藝復(fù)雜，傳統(tǒng)多采用人工方式進(jìn)行堆焊操作，勞動強(qiáng)度大，焊接效率低，焊接一致性差，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。而氣閥更是船用發(fā)動機(jī)中的關(guān)鍵零件，其質(zhì)量直接決定了發(fā)動機(jī)的大修時(shí)間和壽命，目前國內(nèi)外主要有兩種低速機(jī)氣閥，一種是整體Nimonic 80A材料氣閥，Nimonic 80A材料強(qiáng)度高，耐高溫性能和耐腐蝕性能好，但價(jià)格昂貴；另一種是MAN B&W公司研制的duraspindle氣閥，這種氣閥在盤底和閥面分別使用鎳基高溫合金Inconel 625和Inconel 718材料焊接，從而實(shí)現(xiàn)氣閥關(guān)鍵部位的耐高溫和耐腐蝕性能要求，這種氣閥可延長50%的大修時(shí)間，且價(jià)格較低，極具優(yōu)勢。目前國內(nèi)的低速機(jī)氣閥使用基本依賴進(jìn)口，尚無力自行生產(chǎn)。國外目前的低速機(jī)氣閥焊接設(shè)備多采用單工位，且自動化程度較低。然而，Duraspindle氣閥需要將盤底和閥面部位焊接兩種不同的鎳基高溫合金，其中需要將盤底整體包覆焊接Inconel 625材料，焊層厚度約12mm；閥面部位需要焊接Inconel 718材料，這就涉及到一個(gè)多層多道焊的問題，焊接過程中除電流、電壓、焊槍擺寬、擺頻、氣體流量等參數(shù)外，還有一個(gè)非常重要的參數(shù)：層間溫度，多層多道焊接中，層與層之間的溫度需要嚴(yán)格控制，它直接影響到焊接的成型質(zhì)量。在工件一層焊接完后需要等待工件冷卻至要求的層間溫度一下，這段時(shí)間內(nèi)機(jī)器人處于等待狀態(tài)，焊接效率低；焊接后的焊層表面會有焊渣、飛濺、氧化層等雜質(zhì)，需要打磨裝置清除，而目前多為手動清除，效率低，清理效果差；目前的焊接機(jī)器人工作站集成度較低，各個(gè)部件處于單獨(dú)工作，不能聯(lián)動，自動化程度較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題，是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)合理、性能穩(wěn)定，自動化程度及系統(tǒng)集成度高的船用低速機(jī)氣閥焊接機(jī)器人工作站，能夠提高焊接效率及焊接質(zhì)量。

為了解決以上技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種船用低速機(jī)氣閥焊接機(jī)器人工作站，包括焊接機(jī)器人、焊接電源、電路控制系統(tǒng)及氣路控制系統(tǒng)，所述電路控制系統(tǒng)包括機(jī)器人控制柜、機(jī)器人示教器，所述氣路控制系統(tǒng)包括焊接氣柜，其特征在于：所述工作站內(nèi)還設(shè)有至少一臺變位機(jī)及工具切換平臺，所述變位機(jī)通過電路控制系統(tǒng)及氣路控制系統(tǒng)與焊接機(jī)器人配合協(xié)同運(yùn)動；所述工具切換平臺包括分別設(shè)置于焊接機(jī)器人的后側(cè)的焊槍工裝臺及打磨工裝臺，及固定于焊接機(jī)器人的前側(cè)的清槍操作臺；所述焊槍工裝臺、打磨工裝臺與焊接機(jī)器人之間設(shè)有免干擾裝置；

所述電路控制系統(tǒng)還包括工作站總控制器，所述工作站總控制器包括機(jī)柜、安裝于機(jī)柜內(nèi)的PLC控制系統(tǒng)、安裝于機(jī)柜外表面的控制面板；所述工作站總控制器通過Profibus DP總線與機(jī)器人控制柜通訊連接，實(shí)現(xiàn)相互信息交互，并通過I/O模塊獲取傳感信息，控制焊接機(jī)器人動作；

