一种超长工件焊接工作站及焊接方法

摘要

本发明公开了一种超长工件焊接工作站，包括用于放置工件的行走工装以及沿工件的长度方向依次布置并能够往复输送行走工装的上料工位、焊接工位和下料工位；所述焊接工位具有向下料工位方向输送行走工装的正向输送区和向上料工位方向输送行走工装的反向输送区，所述上料工位和所述下料工位均能够与所述正向输送区或者反向输送区水平对接，以使所述行走工装能够循环工作。本发明具有固定的上料工位、焊接工位和下料工位，并且焊接工位分有两个输送区，行走工装可以返回至上料工位处，实现循环作业，不需要人工参与，减少工件的吊运，既提高了工作效率，又能够大大降低能源损耗，可用于超长或者大型工件的焊接。

说明书

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种超长工件焊接工作站及焊接方法。

背景技术

目前对于13米或以上的超长、大型焊接件的焊接主要还是采取人工焊接，由于难招工，焊接要求高，技术人员培养周期长等因素，越来越多的企业需要自动化焊接设备，自动化程度越高对于人员的要求就越低；目前的自动化焊接设备仅能实现工件的单程输送，即利用同一个输送设备将工件输送至焊接部位，焊接完成后再利用该输送设备向外输出工件，但是对于超长或者大型焊接件而言，输送设备也相应会增大很多，若整体移动输送设备会造成很大的能源浪费，而且输送时间较长，在批量生产时焊接效率无法提高。

发明内容

为了解决现有技术中的自动化焊接设备只能通过输送设备的整体移动单向输送工件，对于超长或者大型焊接件而言，会造成很大的能源浪费，而且输送时间较长，在批量生产时焊接效率无法提高的技术问题，本发明提供了一种超长工件焊接工作站及焊接方法来解决上述问题。

本发明提出一种超长工件焊接工作站，包括用于放置工件的行走工装以及沿工件的长度方向依次布置并能够往复输送行走工装的上料工位、焊接工位和下料工位；所述焊接工位具有向下料工位方向输送行走工装的正向输送区和向上料工位方向输送行走工装的反向输送区，所述上料工位和所述下料工位均能够与所述正向输送区或者反向输送区水平对接，以使所述行走工装能够循环工作。

进一步的，所述正向输送区和反向输送区沿上下方向分层布置，所述上料工位和所述下料工位均具有升降机构，以使所述上料工位和所述下料工位与所述正向输送区或者反向输送区水平对接。

进一步的，所述上料工位包括安装板、沿安装板的长度方向顺序布置的若干传动辊，相邻两个传动辊传动连接，且至少其中一个所述传动辊与驱动电机连接。

进一步的，所述行走工装包括用于放置工件的支撑梁、安装于支撑梁的横向两侧的L形挡板以及固定于L形挡板上的装夹件，所述装夹件与L形挡板配合夹紧工件的一侧，所述支撑梁放置于传动辊上。

进一步的，所述传动辊的外周圆周布置有V型槽，所述支撑梁的底部设有能够放入所述V型槽的V形条。

进一步的，所述焊接工位还包括固定于所述正向输送区的正上方的门型架、安装于所述门型架上的一个或者多个驱动件以及与驱动件连接的一个或者多个弹性夹紧组件；所述弹性夹紧组件适于沿竖直方向压紧工件，且所述弹性夹紧组件与工件的接触部位能够弹性伸缩。

进一步的，所述弹性夹紧组件包括上压板、穿过上压板的压柱、套在压柱外的弹簧以及与压柱螺纹连接的螺母，所述螺母位于所述上压板的顶部；所述压柱的底部具有轴向凸出的凸块，所述弹簧位于所述上压板和所述凸块之间。

进一步的，还包括位于焊接工位旁的移动导轨以及沿所述移动导轨往复运动的焊接机器人。

进一步的，所述上料工位还包括底座；所述升降机构包括第一连杆、第二连杆、与底座固定连接的驱动油缸、与底座滑动连接并由驱动油缸一一对应驱动往复运动的下滑杆以及与安装板滑动连接的上滑杆。

