一种光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接系统及方法与流程

1.本发明属于光伏支架技术领域，具体涉及一种光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接系统及方法。


背景技术：

2.太阳能光伏发电是通过使用太阳能光伏组件子系统所形成的阵列接受入射的太阳光，通过光伏转换将光能转换为电能，并收集所产生的电能以供使用的技术。太阳能光伏系统通常采用支架结构来安装太阳能光伏阵列。光伏跟踪支架方案一般分为单排组件单轴独立驱动、单排组件多轴联动驱动、多排组件单轴独立驱动、多排组件多轴联动驱动。单轴跟踪支架系统有一根能够旋转的主轴部件，主轴上面通过檩条固定着一排或多排光伏组件，这些一起构成了旋转部分。在使用中，光伏板的主轴需要连接在一起，常用的手段是使主轴相互抱紧，但是仍不可避免地产生相对滑动。
3.为此，本司之前设计了一种光伏支架主轴结构，如公开号为cn215171475u的中国专利说明书所记载，该光伏支架主轴结构包括主轴，主轴为由若干单元轴套组合而成的组合轴，单元轴套一端部设有外套缩管端，另一端部设有内嵌缩管端，外套缩管端、内嵌缩管端各自端口包含沿周向交替分布的轴向凸部和轴向凹部，外套缩管端、内嵌缩管端的轴向凹部和轴向凸部通过间隙配合的方式进行径向定位，配合实现对主轴的锁定。采用多点卡位嵌套主轴，其主轴端口的内侧为外凸内凹的“多边形”，卡接后可实现对主轴的锁定，调整扭矩，有效避免主轴连接处出现滑动，保证单元轴套的轴线相互重合。
4.但是这种光伏支架主轴结构作为超大直径的主轴使用时发现仍存在不足之处，一是其单元轴套利用外套缩管端和内嵌缩管端的卡合来实现连接，连接后的内凹部分容易进水，导致主轴内部出现锈蚀等问题；二是外套缩管端和内嵌缩管端卡合后并不能防止轴向位移，且内嵌缩管端的内部由于没有支撑，易出现变形，导致卡合成功率低下；三是由于单元轴套的长度较长，在其上直接加工外套缩管端和内嵌缩管端的工艺较为复杂，当出现故障时需要报废整个单元轴套，成本较高。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接系统及方法。
6.为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：本发明提供一种光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接系统，包括：节管输送机构，所述节管输送机构用于带动单元节管在第一工位和第二工位分别进行横向位移、纵向位移及旋转动作；焊接机构，所述焊接机构用于在第一工位将内嵌条块沿周向焊接在单元节管的连接端内腔壁，以及在第二工位将单元节管的连接端与密封连接件进行焊接固定；连接件上料机构，所述连接件上料机构用于将密封连接件从上料工位转移至第二
工位。
7.进一步地，上述光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接系统中，所述单元节管、内嵌条块和密封连接件共同构成组合式主轴。
8.进一步地，上述光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接系统中，所述密封连接件包括连接柱、凸轴、转套、轴承和支座，所述连接柱的两端对称固定有凸轴，所述凸轴的外侧沿周向开设有若干与内嵌条块形状配合的嵌合槽，所述连接柱的外侧套设有由转套提供旋转支撑的轴承，所述转套的外侧固定有支座，所述支座的底板开设有若干固定孔。
9.进一步地，上述光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接系统中，所述单元节管的内径值为20~50cm；所述内嵌条块的横截面呈类等腰梯形结构，其外侧面为与单元节管内腔壁配合的弧形面。
