技术领域
[0001] 本发明属于智能焊接技术领域，涉及一种多自由度智能焊接装置及其工作方法。
相关背景技术
[0002] 在钢结构的传统焊接领域，普遍采用人工焊接，人工焊接存在人工劳动强度高、工作环境差和用工成本高的问题；随着智能化的发展，智能化加焊接的技术结合，越来越受到广大企业的青睐。在水利工程建设中，金属管道的焊接十分普遍，现有技术中，针对金属管道的智能焊接方案主要集中于管道与管道之间的对口焊接作业，智能焊接设备沿两个管道的对口处作圆周运动并焊接，例如：申请号：CN202310367024.X的新申请，公开了一种管道全位置旋转电弧焊接装置，包括焊接全位置轨道、焊接小车、TIG电弧旋转焊枪，其中，焊接全位置轨道环绕固定于工件上，该装置现有针对金属管道的智能焊接方案主要适用于平行管道之间或单一管道的焊接作业，不适用于两根管道垂直或呈锐角连接的自动化焊接，且该装置需要结合轨道再进行焊接作业，焊接作业过程繁琐。
具体实施方式
[0031] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0032] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0033] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0034] 参见图1，本发明公开了一种多自由度智能焊接装置，包括动作控制箱体1，动作控制箱体1用于安装布置第一竖向移动机构29和旋转驱动机构30。动作控制箱体1内布置有第一竖向移动机构29，第一竖向移动机构29用于带动旋转驱动机构30和定位柱12竖向运动。第一竖向移动机构29连接旋转驱动机构30，旋转驱动机构30用于带动焊枪13做旋转运动。
旋转驱动机构30上设有定位柱12，定位柱12嵌设在支管道11内后，用于完成装置的初步定位。旋转驱动机构30上设有横向移动机构31，横向移动机构31用于带动焊枪13横向移动。横向移动机构31上设有第二竖向移动机构32，第二竖向移动机构32用于带动焊枪13竖向移动。第二竖向移动机构32上布置有焊枪13，通过旋转驱动机构30、横向移动机构31和第二竖向移动机构32相互配合，实现焊枪13对焊缝的焊接作业。本发明能够实现多自由度焊接，能够实现两根管道垂直或呈锐角连接时的自动化焊接，焊接过程不需要结合轨道再进行焊接作业，便于操作。
[0035] 参见图1，在本发明的另一个可行的实施例中，以下根据情况适应性修改。包括动作控制箱体1，动作控制箱体1内布置有第一竖向移动机构29，第一竖向移动机构29连接旋转驱动机构30，旋转驱动机构30上设有定位柱12，旋转驱动机构30上设有横向移动机构31，横向移动机构31上设有第二竖向移动机构32，第二竖向移动机构32上布置有焊枪13。
[0036] 具体工作时，通过第一竖向移动机构29带动定位柱12竖向移动直至定位柱12嵌设在支管道11上，完成装置的初步定位；通过第二竖向移动机构32和横向移动机构31调节焊枪13与焊缝之间的竖向距离与横向距离；通过至少启动旋转驱动机构30、横向移动机构31和第二竖向移动机构32中的一个机构以完成焊缝焊接作业。
[0037] 实施例一：
[0038] 参见图1，本实施例公开了一种多自由度智能焊接装置，包括动作控制箱体1，动作控制箱体1内布置有第一竖向移动机构29，第一竖向移动机构29连接旋转驱动机构30，旋转驱动机构30上设有定位柱12，旋转驱动机构30上设有横向移动机构31，横向移动机构31上设有第二竖向移动机构32，第二竖向移动机构32上布置有焊枪13。
[0039] 优选的，参见图2和图3，第一竖向移动机构29包括升降驱动电机6，升降驱动电机6连接电源，升降驱动电机6的输出端通过转动装置连接输出齿轮7，输出齿轮7与蜗杆5啮合，蜗杆5连接旋转驱动机构30，蜗杆5、升降驱动电机6和旋转驱动机构30均布置在动作控制箱体1内。
[0040] 优选的，参见图2和图3，旋转驱动机构30包括旋转驱动电机8，旋转驱动电机8连接电源，旋转驱动电机8固定连接蜗杆5，旋转驱动电机8的输出端通过联轴器9连接转轴10，转轴10穿设在动作控制箱体1上并延伸至外部，转轴10上固定设置横向移动机构31，横向移动机构31位于动作控制箱体1的外部。