所述第一连杆和第二连杆均以上料工位的纵向中心为对称轴对称布置有两个，所述第一连杆的一端与底座铰接，第一连杆的另一端与上滑杆铰接，所述第二连杆的一端与安装板铰接，第二连杆的另一端与下滑杆铰接，所述第一连杆和第二连杆的中部相互铰接。

进一步的，所述行走工装的数量为1~3个，每个所述行走工装位于不同工位上。

进一步的，所述下料工位与上料工位结构相同，当所述上料工位和下料工位处于最高位置时，所述上料工位和下料工位与正向输送区水平对接；当上料工位和下料工位处于最低位置时，上料工位和下料工位与反向输送区水平对接。

本发明还提出一种焊接方法，该焊接方法使用以上所述的超长工件焊接工作站，包括以下几个步骤：

S1：上料，首先将工件安装在上料工位的行走工装上，此时反向输送区的行走工装处于空载待位状态，再将装在有工件的行走工装由上料工位输送至焊接工位的正向输送区。

S2：焊接，在正向输送区焊接工件，同时回流至上料工位的行走工装继续装载工件。

S3：下料，将焊接后的工件与行走工装一起由焊接工位输送至下料工位。

S4：行走工装回流；将空载的行走工装由下料工位经反向输送区输送至上料工位。

本发明的有益效果是：

（1）本发明所述的超长工件焊接工作站及焊接方法，具有固定的上料工位、焊接工位和下料工位，并且焊接工位分有两个输送区，通过每个工位对行走工装的输送实现工件的移动，并且行走工装可以返回至上料工位处，实现循环作业，不需要人工参与，减少工件的吊运，既提高了工作效率，又能够大大降低能源损耗，可用于超长或者大型工件的焊接。

（2）本发明将焊接工位分为上下两层，正向输送区位于上层，可以装夹和焊接工件，反向输送区位于下层，可以反向输送空载的行走工装，既节约空间，也减少行走工装的输送行程。

（3）本发明中通过多组由两个传动辊组成的传动组输送行走工装，通过驱动电机驱动其中一个或者多个传动辊旋转，其他传动辊通过传动连接方式被带动旋转，从而实现行走工装的行进，相邻传动辊之间的传动连接可以提高传动效率，便于大型工件的传送。

（4）本发明采用分离式压紧方式压紧工件，从而解决工件收缩变形造成的工件不易取出的问题，另外再通过弹簧伸缩方式调整压紧力，减少工件变形量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1 是本发明所述的超长工件焊接工作站的具体实施方式的主视图（箭头所示方向为行走工装流转方向）；

图2 是本发明所述的超长工件焊接工作站的具体实施方式的俯视图（箭头所示方向为工件流转方向）；

图3 是本发明中上料工位或者下料工位的立体图；

图4 是图3的主视图；

图5 是图4的A-A向剖视图；

图6 是图3的俯视图（仅显示部分长度）；

图7 是图6中b处放大图；

图8 是图6的B-B向剖视图；

图9 是本发明中行走工装与工件的装配俯视图；

图10 是图9中a处放大图；

图11 是图9的主视图（局部省略）；

图12 是图11的D-D向剖视图；

图13 是本发明中焊接工位的主视图；

图14 是图13的E-E向剖视图；

图15 是图13的F-F向剖视图；

图16 是本发明中弹性夹紧组件的俯视图（局部省略）；

图17 是本发明中弹性夹紧组件的主视图（局部省略）。

图中，1、工件，2、行走工装，201、支撑梁，2011、横梁，202、L形挡板，203、装夹件，3、上料工位，4、焊接工位，401、正向输送区，402、反向输送区，5、下料工位，6、安装板，7、传动辊，701、V型槽，8、第一传动辊，9、第二传动辊，10、第三传动辊，11、链条，12、传动齿，13、升降机构，1301、第一连杆，1302、第二连杆，1303、驱动油缸，1304、下滑杆，1305、上滑杆，14、门型架，15、驱动件，16、弹性夹紧组件，1601、上压板，1602、压柱，1603、弹簧，1604、螺母，1605、凸块，17、移动导轨，18、焊接机器人，19、底座，20、滑道。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明中，所述横向是指水平平面内与工件1的长度方向垂直的方向。所述纵向是指水平平面内与工件1的长度方向平行的方向。