所述焊接電源通過Device net 與機(jī)器人控制柜連接以控制焊接系統(tǒng)；

所述機(jī)器人控制柜通過電信號與變位機(jī)、機(jī)器人本體、機(jī)器人示教器、工具切換平臺通訊連接；

所述氣路控制系統(tǒng)還包括壓縮空氣系統(tǒng)，所述壓縮空氣系統(tǒng)包括空氣壓縮機(jī)和空氣干燥器，通過管路與焊接氣柜連接。

本實(shí)用新型進(jìn)一步限定的技術(shù)方案是：前述的船用低速機(jī)氣閥焊接機(jī)器人工作站，變位機(jī)為L型變位機(jī)，包括L臂及固定于底座上的立柱，所述立柱通過第一減速器與L臂相連接，所述L臂包括與立柱同一平面內(nèi)平行設(shè)置的立軸，所述立軸的末端向背離立柱的一側(cè)延伸形成橫軸，所述橫軸的上表面固定有第二減速器，所述第二減速器的上方固定有氣動卡盤；所述第一、第二減速分別機(jī)通過安裝于立柱及L臂內(nèi)部的伺服電機(jī)驅(qū)動控制L臂實(shí)現(xiàn)雙軸360°旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步的，前述的船用低速機(jī)氣閥焊接機(jī)器人工作站，變位機(jī)至少為一臺；當(dāng)變位機(jī)為一臺時(shí)，與所述機(jī)器人相對放置，當(dāng)變位機(jī)為兩臺時(shí)，所述機(jī)器人放置于兩臺變位機(jī)之間，當(dāng)變位機(jī)為三臺時(shí)，所述機(jī)器人與變位機(jī)在同一平面內(nèi)互成直角擺放。

進(jìn)一步的，前述的，焊接工作臺包括通過固定件安裝于地面的工裝柜，所述工裝柜的內(nèi)部放置有氣柜，所述工裝柜的上表面設(shè)有倒置的U型焊槍定位支架，所述U型焊槍定位支架的上表面一側(cè)安裝有上部設(shè)有凹槽的焊槍定位座，另一側(cè)固定有焊槍墊塊，所述焊槍定位座的凹槽內(nèi)卡接有焊槍的端部，所述焊槍的另一端固定于焊槍墊塊上；所述焊槍的上部設(shè)有焊槍轉(zhuǎn)接法蘭，所述轉(zhuǎn)接法蘭的頂部與遮蓋板下方的一端相觸接，所述遮蓋板的另一端通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝于氣缸安裝板的上端，所述氣缸安裝板的下端固定于焊槍定位支架上。

進(jìn)一步的，前述的船用低速機(jī)氣閥焊接機(jī)器人工作站，焊槍為水冷焊槍，所述焊槍的柄部通過固定支架安裝有溫度監(jiān)控機(jī)構(gòu)，所述溫度監(jiān)控機(jī)構(gòu)為紅外測溫裝置，所述紅外測溫裝置的測溫范圍為0~500℃，與工作站總控制系統(tǒng)通訊連接，用于測量工件焊接后的溫度；所述溫度監(jiān)控機(jī)構(gòu)的下方安裝有防碰撞傳感器。

進(jìn)一步的，前述的船用低速機(jī)氣閥焊接機(jī)器人工作站，所述打磨裝置工作臺包括通過固定件安裝于地面的工裝柜，所述工裝柜所述工裝柜的上表面設(shè)有倒置的U型定位支架，所述U型定位支架的上表面固定有定位盤，所述定位盤內(nèi)卡接有浮動打磨裝置，所述浮動打磨裝置的一側(cè)通過法蘭支架固定有打磨連接法蘭，所述法蘭支架通過側(cè)定位塊與側(cè)定位支架固定連接，所述側(cè)定位支架固定于定位支架上。

進(jìn)一步的，前述的船用低速機(jī)氣閥焊接機(jī)器人工作站，焊槍與浮動打磨裝置分別通過氣動快換器與機(jī)器人第六軸法蘭盤相連接。

進(jìn)一步的，前述的船用低速機(jī)氣閥焊接機(jī)器人工作站，變位機(jī)的L臂下方設(shè)有自動升降臺，通過安裝于內(nèi)部的高度感應(yīng)器控制升降。

進(jìn)一步的，前述的船用低速機(jī)氣閥焊接機(jī)器人工作站，清槍操作臺包括底座及固定安裝于底座上的支架，所述支架上設(shè)有清槍機(jī)構(gòu)、剪絲機(jī)構(gòu)及噴防濺液機(jī)構(gòu)；所述清槍機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)鉸刀及電機(jī)，所述電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)鉸刀轉(zhuǎn)動；所述剪絲機(jī)構(gòu)包括剪絲器及驅(qū)動剪絲器運(yùn)動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所述剪絲器的正下方設(shè)有托盤；所述噴防濺液機(jī)構(gòu)包括噴頭、油壺、泵、防濺液容器、廢液容器，所述油壺外置于支架一側(cè)，所述噴頭置于所述油壺中，所述泵連接防濺液容器和噴頭，所述油壺底部設(shè)有廢液出口，所述廢液出口通過管道連接廢液容器。

