本发明涉及焊接工作站，尤其涉及一种带卡盘式自动夹紧、旋转变位机的机器人焊接工作站及焊接工艺。
背景技术：
1、现有的机器人焊接工作站主要包括机械手、焊接电源、焊枪、工件夹持装置等。这些工作站虽然能够实现一定程度的自动化焊接，但在工件的上料、下料、定位及夹紧等环节仍存在诸多问题。具体表现在以下几个方面：工件上料和下料自动化程度低，传统的焊接工作站一般依赖人工进行工件的上料和下料，劳动强度大，容易出现工件上错或下错的问题，影响生产效率和焊接质量；工件定位夹紧不便：在焊接过程中，工件需要被准确地定位和夹紧，以确保焊接的精度。但传统的夹持装置往往设计简单，无法有效地对工件进行精确定位和稳固夹紧，导致焊接过程中工件移位，从而影响焊接质量；生产效率低：由于工件的上料、下料及定位夹紧等过程需要人工干预，整个焊接过程的自动化程度不高，生产效率低，无法满足大批量生产的需求。
2、针对上述现有技术中的不足，本发明提出了一种带卡盘式自动夹紧、旋转变位机的机器人焊接工作站及焊接工艺。通过本发明，可以实现对柱类零件的自动化焊接，极大地提高生产效率，减小人员劳动强度，并确保焊接质量。其主要技术特点如下；自动上下料系统：本发明设计了一套自动上下料系统，可实现工件的自动化输送、上料和下料。通过传感器和控制系统的配合，确保工件能够准确无误地输送到焊接工作站并进行焊接操作。卡盘式自动夹紧装置可对工件进行快速、准确的定位和夹紧，且卡盘能够根据工件的形状和尺寸自动调整夹持力度，确保工件在焊接过程中的稳定性和定位精度；旋转变位机带动工件进行旋转，使焊枪能够从不同角度进行焊接操作，提高焊接的覆盖面和焊接质量，解决了现有焊接工作站工件上料和下料自动化程度低、工件定位夹紧不便、生产效率低等问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，而提出的一种带卡盘式自动夹紧、旋转变位机的机器人焊接工作站及焊接工艺。
2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
3、一种带卡盘式自动夹紧、旋转变位机的机器人焊接工作站，包括存料单元工位、上下料单元工位、焊接单元工位，所述存料单元工位中包括为存料架体上放置的多个工件；所述上下料单元工位中包括有变位机安装座、位于变位机安装座上方对称设置的第一变位机、第二变位机，设置在第一变位机、第二变位机前侧的上下料机器人； 所述焊接单元工位中包括焊接机器人安装座、 位于焊接机器人安装座一侧的焊接电源安装柜，在焊接机器人安装座的另一侧设置有焊丝桶，在所述焊接机器人安装座的上方设置有焊接机器人和清枪站，在焊接电源安装柜的上方设置有焊接机器人控制柜和变位机控制柜；在焊接电源安装柜中设置有焊接电源和冷却器；
4、所述焊接机器人控制柜中设置有人机界面、伺服控制驱动单元模块、输入/输出(i/o)模块、通信接口端、焊接传感器接口端、焊接参数控制单元模块、诊断和故障检测单元模块、焊接数据记录和分析单元模块。
5、进一步地，所述伺服控制驱动单元模块通过通信接口端控制所述焊接机器人的各个焊接动作；所述焊接传感器接口端通过通信接口端与焊接机器人的焊接传感器建立信息交互连接；所述焊接参数控制单元模块通过输入/输出(i/o)模块与所述焊接电源建立信息交互连接，用于控制焊接过程中的电流、电压等参数；所述诊断和故障检测单元模块、焊接数据记录和分析单元模块通过通信接口端与所述焊接机器人建立信息连接后，再通过输入/输出(i/o)模块将数据反馈给人机界面。
6、进一步地，所述变位机一和变位机二的大小和结构相同，包括有变位机基座，在变位机基座的内部设置有旋转驱动电机、卡盘夹紧驱动电机、圆筒内罩、导电绝缘套，在变位机基座的外部设置有多个小齿轮，在小齿轮的外围设置有小齿轮保护罩，所述小齿轮中分别包括小齿轮-1、小齿轮-2、小齿轮-3。
7、进一步地，所述小齿轮-1通过电机轴与变位机基座连接后用于驱动回转支撑进行旋转。
8、进一步地，所述卡盘夹紧驱动电机通过电机轴与变位机基座外部的小齿轮-3连接，用来驱动卡盘进行夹紧以及松开，在卡盘上设置有多个相互之间间隔等同距离的卡爪。
9、进一步地，在回转支撑的前端设置有卡盘，卡盘与回转支撑同轴线，用于对工件进行夹紧。