一种超长工件焊接工作站，包括用于放置工件1的行走工装2以及沿工件1的长度方向依次布置并能够往复输送行走工装2的上料工位3、焊接工位4和下料工位5；焊接工位4具有向下料工位5方向输送行走工装2的正向输送区401和向上料工位3方向输送行走工装2的反向输送区402，上料工位3和下料工位5均能够与正向输送区401或者反向输送区402水平对接，以使行走工装2能够循环工作。

上料工位3可以将行走工装2向正向输送区401方向输送，也可以反向输送行走工装2，正向输送区401用于向下料工位5方向输送行走工装2，反向输送区402用于向上料工位3方向输送行走工装2，下料工位5可以正向输送，也可以反向输送行走工装2。整个过程只需要移动行走工装2，并且行走工装2可以往复循环运动，当同时放置多个行走工装2时，可以大大提高工作效率。

本发明所述正向输送是指工件1的输送方向，所述反向输送是指与工件1输送方向相反的方向。

本发明主要用于超长或者大型工件1的输送和焊接，由于工件1较长，不易搬运，设计闭环自动化传输设备，过程中最大程度减少操作人员。

实施例一

一种超长工件焊接工作站，包括用于放置工件1的行走工装2以及沿工件1的长度方向依次布置并能够往复输送行走工装2的上料工位3、焊接工位4和下料工位5；焊接工位4具有向下料工位5方向输送行走工装2的正向输送区401和向上料工位3方向输送行走工装2的反向输送区402，上料工位3和下料工位5均能够与正向输送区401或者反向输送区402水平对接，以使行走工装2能够循环工作。

如图1、图2和图13所示，正向输送区401和反向输送区402优选沿上下方向分层布置，上料工位3和下料工位5均具有升降机构13，以使上料工位和所述下料工位与正向输送区401或者反向输送区402水平对接。焊接采用上下方向分层布置，上层用于工件1焊接，下层用于行走工装2回流，可以节约场地空间，也减少工件1的输送行程。

正向输送区401可以位于反向输送区402的上方，也可以位于反向输送区402的下方，由于反向输送区402仅用于输送空载的行走工装2，需要的空间较小，因此优选将正向输送区401布置在上方。当上料工位3和下料工位5处于高位时，上料工位3和下料工位5分别与正向输送区401的两端水平对接，上料工位3、正向输送区401和下料工位5三者形成一条平整的轨道，行走工装2可以直接由上料工位3输送至正向输送区401或者由正向输送区401输送至下料工位5；当上料工位3和下料工位5处于低位时，上料工位3和下料工位5分别与反向输送区402的两端水平对接，上料工位3、反向输送区402和下料工位5三者形成一条平整的轨道，行走工装2可以直接由下料工位5输送至反向输送区402或者由反向输送区402输送至上料工位3。不需要使用吊装设备转运工件1。

