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申请号：CN201910658892.7
申请日： 2019-07-22
公开（公告）号：CN110270743A
公开（公告）日：2019-09-24
发明人：孙骞;杨修荣;石少坚
申请（专利权）人：福尼斯（南京）表面工程技术有限公司
代理机构：南京苏高专利商标事务所（普通合伙）
代理人：陆涛
申请人地址：江苏省南京市空港枢纽经济区将军路681号
1.用于PTA工艺的机器人自动化焊接系统，其特征在于：包括控制系统、焊接系统与行走系统三个部分，控制系统包括机柜(1)与控制盒(4)；焊接系统包括气瓶(5)、等离子发生器(6)、交直流TIG焊机(7)、制冷水箱(8)、焊枪(10)、送粉器(13)、送粉器架(14)与中转盒(28)；所述气瓶(5)通过中继线(21)分别与等离子发生器(6)、交直流TIG焊机(7)、制冷水箱(8)连接；所述等离子发生器(6)通过焊枪线缆(18)与交直流TIG焊机(7)连接且焊枪线缆(18)、中转盒(28)与焊枪(10)依次连接；所述焊枪(10)通过送粉管(30)与送粉器(13)连接且送粉器(13)通过夹持器II(32)与送粉器架(14)连接且送粉器(13)通过送粉器中继线(19)与焊枪(10)连接；行走系统包括机器人控制柜(2)、示教器(3)、机器人(9)、外部轴(11)与工装卡盘(12)；所述机器人控制柜(2)通过通讯线I(15)与机柜(1)连接并通过通讯线II(16)与控制盒(4)连接，机器人控制柜(2)顶部与示教器(3)连接且示教器(3)控制机器人(9)、外部轴(11)的位置；所述机器人(9)通过通讯线III(17)与控制盒(4)连接并通过通讯线IV(20)与外部轴(11)连接；所述外部轴(11)顶部设有用于固定工件的工装卡盘(12)。
2.根据权利要求1所述的用于PTA工艺的机器人自动化焊接系统，其特征在于：所述的机柜(1)侧部通过380V电插头(38)与外部电源连接，机柜(1)设有电脑屏(26)、门把手(27)、总开关(25)与急停开关II(37)，机柜(1)设有使用中亮起的指示灯I(34)、暂停中亮起的指示灯II(35)、报错中亮起的指示灯III(36)。
3.根据权利要求2所述的用于PTA工艺的机器人自动化焊接系统，其特征在于：所述的机柜(1)通过PLC系统模块将信号反馈至电脑屏(26)。
4.根据权利要求1所述的用于PTA工艺的机器人自动化焊接系统，其特征在于：所述的控制盒(4)设有电开关I(22)、电开关II(23)、急停开关I(24)。
5.根据权利要求1所述的用于PTA工艺的机器人自动化焊接系统，其特征在于：所述的机器人(9)设有夹持器I(29)并在夹持器I(29)上设有用于固定焊枪(10)的定位销孔(33)。
6.根据权利要求1所述的用于PTA工艺的机器人自动化焊接系统，其特征在于：所述的机器人(9)为六轴机器人且外部轴(11)为二轴变位机。
7.根据权利要求1所述的用于PTA工艺的机器人自动化焊接系统，其特征在于：所述的外部轴(11)的安装位置在机器人(9)的行程范围内。
8.根据权利要求1所述的用于PTA工艺的机器人自动化焊接系统，其特征在于：所述的工装卡盘(12)为四爪卡盘且工装卡盘(12)与旋转轴同心。
9.根据权利要求1所述的用于PTA工艺的机器人自动化焊接系统，其特征在于：所述的送粉器(13)的安装位置高于焊枪(10)的安装位置500mm以上，送粉器(13)顶部设有盖子(31)。
