1.本发明涉及建筑施工领域，具体涉及一种用于穿孔塞焊预埋件焊接的焊接装置及方法。


背景技术：

2.建筑施工领域存在大量预埋件焊接构件，穿孔塞焊是预埋件钢筋t型接头之一，穿孔塞焊为钢筋焊接于钢板沉孔中，较角焊缝接头，穿孔塞焊接头受力性能优良，主要用于受力，抗震要求较高的预埋件，在设备，管道安装中大面积使用，为建筑后期的安全运营提供良好的基础保障。
3.随着技术发展，现有其他焊接方法，如埋弧螺柱焊、埋弧压力焊等，但由于施工工况、设计等限制，此类焊接方法不能完全替代穿孔塞焊，而当前采用的穿孔塞焊的方法是手工电弧焊和半自动手工co2气体保护焊，焊工劳动强度大，施工环境差，焊接效率低，焊接质量稳定性差。
4.且现阶段进行穿孔塞焊一般是采用背面点焊，正面焊接的方式，因此在实际的焊接中，需要先将钢板背面朝上，将钢筋与钢板点焊后，再旋转钢板，使其正面朝上，费时费力，焊接效率较低。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是现阶段穿孔塞焊焊接效率低，需要焊工多次改变钢板来实现点焊与焊接的切换，目的在于提供一种用于穿孔塞焊预埋件焊接的焊接装置及方法，解决了只能通过手动翻转钢板实现点焊与焊接的切换的问题，解决了自动化程度较低的问题。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.一种用于穿孔塞焊预埋件焊接的焊接装置，包括：
8.构件翻转机构，其包括：
9.钢平台，其具有与地面平行的安装平面，所述安装平面中部设置有贯穿所述钢平台的焊接腔；
10.固定组件，其将钢板与钢平台固定连接，且所述钢板的其中一个侧面与所述安装平面贴合；
11.旋转支撑组件，其竖直设置在所述钢平台的两端，且所述钢平台的两端与所述旋转支撑组件的上端可转动连接；
12.夹持机械臂组件，其固定设置在所述构件翻转机构的一侧，所述夹持机械臂用于将钢筋抓取并插入至所述钢板的焊接孔位内；
13.焊接机械臂组件，其固定设置在所述构件翻转机构的另一侧，所述焊接机械臂组件用于将所述钢筋与所述钢板焊接；
14.控制系统，其数据端与所述夹持机械臂组件、焊接机械臂组件和旋转支撑组件的
数据端电连接。
15.具体地，所述旋转支撑组件包括：
16.支撑立柱，其竖直设置，且所述支撑立柱的下端与地面固定连接；
17.两个同步旋转变位机，其分别与所述支撑立柱的上端固定连接，两个所述同步旋转变位机的旋转轴同轴设置且分别与所述钢平台的两端固定连接；
18.所述同步旋转变位机的数据端与所述控制系统的数据端电连接。
19.作为一个实施例，所述钢平台包括：
20.两个平行设置的短梁，两个所述同步旋转变位机的旋转轴分别与两个所述短梁的中点垂直固定连接；
21.两个平行设置的长梁，其中一个所述短梁的两端分别与两个所述长梁的一端垂直固定连接，另一个所述短梁的两端分别与两个所述长梁的另一端垂直固定连接；
22.其中，两个所述长梁之间的距离小于所述钢板的宽度，所述钢板的焊接孔位均位于两个所述长梁和两个所述短梁之间；
23.所述固定组件的固定端与所述长梁固定连接，所述固定组件的夹持端与所述钢板的另一个侧面贴合，且对所述钢板施加朝向所述钢平台的作用力。
24.具体地，所述夹持机械臂组件包括：
25.第一六轴工业机器人，其固定设置在地面上，且位于所述构件翻转机构的一侧；
26.机械抓手，其与所述第一六轴工业机器人的末端固定连接；
27.图像采集模块，其与所述第一六轴工业机器人的末端连接，且用于采集所述钢板的俯视图像，并用于与所述控制系统的数据库内的焊接数据匹配；
28.所述第一六轴工业机器人、所述机械抓手、所述图像采集模块均与所述控制系统电连接。
29.具体地，所述焊接机械臂组件包括：
30.行走导轨，其与所述长梁平行设置，且位于所述构件翻转机构的另一侧；
31.第二六轴工业机器人，其固定设置在所述行走导轨的第一端；
32.导轨支撑座，其固定设置在地面上，所述导轨支撑座的驱动端与所述行走导轨的第二端连接，且驱动所述行走导轨沿所述长梁的方向移动；
33.焊枪组件，其与所述第二六轴工业机器人连接，且所述焊枪组件的焊枪与所述第二六轴工业机器人的末端固定连接；