[0041] 优选的，参见图2和图3，动作控制箱体1内布置有隔板2，隔板2将动作控制箱体1分隔为上腔体3和下腔体4；
[0042] 蜗杆5穿设在隔板2上，升降驱动电机6和输出齿轮7位于上腔体3内，旋转驱动电机8位于下腔体4内，蜗杆5上设有限位盘16，限位盘16位于输出齿轮7与隔板2之间。
[0043] 优选的，参见图2和图3，隔板2上设有第二导向套筒15，第二导向套筒15位于限位盘16与隔板2之间，动作控制箱体1内设有第一导向套筒14，蜗杆5的端部活动嵌设在第一导向套筒14内，输出齿轮7位于第一导向套筒14与限位盘16之间。通过在动作控制箱体1内设置隔板2、限位盘16，用于限定蜗杆5的轴向运动空间，通过设置第一导向套筒14和第二导向套筒15，有利于提升蜗杆5轴向运动的稳定性。
[0044] 优选的，参见图1，动作控制箱体1上设置有连接板26，蜗杆5通过安装圆盘17连接旋转驱动电机8。
[0045] 优选的，参见图4，横向移动机构31包括横向移动面板19，横向移动面板19固定连接转轴10，横向移动面板19转轴10垂直，横向移动面板19上布置有横向导轨20和第一电动推杆24，第一电动推杆24连接电源，横向导轨20和第一电动推杆24平行布置，横向导轨20上滑动设置有第二竖向移动机构32，第二竖向移动机构32连接第一电动推杆24的输出端。
[0046] 优选的，参见图4，第二竖向移动机构32包括竖向移动面板21，竖向移动面板21设置在横向导轨20上，竖向移动面板21与横向导轨20垂直，竖向移动面板21上布置有竖向导轨22和第二电动推杆25，第二电动推杆25连接电源，竖向导轨22和第二电动推杆25平行布置，竖向导轨22上滑动设置有滑块23，滑块23上设有焊枪13。
[0047] 实施例二：
[0048] 参见图1，本实施例公开了一种多自由度智能焊接装置，包括动作控制箱体1，动作控制箱体1内布置有第一竖向移动机构29，第一竖向移动机构29连接旋转驱动机构30，旋转驱动机构30上设有定位柱12，旋转驱动机构30上设有横向移动机构31，横向移动机构31上设有第二竖向移动机构32，第二竖向移动机构32上布置有焊枪13。
[0049] 优选的，参见图5，定位柱12圆台状结构，圆台状结构的用于适配不同管径的支管道11，圆台状的定位柱12的大端连接转轴10，定位柱12上开设有若干环形定位槽18，环形定位槽18的设置有利于提高定位柱12嵌入支管道11后的稳定性。
[0050] 实施例三：
[0051] 参见图1，本实施例公开了一种多自由度智能焊接装置，包括动作控制箱体1，设置在所述动作控制箱体1内的隔板2，通过所述隔板2将所述动作控制箱体1分割为上腔体3和下腔体4，在所述上腔体3内设置有可上下移动的蜗杆5和用于驱动所述蜗杆5动作的升降驱动电机6，所述升降驱动电机6的输出端设置有与所述蜗杆5啮合的输出齿轮7；所述蜗杆5的下端穿过所述隔板2并延伸至所述下腔体4内，在其端部固定安装有旋转驱动电机8，所述旋转驱动电机8的输出端通过联轴器9连接有转轴10，所述转轴10的下端穿过所述动作控制箱体1的下端面并延伸至外部，在所述转轴10的下端部设置有与其呈一体结构并与支管道11匹配使用的定位柱12，在所述转轴10的侧部设置有与其固定连接的调节机构28，并在所述调节机构上安装有焊枪13。
[0052] 参见图2和图3，在动作控制箱体1上端面的内壁设置有第一导向套筒14，在所述隔板2的上端面设置有与所述第一导向套筒14相对的第二导向套筒15，所述蜗杆5的上端套接在所述第一导向套筒14内，下端穿过所述第二导向套筒15和隔板2。
[0053] 在所述蜗杆5的下部还设置有限位盘16。
[0054] 所述蜗杆5下端的端部设置有与其呈一体结构的安装圆盘17，所述旋转驱动电机8安装在所述安装圆盘17上。
[0055] 参见图5，定位柱12的截面呈等腰梯形结构，在所述定位柱12表壁上、沿其轴向间隔设置有两个以上的环形定位槽18。
[0056] 参见图4，调节机构包括一端与所述转轴10固定连接的横向移动面板19，设置在所述横向移动面板19上的横向导轨20，设置在所述横向导轨20上并可沿其移动的竖向移动面板21，设置在所述竖向移动面板21上的竖向导轨22，设置在所述竖向导轨22上并可沿其移动的滑块23，以及用于驱动所述竖向移动面板21和滑块23动作的驱动机构；所述焊枪13安装在所述滑块23上。