進(jìn)一步的，前述的船用低速機(jī)氣閥焊接機(jī)器人工作站，平衡架包括固定于地面的高度可調(diào)節(jié)的平衡架支座，所述平衡架支座的頂端通過軸承與平衡架支架梁的一端固定連接，所述平衡架支架梁與平衡架支座在同一平面相互垂直；所述平衡架支架梁上安裝有直線導(dǎo)軌，通過直線導(dǎo)軌懸掛有一組平衡器懸掛板，所述平衡器懸掛板的末端固定有彈簧平衡器93，所述彈簧平衡器通過平衡器懸掛板沿直線導(dǎo)軌往復(fù)滑動；所述平衡架支架梁的另一端則設(shè)置有用以限位平衡器懸掛板的導(dǎo)軌擋板。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型的船用低速機(jī)氣閥焊接機(jī)器人工作站，根據(jù)不同的需求，在工作站內(nèi)放置多臺變位機(jī)，采用多工位焊接，提高了工件的焊接效率；同時(shí)，在焊槍上設(shè)置的紅外測溫儀可精確控制焊接層間溫度，提高焊接質(zhì)量；通過設(shè)置氣動快換器，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與焊槍及打磨裝置的快速切換，自動化程度高；且，所有的設(shè)備組件均與工作站總控制器通訊，系統(tǒng)集成度高，可實(shí)現(xiàn)焊接工作的一鍵完成。

本實(shí)用新型焊接效率高，系統(tǒng)集成度高，自動化程度高，可滿足duraspindle氣閥盤底和閥面雙金屬焊接，從而打破低速機(jī)氣閥依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)低速機(jī)氣閥國產(chǎn)化，能夠滿足需要開展此項(xiàng)工作的市場需求。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型的側(cè)視圖。

圖3為本實(shí)用新型的變位機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實(shí)用新型的快換器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本實(shí)用新型的焊槍工裝臺結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本實(shí)用新型的打磨裝置工裝臺結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本實(shí)用新型的焊槍結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本實(shí)用新型的清槍結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為本實(shí)用新型的清槍結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖10為本實(shí)用新型的平衡架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11為本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)原理圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例提供的一種船用低速機(jī)氣閥焊接機(jī)器人工作站，結(jié)構(gòu)如圖1至圖6所示，包括焊接機(jī)器人、控制系統(tǒng)、雙軸L型變位機(jī)及工具切換平臺。

其中，焊接機(jī)器人設(shè)置于工作站的中心位置，變位機(jī)可設(shè)置多臺。當(dāng)變位機(jī)為單臺擺放時(shí)，與焊接機(jī)器人面對面放置；為雙臺擺放時(shí)，則位于焊接機(jī)器人的兩側(cè)；當(dāng)為3臺時(shí)，則與機(jī)器人各呈90度擺放，滿足多工位焊接。本實(shí)施例中變位機(jī)選用的數(shù)量為雙臺。

該雙軸L型變位機(jī)7包括L臂25及固定于底座上的立柱27，立柱的內(nèi)部設(shè)有第一伺服電機(jī)，第一伺服電機(jī)與第一減速器26相連接，而立柱則通過第一減速器與L臂相連接。L臂則包括與立柱同一平面內(nèi)平行設(shè)置的立軸，該立軸的末端向背離立柱的一側(cè)延伸形成橫軸，而在橫軸的內(nèi)部則設(shè)有第二伺服電機(jī)，該橫軸通過第二伺服電機(jī)與其上表面的第二減速器21相連接，在第二減速器的上方固定有氣動卡盤22，通過氣動卡盤卡接工件，氣動卡盤將工件準(zhǔn)確定位和可靠夾緊，與PLC通過硬接線通訊，夾緊信號和打開信號由PLC控制

工具切換平臺包括焊接工裝臺15、打磨裝置工裝臺16及清槍操作臺9。其中，焊接工裝臺及打磨裝置工裝臺分別設(shè)置于焊接機(jī)器人的后側(cè)兩端，而清槍操作臺則設(shè)置于焊接機(jī)器人的前方。

