一種弧焊機器人的制作方法

本實用新型涉及焊接自動化裝置技術領域，尤其是一種弧焊機器人。

背景技術：

弧焊機器人作為一種高度自動化的焊接設備，是提高焊接質量、降低成本、改善工作環境的重要手段之一；目前，利用弧焊機器人來替代手工焊接作業已經成為焊接制造業的發展趨勢，其被廣泛應用于諸如汽車制造、機械零部件加工、工程機械等諸多技術領域。

目前，現有的弧焊機器人雖然在結構以及功能方面得到了迅速的提升和改進，但仍然存在以下弊端：1、為提升焊接質量及焊接精度，通常會在機器人本體且靠近焊槍的位置設置傳感器，以實現對焊縫的追蹤以及焊接溫度的檢測與采集，然而，由于焊槍在進行焊接工作時，會在周圍空間形成高溫區域，傳感器經常因受到高溫的炙烤，而無法正常執行檢測和數據采集功能，甚至經常導致機器人故障或焊接作業中斷等問題；2、機器人處于閑置狀態時，傳感器容易受到生產車間內較為惡劣的環境因素(如其他機器人作業時所產生的焊渣飛濺、車間內溫度高且灰塵大等等)的侵擾，從而影響傳感器的使用壽命以及性能；3、機器人結構構造相對復雜、作業范圍小、靈活性差、焊接效率低。

技術實現要素：

針對上述現有技術存在的不足，本實用新型的目的在于提供一種弧焊機器人。

為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種弧焊機器人，它包括機械手臂、裝設于機械手臂的末端的焊槍以及裝設于焊槍上且信號檢測端與焊槍的焊頭呈平行分布狀態的信號檢測及采集裝置；

所述信號檢測及采集裝置包括具有前端口的外保護殼、裝設于外保護殼的底面上并套裝于焊槍上的卡箍套、裝設于外保護殼內且起到焊縫追蹤功能的激光傳感器、裝設于外保護殼內且起到焊縫溫度檢測功能的紅外傳感器以及將激光傳感器與紅外傳感器蓋合于外保護殼內的保護蓋；

所述保護蓋包括一與外保護殼的前端口相對位的蓋板部以及由蓋板部的左右邊沿向后彎折后形成翼板部，每個所述翼板部的上端均開設有一軸孔，所述外保護殼的左右側壁上裝設有對位插套于軸孔內的轉軸，所述外保護殼的左右側壁上且位于相對應的轉軸的后端側裝設有第一拉桿，所述翼板部的中部且位于軸孔的前下方裝設有第二拉桿，所述第一拉桿通過一拉簧與第二拉桿相連；

所述蓋板部對位蓋合于外保護殼的前端口上時，所述拉簧的延長線與焊槍的焊頭的延長線之間的夾角為30°-60°；所述激光傳感器和紅外傳感器的信號檢測端與焊槍的焊頭呈平行分布狀態；

所述外保護殼、卡箍套和保護蓋均由隔熱材料制成，所述隔熱材料包括基板和形成于基板表面的隔熱涂層構成，所述基板為表面經過磷化處理的30CrMnSiA鋼板，所述隔熱涂層為以有機硅樹脂、玻璃粉和聚碳硅烷為黏結劑并通過添加三氧化二鋁、碳化硅、二氧化鋯、氮化硼、二氧化硅以及碳纖維所形成的混合材料。

優選地，所述基板的厚度為1mm，所述隔熱涂層的厚度為900-1000μm。

優選地，所述隔熱涂層的配方按重量組份計：有機硅樹脂10份、聚碳硅烷20份、玻璃粉5-10份、三氧化二鋁0.1-5份、碳化硅0.1-5份、二氧化鋯0.1-8份、氮化硼0.1-20份、二氧化硅0.5份、碳纖維0.1-1份。

