汽車b柱內飾自動切割與焊接裝置的制造方法
【專利摘要】本發明汽車B柱內飾自動切割與焊接裝置，是一種柔性的、融自動切割與自動焊接于一體的設備，由供布系統、供料系統、轉運機器人、激光切割系統、超聲波焊接系統和控制系統所構成，且各部分是相對獨立的各個系統裝置；本發明的自動切割與焊接裝置采用機械定位夾緊裝置，定位精準，激光切割與超聲波焊接工序的一致性高，裝配精度高，設備操作的靈活性好，能使汽車內飾工件一次成型，因而產品質量的穩定性能夠得到保證；生產效率明顯提高，不僅降低了勞動成本，而且改善了工作環境，生產過程更安全，實現了汽車內飾部件的自動化生產，能在汽車內飾部件制造企業推廣應用，進而提高汽車工業生產的質量和效益。
【專利說明】
汽車B柱內飾自動切割與焊接裝置
技術領域
[0001]本發明涉及加工設備的設計與制造技術領域，涉及對汽車內飾部件進行自動切割與焊接的機械設備，具體地說，是一種汽車B柱內飾自動切割與焊接裝置。
【背景技術】
[0002]汽車內飾涉及許多部件或者工件，它們主要是由工程塑膠件加面層貼布形成的，例如保險帶處遮蓋板部件(見圖13和14)。目前，所述汽車B柱內飾工程塑料件與面層貼布之間的多余布料的切割與焊接都是通過人力手工來完成的。在所述汽車B柱內飾的切割過程中，工人們手持汽車B柱內飾工件通過固定模具進行粗定位，然后利用激光切割機將工件周邊或者孔內多余的布料切除;在所述汽車內飾的焊接過程中，工人們手持超聲波焊接槍，將固定在模具內工程塑料件上的布料與工程塑膠件進行焊接。由于汽車B柱內飾制造的關鍵步驟一一切割與焊接是由人力手工完成的，不僅生產效率低，而且產品的一致性難以保證，使產品的穩定性和質量無法得到保證。此外，人工成本較高，工作效率不可控，因此，汽車內飾的制造方式對汽車制造業形成一定的影響。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于克服上述不足，提供一種汽車B柱內飾自動切割與焊接裝置，它是一種柔性的、融自動切割與自動焊接于一體的設備;整個裝置由供布系統、供料系統、機器人、激光切割系統和超聲波焊接系統構成，能自動完成汽車B柱內飾工件的切割與焊接；裝配精度高，設備操作的靈活性好，能使汽車內飾工件一次成型，不僅產品的一致性好、質量穩定，而且能改善工人工作環境，提高生產效率，有利于在汽車內飾部件制造企業推廣應用。
[0004]為實現上述目的，本發明采取了以下技術方案。
[0005]—種汽車B柱內飾自動切割與焊接裝置，含有由機器人安裝底座與六軸機械手構成的轉運機器人、成品輸送帶和余料輸送帶，其特征在于，還包括供布系統、供料系統、激光切割系統、超聲波焊接系統和控制系統，所述供布系統、供料系統、轉運機器人、激光切割系統、超聲波焊接系統和控制系統是相對獨立的各個系統裝置；
所述供布系統含有框形結構的第一安裝機架以及供布面板、步進電機、第一直線導軌和第一齒輪齒條機構:所述第一直線導軌由兩條導軌與四個滑塊套合組成設置在第一安裝機架的上方;所述第一齒輪齒條機構由一條齒條與一個齒輪嚙合組成設置在所述第一直線導軌的中間；供布面板通過螺接設置在第一直線導軌的滑塊上，在所述供布面板的一端設置步進電機，在所述步進電機的輸出軸上設有第一齒輪齒條機構的齒輪；
所述供料系統含有第二安裝機架、夾具收納柜和快換定位夾具:其中，第二安裝機架為一個由方管焊接而成的中空箱形結構，在所述第二安裝機架的上方設置夾具收納柜，在所述第二安裝機架的頂部設置快換定位夾具；
所述轉運機器人含有機器人安裝底座、六軸機械手及末端執行機構:其中，機器人安裝底座設置在所述供料系統與所述激光切割系統之間的位置，六軸機械手設置在所述機器人安裝底座上，在所述六軸機械手的前端設置一個末端執行機構;所述末端執行機構含有第一安裝支架、定位機構、抖布機構和真空吸盤機構:第一安裝支架為一個U型框架結構通過螺接方式設置在所述六軸機械手的前端，在第一安裝支架的兩端各設置一個定位機構，在第一安裝支架的內側設置抖布機構，在第一安裝支架的上部設置若干個第一真空吸盤;所述定位機構、抖布機構和第一真空吸盤都通過螺接方式設置在所述第一安裝支架上;所述抖布機構含有第二安裝支架、伸縮氣缸和第一手爪:第二安裝支架為由一個U型懸臂框架與一塊安裝小板連接構成的組件;伸縮氣缸采用耳環一體型的方式設置在所述第二安裝支架上，所述伸縮氣缸前端的活塞桿鏈接在所述第一手爪上，第一手爪的中部通過連接銷設置在所述第二安裝支架上，當伸縮氣缸工作時，其活塞桿進行伸縮，使第一手抓圍繞中部的連接銷往復轉動；