[0057] 驱动机构包括设置在所述横向移动面板19另一端的第一电动推杆24和设置在所述竖向移动面板21上端的第二电动推杆25，所述第一电动推杆24的端部与所述竖向移动面板21的侧部固定连接，所述第二电动推杆25的端部与所述滑块23的上端固定连接。
[0058] 参见图1，在所述动作控制箱体1的背部设置有连接板26。
[0059] 实施例四：
[0060] 如图1～5所示，本实施例提供了一种多自由度智能焊接装置，其包括有动作控制箱体1，动作控制箱1体采用长方体结构，其内部中空，作为各零部件的安装载体，动作控制箱体的背部设置有连接板26，连接板上开设有安装孔，用过连接板26和螺栓的配合可实现对动作控制箱体的安装，例如将动作控制箱体安装在外设支架上，当应用场景为主管道和支管道垂直时，则可以将动作控制箱体相对主管道垂直进行安装，当应用场景为支管道和主管道之间呈角度锐角连接时，配合外设支架，将动作控制箱体相对于支管道对齐进行安装，以方便对装置与支管道之间实现对接和初步定位。
[0061] 本实施例在动作控制箱体的内部设置有隔板，通过隔板将动作控制箱体分割为上腔体3和下腔体4，在其中的上腔体内设置有蜗杆5和升降驱动动机6，其中蜗杆与箱体之间的连接结构如下：在控制箱体上端面的内壁设置有第一导向套筒14，在隔板的上端面设置有与第一导向套筒相对的第二导向套筒15，蜗杆的上端套接在第一导向套筒内，隔板上设置有与第二导向筒连通的通孔，蜗杆的下端则穿过第二导向套筒和隔板，优选的，蜗杆与第一导向套筒和第二导向套筒之间的装配采用间隙配合；升降驱动电机6固定安装在上腔体的内壁上。
[0062] 升降驱动电机6的输出端设置有与蜗杆5啮合的输出齿轮7，启动升降电机后，输出齿轮转动，带动蜗杆相对动作控制箱体1做上下动作，例如：升降电机正转，带动蜗杆上移，升降电机反转，带动蜗杆下降。为了，避免蜗杆的移动超出范围，本实施例还在蜗杆的下部设置有限位盘16，限位盘为圆盘结构并与蜗杆呈一体结构，且限位盘的口径大于第二导向筒的口径，当蜗杆带动限位盘移动至第二导向筒的上端部后，限位盘与第二导向筒的上端部抵接，蜗杆无法再下降，由此实现对蜗杆的限位。
[0063] 蜗杆的下端穿过隔板并延伸至下腔体内，在蜗杆的下端端部设置有与其呈一体结构的安装圆盘17，在安装圆盘上安装有旋转驱动电机8，二者之间的连接可以采用螺栓固定连接。旋转驱动电机的输出端通过联轴器9连接有转轴10，转轴的下端穿过动作控制箱体的下端面并延伸至外部，启动旋转驱动电机，则可以通过联轴器驱动转轴转动，旋转驱动电机和联轴器均位于动作控制箱体的下腔体内。
[0064] 本实施例在转轴的下端部设置有与其呈一体结构的定位柱12，作为优选的，定位柱的截面呈等腰梯形结构，在定位柱表壁上、沿其轴向间隔设置有两个以上的环形定位槽18，不同位置的环形定位槽的口径不同，以对应不同口径的支管道11的定位，在初定位时，控制定位柱插入至支管道的管口处，支管道的管口抵接在环形定位槽处即可。通过定位柱与支管道的管口的插接匹配，一方面实现设备与焊缝之间的初定位，另一方面通过该设置定位柱和支管道与转轴相结合构成焊枪做圆周运动的转动轴线。
[0065] 转轴10的侧部设置有与其固定连接的调节机构28，具体的说，调节机构28包括一端与转轴固定连接的横向移动面板19，设置在横向移动面板上的横向导轨20，设置在横向导轨上并可沿其移动的竖向移动面板21，设置在竖向移动面板上的竖向导轨22，设置在竖向导轨上并可沿其移动的滑块23，以及用于驱动竖向移动面板和滑块动作的驱动机构；焊枪13安装在滑块23上，二者的连接方式不作特别限定，其可以采用螺栓连接、夹紧连接等现有的成熟连接结构；其中，驱动机构包括设置在横向移动面板另一端的第一电动推杆和设置在竖向移动面板上端的第二电动推杆。
[0066] 本实施例中，横向移动面板19的截面呈凹字形，其一端端部与转轴之间可以采用螺栓紧固或者焊接，其另一端端部用于为第一电动推杆24安装提供安装载体，第一电动推杆的伸缩端端部穿过横向移动面板的另一端端面，并与竖向移动面板的侧部固定连接；横向移动面板上的横向导轨20采用两根平行的导轨结构，竖向移动面板21的底部沿横向设置有与横向导轨匹配的横向滑槽，横向导轨嵌入在横向滑槽内，通过二者的配合，竖向移动面板可相对横向移动面板做左右运动，横向导轨和横向滑槽的配合实现结构为现有成熟结构，故在此不作赘述。