優選地，所述隔熱材料的制備方法為：

S1、將有機硅樹脂、玻璃粉、聚碳硅烷、添加三氧化二鋁、碳化硅、二氧化鋯、氮化硼、二氧化硅以及碳纖維按比例混合后形成混合料漿；

S2、將混合料漿在磨砂機上進行研磨，以使混合料漿的顆粒細度在40-50μm之間；

S3、利用空氣噴涂機在空氣壓力為0.4MPa且噴槍口徑在0.8-1mm的條件下將研磨后的混合料漿噴涂在表面經過磷化處理的30CrMnSiA鋼板上；

S4、噴涂完畢后，在室溫下放置48h，然后在200℃下烘烤2h，以使混合料漿在30CrMnSiA鋼板上固化成膜，即形成涂覆于基板上的隔熱涂層；

S5、將基板連同隔熱涂層放置于馬弗爐中由室溫逐漸加熱到600℃并在600℃下保溫2h，然后隨馬弗爐再冷卻至室溫。

優選地，所述機械手臂包括：

一卡盤；

一第一旋轉驅動馬達，所述第一旋轉驅動馬達座設于卡盤的上表面上且第一旋轉驅動馬達的動力軸上套裝有一旋轉盤；

一第一U型擺座，所述第一U型擺座裝設于旋轉盤上，所述第一旋轉驅動馬達通過旋轉盤帶動第一U型擺座在X-Z軸平面內相對于卡盤作旋轉運動；

一第二旋轉驅動馬達，所述第二旋轉驅動馬達嵌裝于第一U型擺座的座口側壁內且第二旋轉驅動馬達的動力軸貫穿于第一U型擺座的座口分布；

一第二U型擺座，所述第二U型擺座的底部形成有第一軸聯臂，所述第一軸聯臂的底端卡裝于第一U型擺座的座口內并套接第二旋轉驅動馬達的動力軸，所述第二旋轉驅動馬達通過第一軸聯臂帶動第二U型擺座在X-Y軸平面內相對于第一U型擺座作擺動運動；

一第三旋轉驅動馬達，所述第三旋轉驅動馬達嵌裝于第二U型擺座的座口側壁內且第三旋轉驅動馬達的動力軸貫穿于第二U型擺座的座口分布；

一第四旋轉驅動馬達，所述第四旋轉驅動馬達的外殼底面上形成有第二軸聯臂，所述第二軸聯臂的底端卡裝于第二U型擺座的座口內并套接第三旋轉驅動馬達的動力軸，所述第三旋轉驅動馬達通過第二軸聯臂帶動第四旋轉驅動馬達在X-Y軸平面內相對于第二U型擺座作擺動運動；

一第三U型擺座，所述第三U型擺座裝設于第四旋轉驅動馬達的動力軸上，所述第四旋轉驅動馬達驅動第三U型擺座在Y-Z軸平面內作旋轉運動；

和

一第五旋轉驅動馬達，所述第五旋轉驅動馬達嵌裝于第三U型擺座的座口側壁內且第五旋轉驅動馬達的動力軸貫穿于第三U型擺座的座口分布；

所述焊槍的末端設置有一固定座，所述固定座位于第三U型擺座的座口內并套接第五旋轉驅動馬達的動力軸，所述第五旋轉驅動馬達通過固定座帶動焊槍和信號檢測及采集裝置在X-Y軸平面內相對于第三U型擺座同步進行擺動運動。

由于采用了上述方案，本實用新型通過對信號檢測及采集裝置的外殼結構以及外殼材料的優化，使其能夠具有良好的耐溫性能，以保證傳感器進行正常工作。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例的整體結構示意圖；

圖2是本實用新型實施例的信號檢測及采集裝置的結構示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型的實施例進行詳細說明，但是本實用新型可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。