所述激光切割系統包含第三安裝機架、第一控制系統和激光槍頭:其中，第三安裝機架為框架支撐結構;第一控制系統設置在所述第三安裝機架的內部，在所述第三安裝機架的上端設置激光槍頭，由所述激光槍頭對安裝在機器人前端末端執行機構上的待加工工件進行切割；
所述超聲波焊接系統含有第四安裝機架、加工工件夾裝機構、傳動機構、焊接機構、下料機構、成品輸送帶、第二控制系統、余料輸送帶和余料收集箱:其中，第四安裝機架是傳動機構的框架支撐結構，傳動機構為一個平臺結構，在該平臺結構上設有第一單軸機器人和兩條第二直線導軌;在所述第一單軸機器人和第二直線導軌的上方設置一塊主安裝板，在所述主安裝板上設置加工工件夾裝機構;在所述傳動機構的中間設置焊接機構;在所述傳動機構后端的兩邊各設置一個下料機構，在所述傳動機構后端下方的箱體內設置第二控制系統;在所述傳動機構的后面設置一個成品輸送帶;在所述傳動機構前端的下方設置余料輸送帶并在所述余料輸送帶的前面放置一個余料收集箱；
所述加工工件夾裝機構含有主安裝板及兩套工件工裝夾具;每套工件工裝夾具含有副安裝板、浮動安裝板、頂升氣缸以及若干個推進氣缸、壓爪氣缸、第二手爪、定位塊、彈簧和直線軸承;其中，兩套工件工裝夾具的兩塊副安裝板對稱地安裝在主安裝板的兩邊，在所述副安裝板的上方設置浮動安裝板;在所述浮動安裝板的前端設置頂升氣缸、推進氣缸及兩個壓爪氣缸:所述頂升氣缸豎直安裝在浮動安裝板上，能使兩組第二手爪的前一組實現Z軸運動;所述推進氣缸水平安裝在浮動安裝板上，能使兩組第二手爪的前一組實現X軸運動；所述壓爪氣缸水平安裝在浮動安裝板上，能使兩組第二手爪的前一組實現Y軸運動;在所述浮動安裝板的后端設置第二手爪后一組、若干定位塊及兩個壓爪氣缸:所述第二手爪后一組圍繞待加工工件的中孔分布、豎直安裝在浮動安裝板上;所述定位塊通過螺接方式設置在浮動安裝板上;所述第二手爪含有第三安裝支架、限位塊、手指及第二彈簧:第三安裝支架通過螺接方式豎直安裝在推進氣缸與壓爪氣缸上，限位塊為安裝在第三安裝支架上的N型框架結構，手指通過連接銷設置在第三安裝支架上，在限位塊的框架結構中設有第二彈簧;所述壓爪氣缸、第二手爪及定位塊能將待加工工件精確定位及夾緊便于后續焊接；
所述焊接系統含有龍門架、第二齒輪齒條機構、第三直線導軌及兩套焊接機構:其中，N型框架結構的龍門架通過螺接方式安裝在傳動機構臺面的中間；第二齒輪齒條機構的齒條通過螺釘側向安裝在龍門架上端的豎直面上，第二齒輪齒條機構的齒輪通過連接鍵設置在焊接機構上;第三直線導軌含有兩根導軌及若干滑塊，所述兩根導軌側向安裝在龍門架上且分布在所述第二齒輪齒條機構導軌的上下兩側，所述若干滑塊分為兩組分別設置焊接機構；
所述下料機構設置有兩套，每套各含有懸臂安裝架、橫移無桿氣缸、氣缸安裝座、放料氣缸、吸盤安裝座和第二真空吸盤:其中，懸臂安裝架為由矩形方管焊接而成的呈倒“L”型的框架結構，橫移無桿氣缸通過螺接方式側向安裝在懸臂安裝架上端的豎直面上，能使第二真空吸盤實現X軸移動;氣缸安裝座為由碳鋼板焊接而成的L型結構，放料氣缸通過螺接方式豎直倒置安裝在所述氣缸安裝座的水平板上，能使第二真空吸盤實現Z軸移動;吸盤安裝座安裝在放料氣缸活塞桿的末端，第二真空吸盤安裝在所述吸盤安裝座的下端，且左右及前后對稱設置四個。
[0006]進一步，所述快換定位夾具由快換安裝面板、尼龍定位組件及把手構成:所述尼龍定位組件是與待加工工件產品外型的弧度相匹配加工而成的并通過螺接方式設置在快換安裝面板上，所述快換安裝面板的左右兩端各設置一個把手。
[0007]進一步，所述第一單軸機器人設置在所述傳動機構的正中間，所述第二直線導軌含兩根導軌及四個滑塊，設置在所述第一單軸機器人的兩側。
[0008]進一步，所述工件工裝夾具含有一塊副安裝板、一個頂升氣缸、兩個推進氣缸、浮動安裝板、四個壓爪氣缸、兩組第二手爪、四個定位塊、四個彈簧及四個直線軸承。
[0009]進一步，所述副安裝板與所述浮動安裝板之間通過四個直線軸承連接。
[0010]進一步，所述定位塊是與待加工工件外型弧度相匹配的尼龍結構件。
[0011]進一步，所述加工工件夾裝機構的副安裝板與浮動安裝板通過四個直線軸承連接，在所述直線軸承上套接有彈簧，使所述副安裝板與浮動安裝板之間形成軟連接。
[0012]進一步，所述焊接機構含有第一安裝板、橫移伺服電機、第二單軸機器人、第二安裝板、旋轉伺服電機及焊接槍頭:其中，第一安裝板通過螺釘安裝在第三直線導軌的滑塊上，橫移伺服電機設置在第一安裝板上，其輸出軸穿過第一安裝板通過連接鍵設置第二齒輪齒條機構的齒輪，第二單軸機器人通過螺釘豎直安裝在第一安裝板上，能使焊接槍頭實現Z軸移動;第二安裝板安裝在第二單軸機器人的下端，旋轉伺服電機通過螺釘水平安裝在第二安裝板上，其輸出軸穿過第二安裝板與焊接槍頭連接，能使焊接槍頭實現X軸旋轉。