10、进一步地，在所述变位机基座的上方设置有防飞溅罩驱动油缸-1、防飞溅罩驱动油缸-2，在防飞溅罩驱动油缸-2的端部设置有防飞溅罩体，所述防飞溅罩体与防飞溅罩驱动油缸-2之间通过连接座进行连接。
11、进一步地，在所述变位机基座的前后两侧分别设置有散热风扇用于对变位机基座内部的电机以及其他元件进行散热；在回转支撑的外围设置有回转支撑防护罩。
12、一种带卡盘式自动夹紧、旋转变位机的机器人的焊接工艺，包括用于上述中任一所述的一种带卡盘式自动夹紧、旋转变位机的机器人焊接工作站中，包括以下步骤：
13、s1、上下料机器人将工件从存料架体上取下，通过上下料机器人搬运到变位机的位置；
14、s2、将工件移动到卡盘中间，卡盘夹紧驱动电机驱动卡盘将工件夹紧，夹紧后卡盘夹紧驱动电机停止；
15、s3、打开旋转驱动电机，带动回转支撑旋转，从而带动工件旋转；
16、s4、打开焊接机器人，对工件做需要焊接的部分进行焊接；
17、s5、焊接完成后，旋转驱动电机停止，工件停止旋转；
18、s6、上下料机器人移动到工件处，抓取工件；
19、s7、卡盘夹紧驱动电机驱动卡盘松开工件，取下工件；
20、s8、重复上述s1-s7。
21、进一步地，所述s1中包括有s11、在上下料机器人的控制系统中设置机器人的路径规划，设置机器人的起点为本身的位置点a（ax，ay，az）、工件的位置点a1（a1x，a1y，a1z）、第一变位机或第二变位机的位置点b1（b1x，b1y，b1z）；s12、上下料机器人的控制系统控制机机械臂的位置移动，并计算位移向量，计算从起点a到目标点a1或b1的位移向量，分别用d→a1和d→b1表示，
22、，
23、；
24、s13、计算上下料机器人从起点a（ax，ay，az）到目标点b1（b1x，b1y，b1z）的直线距离：
25、，
26、；
27、s14、将计算好的路径和速度参数输入到上下料机器人的控制系统中，执行上下料任务。
28、进一步地，所述s3中包括有在工件旋转时，旋转驱动电机与工件旋转之间的关系表示为：，其中，n是电机需要转动的步数。
29、进一步地，所述s4中，包括在焊接的过程中时，包括有s41、伺服控制驱动单元模块控制；
30、s42、焊接传感器信息交互；
31、s43、焊接参数控制：
32、s44、诊断和故障检测；
33、s45、焊接数据记录和分析；
34、s46、数据反馈至人机界面；
35、s47、人机交互；
36、s48、焊接过程执行。
37、进一步地，所述s43中包括有焊接参数控制单元模块通过输入/输出(i/o)模块与焊接电源（13）建立信息交互连接，控制焊接过程中的关键参数，所述关键参数中包括有焊接的速度、转速、焊缝长度。
38、进一步地，所述焊接的速度用v表示，转速用r表示，焊缝长度用l表示，所述焊接转速的计算公式表示为：
39、。
40、与现有的技术相比，本发明优点在于：
41、本发明提出了一种带卡盘式自动夹紧、旋转变位机的机器人焊接工作站及焊接工艺，解决了工件的自动化输送、上料和下料。通过传感器和控制系统的配合，确保工件能够准确无误地输送到焊接工作站并进行焊接操作；卡盘式自动夹紧装置可对工件进行快速、准确的定位和夹紧，且卡盘能够根据工件的形状和尺寸自动调整夹持力度，确保了工件在焊接过程中的稳定性和定位精度；旋转变位机带动工件进行旋转，使焊枪能够从不同角度进行焊接操作，提高了焊接的覆盖面和焊接质量，解决了现有焊接工作站工件上料和下料自动化程度低、工件定位夹紧不便、生产效率低等问题。
1.一种带卡盘式自动夹紧、旋转变位机的机器人焊接工作站，包括存料单元工位、上下料单元工位、焊接单元工位，其特征在于：所述存料单元工位中包括为存料架体（2）上放置的多个工件（15）；所述上下料单元工位中包括有变位机安装座（5）、位于变位机安装座（5）上方对称设置的第一变位机（3）、第二变位机（4)，设置在第一变位机（3）、第二变位机（4）前侧的上下料机器人（1）； 所述焊接单元工位中包括焊接机器人安装座（7）、 位于焊接机器人安装座（7）一侧的焊接电源安装柜（11），在焊接机器人安装座（7）的另一侧设置有焊丝桶（6），在所述焊接机器人安装座（7）的上方设置有焊接机器人（8）和清枪站（12），在焊接电源安装柜（11）的上方设置有焊接机器人控制柜（9）和变位机控制柜（10）；在焊接电源安装柜（11）中设置有焊接电源（13）和冷却器（14）；