34.所述第二六轴工业机器人、所述导轨支撑座、所述焊枪组件均与所述控制系统电连接。
35.进一步，所述焊接装置还包括钢筋上料工位，其设置在所述夹持机械臂组件的一侧，且位于所述机械抓手的可抓取范围内，所述钢筋上料工位包括：
36.底座，其固定设置在地面上，所述底座内部设置有180
°
的旋转变位电机，用于驱动所述底座的上部绕竖直方向转动；
37.第一三角板，其底边与所述底座连接；
38.第二三角板，其与所述第一三角形平行设置，且所述第二三角形的底边与所述底座连接；
39.竖杆，多个所述竖杆竖直设置，且分别与所述第一三角板和所述第二三角板的两
个斜边固定连接；
40.其中，与所述第一三角板连接的多个所述竖杆和与所述第二三角板连接的多个所述竖杆一一对应；
41.所述钢筋与所述第一三角板垂直设置，且位于相邻的两个所述竖杆之间。
42.再进一步，所述焊接装置还包括补光装置，其设置在所述夹持机械臂组件的一侧，且位于所述机械抓手的可抓取范围内；
43.所述补光装置的补光方向朝向所述钢板，且与所述控制系统电连接。
44.一种用于穿孔塞焊预埋件焊接的焊接方法，基于上述的一种用于穿孔塞焊预埋件焊接的焊接装置，所述方法包括：
45.将钢板置于钢平台，并通过固定组件将钢板与钢平台固定；
46.载入预埋件生产数据和焊接数据，并调取对应的钢板的焊接数据；
47.传输焊接数据至夹持机械臂组件和焊接机械臂组件；
48.夹持机械臂组件抓取钢筋并插入至所述钢板的焊接孔位，焊接机械臂组件对钢筋和钢板之间进行点焊；直至完成对全部钢筋的点焊；
49.控制钢平台翻转180
°
；
50.焊接机械臂组件对钢筋和钢板之间进行焊接；直至完成对全部钢筋的焊接；
51.控制钢平台翻转180
°
；
52.拆卸钢板，完成预埋件焊接。
53.作为另一个实施例，在传输焊接数据至夹持机械臂组件和焊接机械臂组件之前，还包括：
54.通过焊接数据调取钢板的理论焊点坐标；
55.通过夹持机械臂组件识别钢板的焊接孔位，确定实际焊点坐标；
56.将实际焊点坐标与理论焊点坐标进行对比，获取钢板安装误差，并根据安装误差对对理论焊点坐标进行微调；
57.更新焊接数据，并将其传输至夹持机械臂组件和焊接机械臂组件。
58.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的一种用于穿孔塞焊预埋件焊接的焊接方法的步骤。
59.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
60.本发明通过设置机构翻转组件，并将钢板的正面与机构翻转组件的安装平面固定连接，即可以先将钢板的背面朝上，实现点焊，然后通过机构翻转平台将钢板直接翻转180
°
，再穿过焊接腔对钢板的正面进行焊接，解决了需要多次搬运钢板的缺点；
61.通过设置夹持机械臂组件实现钢筋的自动上料，通过设置焊接机械臂组件实现自动点焊和焊接，实现了自动焊接，实现了自动焊接的功能。
附图说明
62.附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。
63.图1是根据本发明所述的一种用于穿孔塞焊预埋件焊接的焊接装置的构件翻转机
构的结构示意图。
64.图2是根据本发明所述的夹持机械臂组件的结构示意图。
65.图3是根据本发明所述的焊接机械臂组件的结构示意图。
66.图4是根据本发明所述的钢筋上料工位的结构示意图。
67.图5是根据本发明所述的一种用于穿孔塞焊预埋件焊接的焊接方法的流程图。
68.附图标记：1-钢平台，2-固定组件，3-旋转支撑组件，4-第一六轴工业机器人，5-机械抓手，6-第二六轴工业机器人，7-行走导轨，8-导轨支撑座，9-焊枪组件，10-底座，11-第一三角板，12-竖杆。
具体实施方式
69.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。
70.另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
71.在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