[0013]本發明汽車B柱內飾自動切割與焊接裝置的積極效果是:
(I)提供了一種汽車內飾的自動切割與焊接裝置，這是一種柔性的、融自動切割與自動焊接于一體的設備，由供布系統、供料系統、機器人、激光切割系統和超聲波焊接系統實現了汽車內飾部件的自動化生產。
[0014](2)采用機械定位夾緊裝置，定位精準，激光切割與超聲波焊接工序的一致性高，裝配精度高，設備操作的靈活性好，能使汽車內飾工件一次成型，因而產品質量的穩定性能夠得到保證;生產效率明顯提高，不僅降低了勞動成本，而且改善了工作環境，生產過程更安全。
[0015](3)能在汽車內飾部件制造企業推廣應用，能提高汽車工業生產的質量和效益。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明汽車B柱內飾自動切割與焊接裝置的結構示意圖。
[0017]圖2為供布系統的結構示意圖。
[0018]圖3為供料系統的結構示意圖。
[0019]圖4為轉運機器人的結構示意圖。
[0020]圖5為末端執行機構的結構示意圖。
[0021]圖6為抖布機構的結構示意圖。
[0022]圖7為激光切割系統的結構示意圖。
[0023]圖8為超聲波焊接系統的結構示意圖。
[0024]圖9為加工工件裝夾機構的結構示意圖。
[0025]圖10為傳動機構的結構示意圖。
[0026]圖11為焊接系統的結構示意圖。
[0027]圖12為下料機構的結構示意圖。
[0028]圖13為B柱內飾正面示意圖。
[0029]圖14為B柱內飾反面示意圖。
[0030]圖15為快換定位夾具的結構示意圖。
[0031]圖16為第二手爪的結構示意圖。
[0032]圖17為焊接機構的結構示意圖。
[0033]圖中的標號分別為:
1、供布系統；2、供料系統；
3、轉運機器人；4、激光切割系統；
5、超聲波焊接系統；6、第一安裝機架；
7、供布面板；8、步進電機；
9、第一直線導軌；10、第一齒輪齒條機構；
I1、第二安裝機架；12、夾具收納柜；
13、快換定位夾具；14、待加工工件；
15、機器人安裝底座；16、六軸機械手；
17、末端執行機構；18、第一安裝支架；
19、定位機構；20、抖布機構；
21、第一真空吸盤；22、第二安裝支架；
23、伸縮氣缸；24、第一手爪；
25、第三安裝機架；26、第一控制系統；
27、激光槍頭；28、第四安裝機架；
29、加工工件夾裝機構； 30、傳動機構；
31、焊接系統；32、下料機構；
33、成品輸送帶；34、第二控制系統；
35、余料輸送帶；36、余料收集箱；
37、主安裝板；38、副安裝板；
39、頂升氣缸；40、推進氣缸；
41、壓爪氣缸；42、第二手爪；
43、定位塊；44、彈簧； 45、第一單軸機器人；46、第二直線導軌；
47、龍門架；48、第二齒輪齒條機構；
49、第三直線導軌；50、橫移伺服電機；
51、第二單軸機器人；52、旋轉伺服電機；
53、焊接槍頭；54、懸臂安裝架；
55、橫移無桿氣缸；56、氣缸安裝座；
57、放料氣缸；58、吸盤安裝座；
59、第二真空吸盤；60、快換安裝面板；
61、尼龍定位組件；62、把手；
63、浮動安裝板；64、直線軸承；
65、第三安裝支架；66、限位塊；
67、手指；68、第二彈簧；
69、焊接機構；70、第一安裝板；
71、第二安裝板。
【具體實施方式】
[0034]以下結合附圖介紹本發明汽車B柱內飾自動切割與焊接裝置的【具體實施方式】。但是需要指出的是，本發明的實施不限于以下的實施方式。
[0035]參見圖1。一種汽車B柱內飾自動切割與焊接裝置，含有供布系統1、供料系統2、轉運機器人3、激光切割系統4、超聲波焊接系統5和控制系統，所述供布系統1、供料系統2、轉運機器人3、激光切割系統4、超聲波焊接系統5和控制系統是為相對獨立的各個系統裝置，按彼此的設置位置和連接關系構成本發明的自動切割與焊接裝置。
[0036]以下按各個系統裝置一一解釋。本發明在實施中所涉及的部件如有市場成熟產品的，原則上采用現有的外購設備，例如:六軸機械手16、真空吸盤、各種氣缸、激光切割機、各種伺服電機、單軸機器人、輸送帶等。