2.根据权利要求1所述的一种带卡盘式自动夹紧、旋转变位机的机器人焊接工作站，其特征在于：所述伺服控制驱动单元模块通过通信接口端控制所述焊接机器人（8）的各个焊接动作；所述焊接传感器接口端通过通信接口端与焊接机器人的焊接传感器建立信息交互连接；所述焊接参数控制单元模块通过输入/输出(i/o)模块与所述焊接电源（13）建立信息交互连接，用于控制焊接过程中的电流、电压等参数；所述诊断和故障检测单元模块、焊接数据记录和分析单元模块通过通信接口端与所述焊接机器人（8）建立信息连接后，再通过输入/输出(i/o)模块将数据反馈给人机界面。
3.根据权利要求1所述的一种带卡盘式自动夹紧、旋转变位机的机器人焊接工作站，其特征在于：所述变位机一和变位机二的大小和结构相同，包括有变位机基座（311），在变位机基座（311）的内部设置有旋转驱动电机（301）、卡盘夹紧驱动电机（302）、圆筒内罩（303）、导电绝缘套（304），在变位机基座（311）的外部设置有多个小齿轮，在小齿轮的外围设置有小齿轮保护罩（317），所述小齿轮中分别包括小齿轮-1（313）、小齿轮-2（314）、小齿轮-3（315）；所述小齿轮-1（313）通过电机轴与变位机基座（311）连接后用于驱动回转支撑（312）进行旋转。
4.根据权利3所述的一种带卡盘式自动夹紧、旋转变位机的机器人焊接工作站，其特征在于：在回转支撑（312）的前端设置有卡盘（305），所述卡盘（305）与所述回转支撑（312）同轴线，用于对工件进行夹紧；所述卡盘夹紧驱动电机（302）通过电机轴与变位机基座（311）外部的小齿轮-3（315）连接，用来驱动所述卡盘（305）进行夹紧以及松开，在所述卡盘（305）上设置有多个相互之间间隔等同距离的卡爪。
5.根据权利要求4所述的一种带卡盘式自动夹紧、旋转变位机的机器人焊接工作站，其特征在于：在所述变位机基座（311）的上方设置有防飞溅罩驱动油缸-1（307）、防飞溅罩驱动油缸-2（308），在防飞溅罩驱动油缸-2（308）的端部设置有防飞溅罩体（306），所述防飞溅罩体（306）与防飞溅罩驱动油缸-2（308）之间通过连接座进行连接；在所述变位机基座（311）的前后两侧分别设置有散热风扇（310）用于对变位机基座（311）内部的电机以及其他元件进行散热；在回转支撑（312）的外围设置有回转支撑防护罩（316）。
6.一种带卡盘式自动夹紧、旋转变位机的机器人的焊接工艺，包括用于权利要求1-权利要求5中任一所述的一种带卡盘式自动夹紧、旋转变位机的机器人焊接工作站中，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种带卡盘式自动夹紧、旋转变位机的机器人的焊接工艺，其特征在于：所述s1中包括有s11、在上下料机器人的控制系统中设置机器人的路径规划，设置机器人的起点为本身的位置点a（ax，ay，az）、工件的位置点a1（a1x，a1y，a1z）、第一变位机（3）或第二变位机（4）的位置点b1（b1x，b1y，b1z）；s12、上下料机器人的控制系统控制机机械臂的位置移动，并计算位移向量，计算从起点a到目标点a1或b1的位移向量，分别用d→a1和d→b1表示，，
8.根据权利要求6中所述的一种带卡盘式自动夹紧、旋转变位机的机器人的焊接工艺，其特征在于：所述s3中包括有在工件旋转时，旋转驱动电机与工件旋转之间的关系表示为：，其中，n是电机需要转动的步数。
9.根据权利要求6中所述的一种带卡盘式自动夹紧、旋转变位机的机器人的焊接工艺，其特征在于：所述s4中，包括在焊接的过程中时，包括有s41、伺服控制驱动单元模块控制；
10.根据权利要求9所述的一种带卡盘式自动夹紧、旋转变位机的机器人的焊接工艺，其特征在于：所述s43中包括有焊接参数控制单元模块通过输入/输出(i/o)模块与焊接电源（13）建立信息交互连接，控制焊接过程中的关键参数，所述关键参数中包括有焊接的速度、转速、焊缝长度；所述焊接的速度用v表示，转速用r表示，焊缝长度用l表示，所述焊接转速的计算公式可以表示为：