如圖1和圖2所示，本實施例提供的一種弧焊機器人，它包括機械手臂、裝設于機械手臂的末端的焊槍10以及裝設于焊槍10上且信號檢測端與焊槍10的焊頭呈平行分布狀態的信號檢測及采集裝置；其中，信號檢測及采集裝置包括具有前端口的外保護殼20、裝設于外保護殼20的底面上并套裝于焊槍10上的卡箍套30、裝設于外保護殼20內且起到焊縫追蹤功能的激光傳感器40、裝設于外保護殼20內且起到焊縫溫度檢測功能的紅外傳感器50以及將激光傳感器40與紅外傳感器50蓋合于外保護殼20內的保護蓋60；本實施例的保護蓋60包括一與外保護殼20的前端口相對位的蓋板部601以及由蓋板部601的左右邊沿向后作90°彎折后形成翼板部602，在每個翼板部602的上端均開設有一軸孔(圖中未標注)，相應地在外保護殼20的左右側壁上裝設有對位插套于軸孔內的轉軸(圖中未標注)，在外保護殼20的左右側壁上且位于相對應的轉軸的后端側裝設有第一拉桿201，在每個翼板部602的中部且位于軸孔的前下方裝設有第二拉桿6021，第一拉桿201通過一拉簧70與第二拉桿6021相連；當蓋板部601對位蓋合于外保護殼20的前端口上時，拉簧70的延長線與焊槍10的焊頭的延長線之間的夾角為30°-60°；而激光傳感器40和紅外傳感器50的信號檢測端則始終與焊槍10的焊頭呈平行分布狀態；以此，當本臺機器人處于閑置狀態時，為避免信號檢測及采集裝置受到焊接場所內部環境或者其他作業機器人的干擾，可利用保護蓋60與外保護殼20之間的軸連關系，通過拉簧70所產生的拉力(相對于外保護殼20，此時拉力的方向為前下方至后上方)使蓋板部601牢牢的蓋合于外保護殼20的前端口上，從而將激光傳感器40和紅外傳感器50封裝于外保護殼20；而當本臺機器人處于焊接作業時，則可將保護蓋60相對于外保護殼20進行一定角度的翻轉，從而利用拉簧70所產生的拉力(相對于外保護殼20，此時拉力的方向為前上方至后下方)使保護蓋60保持打開狀態，以為紅外傳感器50和激光傳感器40提供工作空間，焊槍10進行焊接作業時，激光傳感器40能夠同步地進行焊縫追蹤以及信息采集，而紅外傳感器50也能夠進行焊縫溫度的檢測和采集。

同時，外保護殼20、卡箍套30和保護蓋60均由隔熱材料制成，以能夠對傳感器起到強力的耐高溫保護作用，以避免傳感器因受到高溫的炙烤，而無法正常執行檢測和數據采集功能，甚至導致機器人故障或焊接作業中斷等問題的發生，本實施例的隔熱材料包括基板和形成于基板表面的隔熱涂層構成，其中，基板采用表面經過磷化處理的30CrMnSiA鋼板，而隔熱涂層則為以有機硅樹脂、玻璃粉和聚碳硅烷為黏結劑并通過添加三氧化二鋁、碳化硅、二氧化鋯、氮化硼、二氧化硅以及碳纖維所形成的混合材料。通過對隔熱涂層的材料成分的改進能夠使隔熱材料具備良好的隔熱性能；經試驗測試，在基板的厚度為1mm，隔熱涂層的厚度為900-1000μm的條件下，隔熱材料的隔熱效果可達到1500℃以上，而且隔熱材料中的氮化硼和碳纖維則能夠有效改善涂層的耐熱性，減少涂層因受熱而開裂。

作為一個優選方案，本實施例的隔熱涂層的配方按重量組份計：有機硅樹脂10份、聚碳硅烷20份、玻璃粉5-10份、三氧化二鋁0.1-5份、碳化硅0.1-5份、二氧化鋯0.1-8份、氮化硼0.1-20份、二氧化硅0.5份、碳纖維0.1-1份。