本实施例中的行走工装2可以是一个、两个或者三个，且最多只能是三个，每个行走工装2放置在不同的工位上。

当行走工装2只有一个时，则行走工装2首先处在上料工位3，先在上料工位3处装载工件1，接着将装载有工件1的行走工装2输送至焊接工位4的正向输送区401，进行焊接操作，焊接完成后进入下料工位5，在下料工位5利用吊装设备吊出工件1，随后将空载的行走工装2沿下料工位5、反向输送区402和上料工位3反向运输，使行走工装2重新回到上料工位3进行下一个工件1的输送焊接。图1和图2示意出其工作过程，图2中箭头所示为工件1流转路径，图1中箭头所示为行走工装2流转路径。工件1的流转路径为：工件1首先由吊装设备（例如吊机）吊运至上料工位3的行走工装2上，接着流转至正向输送区401进行焊接作业，随后流转至下料工位5，并在下料工位5被吊装设备吊出，行走工装2仍保留在下料工位5上。行走工装2的流转路径为：首先行走工装2（行走工装2处于满载状态）随上料工位3一起上升至高位，行走工装2（行走工装2处于满载状态）在上料工位3处于高位时向正向输送区401流转，并继续向处于高位的下料工位5流转，接着随下料工位5一起下降至低位，随后行走工装2（行走工装2处于空载状态）向反向输送区402流转，并继续向降至低位的上料工位3流转。

当行走工装2有三个时，三个行走工装2分布在上料工位3、正向输送区401、反向输送区402和下料工位5中的三个位置，其中一个位置留出空位，供行走工装2移位，假设初始状态下，上料工位3、正向输送区401和下料工位5均放置有满载的行走工装2，并令三个行走工装2分别为第一行走工装、第二行走工装和第三行走工装，下料工位5处的工件1被卸下后，第三行走工装处于空载状态，并且向反向输送区402输送，输送完成后下料工位5上升，第二行走工装向下料工位5输送，准备卸料，第一行走工装向正向输送区401输送，准备焊接作业，此时上料工位3下降，使第三行走工装回流到上料工位3，重新装料，如此往复操作，可以实现工件1的连续输送，上料工位3、焊接工位4和下料工位5始终处于工作状态，不需要等待上一个工件1完成整个焊接运输流程，从而大大提高工作效率，在进行超长或者大型工件1焊接时优势尤其明显。

行走工装2的输送是通过各个工位处的水平推动力实现的，例如传动带、传动辊7或者水平推力设备，由于本发明主要用于大型工件1的输送，行走工装2承重很大，传送带的承重能力较弱，无法长时间进行高强度工作，为此本实施例优选采用如下输送结构：

如图3-图7所示，上料工位3包括安装板6、沿安装板6的长度方向顺序布置的若干传动辊7，相邻两个传动辊7传动连接，且至少其中一个传动辊7与驱动电机（附图中未示意驱动电机）连接。所述传动连接是指两个传动辊7的运动相互关联，其中一个传动辊7为主动辊，另一个传动辊7为从动辊，传动辊7的中心轴与工件1的输送方向垂直，以图7为例，从左到右依次为第一传动辊8、第二传动辊9和第三传动辊10，第一传动辊8代表端部的传动辊7，第二传动辊9和第三传动辊10代表中间的传动辊7，第一传动辊8上设有一个传动齿12，第二传动辊9和第三传动辊10上设有两个传动齿12，第一传动辊8上的传动齿12与第二传动辊9上的一个传动齿12通过链条11连接，第二传动辊9上的另一个传动齿12与第三传动辊10上的一个传动齿12通过链条11连接，也就是位于中间的传动辊7的一端设有两个传动齿12，其中一个传动齿12与左侧的相邻传动辊7通过链条11连接，另一个传动齿12与右侧的相邻传动辊7通过链条11连接，如此依次连接下去，实现上料工位3上每个传动辊7的相互传动连接，可以根据载荷大小配备合适数量的驱动电机，驱动电机在上料工位3上有些均匀布置，用于驱动间隔布置的若干传动辊7旋转，从而使行走工装2长度方向上的不同部位具有行走驱动力，另外，将每个传动辊7相互连接，可以提高传动效率，保证每个传动辊7都能够有效旋转。

可以理解的是，下料工位5、正向输送区401、反向输送区402可以采用与上料工位3相同的输送结构实现行走工装2的输送（如图3所示既是下料工位5的结构，也是上料工位3的结构，图14和图15可以看出正向输送区401、反向输送区402的输送结构与图3中的相同），区别在于，上料工位3和下料工位5上的驱动电机可以双向旋转，实现行走工装2的双向行走，正向输送区401和反向输送区402上的驱动电机仅单向旋转。此处不再具体描述下料工位5、正向输送区401、反向输送区402中的输送结构。