[0037](續見圖2)所述供布系統I含有第一安裝機架6以及供布面板7、步進電機8、第一直線導軌9和第一齒輪齒條機構10。所述第一安裝機架6采用金屬結構的框形結構支架，在支架下面設置支撐腳。在支架的上方設置供布面板7、步進電機8、第一直線導軌9和第一齒輪齒條機構10:所述第一直線導軌9由兩條導軌與四個滑塊套合組成，設置在第一安裝機架6的上方;所述第一齒輪齒條機構10由一條齒條與一個齒輪嚙合組成，設置在第一直線導軌9的中間;所述供布面板7通過螺釘連接在第一直線導軌9的滑塊上，在供布面板7的一端通過螺釘設置步進電機8，在所述步進電機8的輸出軸上設置第一齒輪齒條機構10的齒輪。操作時，可由人工將汽車B柱內飾布料掛在所述供布面板7上，由步進電機8驅動齒輪及與齒輪嚙合的第一齒輪齒條機構10做圓周運動，帶動供布面板7在第一直線導軌9上移動。
[0038](續見圖3)所述供料系統2含有第二安裝機架11、夾具收納柜12和快換定位夾具
13。所述第二安裝機架11為一個由方管焊接而成的中空箱形結構;在所述第二安裝機架11的上方設置由鋁質型材通過螺釘連接組成的夾具收納柜12(所述夾具收納柜12形成的箱形內腔可用于存放針對不同產品所用的快換定位夾具13);在所述第二安裝機架12的頂部通過螺釘安裝快換定位夾具13(所述快換定位夾具13內可放置待加工工件14)。
[0039]所述快換定位夾具13可采用含有主辦與副板的結構，所述主辦與副板通過螺釘連接，在所述副板上帶有把手以方便拆卸時提取。可根據待加工工件14不同的外型專門設計單獨的定位夾具，以便對不同的加工工件進行快速拆卸換型安裝。本實施例中，所述快換定位夾具13由快換安裝面板60、尼龍定位組件61及把手62構成:所述尼龍定位組件61是與待加工工件14外型的弧度相匹配加工而成的并通過螺接設置在所述快換安裝面板60上，所述快換安裝面板60的左右兩端各設置一個把手62，以便人工更換針對不同產品設置的快換定位夾具13(參見圖15)。
[0040](續見圖4)所述轉運機器人3含有機器人安裝底座15、六軸機械手16及末端執行機構17。這里的機器人安裝底座15、六軸機械手16、第一真空吸盤21采用現有的外購設備。將所述機器人安裝底座15設置在所述供料系統2與所述激光切割系統4地位置之間，將所述六軸機械手16通過螺接安裝在機器人安裝底座15上，在六軸機械手16的前端設置一個末端執行機構17(續見圖5)。所述末端執行機構17含有第一安裝支架18、定位機構19、抖布機構20和真空吸盤機構21:所述第一安裝支架18為一個“U”型框架結構，通過螺接設置在所述六軸機械手16前端;在所述第一安裝支架18的兩端各設置一個定位機構19，所述定位機構19是與待加工工件14外型的弧度相匹配的、能對待加工工件14進行精確定位的組件(有點類似前面所說的尼龍定位組件61);在所述第一安裝支架18的內側設置抖布機構20，在所述第一安裝支架18的上部設置四個第一真空吸盤21;所述定位機構19、抖布機構20和第一真空吸盤21都通過螺接方式安裝在第一安裝支架18上。
[0041 ]所述抖布機構20(續見圖6)含有第二安裝支架22、伸縮氣缸23和第一手爪24。所述第二安裝支架22為由一個U型懸臂框架及一個安裝小板通過螺接構成的組件;所述伸縮氣缸23采用耳環一體型的方式通過螺接與所述第二安裝支架22相連接:伸縮氣缸23前端的活塞桿通過螺接連接在所述第一手爪24上，第一手爪24的中部通過連接銷設置在第二安裝支架22上。當伸縮氣缸23工作時活塞桿進行伸縮，第一手抓24圍繞中部的連接銷往復轉動。
[0042]所述激光切割系統4(續見圖7)包含第三安裝機架25、第一控制系統26和激光槍頭27。這里的激光切割系統4采用現有的外購設備。第三安裝機架25采用金屬框架支撐結構；將第一控制系統26設置在所述第三安裝機架25的內部，在所述第三安裝機架25的上端設置激光槍頭27;由所述激光槍頭27對安裝在機器人3前端末端執行機構17上的待加工工件14進行切割。
[0043]所述超聲波焊接系統5(續見圖8)含有第四安裝機架28、加工工件夾裝機構29、傳動機構30、焊接機構31、下料機構32、成品輸送帶33、第二控制系統34、余料輸送帶35和余料收集箱36。這里涉及的成品輸送帶33和余料輸送帶35采用現有的外購設備。所述傳動機構30為一個平臺結構，第四安裝機架28是所述傳動機構30的框架形式的支撐結構。在傳動機構30的臺面上設置一個第一單軸機器人45和兩條第二直線導軌46:所述第一單軸機器人45設置在所述傳動機構30的正中間，所述第二直線導軌46含兩根導軌及四個滑塊，設置在所述第一單軸機器人45的兩側;在所述第一單軸機器人45和第二直線導軌46的上方通過螺接的方式設置一塊主安裝板37，在所述主安裝板37上設置加工工件夾裝機構29。這里涉及的第一單軸機器人45采用現有的外購設備(參見圖10)。