10.用于PTA工艺的机器人自动化焊接系统的使用方法，其特征在于：包括下述步骤：(1)将380V电插头(38)接入外部电源，打开机柜(1)上的总开关(25)，对整个焊接系统进行供电；(2)将待焊接工件安装在机器人(9)的外部轴(11)的工装卡盘(12)上，旋转工装卡盘(12)将工件旋紧与工装卡盘(12)同心，如果工件为非圆形则直接放置在工装卡盘(12)上；(3)使用示教器(3)编写机器人9TCP，保证精度在1mm以内，编写机器人(9)与外部轴(11)协同TCP，保证协同精度在2mm以内；(4)通过示教器(3)控制机器人(9)与外部轴(11)，调试待焊接工件的机器人程序，编辑焊接程序，在交直流TIG焊机(7)与等离子发生器(6)面板上完成焊接参数的调节与确定；(5)打开送粉器(13)上的盖子(31)，将粉材倒入送粉器(13)；(6)安装减压表至气瓶(5)表面，调节压力表压力在0.4mpa～06mpa；(7)打开气瓶(5)的开关，使其中一个瓶体的气体单独通至等离子发生器(6)，再由等离子发生器(6)控制气流量并直接传输至焊枪(10)；(8)打开气瓶(5)的开关，使另一个瓶体接入交直流TIG焊机(7)进行气体分流，一路为送粉气直接通过交直流TIG焊机(7)控制气流量后接入送粉器(13)，另一路接焊枪(10)保护气，通过交直流TIG焊机(7)控制气流量后接通至焊枪(10)保护气处；(9)打开制冷水箱(8)开关，在进水口设有流量报警器，使水体一路通过水流量报警器接入焊枪(10)，另一路接入外部轴(11)的工装卡盘(12)；(10)在机柜(1)的电脑屏(26)上设置焊接程序，控制整个焊接；(11)将示教器(3)与机器人控制柜(2)操作模式调为自动状态，使用控制盒(4)的电开关I(22)进行供电并开始焊接；(12)焊接过程中遇到问题，通过控制盒(4)上的急停开关I(24)或机柜(1)上的急停开关II(37)进行中止；(13)待焊接完成后，对焊缝进行检测，检测合格后完成焊接操作。
本发明涉及焊接领域，尤其涉及一种用于PTA工艺的机器人自动化焊接系统及其使用方法。
目前在石油钻采，矿山机械，煤炭开采等行业的开采钻头都需要有硬质的耐磨层，硬度需要达到HRC50-60，由于硬度较高，耐磨层材料很难拉至成焊丝，一般以粉材为主。目前市面上对这种高硬度且需要耐冲击的材料过渡工艺以火焰喷焊为主，且都是手工操作，在施工过程中容易导致以下问题：
1、焊接效率低，火焰喷焊时因人员操作的关系，喷焊时整个工件发红，喷焊完一个位置后为防止流淌需要有个等待层间温度的时间。
2、焊接质量不稳定，喷焊时因人员操作的关系，影响因素很多，据不完全统计，人工火焰喷焊石油钻采钻头的合格率只有75％左右，返工率较大，多数以脱层为主。
3、操作环境恶劣，喷焊时均是氧乙炔火焰，人员夏天操作时环境温度均大于40度，职业健康无法保证。
4、安全系数低，火焰喷焊火焰为氧乙炔火焰，易产生回火。
5、工艺操作难度大，纯手工操作对操作人的依赖性较大，因火候的关系，需要操作经验丰富。
发明目的：针对现有技术的不足与缺陷，本发明提供一种能够有效降低焊接对人的依赖性，降低操作难度且使用方便，焊接效率高质量好的用于PTA工艺的机器人自动化焊接系统及其使用方法。
技术方案：本发明的用于PTA工艺的机器人自动化焊接系统，其特征在于：包括控制系统、焊接系统与行走系统三个部分，控制系统包括机柜与控制盒；
焊接系统包括气瓶、等离子发生器、交直流TIG焊机、制冷水箱、焊枪、送粉器、送粉器架与中转盒；所述气瓶通过中继线分别与等离子发生器、交直流TIG焊机、制冷水箱连接；所述等离子发生器通过焊枪线缆与交直流TIG焊机连接且焊枪线缆、中转盒与焊枪依次连接；所述焊枪通过送粉管与送粉器连接且送粉器通过夹持器II与送粉器架连接且送粉器通过送粉器中继线与焊枪连接；
行走系统包括机器人控制柜、示教器、机器人、外部轴与工装卡盘；所述机器人控制柜通过通讯线I与机柜连接并通过通讯线II与控制盒连接，机器人控制柜顶部与示教器连接且示教器控制机器人、外部轴的位置；所述机器人通过通讯线III与控制盒连接并通过通讯线IV与外部轴连接；所述外部轴顶部设有用于固定工件的工装卡盘。
其中，所述的机柜侧部通过380V电插头与外部电源连接，机柜设有电脑屏、门把手、总开关与急停开关II，机柜设有使用中亮起的指示灯I、暂停中亮起的指示灯II、报错中亮起的指示灯III。
其中，所述的机柜通过PLC系统模块将信号反馈至电脑屏。
其中，所述的控制盒设有电开关I、电开关II、急停开关I。
其中，所述的机器人设有夹持器I并在夹持器I上设有用于固定焊枪的定位销孔。
其中，所述的机器人为六轴机器人且外部轴为二轴变位机。
其中，所述的外部轴的安装位置在机器人的行程范围内。
其中，所述的工装卡盘为四爪卡盘且工装卡盘与旋转轴同心。
其中，所述的送粉器的安装位置高于焊枪的安装位置500mm以上，送粉器顶部设有盖子。
用于PTA工艺的机器人自动化焊接系统的使用方法，其特征在于：包括下述步骤：
(1)将380V电插头接入外部电源，打开机柜上的总开关，对焊接系统进行供电；
(2)将待焊接工件安装在机器人的外部轴的工装卡盘上，旋转工装卡盘将工件旋紧与工装卡盘同心，如果工件为非圆形则直接放置在工装卡盘上；
(3)使用示教器编写机器人9TCP，保证精度在1mm以内，编写机器人与外部轴协同TCP，保证协同精度在2mm以内；
(4)通过示教器控制机器人与外部轴，调试待焊接工件的机器人程序，编辑焊接程序，在交直流TIG焊机与等离子发生器面板上完成焊接参数的调节与确定；
(5)打开送粉器上的盖子，将粉材倒入送粉器；
(6)安装减压表至气瓶表面，调节压力表压力在0.4mpa～06mpa；
(7)打开气瓶的开关，使其中一个瓶体的气体单独通至等离子发生器，再由等离子发生器控制气流量并直接传输至焊枪；
(8)打开气瓶的开关，使另一个瓶体接入交直流TIG焊机进行气体分流，一路为送粉气直接通过交直流TIG焊机控制气流量后接入送粉器，另一路接焊枪保护气，通过交直流TIG焊机控制气流量后接通至焊枪保护气处；
(9)打开制冷水箱开关，在进水口设有流量报警器，使水体一路通过水流量报警器接入焊枪，另一路接入外部轴的工装卡盘；
(10)在机柜的电脑屏上设置焊接程序，控制整个焊接；
(11)将示教器与机器人控制柜操作模式调为自动状态，使用控制盒的电开关I进行供电并开始焊接；
(12)焊接过程中遇到问题，通过控制盒上的急停开关I或机柜上的急停开关II进行中止；
(13)待焊接完成后，对焊缝进行检测，检测合格后完成焊接操作。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：本发明在产品规格同意的情况下，本发明能够完全实现全自动化焊接，且焊接质量稳定，焊接效率提高50％以上，并降低了人员操作难度，使操作工只需按一个按钮就可实现自动化焊接；另外工作环境良好，节能安全，节能减材，使用可靠，具有使用可靠，可循环使用等的特点。
图1为本发明的结构示意图；
图中1为机柜、2为机器人控制柜、3为示教器、4为控制盒、5为气瓶、6为等离子发生器、7为交直流TIG焊机、8为制冷水箱、9为机器人、10为焊枪、11为外部轴、12为工装卡盘、13为送粉器、14为送粉器架、15为通讯线I、16为通讯线II、17为通讯线III、18为焊枪线缆、19为送粉器中继线、20为通讯线IV、21为中继线、22为电开关I、23为电开关II、24为急停开关I、25为总开关、26为电脑屏、27为门把手、28为中转盒、29为夹持器I、30为送粉管、31为盖子、32为夹持器II、33为定位销孔、34为指示灯I、35为指示灯II、36为指示灯III、37为急停开关II、38为380V电插头。
下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案做进一步的描述。
本发明的用于PTA工艺的机器人自动化焊接系统，其特征在于：包括控制系统、焊接系统与行走系统三个部分，控制系统包括机柜1与控制盒4；焊接系统包括气瓶5、等离子发生器6、交直流TIG焊机7、制冷水箱8、焊枪10、送粉器13、送粉器架14与中转盒28；气瓶5通过中继线21分别与等离子发生器6、交直流TIG焊机7、制冷水箱8连接；等离子发生器6通过焊枪线缆18与交直流TIG焊机7连接且焊枪线缆18、中转盒28与焊枪10依次连接；焊枪10通过送粉管30与送粉器13连接且送粉器13通过夹持器II32与送粉器架14连接且送粉器13通过送粉器中继线19与焊枪10连接；行走系统包括机器人控制柜2、示教器3、机器人9、外部轴11与工装卡盘12；机器人控制柜2通过通讯线I15与机柜1连接并通过通讯线II16与控制盒4连接，机器人控制柜2顶部与示教器3连接且示教器3控制机器人9、外部轴11的位置；机器人9通过通讯线III17与控制盒4连接并通过通讯线IV20与外部轴11连接；外部轴11顶部设有用于固定工件的工装卡盘12。其中，机柜1侧部通过380V电插头38与外部电源连接，机柜1设有电脑屏26、门把手27、总开关25与急停开关II37，机柜1设有使用中亮起的指示灯I34、暂停中亮起的指示灯II35、报错中亮起的指示灯III36；机柜1通过PLC系统模块将信号反馈至电脑屏26；控制盒4设有电开关I22、电开关II23、急停开关I24；机器人9设有夹持器I29并在夹持器I29上设有用于固定焊枪10的定位销孔33；机器人9为六轴机器人且外部轴11为二轴变位机；外部轴11的安装位置在机器人9的行程范围内；工装卡盘12为四爪卡盘且工装卡盘12与旋转轴同心；送粉器13的安装位置高于焊枪10的安装位置500mm以上，送粉器13顶部设有盖子31。
用于PTA工艺的机器人自动化焊接系统的使用方法，包括下述步骤：
(1)将380V电插头38接入外部电源，打开机柜1上的总开关25，对整个焊接系统进行供电；
(2)将待焊接工件安装在机器人9的外部轴11的工装卡盘12上，旋转工装卡盘12将工件旋紧与工装卡盘12同心，如果工件为非圆形则直接放置在工装卡盘12上；
(3)使用示教器3编写机器人9TCP，保证精度在1mm以内，编写机器人9与外部轴11协同TCP，保证协同精度在2mm以内；
(4)通过示教器3控制机器人9与外部轴11，调试待焊接工件的机器人程序，编辑焊接程序，在交直流TIG焊机7与等离子发生器6面板上完成焊接参数的调节与确定；
(5)打开送粉器13上的盖子31，将粉材倒入送粉器13；
(6)安装减压表至气瓶5表面，调节压力表压力在0.4mpa～06mpa；
(7)打开气瓶5的开关，使其中一个瓶体的气体单独通至等离子发生器6，再由等离子发生器6控制气流量并直接传输至焊枪10；
(8)打开气瓶5的开关，使另一个瓶体接入交直流TIG焊机7进行气体分流，一路为送粉气直接通过交直流TIG焊机7控制气流量后接入送粉器13，另一路接焊枪10保护气，通过交直流TIG焊机7控制气流量后接通至焊枪10保护气处；
(9)打开制冷水箱8开关，在进水口设有流量报警器，使水体一路通过水流量报警器接入焊枪10，另一路接入外部轴11的工装卡盘12；
(10)在机柜1的电脑屏26上设置焊接程序，控制整个焊接；
(11)将示教器3与机器人控制柜2操作模式调为自动状态，使用控制盒4的电开关I22进行供电并开始焊接；
(12)焊接过程中遇到问题，通过控制盒4上的急停开关I24或机柜1上的急停开关II37进行中止；
(13)待焊接完成后，对焊缝进行检测，检测合格后完成焊接操作。
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