升降机构13可以整体升降下料工位5和上料工位3的输送结构。当上料工位3和下料工位5处于高位时，上料工位3、正向输送区401和下料工位5的安装板6相互对接，当下料工位5和上料工位3处于低位时，上料工位3、反向输送区402和下料工位5的安装板6相互对接。

如图2所示，本发明也可以在焊接工位4旁设置移动导轨17，移动导轨17为机器人地轨，可以市购，移动导轨17上安装焊接机器人18，焊接机器人18由移动导轨17带动往复运动，焊接机器人18可以与视觉检测系统配合，检测需要焊接的部位，视觉检测系统为现有技术，是通过相机和处理器的配合实现的。

实施例二

在实施例一的基础上，如图9-图12所示，行走工装2包括用于放置工件1的支撑梁201、安装于支撑梁201的横向两侧的L形挡板202以及固定于L形挡板202上的装夹件203，装夹件203与L形挡板202配合夹紧工件1的一侧，支撑梁201放置于传动辊7上。L形挡板202优选对称布置在支撑梁201的横向两侧，行走工装2的尺寸与工件1的尺寸匹配，当工件1放置在行走工装2上时，两侧的L形挡板202正好与工件1的两个外侧面贴合，装夹件203可以为快速夹，可以市购，用于将工件1的两侧夹紧。

支撑梁201的底部安装两根横梁2011，两根横梁2011与传动辊7接触（如图5和图12所示），为避免支撑梁201发生侧滑，作为优选的，传动辊7的外周圆周布置有V型槽701，支撑梁201的底部设有能够放入V型槽701的V形条，V形条即为其中一个横梁2011，其与传动辊7的接触面为V形表面，另一个横梁2011与传动辊7的接触面为平面，V型槽701布置在传动辊7外周，当传动辊7旋转时，V形条可以始终与V型槽701配合，有效避免支撑梁201侧滑。

实施例三

为避免工件1焊接时位置发生改变，需要在焊接工位4对工件1完全固定，通过行走工装2已经将工件1横向固定，通过行走工装2表面的限位块可以对工件1纵向限位，而工件1的竖直方向仍缺少限位，因此需要在焊接时沿竖直方向装夹工件1，传统的夹具均为整体式结构，当工件1尺寸较大时，整体式的夹具很难为工件1留出流转空间，另外，由于工件1长度长达13米，两端有安装孔，工件1需要与其他部件进行组装，焊接时需控制工件1变形量，防止两端的安装孔偏差过大，导致不能与其他部件进行配套安装，为此，如图13和图15所示，本实施例在实施例一或者实施例二的基础上，焊接工位4还包括固定于正向输送区401的正上方的门型架14、安装于门型架14上的一个或者多个驱动件15以及与驱动件15连接的一个或者多个弹性夹紧组件16，弹性夹紧组件16适于沿竖直方向压紧工件1，且弹性夹紧组件16与工件1的接触部位能够弹性伸缩。驱动件15可以为液压油缸、气缸等，用于带动弹性夹紧组件16作上下运动，弹性夹紧组件16向下压向工件1，与行走工装2共同限制工件1竖直方向的运动，由于工件1在竖直方向上基本上不会运动，因此竖直方向的装夹力不需要太大，弹性夹紧组件16在满足装夹效果的同时还具有弹性伸缩功能，可以避免压紧力过大导致工件1变形。