[0044](續見圖8)在所述傳動機構30臺面的中間設置焊接機構31;在所述傳動機構30臺面后端的兩邊各設置一套下料機構32，在所述傳動機構30后端下方的箱體內設置第二控制系統34;在所述傳動機構30的后面(以拼接形式)放置一個成品輸送帶33;在所述傳動機構30前端的下方設置余料輸送帶35并在所述余料輸送帶35的前面放置一個余料收集箱36。
[0045]所述加工工件夾裝機構29(續見圖9)含有主安裝板37及兩套工件工裝夾具;每套工件工裝夾具含有一塊副安裝板38、一個頂升氣缸39、兩個推進氣缸40、四個壓爪氣缸41、兩組第二手爪42、四個定位塊43、四個彈簧44、浮動安裝板63及四個直線軸承64。兩套工件工裝夾具的兩塊副安裝板38對稱地安裝在所述主安裝板37的兩邊，形成兩套加工工件裝夾裝置。為防止六軸機械手16放料進入定位塊43時硬碰硬，在加工工件夾裝機構29中的副安裝板38的上方設置浮動安裝板63，所述副安裝板38與所述浮動安裝板63之間通過四個直線軸承64和四個彈簧44連接從而起到緩沖作用。將所述第二手爪42的末端設計為圓弧邊，并在第二手爪42內設置彈簧，使第二手爪42即可向內緊壓余邊布料不至于待加工工件14的邊緣隆起影響美觀，也不至于壓傷布料與塑膠件。在所述浮動安裝板63的前端設置頂升氣缸39、推進氣缸40及兩個壓爪氣缸41:所述頂升氣缸39豎直安裝在浮動安裝板63上，能使兩組第二手爪42的前一組實現Z軸運動;所述推進氣缸40水平安裝在浮動安裝板63上，能使兩組第二手爪42的前一組實現X軸運動，所述壓爪氣缸41水平安裝在浮動安裝板63上，能使兩組第二手爪42的前一組實現Y軸運動。在所述浮動安裝板63的后端設置第二手爪42后一組、四個定位塊43及兩個壓爪氣缸41:所述第二手爪42后一組圍繞在加工工件的中孔分布、豎直安裝在浮動安裝板63上，所述定位塊43是與在加工工件外型弧度相匹配加工而成的尼龍結構件，通過螺釘設置在浮動安裝板63上。所述第二手爪42含有第三安裝支架65、限位塊66、手指67及第二彈簧68:所述第三安裝支架65通過螺接豎直安裝在推進氣缸40與壓爪氣缸41上，所述限位塊66為安裝在第三安裝支架65上的N型框架結構，所述手指67通過連接銷設置在第三安裝支架65的頂端，在限位塊66的N型框架結構內設有第二彈簧68(參見圖16)。所述壓爪氣缸41、第二手爪42及定位塊43能將待加工工件14精確定位及夾緊，以便后續進行焊接。
[0046]所述焊接系統31(參見圖11)含有龍門架47、第二齒輪齒條機構48、第三直線導軌49及兩套焊接機構69。這里涉及的直線導軌、焊接機構69可采用現有的外購設備。所述龍門架47為N型框架結構，通過螺接的方式安裝在傳動機構30臺面的中間(參見圖8);第二齒輪齒條機構48的齒條通過螺釘側向安裝在龍門架47上端的豎直面上，第二齒輪齒條機構48的齒輪通過連接鍵設置在焊接機構69上；第三直線導軌49含有兩根導軌及八個滑塊，所述兩根導軌通過螺釘側向安裝在龍門架47上且分布在第二齒輪齒條機構48導軌的上下兩側;所述八個滑塊分為兩組分別設置焊接機構69。所述兩套焊接機構69的每一套含有第一安裝板
70、橫移伺服電機50、第二單軸機器人51、第二安裝板71、旋轉伺服電機52及焊接槍頭53:第一安裝板70通過螺釘安裝在第三直線導軌49的滑塊上，橫移伺服電機50設置在第一安裝板70上，橫移伺服電機50的輸出軸穿過第一安裝板70通過連接鍵設置第二齒輪齒條機構48的齒輪，第二單軸機器人51通過螺釘豎直安裝在第一安裝板70上，能使焊接槍頭53實現Z軸移動;將第二安裝板71安裝在第二單軸機器人51的下端，旋轉伺服電機52通過螺釘水平安裝在第二安裝板71上，其輸出軸穿過第二安裝板71與焊接槍頭53連接，能使焊接槍頭53實現X軸旋轉(參見圖17)。
[0047](續見圖8)在所述傳動機構30臺面后端的兩邊各設置一套下料機構32。每套下料機構32含有懸臂安裝架54、橫移無桿氣缸55、氣缸安裝座56、放料氣缸57、吸盤安裝座58和第二真空吸盤59(參見圖12)。這里涉及的橫移無桿氣缸55、放料氣缸57和第二真空吸盤59可采用現有的外購設備。所述懸臂安裝架54為由矩形方管焊接而成的呈倒“L”型的框架結構，橫移無桿氣缸55通過螺接側向安裝在所述懸臂安裝架54上端的豎直面上，能使第二真空吸盤59實現X軸移動;所述氣缸安裝座56為由碳鋼板焊接而成的L型結構，所述放料氣缸57通過螺接的方式豎直倒置安裝在所述氣缸安裝座56的水平板上，能使第二真空吸盤59實現Z軸移動;所述吸盤安裝座58通過螺接的方式安裝在放料氣缸57活塞桿的末端，第二真空吸盤59通過螺接的方式安裝在所述吸盤安裝座58的下方，且左右及前后對稱設置四個第二真空吸盤59。