72.本发明的焊接工艺主要为为co2气体保护焊，焊接质量稳定，生产工效高，其为现有技术不需要对其进行说明。
73.本发明的钢板、钢筋的结构均为现有结构，即钢板上设置多个焊接孔位，且焊接孔位的布局与钢板的尺寸之间具有对应性，钢筋的结构为t型结构，且横钢筋和竖钢筋的尺寸也为固定的。
74.实施例一
75.本实施例提供一种用于穿孔塞焊预埋件焊接的焊接装置，包括构件翻转机构、夹持机械臂组件、焊接机械臂组件和控制系统。
76.构件翻转机构的功能是对钢板进行固定，并且可以直接将钢板翻转180
°
，从而可以避免需要将钢板从现有的焊接平台上起吊再翻转的情况。
77.如图1所示，构件翻转机构包括钢平台1、固定组件2和旋转支撑组件3。
78.钢平台1具有与地面平行的安装平面，即其为钢板的固定平面(本实施例中为钢板的背面点焊平面)，安装平面中部设置有贯穿钢平台1的焊接腔，设置贯穿的焊接腔，使得在钢板的正面不被遮挡。
79.固定组件2将钢板与钢平台1固定连接，且钢板的其中一个侧面(本发明中为钢板的背面)与安装平面贴合，将钢板与钢平台1固定，使得钢平台1在翻转180
°
后，钢板与钢平台1不分离。
80.旋转支撑组件3竖直设置在钢平台1的两端，且钢平台1的两端与旋转支撑组件3的上端可转动连接；
81.旋转支撑组件3的功能是对钢平台1进行支撑，使得安装平面处于水平状态，并且可以根据需要将钢平台1旋转180
°
，旋转180
°
后，钢板的正面竖直向上设置，可以穿过焊接腔对钢板的正面进行焊接。
82.夹持机械臂组件固定设置在构件翻转机构的一侧，夹持机械臂用于将钢筋抓取并
插入至钢板的焊接孔位内，焊接机械臂组件固定设置在构件翻转机构的另一侧，焊接机械臂组件用于将钢筋与钢板焊接；
83.夹持机械臂组件用于安装钢筋，焊接机械臂组件用于焊接钢筋。
84.控制系统的数据端与夹持机械臂组件、焊接机械臂组件和旋转支撑组件3的数据端电连接，即可以通过控制系统对夹持机械臂组件、焊接机械臂组件和旋转支撑组件3进行控制，最终实现了手动将钢板安装至钢平台1上后，通过夹持机械臂组件自动将钢筋安装至钢板的焊接孔位，然后通过焊接机械臂组件进行自动焊接，实现自动化。
85.实施例二
86.本实施例中对旋转支撑组件3的结构加以说明，旋转支撑组件3包括支撑立柱和同步旋转变位机。
87.支撑立柱竖直设置，且支撑立柱的下端与地面固定连接。
88.两个同步旋转变位机分别与支撑立柱的上端固定连接，两个同步旋转变位机的旋转轴同轴设置且分别与钢平台1的两端固定连接；
89.即通过同步旋转变位机对钢平台1起到支撑的作用，并且在需要翻转钢平台1时，通过控制两个同步旋转变位机同步转动，最终使得钢平台1转动。
90.本实施例设置两个同步旋转变位机的目的是因为钢板+钢平台1的重量较大，如果只设置一个同步旋转变位机可能出现转矩不足的情况。
91.但是，如果在实际的情况钟，一个同步旋转变位机能够实现转动的目的，则可以将另一个同步旋转变位机替换为转轴。
92.同步旋转变位机的数据端与控制系统的数据端电连接，可以通过控制系统实现对同步旋转变位机的控制，不需要手动对同步旋转变位机进行操作。
93.实施例三
94.钢平台1可以为多种结构，本实施例提供钢平台1的其中一个结构，包括两个平行设置的短梁和两个平行设置的长梁，其首尾相接组成矩形结构。
95.为了减少钢平台1转动时占用的空间，将两个同步旋转变位机的旋转轴分别与两个短梁的中点垂直固定连接。
96.一个短梁的两端分别与两个长梁的一端垂直固定连接，另一个短梁的两端分别与两个长梁的另一端垂直固定连接；
97.为了实现钢板与钢平台1的安装，需要将两个长梁之间的距离设置为小于钢板的宽度。
98.长梁和短梁构成的矩形结构的内部即为焊接腔，因此钢板的焊接孔位均位于两个长梁和两个短梁之间。
99.固定组件2的固定端与长梁固定连接，固定组件2的夹持端与钢板的另一个侧面贴合，且对钢板施加朝向钢平台1的作用力。
100.固定组件2的结构可以为多种结构，本领域技术人员可以根据常规技术进行选择，只要能实现可拆卸的连接即可，例如：
101.采用卡爪结构，将卡爪的固定端与长梁的外侧面可转动连接，在需要固定钢板时，转动卡爪，使卡爪将钢板固定。
102.采用液压钳结构，通过液压系统将钢板夹持在长梁上。