作為一個優選方案，本實施例的隔熱材料的制備方法為：

S1、將有機硅樹脂、玻璃粉、聚碳硅烷、添加三氧化二鋁、碳化硅、二氧化鋯、氮化硼、二氧化硅以及碳纖維按比例混合后形成混合料漿；

S2、將混合料漿在磨砂機上進行研磨，以使混合料漿的顆粒細度在40-50μm之間；

S3、利用空氣噴涂機在空氣壓力為0.4MPa且噴槍口徑在0.8-1mm的條件下將研磨后的混合料漿噴涂在表面經過磷化處理的30CrMnSiA鋼板上；

S4、噴涂完畢后，在室溫下放置48h，然后在200℃下烘烤2h，以使混合料漿在30CrMnSiA鋼板上固化成膜，即形成涂覆于基板上的隔熱涂層；

S5、將基板連同隔熱涂層放置于馬弗爐中由室溫逐漸加熱到600℃并在600℃下保溫2h，然后隨馬弗爐再冷卻至室溫。

采用劃格法測試涂層的附著力并利用體式顯微鏡對涂層表面進行觀察以對其進行性能評估，然后再氧-乙炔下燒灼，觀察不同火焰溫度下燒蝕4s后涂層的燒蝕形貌，最后在激光束輻照下進行抗激光燒蝕測試以監測涂層的溫升過程，通過上述實驗手段可以發現，隔熱材料在激光照射后溫度上升較為緩慢，峰值溫度較低(在246℃左右)，以此，可以確定隔熱材料具有明顯的耐燒蝕隔熱效果。

為最大限度地優化整個機器人的結構，增加其作業范圍以及焊接作業的靈活性，本實施例的機械手臂包括：

一卡盤80；

一座設于卡盤80的上表面上的第一旋轉驅動馬達90，且第一旋轉驅動馬達90的動力軸上套裝有一旋轉盤100；

一裝設于旋轉盤100上的第一U型擺座110，第一旋轉驅動馬達90通過旋轉盤100帶動第一U型擺座110在X-Z軸平面內相對于卡盤80作旋轉運動；

一嵌裝于第一U型擺座110的座口側壁內的第二旋轉驅動馬達120，第二旋轉驅動馬達120的動力軸貫穿于第一U型擺座110的座口分布；

一底部形成有第一軸聯臂130的第二U型擺座140，第一軸聯臂130的底端卡裝于第一U型擺座110的座口內并套接第二旋轉驅動馬達120的動力軸，第二旋轉驅動馬達120通過第一軸聯臂130帶動第二U型擺座140在X-Y軸平面內相對于第一U型擺座140在180°的角度范圍內作擺動運動；

一嵌裝于第二U型擺座140的座口側壁內的第三旋轉驅動馬達150，第三旋轉驅動馬達150的動力軸貫穿于第二U型擺座140的座口分布；

一外殼底面上形成有第二軸聯臂160的第四旋轉驅動馬達170，第二軸聯臂160的底端卡裝于第二U型擺座140的座口內并套接第三旋轉驅動馬達150的動力軸，第三旋轉驅動馬達150通過第二軸聯臂160帶動第四旋轉驅動馬達170在X-Y軸平面內相對于第二U型擺座140在180°的角度范圍內作擺動運動；

一裝設于第四旋轉驅動馬達170的動力軸上的第三U型擺座180，第四旋轉驅動馬達170驅動第三U型擺座180在Y-Z軸平面內作旋轉運動；

和

一嵌裝于第三U型擺座180的座口側壁內的第五旋轉驅動馬達190，第五旋轉驅動馬達190的動力軸貫穿于第三U型擺座180的座口分布；并且在焊槍10的末端設置有一固定座101，固定座101位于第三U型擺座180的座口內并套接第五旋轉驅動馬達190的動力軸，第五旋轉驅動馬達190通過固定座101帶動焊槍10和信號檢測及采集裝置在X-Y軸平面內相對于第三U型擺座180在在180°的角度范圍內同步進行擺動運動。

以此，可使得焊槍10相對于卡盤80可實現不同位置、不同角度的焊接作業，極大地擴展的焊槍10的作業半徑；通過對各個旋轉驅動馬達的集中控制，可增強整個機器人的靈活性。

以上所述僅為本實用新型的優選實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內。