[0048]控制系統為一個箱型結構，內部裝有開關電源、驅動器、繼電器、PLC以及斷路器等。
[0049]最后，通過調試本發明的自動切割與焊接裝置的控制系統調整機器人的軌跡以適應切割不同待加工工件14的外型;通過控制系統調試焊接設置以適合不同待加工工件14的焊接點位和焊接求。
[0050]本發明汽車B柱內飾自動切割與焊接裝置的工作(操作)方法為:
(I)操作人員在安全區域將布料掛在供布系統I的供布面板7上，步進電機8轉動帶動第一齒輪齒條機構10的齒輪轉動，第一齒輪齒條機構10的齒輪在與之嗤合的第一齒輪齒條機構10的齒條上滾動，帶動供布面板7在第一直線導軌9上水平移動，使供布面板7進入工作區域。這時，注塑機將布料拾取進行注塑，由于汽車B柱內飾產品加工工藝的需要，注塑成型后的汽車B柱內飾工件上附有布料的邊余，而且汽車內飾工件的內孔有包邊的要求，所以需要切割邊余，進行內包邊的焊接;注塑后生產出待切割與需要包邊焊接的待加工工件14，并將待加工工件14放置于供料系統2的快換定位夾具13內。
[0051 ] (2)轉運機器人3的六軸機械手16將末端執行機構17移動到供料系統2上方，末端執行機構17上的真空吸盤機構21在快換定位夾具13內拾取待加工工件14，轉運機器人3轉動，將待加工工件14置于激光切割系統4的激光槍頭27正下方。六軸機械手16帶著待加工工件14沿調試好的切割軌跡移動，由激光槍頭27對待加工工件14邊緣多余的布料進行切割及對廣品內孔的布料進彳丁留邊切割并在彳丁程中保留一定的缺口以方便后續包邊焊接工序。
[0052]由于布料材質的原因，激光切割后的布料可能發生粘連，所以本裝置設計有抖布機構20:在抖布機構20伸縮氣缸23的作用下，加工工件裝夾機構29的第二手爪42圍繞支點成搖桿運動，使多余的布料發生抖動而自然脫落;切割脫落下的多余布料通過余料輸送帶35輸送至余料收集箱36內。
[0053](3)六軸機械手16將完成切割的待加工工件14再放置于加工工件裝夾機構29內行進精確定位，加工工件裝夾機構29的頂升氣缸39與推進氣缸40伸出，而壓爪氣缸41縮回，使得第二手爪42將切割后留邊并保留一定缺口的布料向加工工件內部壓住;在第一單軸機器人45的作用下，待加工工件14被移至焊接機構31下方。由于待加工工件14需要焊接的點位在曲面上，需要實現XYZ三軸的移動，所以，傳動機構30中的第一單軸機器人45實現X軸移動，焊接機構31中的第二齒輪齒條機構48實現Y軸移動，第二單軸機器人51實現Z軸移動。
[0054]另外，為了使焊接效果更好，應盡量使激光槍頭27垂直于曲面，所以，設置激光槍頭27通過旋轉伺服電機52的帶動可以繞X軸進行旋轉。由第二控制系統34控制第一單軸機器人45和第二單軸機器人51以及橫移伺服電機50和旋轉伺服電機52，使超聲波焊接系統5的焊接槍頭53能按調試點位進行焊接。
[0055](4)焊接完成的汽車內飾成品由第二單軸機器人51移送至下料機構32下方，此時，下料機構32的放料氣缸57伸出，第二真空吸盤59拾取汽車內飾成品后復位，橫移無桿氣缸55后移，使汽車內飾成品位于成品輸送帶33的上方;此時，放料氣缸57再次伸出，破壞第二真空吸盤59的真空作用，使汽車內飾成品落在成品輸送帶33上，整個汽車內飾的自動切割與焊接工序完成一一全自動化生產完成。
【主權項】
1.一種汽車B柱內飾自動切割與焊接裝置，含有由機器人安裝底座(15)與六軸機械手(16 )構成的轉運機器人(3 )、成品輸送帶(33 )和余料輸送帶(35),其特征在于，還包括供布系統(I)、供料系統(2 )、激光切割系統(4 )、超聲波焊接系統(5 )和控制系統，所述供布系統(I)、供料系統(2)、轉運機器人(3)、激光切割系統(4)、超聲波焊接系統(5)和控制系統是相對獨立的各個系統裝置； 所述供布系統I含有框形結構的第一安裝機架(6)以及供布面板(7)、步進電機(8)、第一直線導軌(9)和第一齒輪齒條機構(10):所述第一直線導軌(9)由兩條導軌與四個滑塊套合組成設置在第一安裝機架(6)的上方;所述第一齒輪齒條機構(10)由一條齒條與一個齒輪嚙合組成設置在所述第一直線導軌(9)的中間;供布面板(7)通過螺接設置在第一直線導軌(9)的滑塊上，在所述供布面板(7)的一端設置步進電機(8)，在所述步進電機(8)的輸出軸上設有第一齒輪齒條機構(10)的齒輪； 所述供料系統(2)含有第二安裝機架(11)、夾具收納柜(12)和快換定位夾具(13):其中，第二安裝機架(11)為一個由方管焊接而成的中空箱形結構，在所述第二安裝機架(11)的上方設置夾具收納柜(12)，在所述第二安裝機架(12)的頂部設置快換定位夾具(13); 所述轉運機器人(3)含有機器人安裝底座(15)、六軸機械手(16)及末端執行機構(17):其中，機器人安裝底座(15)設置在所述供料系統(2)與所述激光切割系統(4)之間的位置，六軸機械手(16)設置在所述機器人安裝底座(15)上，在所述六軸機械手(16)的前端設置一個末端執行機構(17);所述末端執行機構(17)含有第一安裝支架(18)、定位機構(19)、抖布機構(20)和真空吸盤機構(21):第一安裝支架(18)為一個U型框架結構通過螺接方式設置在所述六軸機械手(16)的前端，在第一安裝支架(18)的兩端各設置一個定位機構(19)，在第一安裝支架(18)的內側設置抖布機構(20)，在第一安裝支架(18)的上部設置若干個第一真空吸盤(21);所述定位機構(19)、抖布機構(20)和第一真空吸盤(21)都通過螺接方式設置在所述第一安裝支架(18)上;所述抖布機構(20)含有第二安裝支架(22)、伸縮氣缸(23)和第一手爪(24):第二安裝支架(22)為由一個U型懸臂框架與一塊安裝小板連接構成的組件;伸縮氣缸(23)采用耳環一體型的方式設置在所述第二安裝支架(22)上，所述伸縮氣缸(23)前端的活塞桿鏈接在所述第一手爪(24)上，第一手爪(24)的中部通過連接銷設置在所述第二安裝支架(22)上，當伸縮氣缸(23)工作時，其活塞桿進行伸縮，使第一手抓(24)圍繞中部的連接銷往復轉動； 所述激光切割系統(4)包含第三安裝機架(25)、第一控制系統(26)和激光槍頭(27):其中，第三安裝機架(25)為框架支撐結構;第一控制系統(26)設置在所述第三安裝機架(25)的內部，在所述第三安裝機架(25)的上端設置激光槍頭(27)，由所述激光槍頭(27)對安裝在機器人(3)前端末端執行機構(17)上的待加工工件(14)進行切割； 所述超聲波焊接系統(5)含有第四安裝機架(28)、加工工件夾裝機構(29)、傳動機構(30)、焊接機構(31)、下料機構(32)、成品輸送帶(33)、第二控制系統(34)、余料輸送帶(35)和余料收集箱(36):其中，第四安裝機架(28)是傳動機構(30)的框架支撐結構，傳動機構(30)為一個平臺結構，在該平臺結構上設有第一單軸機器人(45)和兩條第二直線導軌(46);在所述第一單軸機器人(45)和第二直線導軌(46)的上方設置一塊主安裝板(37)，在所述主安裝板(37)上設置加工工件夾裝機構(29);在所述傳動機構(30)的中間設置焊接機構(31);在所述傳動機構(30)后端的兩邊各設置一個下料機構(32)，在所述傳動機構(30)后端下方的箱體內設置第二控制系統(34);在所述傳動機構(30)的后面設置一個成品輸送帶(33);在所述傳動機構(30)前端的下方設置余料輸送帶(35)并在所述余料輸送帶(35)的前面放置一個余料收集箱(36); 所述加工工件夾裝機構(29)含有主安裝板(37)及兩套工件工裝夾具;每套工件工裝夾具含有副安裝板(38)、浮動安裝板(63)、頂升氣缸(39)以及若干個推進氣缸(40)、壓爪氣缸(41)、第二手爪(42)、定位塊(43)、彈簧(44)和直線軸承(64);其中，兩套工件工裝夾具的兩塊副安裝板(38)對稱地安裝在主安裝板(37)的兩邊，在所述副安裝板(38)的上方設置浮動安裝板(63);在所述浮動安裝板(63)的前端設置頂升氣缸(39)、推進氣缸(40)及兩個壓爪氣缸(41):所述頂升氣缸(39)豎直安裝在浮動安裝板(63)上，能使兩組第二手爪(42)的前一組實現Z軸運動；所述推進氣缸(40)水平安裝在浮動安裝板(63)上，能使兩組第二手爪(42)的前一組實現X軸運動;所述壓爪氣缸(41)水平安裝在浮動安裝板(63)上，能使兩組第二手爪(42)的前一組實現Y軸運動;在所述浮動安裝板(63)的后端設置第二手爪(42)后一組、若干定位塊(43)及兩個壓爪氣缸(41):所述第二手爪(42)后一組圍繞待加工工件(14)的中孔分布、豎直安裝在浮動安裝板(63)上;所述定位塊(43)通過螺接方式設置在浮動安裝板(63)上;所述第二手爪(2)4含有第三安裝支架(65)、限位塊(66)、手指(67)及第二彈簧(68):第三安裝支架(65)通過螺接方式豎直安裝在推進氣缸(40)與壓爪氣缸(41)上，限位塊(66)為安裝在第三安裝支架(65)上的N型框架結構，手指(67)通過連接銷設置在第三安裝支架(65)上，在限位塊(66)的框架結構中設有第二彈簧(68);所述壓爪氣缸(41)、第二手爪(42)及定位塊(43)能將待加工工件(14)精確定位及夾緊便于后續焊接； 