機(jī)器人焊接激光傳感器裝夾及調(diào)節(jié)工具設(shè)計(jì)

賈瑞燕

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 前言

抽水蓄能座環(huán)是一種大型焊接結(jié)構(gòu)件，主要由環(huán)板、固定導(dǎo)葉、蝸殼拼裝焊接而成。環(huán)板和固定導(dǎo)葉厚度大，且均為高強(qiáng)鋼，預(yù)熱溫度需100 ℃以上，焊工不但勞動(dòng)強(qiáng)度高，且狹小高溫的工作環(huán)境惡劣，采用機(jī)器人替代焊工作業(yè)是制造業(yè)發(fā)展趨勢(shì)[1]。抽水蓄能座環(huán)環(huán)板與固定導(dǎo)葉之間的K形焊縫，適合采用機(jī)器人進(jìn)行焊接[2]，由于該焊縫為多層多道焊，采用在焊槍前端安裝激光傳感器進(jìn)行尋位和跟蹤[3]，以實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)，保證焊接質(zhì)量[4]。

焊接過(guò)程中，不同位置焊縫焊槍角度和焊接方向需進(jìn)行調(diào)整，激光傳感器與焊槍的相對(duì)位置也需相應(yīng)調(diào)節(jié)[5]，以成功實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接坡口的激光掃描，常規(guī)激光傳感器的裝夾工具僅能固定一個(gè)工作位置，無(wú)法滿足多位置、多角度、多方向的調(diào)節(jié)。鑒于此，設(shè)計(jì)了一種焊接機(jī)器人激光傳感器裝夾及調(diào)節(jié)工具。

1 焊接場(chǎng)景

1.1 坡口形式及焊接要求

座環(huán)采用機(jī)器人焊接的位置為上、下環(huán)板與固定導(dǎo)葉之間的焊縫，如圖1所示。其坡口形式為K形，如圖2所示。由于該焊縫處于半封閉空間，機(jī)器人焊接時(shí)，需要調(diào)整好姿態(tài)，以避免機(jī)器人與工件之間的碰撞干涉，同時(shí)需要保證激光傳感器以合適的角度掃描坡口[6]，焊接上環(huán)板側(cè)焊縫和下環(huán)板側(cè)焊縫時(shí)，也需要調(diào)整一次激光傳感器裝夾位置。

圖1 座環(huán)上、下環(huán)板及固定導(dǎo)葉裝配

圖2 座環(huán)上、下環(huán)板及固定導(dǎo)葉坡口形式

1.2 座環(huán)焊接場(chǎng)景設(shè)計(jì)

根據(jù)焊接要求設(shè)計(jì)了座環(huán)機(jī)器人焊接及激光跟蹤場(chǎng)景，激光傳感器置于焊槍行進(jìn)方向一側(cè)，通過(guò)裝夾工具固定于焊槍法蘭盤上[7]，如圖3所示。利用UG軟件對(duì)座環(huán)進(jìn)行模型建立，并將建立的模型導(dǎo)入到模擬仿真軟件ROBOGUIDE中建立仿真工作站，通過(guò)模擬仿真軟件的可視化界面驗(yàn)證了激光傳感器在座環(huán)機(jī)器人焊接過(guò)程中裝夾位置的可行性。

圖3 座環(huán)機(jī)器人焊接及激光跟蹤場(chǎng)景設(shè)計(jì)

2 激光傳感器裝夾及調(diào)節(jié)工具設(shè)計(jì)

2.1 工具設(shè)計(jì)及工作原理

激光傳感器裝夾及調(diào)節(jié)工具主要由抱箍、橡膠襯墊、第一固定螺栓、第一套環(huán)、連桿、頂絲、伸縮螺桿、第二套環(huán)、第二固定螺栓、連接板組成，如圖4所示。

圖4 激光傳感器裝夾及調(diào)節(jié)工具

抱箍為兩瓣的U形抱箍，把合固定成整圓；橡膠襯墊為兩瓣結(jié)構(gòu)，墊于抱箍的內(nèi)圓；第一固定螺栓與抱箍為焊接結(jié)構(gòu)；第一套環(huán)與連桿為焊接結(jié)構(gòu)，第一固定螺栓與第一套環(huán)通過(guò)螺母擰緊固定；連桿為管狀，連桿管壁與頂絲螺紋連接；伸縮螺桿一端插入連桿15～35 mm，通過(guò)頂絲固定，另一端與第二套環(huán)焊接，第二套環(huán)中心線與第一套環(huán)中心線互相垂直；第二固定螺栓與連接板為焊接結(jié)構(gòu)，第二套環(huán)與第二固定螺栓通過(guò)螺母擰緊固定；抱箍抱緊固定于焊接機(jī)器人焊槍法蘭外圓，接觸面墊橡膠襯墊；激光傳感器與連接板固定連接。

工作原理為抱箍可繞焊槍進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)；松開(kāi)第一固定螺栓與第一套環(huán)的連接螺母，連桿可繞第一固定螺栓旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)；松開(kāi)頂絲，伸縮螺桿可進(jìn)行伸長(zhǎng)或縮短的調(diào)節(jié)；松開(kāi)第二固定螺栓與第二套環(huán)的連接螺母，連接板可繞第二套環(huán)中心線旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)。

2.2 具體實(shí)施方式

將工具與機(jī)器人焊槍裝夾固定，將連接板與激光傳感器連接固定，如圖5所示。將機(jī)器人焊槍移動(dòng)至座環(huán)環(huán)板與固定導(dǎo)葉焊接坡口，并擺至合適焊接角度，適當(dāng)調(diào)松抱箍1抱緊程度，旋轉(zhuǎn)抱箍，使激光傳感器置于焊槍前端，將激光傳感器粗調(diào)至整條焊道焊接過(guò)程中不發(fā)生碰撞干涉的位置；打開(kāi)激光，通過(guò)旋轉(zhuǎn)連桿、伸長(zhǎng)或縮短伸縮螺桿、旋轉(zhuǎn)連接板，使激光以適合角度和位置掃描座環(huán)環(huán)板與固定導(dǎo)葉焊接坡口，在激光傳感器控制箱顯示屏上成功獲取跟蹤特征點(diǎn)，擰緊該實(shí)用新型工具各處螺紋以鎖定位置，從而實(shí)現(xiàn)激光傳感器的有效調(diào)節(jié)和焊縫跟蹤。

圖5 夾具使用機(jī)構(gòu)圖

3 結(jié)論

(1)傳統(tǒng)機(jī)器人焊接激光傳感器裝夾工具僅有一個(gè)固定位置，與焊槍之間的相對(duì)位置可調(diào)節(jié)性差，焊槍隨不同位置焊縫變化角度和焊接方向時(shí)，激光傳感器無(wú)法有效跟蹤坡口。可實(shí)現(xiàn)在焊槍周圍360°旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，適應(yīng)不同焊道的位置、角度和方向變化。

(2)通過(guò)增加連桿旋轉(zhuǎn)、伸縮螺桿伸縮、連接板旋轉(zhuǎn)3個(gè)方向自由度，激光傳感器可以實(shí)現(xiàn)多自由度調(diào)節(jié)，更方便的調(diào)節(jié)到最佳跟蹤位置。各自由度通過(guò)螺紋連接和擰緊鎖定，操作簡(jiǎn)單易行。

(3)該工具體積小，不增加激光傳感器外形尺寸，機(jī)器人焊接各姿態(tài)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，在保證激光傳感器有效工作的前提下，激光傳感器裝夾工具不與機(jī)器人及座環(huán)工件發(fā)生碰撞干涉，安全可靠。