焊接工作臺包括通過固定件安裝于地面的工裝柜47，該工裝柜的內(nèi)部放置有氣柜48，而在工裝柜的上表面則設(shè)有倒U型的焊槍定位支架41，該焊槍定位支架的上表面一側(cè)安裝有上部設(shè)有凹槽的焊槍定位座42，另一側(cè)固定有焊槍墊塊46，在焊槍定位座的凹槽內(nèi)卡接有焊槍的端部，而焊槍的另一端則固定于焊槍墊塊上。同時(shí)，在焊槍的上部設(shè)有焊槍轉(zhuǎn)接法蘭43，轉(zhuǎn)接法蘭的頂部與遮蓋板45下方的一端相觸接，而遮蓋板的另一端則通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝于氣缸安裝板44的上端，氣缸安裝板的下端則固定于焊槍定位支架上。本實(shí)施例中選用的焊槍為水冷焊槍，該焊槍包括焊槍頸部63及焊槍柄部64。其中，焊槍頸部具有向下彎延的噴嘴62，在噴嘴的內(nèi)部放置有鎳基合金的焊絲61。而焊槍的柄部則通過固定支架安裝有溫度監(jiān)控機(jī)構(gòu)，本實(shí)施例中溫度監(jiān)控機(jī)構(gòu)為紅外測溫裝置65，測溫范圍為0~500℃，與工作站總控制系統(tǒng)通訊連接，用于測量工件焊接后的溫度。在溫度監(jiān)控機(jī)構(gòu)的下方還安裝有防碰撞傳感器66。

打磨裝置工作臺同樣也包括通過固定件安裝于地面的工裝柜51，在工裝柜所述工裝柜的上表面也設(shè)有倒U型的定位支架56，在定位支架的上表面通過連接件固定有定位盤52，通過定位盤卡接有浮動打磨裝置，而浮動打磨裝置的一側(cè)通過法蘭支架55固定有打磨連接法蘭53，同時(shí)法蘭支架通過側(cè)定位塊54與側(cè)定位支架固定連接，而側(cè)定位支架固定于定位支架上。在浮動打磨裝置的前端裝有鋼絲刷頭，通過供氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)該浮動打磨裝置的浮動，使鋼絲刷頭高速旋轉(zhuǎn)，用于打磨清潔焊接面。

同時(shí)，焊槍及浮動打磨裝置分別通過安裝于焊接機(jī)器人第6軸31末端的氣動快換器與各自的連接法蘭連接，實(shí)現(xiàn)焊槍及打磨裝置的快速切換。

該快換器包括主盤及工具盤，主盤的上端連接有端蓋，在端蓋內(nèi)還設(shè)置有微動開關(guān)，端蓋上端設(shè)置有用于連接機(jī)器人法蘭的第一連接件，端蓋上端還設(shè)置有定位銷孔，主盤內(nèi)設(shè)置有活塞，活塞的外周設(shè)置有保持架，保持架與主盤一體成型；還設(shè)置有與活塞匹配的活塞連接件，活塞連接件的一端位于端蓋內(nèi)，另一端伸入主盤與活塞匹配，工具盤內(nèi)設(shè)置有連接圈，連接圈與工具盤一體成型；并在工具盤與活塞之間設(shè)置有定位鋼珠，保持架下端設(shè)置有與定位鋼珠配合的定位孔。

清槍操作臺包括底座及固定安裝與底座上的支架。在支架上安裝有清槍機(jī)構(gòu)、剪絲機(jī)構(gòu)及噴防濺液機(jī)構(gòu)；該清槍機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)鉸刀85及電機(jī)82，通過電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)鉸刀轉(zhuǎn)動；而剪絲機(jī)構(gòu)包括剪絲器83及驅(qū)動剪絲器運(yùn)動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，在剪絲器的正下方設(shè)有托盤81；防噴濺液機(jī)構(gòu)包括噴頭、油壺、泵、防濺液容器、廢液容器，油壺84外置位于支架上，噴頭則置于所述油壺中，而泵連接防濺液容器和噴頭，同時(shí)，在油壺底部還設(shè)有廢液出口，該廢液出口通過管道連接廢液容器。

而在焊接工裝臺、打磨裝置工裝臺與變位機(jī)之間還對稱設(shè)置有平衡架5，以固定焊槍軟管、水管和打磨裝置氣管、電纜等。該平衡架包括固定于地面的高度可調(diào)節(jié)的平衡架支座91，而在平衡架支座的頂端通過軸承92與平衡架支架梁94的一端固定連接，該平衡架支架梁與平衡架支座在同一平面相互垂直。平衡架支架梁上安裝有直線導(dǎo)軌，通過直線導(dǎo)軌懸掛有一組平衡器懸掛板95，而在平衡器懸掛板的末端則固定有彈簧平衡器93。該彈簧平衡器通過平衡器懸掛板沿直線導(dǎo)軌往復(fù)滑動。在平衡架支架梁的另一端則設(shè)置有導(dǎo)軌擋板96，用以限位平衡器懸掛板。