弹性夹紧组件可以但不仅限于采用如下结构：如图16和图17所示，包括上压板1601、穿过上压板1601的压柱1602、套在压柱1602外的弹簧1603以及与压柱1602螺纹连接的螺母1604，螺母1604位于上压板1601的顶部；压柱1602的底部具有轴向凸出的凸块1605，弹簧1603位于上压板1601和凸块1605之间。压柱1602与上压板1601为滑动连接，螺母1604可以防止压柱1602脱离上压板1601，压柱1602的底部与工件1接触，优选采用橡胶材质制成，避免损坏工件1。每个上压板1601可以连接多个压柱1602，本实施例的每个弹性夹紧组件中设有三个上压板1601，三个上压板1601的结构沿纵向对称，每个上压板1601连接若干个压柱1602，可以同时压在工件1的不同位置，当工件1表面不平整时，不同位置的压柱1602通过对应的弹簧1603可以自适应调节高度，避免过度挤压工件1，造成工件1变形。

本实施例的弹性压紧结构可以使用较少的驱动件15实现较多点位的按压，从而分散按压力，也有效避免工件1变形。

实施例四

在上述实施例的基础上，上料工位3还包括底座19，升降机构13包括第一连杆1301、第二连杆1302、与底座19固定连接的驱动油缸1303、与底座19滑动连接并由驱动油缸1303一一对应驱动往复运动的下滑杆1304以及与安装板6滑动连接的上滑杆1305。

第一连杆1301和第二连杆1302均以上料工位3的纵向中心为对称轴对称布置有两个，第一连杆1301的一端与底座19铰接，第一连杆1301的另一端与上滑杆1305铰接，第二连杆1302的一端与安装板6铰接，第二连杆1302的另一端与下滑杆1304铰接，第一连杆1301和第二连杆1302的中部相互铰接。

如图3、图4和图8所示，安装板6的横向两侧均设置有第一连杆1301和第二连杆1302，并且位于同一侧的第一连杆1301和第二连杆1302相互交叉，安装板6和底座19上分别设置有供上滑杆1305和下滑杆1304往复运动的滑道20。若驱动油缸1303连接在上滑杆1305朝向第一连杆1301和第二连杆1302铰接中心的一侧，当驱动油缸1303作推出运动时，驱动油缸1303带动下滑杆1304沿纵向远离第一连杆1301和第二连杆1302铰接中心，则与底座19连接的第一连杆1301和第二连杆1302的端部相互远离，安装板6作下降运动，反之，驱动油缸1303反向缩回时，安装板6作上升运动。

下料工位5的升降机构13与上料工位3的升降机构13相同。

本实施例可以在安装板6和底座19之间安装多个升降机构13，与升降气缸直接驱动升降相比，本实施例与安装板6的连接点增多，当安装板6较长时，可以保证稳定支撑，避免局部倾斜弯曲，同时也可以降低驱动油缸1303的压力大小。

实施例五

一种焊接方法，该焊接方法使用以上所述的超长工件焊接工作站，本实施例具体介绍行走工装2循环作业时多个工件1的连续流转过程，具体针对所述超长工件焊接工作站上同时存在两个行走工装2时的工作过程，包括以下几个步骤：

S1：上料，在上料工位3处于高位的情况下，首先将工件1安装在上料工位3的行走工装2（定义为前方行走工装）上，此时反向输送区402的行走工装2（定义为后方行走工装）处于空载待位状态，再将装在有工件1的行走工装2（即前方行走工装）由上料工位3输送至焊接工位4的正向输送区401。此时上料工位3留出空位，上料工位3下降至低位与反向输送区402对齐，后方行走工装可以由反向输送区402回流至上料工位3。

S2：焊接，在正向输送区401焊接工件1，同时回流至上料工位3的行走工装2继续装载工件1。此时上料工位3和正向输送区401均放置有工件1，待前一个工件1焊接完成后可以立即送上第二个工件1，不需要等待前一个工件1完成整个输送过程再装载下一个工件1。

S3：下料，将焊接后的工件1与行走工装2（即前方行走工装）一起由焊接工位4输送至下料工位5，使用吊装设备吊走工件1，此时前方行走工装处于空载状态，后方行走工装上的工件1在焊接工位4进行焊接作业。

S4：行走工装2回流；下料工位5下降至低位与反向输送区402对齐后，将空载的行走工装2（即前方行走工装）由下料工位5经反向输送区402输送至上料工位3。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。