103.实施例四
104.要实现通过夹持机械臂组件自动将钢筋安装至钢板的焊接孔位的功能，夹持机械臂组件需要具备以下结构，如图2所示，其包括第一六轴工业机器人4、机械抓手5。
105.第一六轴工业机器人4固定设置在地面上，且位于构件翻转机构的一侧，六轴工业机器人为现有技术，可以通过对其各个电机的控制实现对六轴工业机器人的操控，其只需要控制系统发送指令即可，本领域技术人员能够理解并实施对应的功能。
106.机械抓手5与第一六轴工业机器人4的末端固定连接，机械抓手5为现阶段常规技术，选择合适的抓手实现对钢筋的抓取，通过控制系统发送控制指令实现抓取和放下，本领域技术人员能够理解并实施对应的功能。
107.图像采集模块与第一六轴工业机器人4的末端连接，且用于采集钢板的俯视图像，并用于与控制系统的数据库内的焊接数据匹配；图像采集模块包括摄像机/照相机，其拍摄钢板的俯视图像后，可以对图像进行识别，从而获得对应的信息，例如：焊接孔位信息等。图像识别技术为现阶段已有的技术，本实施例中的图像识别采用现有技术即可实现目的。
108.第一六轴工业机器人4、机械抓手5、图像采集模块均与控制系统电连接，通过控制系统处理相关信息，并发送对应的控制指令。
109.实施例五
110.要实现通过焊接机械臂组件进行自动焊接的功能，如图3所示，焊接机械臂组件包括行走导轨7、第二六轴工业机器人6、导轨支撑座8和焊枪组件9。
111.第二六轴工业机器人6，其固定设置在行走导轨7的第一端，焊枪组件9，其与第二六轴工业机器人6连接，且焊枪组件9的焊枪与第二六轴工业机器人6的末端固定连接；
112.第二六轴工业机器人6的选择和工作原理跟实施例四相似。
113.焊枪组件9包括焊枪、焊丝盘、焊接气体等，其为现有技术，本领域技术人员能够理解，通过将焊枪与第二六轴工业机器人6的末端连接，即可以通过第二六轴工业机器人6控制焊枪的位置，实现焊接。
114.行走导轨7与长梁平行设置，且位于构件翻转机构的另一侧，导轨支撑座8固定设置在地面上，导轨支撑座8的驱动端与行走导轨7的第二端连接，且驱动行走导轨7沿长梁的方向移动；
115.通过设置行走导轨7，可以通过导轨支撑座8改变第二六轴工业机器人6位置，其目的是，在需要安装和拆卸钢板时，可以控制导轨支撑座8将行走导轨7收回，将构件翻转机构的另一侧露出，避免安装和拆卸钢板的过程中，第二六轴工业机器人6对造成干涉。
116.第二六轴工业机器人6、导轨支撑座8、焊枪组件9均与控制系统电连接，通过控制系统处理相关信息，并发送对应的控制指令。
117.实施例六
118.在夹持机械臂组件将钢筋抓取并插入至钢板的过程中，需要在钢筋上料工位进行抓取，因此将钢筋上料工位设置在夹持机械臂组件的一侧，且位于机械抓手5的可抓取范围内。
119.如图4所示，钢筋上料工位包括底座10、第一三角板11、第二三角板和竖杆12。
120.底座10固定设置在地面上，底座10内部设置有180
°
的旋转变位电机，用于驱动底座10的上部绕竖直方向转动；
121.第一三角板11底边与底座10连接，第二三角板与第一三角形平行设置，且第二三角形的底边与底座10连接，多个竖杆12竖直设置，且分别与第一三角板11和第二三角板的两个斜边固定连接，与第一三角板11连接的多个竖杆12和与第二三角板连接的多个竖杆12一一对应；
122.第一三角板11和第二三角板平行设置，并且在两个斜边上连接竖直的竖杆12，使其成为“锯齿”状的结构，可以将钢筋置于“锯齿”之间，实现对钢筋的固定。
123.本实施例采用人工上料，即需要人工将多个钢筋一次放置到竖杆12之间，因此，为了能够在不影响夹持机械臂组件夹持钢筋的前提下，实现持续上料，本实施例中的底座10为可转动的结构。
124.可以实现下述功能，设定第一三角板11的第一斜边为夹持侧，第二斜边为上料侧，夹持机械臂组件仅从夹持侧抓取钢筋(便于对六轴工业机械手进行编程，实现自动化)，人工将钢筋放置至上料侧，当夹持侧的钢筋全部抓取完成后，转动底座10180
°
，此时夹持侧与上料侧互换，夹持机械臂组件夹持上料侧的钢筋，人工将钢筋放置至夹持侧，进行上料。
125.钢筋与第一三角板11垂直设置，且位于相邻的两个竖杆12之间。