控制系統(tǒng)則包括設(shè)置于焊槍工裝臺后方的焊接氣柜1、焊接電源2、機(jī)器人控制柜3，及設(shè)置于清槍操作臺前方的工作站總控制器10。其中，焊接電源通過Device net 與機(jī)器人控制柜連接以控制焊接系統(tǒng)，而機(jī)器人控制柜通過（）與變位機(jī)、機(jī)器人本體、機(jī)器人示教器、清槍操作臺、焊槍工裝臺及打磨工裝臺相連接；工作站總控制器設(shè)有觸摸屏、PLC及相關(guān)低壓配件（），通過Profibus DP總線與機(jī)器人控制系統(tǒng)通訊，實(shí)現(xiàn)相互信息交互，并通過I/O模塊獲取傳感信息，控制個(gè)氣缸動作。壓縮空氣系統(tǒng)包括空氣壓縮機(jī)和空氣干燥器，通過氣路與焊接氣柜連接。

工作站總控制系統(tǒng)采用PLC為主控制器，與機(jī)器人控制器、變位機(jī)氣動卡盤、焊接電源、打磨裝置、清槍裝置、紅外測溫裝置、氣動快換器燈相通訊，在PLC控制系統(tǒng)內(nèi)建立工件信息管理系統(tǒng)，再通過機(jī)器人示教器將相應(yīng)工件的機(jī)器人焊接軌跡記錄在機(jī)器人控制器內(nèi)，通過建立零件和焊接參數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)，焊接前僅需輸入產(chǎn)品名稱型號等信息即可實(shí)現(xiàn)一鍵式自動化焊接，同時(shí)焊接時(shí)的各種參數(shù)直觀的顯示在監(jiān)視屏上，操作員在工作站外部對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行操作，監(jiān)控生產(chǎn)進(jìn)程，安全高效；工件焊接時(shí)的焊接參數(shù)、工件信息、產(chǎn)品信息等記錄在PLC中，可通過USB設(shè)備導(dǎo)出，方便追溯產(chǎn)品生產(chǎn)過程。

機(jī)器人工作站的具體動作如下：

具體使用時(shí)，先將機(jī)器人調(diào)到示教模式，通過示教盒對機(jī)器人進(jìn)行編程，確定焊槍運(yùn)動的姿態(tài)與運(yùn)動軌跡，并示教好取槍、放槍、取打磨裝置、打磨程序、放打磨裝置等動作程序然后在進(jìn)行焊接時(shí)再將機(jī)器人調(diào)到自動模式，焊槍即會按照示教模式編好的程序運(yùn)動焊接。

選擇好需要焊接的工件和所需變位機(jī)臺位后，通過吊裝設(shè)備自動上料，機(jī)器人工作站的機(jī)器人主控制器在收到吊裝設(shè)備的上料信號后，通過I/O模塊控制變位機(jī)打開卡盤，并操縱吊裝設(shè)備移動，并將工件放置到位，點(diǎn)擊觸摸屏選擇相應(yīng)工作臺位進(jìn)行夾裝，操縱吊裝設(shè)備放下工件，卡盤夾緊，完成工件安裝。

并在工作站總控制器的觸摸屏上繼續(xù)選擇對應(yīng)的工件型號、圖號、工號、和焊接程序等參數(shù)，在自動運(yùn)行頁面點(diǎn)擊相應(yīng)臺位的運(yùn)行按鈕，系統(tǒng)便操縱機(jī)器人開始進(jìn)入自動焊接程序。

機(jī)器人運(yùn)動取焊槍，運(yùn)動至1號變位機(jī)，焊接1號工件，焊完1層后，進(jìn)行清槍剪絲工序，然后放下焊槍，取打磨裝置，對焊完的1號工件進(jìn)行打磨，打磨完成后放下打磨裝置，取焊槍，運(yùn)動至2號變位機(jī)，焊接2號工件，焊完1層后，進(jìn)行清槍剪絲工序，然后放下焊槍，取打磨裝置，對焊完的2號工件進(jìn)行打磨，打磨完成后放下打磨裝置，取焊槍，如此循環(huán)，直至焊完兩個(gè)工件，清槍，打磨，放槍，焊接結(jié)束。由于在焊接中會涉及到多層焊接，需要控制層間溫度，通過紅外測溫系統(tǒng)檢測工件的溫度，并通過模擬量通訊向機(jī)器人主控制器傳遞傳感信息，當(dāng)工件冷卻至要求的溫度以下時(shí)，機(jī)器人自動進(jìn)行后續(xù)焊接。

操縱吊裝設(shè)備夾住工件，卡盤松開，并操縱吊裝設(shè)備取走工件。

除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍。