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行業新聞

預應力圓柱管樁端板法蘭盤焊接機械手設計方案

基于當前管樁端板焊接中存在的問題,我公司為常熟某公司的管樁端板設計了一套高效智能的焊接系統,該系統由總成、上料、焊接系統、控制系統、焊縫視覺跟蹤系統,該系統能實現不同型號工件焊接的自動切換,從上料到焊接完成全過程的高度自動化以及準確檢測焊縫位置和寬度的智能化焊接設備。

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設計背景

管樁端板是預應力水泥管道的主要零件,需求量巨大。管樁端板制造大多采用連續軋制、卷曲螺旋成型、切割分片的高效方式生產,切口的接任傷非常繁重。此外由于型號眾多,焊接過程還要面臨端板質量較大,焊縫寬度不均勻、形狀不規則、位置不固定等問題。

 

目前管樁端板加工企業在焊接時,大多采用人工進行焊接,很難同時滿足端板的批量及質量加工要求,因此采用機器人替代人工焊接是一個非常合同的選擇。機器人焊接端板考慮工廠的現有工況約束條件,需要對機器人的型號、數量、焊接工序等進行前期規劃與設計,我們采用5臺工業機器人:兩臺焊接機器人、兩臺供料機器人、一臺上料機器人組成,外圍配機器人控制柜、PLC控制柜、焊接電源、供氣系統、清槍剪絲裝置、觸摸屏、機器人視覺系統、傳感器、安全防護裝置(安全門、柵欄)


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端板焊接機器人工作流程:供料機器人一次夾兩個端板,焊接機器人同時焊接,為了提高焊接效率、充分利用機器人的資源,采用兩個供料機器人輪流供料,搬運機器人手腕部位安裝焊縫檢測傳感器,可準確識別端板毛坯料的焊縫位置,由于機器人范圍有限,所以先由上料機器人將端板毛坯料搬運至中轉工位,同時實現焊縫定位。然后供料機器人從中轉工位,同時實現焊縫定位,然后供料機器人從中轉工位夾取端板毛坯,通過機器人視覺系統識別焊縫位置和尺寸。如果焊縫不大于3mm,則由供料機器人夾取至焊接工位配合焊接機器人完成任務。如果焊縫大于3mm,則不滿足焊接要求,被視為廢料,由供料機器人夾到廢料區。

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1、上料及焊接系統設計

端板毛坯由毛坯料架對其外圓進行定位,毛坯焊縫位置擺放時無要求,料架為可活動式,與底座分離(料架底座在工位上固定,)針對不同毛坯件采用不同型號的料架,不同料架底部結構件尺寸相同,當工件裝滿料架后,通過天車或者叉車放到料架固定底座上,毛坯料架采用六點定位原理進行定位,最后通過氣缸等裝置將毛坯架鎖死,避免工作過程中發生位移。料架固定臺有工件種類識別裝置,識別來料為何種規格工件,控制系統會自動切換成與此工件相關程序。

2、上料及焊接系統設計

端板毛坯由料架對其外圓進行定位,毛坯焊縫位置擺放時無要求,料架為可活動式,與底座分離,底座在工位上固定。針對不同毛坯件采用不同型號料架,料架底部結構尺寸相同,當工件裝滿料架后,通過叉車放到料架固定底座,毛坯料架采用六點定位原理進行定位,最后通過氣 缸等裝置將毛坯料架鎖死,避免工作過程中發生位移。料架固定臺有工件種類和識別裝置,識別來料為何種規格工件,控制系統會自動切換成與此工件相關的程序


供料機器人和上料機器人夾具采用電永磁鐵,電永磁鐵僅在充磁和退磁的一瞬間通電,能夠迅速地夾緊和松開端板毛坯。電永磁鐵通電后產生很強的吸附力,上料和搬運端板時能牢牢固定住工件。夾緊和松開后電永磁鐵無電源輸入,全可靠性高。與磁鐵夾具相比,能節省大量電能,不會因為突然停和線路損壞丟失磁力。上料機器人手臂前端裝有距離傳感器,當夾具與工件接觸時,機器人手臂停止運動,夾具工作。

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焊接系統采用雙絲焊接方法,用雙絲焊接取代單絲焊是提高焊接速度和效率并降低成本的有效方法。焊接電源選用祝尼斯,焊槍選用水冷雙絲焊槍,焊絲分2路單獨工作,并且使用同一個噴嘴,形成不同的熔池。焊槍配備防碰撞傳感器、把持器和高壓噴射式清槍系統。

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3、電氣控制設計

電氣控制系統由西門子作為控制中樞,通過現場總線與五個機器人控制柜通信。機器人焊接系統組成部分復雜,電氣元件繁多。從系統可靠性和實用性方面考慮,主要部件采用現場總線通信,通信總線采用安全可靠、傳輸速度高、使用成本低、數據傳輸安全可靠的線類,非常適合于現場級分布式I/O設備與PLC之間的信號交互。主站這之間用令牌方式 通信,主站與從站之間用主從輪詢方式通信。采用現場總線通信方式,可節省大量I/0連接線纜,降低控制成本,提高數據傳輸的準確性和可靠性,通過雙向通信對現場設備進行遠程調式、診斷和管理。

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4、焊縫視覺檢測系統設計

焊縫視覺檢測系統是機器人焊接系統的核心技術,是獲得良好焊接效果的關鍵,由于管樁端板切口位置及走向不確定、寬度不均勻,所以必須用機器視覺的方法檢測切口位置及寬度。管樁端板切口形狀大體呈矩形,所以只需要用機器人視覺方法確定矩形的位置和走向即可,CCD傳感器被固定在中轉工位兩側,可不受焊接弧光的影響,確保得到高質量的焊縫圖像。

  該系統的原理是利用CCD圖像傳感器,在輔助光源的照射下,通過圖像采集卡獲取管樁端板的切口圖像信息,然后經過圖像預處理和特征提取,得到焊縫圖像特征點,編寫控制算法求出焊縫圖像特片點與機器人關節變量之間的轉換關系,最后,焊接機器人控制系統根據得到的轉換關系改變焊槍的位姿和移運軌跡。


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設計的管樁端板機器人焊接系統能夠實現端板毛坯從上料、供料、焊接的高度自動化。機器視覺焊縫檢測系統解決了因焊縫寬度不均勻、走向不確定而影響焊接效果問題,使得整個機器人焊接系統更加智能化。雙工位供料的設計,保證了管樁端板連續、高效地焊接。同時多種安全防護、報警、監控裝置能夠確保焊接系統持續、安全、高效地運行。


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