126.实施例七
127.在图像采集模块进行图像识别时，可能出现光线不足的情况，因此本实施例中的焊接装置还包括补光装置，其设置在夹持机械臂组件的一侧，且位于机械抓手5的可抓取范围内；
128.补光装置的补光方向朝向钢板，且与控制系统电连接。
129.在识别时，夹持机械臂组件的机械抓手5可以夹持补光装置对钢板进行补光，便于进行有效的识别。
130.实施例八
131.如图5所示，一种用于穿孔塞焊预埋件焊接的焊接方法，基于上述的一种用于穿孔塞焊预埋件焊接的焊接装置，方法包括：
132.第一步，将钢板置于钢平台1，并通过固定组件2将钢板与钢平台1固定，通过人工上料，将钢板置于平台后，对钢板的位置进行调整，使其初步满足自动焊接的位置需求。
133.第二步，载入预埋件生产数据和焊接数据，并调取对应的钢板的焊接数据，根据常规的预埋件提前设定好对应的生产数据，焊接参数包括但不限于：钢筋的数量、焊接孔位的位置、钢筋插入焊接孔位的深度、点焊位置、焊接位置、焊接间隔时间、焊接时间、第一六轴工业机器人4的移动轨迹、第二六轴工业机器人6的移动轨迹、机械抓手5的夹持时间、机械抓手5的夹持力等各种可以提前设定的参数。
134.第三步，传输焊接数据至夹持机械臂组件和焊接机械臂组件，夹持机械臂组件和焊接机械臂组件根据时钟信号进行动作。
135.第四步，夹持机械臂组件抓取钢筋并插入至钢板的焊接孔位，焊接机械臂组件对钢筋和钢板之间进行点焊；直至完成对全部钢筋的点焊；通过对焊接数据的执行，实现对全部钢筋的点焊。
136.第五步，控制旋转支撑组件3带动钢平台1翻转180
°
；
137.第六步，焊接机械臂组件穿过焊接腔，对钢筋和钢板(钢板正面)之间进行焊接；直至完成对全部钢筋的焊接；
138.第七步，完成焊接后，控制旋转支撑组件3带动钢平台1翻转180
°
；
139.第八步，由工人拆卸钢板，完成预埋件焊接。
140.实施例九
141.在实施例八的第三步之前，还存在一个问题，即可能因为钢板与钢平台1的安装存在一定的误差，从而导致提前设定的焊接孔位的位置与实际的位置有误差，就会导致点焊位置、焊接位置、第一六轴工业机器人4的移动轨迹、第二六轴工业机器人6的移动轨迹等各种参数均有偏差，因此在执行传输焊接数据至夹持机械臂组件和焊接机械臂组件之前，需要对安装误差进行矫正，其方法包括：
142.通过焊接数据调取钢板的理论焊点坐标，有理论焊点坐标即有理论的焊接数据。
143.然后通过夹持机械臂组件的图像采集模块识别钢板的焊接孔位，确定实际焊点坐标；
144.将实际焊点坐标与理论焊点坐标进行对比，获取钢板安装误差，并根据安装误差对对理论焊点坐标进行微调，对焊点进行微调后，可以同步对焊接数据进行微调。
145.更新焊接数据，并将其传输至夹持机械臂组件和焊接机械臂组件。
146.实施例十
147.一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的一种用于穿孔塞焊预埋件焊接的焊接方法的步骤。
148.不失一般性，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以用于存储诸如计算机可读指令数据结构,程序模块或其他数据等信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包括ram、rom、eprom、eeprom、闪存或其他固态存储其技术,cd-rom、dvd或其他光学存储﹑磁带盒﹑磁带﹑磁盘存储或其他磁性存储设备。当然,本领域技术人员可知计算机存储介质不局限于上述几种。上述的系统存储器和大容量存储设备可以统称为存储器。
149.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
150.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
151.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述发明的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。