所述焊接系統(31)含有龍門架(47)、第二齒輪齒條機構(48)、第三直線導軌(49)及兩套焊接機構(69 ):其中，N型框架結構的龍門架(47 )通過螺接方式安裝在傳動機構(30 )臺面的中間；第二齒輪齒條機構(48)的齒條通過螺釘側向安裝在龍門架(47)上端的豎直面上，第二齒輪齒條機構(48)的齒輪通過連接鍵設置在焊接機構(69)上;第三直線導軌(49)含有兩根導軌及若干滑塊，所述兩根導軌側向安裝在龍門架(47)上且分布在所述第二齒輪齒條機構(48)導軌的上下兩側，所述若干滑塊分為兩組分別設置焊接機構(69); 所述下料機構(32)設置有兩套，每套各含有懸臂安裝架(54)、橫移無桿氣缸(55)、氣缸安裝座(56)、放料氣缸(57)、吸盤安裝座(58)和第二真空吸盤(59):其中，懸臂安裝架(54)為由矩形方管焊接而成的呈倒“L”型的框架結構，橫移無桿氣缸(55)通過螺接方式側向安裝在懸臂安裝架(54)上端的豎直面上，能使第二真空吸盤(59)實現X軸移動;氣缸安裝座(56)為由碳鋼板焊接而成的L型結構，放料氣缸(57)通過螺接方式豎直倒置安裝在所述氣缸安裝座(56)的水平板上，能使第二真空吸盤(59)實現Z軸移動;吸盤安裝座(58)安裝在放料氣缸(57)活塞桿的末端，第二真空吸盤(59)安裝在所述吸盤安裝座(58)的下端，且左右及前后對稱設置四個。2.根據權利要求1所述的汽車B柱內飾自動切割與焊接裝置，其特征在于，所述快換定位夾具(13)由快換安裝面板(60)、尼龍定位組件(61)及把手(62)構成:所述尼龍定位組件(61)是與待加工工件(14)產品外型的弧度相匹配加工而成的并通過螺接方式設置在快換安裝面板(60)上，所述快換安裝面板(60)的左右兩端各設置一個把手(62)。3.根據權利要求1所述的汽車B柱內飾自動切割與焊接裝置，其特征在于，所述第一單軸機器人(45)設置在所述傳動機構(30)的正中間，所述第二直線導軌(46)含兩根導軌及四個滑塊，設置在所述第一單軸機器人(45 )的兩側。4.根據權利要求1所述的汽車B柱內飾自動切割與焊接裝置，其特征在于，所述工件工裝夾具含有一塊副安裝板(38)、一個頂升氣缸(39)、兩個推進氣缸(40)、浮動安裝板(63)、四個壓爪氣缸(41)、兩組第二手爪(42)、四個定位塊(43)、四個彈簧(44)及四個直線軸承(64)。5.根據權利要求4所述的汽車B柱內飾自動切割與焊接裝置，其特征在于，所述副安裝板(38)與所述浮動安裝板(63)之間通過四個直線軸承(64)連接。6.根據權利要求1所述的汽車B柱內飾自動切割與焊接裝置，其特征在于，所述定位塊(43)是與待加工工件(14)外型弧度相匹配的尼龍結構件。7.根據權利要求1所述的汽車B柱內飾自動切割與焊接裝置，其特征在于，所述加工工件夾裝機構(29)的副安裝板(38)與浮動安裝板(63)通過四個直線軸承(64)連接，在所述直線軸承(64)上套接有彈簧(44)，使所述副安裝板(38)與浮動安裝板(63)之間形成軟連接。8.根據權利要求1所述的汽車B柱內飾自動切割與焊接裝置，其特征在于，所述焊接機構(69)含有第一安裝板(70)、橫移伺服電機(50)、第二單軸機器人(51)、第二安裝板(71)、旋轉伺服電機(52)及焊接槍頭(53):其中，第一安裝板(70)通過螺釘安裝在第三直線導軌(49)的滑塊上，橫移伺服電機(50)設置在第一安裝板(70)上，其輸出軸穿過第一安裝板(70)通過連接鍵設置第二齒輪齒條機構(48)的齒輪，第二單軸機器人(51)通過螺釘豎直安裝在第一安裝板(70)上，能使焊接槍頭(53)實現Z軸移動;第二安裝板(71)安裝在第二單軸機器人(51)的下端，旋轉伺服電機(52)通過螺釘水平安裝在第二安裝板(71)上，其輸出軸穿過第二安裝板(71)與焊接槍頭(53)連接，能使焊接槍頭(53)實現X軸旋轉。
【文檔編號】B29C65/08GK105935840SQ201610481334
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年6月28日
【發明人】吳亞君, 趙華虎
【申請人】朗捷威（上海）智能裝備有限公司