[0067] 竖向移动面板21的截面呈L型，其上端为短边且端部用于为第二电动推杆25安装提供安装载体，第二电动推杆的伸缩端端部穿过竖向移动面板的上端端面，并与滑块的上端固定连接；竖向移动面板上的竖向导轨沿纵向设置，滑块的底部设置有与竖向导轨匹配的竖向滑槽，竖向导轨嵌入在竖向滑槽内，通过二者的配合，滑块可相对竖向移动面板做上下运动，竖向滑槽和竖向导轨的配合实现结构为现有成熟结构，故在此不作赘述。
[0068] 本实施例中，升降驱动电机6、旋转驱动电机8、第一电动推杆24、第二电动推杆25、焊枪13等用电部件均外接电源。
[0069] 本发明的工作原理如下：首先，根据支管道11和主管道27的连接方式安装多自由度智能焊接装置，支管道11和主管道27垂直或呈锐角连接，使得定位柱与支管道的管口之间相对；其次，启动升降驱动电机6，升降驱动电机带动输出齿轮转动，输出齿轮与蜗杆啮合，故带动蜗杆下行，通过蜗杆带动转轴和定位柱下行，使得定位柱插入支管道的管口处，完成后，关闭升降驱动电机；再其次，控制调节机构28的第二电动推杆动作，带动滑块作升降动作，以此调节焊枪与焊缝之间的竖向距离，控制调节机构的第一电动推杆动作，带动竖向移动面板相对横向移动面板作左右移动，以此调节焊枪与焊缝之间的横向距离；最后，完成调节后，启动旋转驱动电机和焊枪，带动转轴转动，并通过调节机构带动焊枪以定位柱和支管道为中心作圆周运动，焊枪沿焊缝焊接作业。
[0070] 基于上述结构，本发明公开了一种多自由度智能焊接装置的工作方法，参见图6，包括以下步骤：
[0071] S1.启动第一竖向移动机构29，通过第一竖向移动机构29带动定位柱12竖向移动直至定位柱12嵌设在支管道11上，完成装置的初步定位，有利于保证焊接作业的稳定性；
[0072] S2.通过第二竖向移动机构32调节焊枪13与焊缝之间的竖向距离，通过横向移动机构31调节焊枪13与焊缝之间的横向距离；
[0073] S3.至少启动旋转驱动机构30、横向移动机构31和第二竖向移动机构32中的一个机构以完成焊缝焊接作业，本发明能够实现多自由度焊接，能够实现两根管道垂直或呈锐角连接时的自动化焊接，能够实现两根管道垂直或呈锐角连接时的自动化焊接，焊接过程不需要结合轨道再进行焊接作业，便于操作。
[0074] 实施例五：
[0075] 参见图6，本实施例公开了一种多自由度智能焊接装置的实现方法，包括以下步骤：
[0076] 步骤S1：启动升降驱动电机6，通过蜗杆5将定位柱12插入支管道的管口处，完成后，关闭升降驱动电机；
[0077] 步骤S2：控制调节机构的第二电动推杆25动作，调节焊枪13与焊缝之间的竖向距离；
[0078] 步骤S3：控制调节机构的第一电动推杆24动作，调节焊枪与焊缝之间的横向距离；
[0079] 步骤S4：启动旋转驱动电机8和焊枪，带动转轴10转动，并通过调节机构28带动焊枪以转轴为中心作圆周运动，焊枪沿焊缝焊接作业
[0080] 基于上述结构和方法，与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
[0081] 1、本发明设置有动作控制箱体，基于动作控制箱体设置有升降驱动电机、蜗杆、旋转驱动电机、转轴等结构，再通过调节机构安装焊枪，实施时，通过定位柱实现设备与待焊接部件之间的初定位，然后通过调节结构调节焊枪与焊缝之间的距离，最后启动旋转驱动电机，通过调节机构带动焊枪以转轴为中心作圆周运动并进行焊接作业，焊枪可实现上、下、左、右及圆周的多自由度运动，相较于现有技术而言，本发明适用于两根管道垂直或呈角度连接的自动化焊接作业，且无需布置焊枪的移动轨道，焊接作业操作简单、方便。
[0082] 2、本发明采用定位柱与支管道的管口进行插接，由此实现设备与焊缝之间的初定位，定位柱的截面呈等腰梯形结构，并在定位柱上设置有两个以上的环形定位槽，基于不同的环形定位槽可以适配不同口径的支管道的初定位，提高了本装置的适用范围。
[0083] 以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