10.进一步地，上述光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接系统中，所述节管输送机构包括直线轨道、滑块、安装板、输送支架和输送滚轮，所述直线轨道上安装有与其构成直线导轨副的滑块，所述滑块的上端通过安装板安装有输送支架，所述输送支架上安装有若干输送滚轮，所述输送滚轮包含用于带动单元节管轴向位移的轴向滚轮以及用于带动单元节管翻转的翻转滚轮。
11.进一步地，上述光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接系统中，所述焊接机构包括焊接座，所述焊接座中安装有支撑转轴和用于带动其翻转的翻转组件，所述支撑转轴的两端对称固定有接料轴，所述焊接座位于接料轴的上方安装有放料组件，所述接料轴的外表面沿周向交错开设有用于承接内嵌条块的接料槽和用于为双焊接头提供位移导向的滑槽，所述接料槽的深度小于内嵌条块的厚度，所述接料槽的底面嵌入安装有能够与内嵌条块产生磁吸力的磁条，所述接料轴中嵌入安装有水平推杆，所述水平推杆的活动端连接有推板，所述推板内侧通过推杆连接有用于实现单元节管连接端内腔壁与内嵌条块焊接固定的双焊接头；所述焊接座的上端一侧通过支撑架对称支撑有用于实现单元节管连接端与密封连接件中连接柱焊接固定的单焊接头。
12.进一步地，上述光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接系统中，所述放料组件包括料盒，所述料盒的内部设有上下开口的单层码垛室，所述料盒的一侧板靠近下端并列安装有两个挡料推杆，所述料盒开设有便于两个挡料推杆中活动杆伸缩的活动槽，两个所述活动槽的间距值等于内嵌条块的厚度值。
13.进一步地，上述光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接系统中，所述翻转组件包括锥形齿圈、第一伺服电机和锥形齿轮，所述锥形齿圈固定在支撑转轴的外侧，所述第一伺服电机的活动端安装有与锥形齿圈啮合的锥形齿轮，所述第一伺服电机安装在焊接座的内部，所述焊接座中开设有便于支撑转轴、锥形齿圈和锥形齿圈旋转的活动转槽。
14.进一步地，上述光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接系统中，所述连接件上料机构包括第二伺服电机、转盘、转板和定位柱，所述第二伺服电机的活动端安装有转盘，所述转盘的两侧对称设有与其连为一体的两个转板，所述转板的上侧固定有与密封连接件中固定孔配合的导向定位柱。
15.本发明还提供一种光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接方法，基于上述的自动化焊接系统实现，包括如下步骤：1）焊接机构中放料组件先依次放料，利用接料轴依次接收并吸附锁定内嵌条块；
2）节管输送机构先将单元节管位移至第一工位，然后再将单元节管的连接端推送至套设在焊接机构中接料轴的外侧，此时各个内嵌条块的外侧面与单元节管连接端的内腔壁相抵，形成多条待焊接直线；利用水平推杆、推板、推杆和双焊接头构成的内焊组件对各个待焊接直线进行焊接；3）节管输送机构先将焊接有内嵌条块的单元节管与焊接机构脱离，然后将焊接有内嵌条块的单元节管位移至第二工位，再将焊接有内嵌条块的单元节管推送至套设在密封连接件的凸轴外侧，此时内嵌条块卡入凸轴的嵌合槽中，单元节管的连接端与密封连接件的连接柱之间形成有待焊接环线；节管输送机构带动单元节管、密封连接件的凸轴及连接柱旋转，利用焊接机构中的单焊接头对待焊接环线进行焊接。
16.本发明的有益效果是：1、本发明自动化焊接系统设计合理，其主要由节管输送机构、焊接机构和连接件上料机构构成，其中节管输送机构用于带动单元节管在第一工位和第二工位分别进行横向位移、纵向位移及旋转动作；焊接机构用于在第一工位将内嵌条块沿周向焊接在单元节管的连接端内腔壁，以及在第二工位将单元节管的连接端与密封连接件进行焊接固定；连接件上料机构用于将密封连接件从上料工位转移至第二工位；通过在单元节管的内部预焊接内嵌卡合，然后与密封连接件内嵌卡合连接，再于外侧再次焊接固定，装配得到的组合式主轴具有不会进水锈蚀、可以防止轴向位移和内部因实心支撑不易变形的优点；同时装配得到的组合式主轴利用两根单元节管的连接部作为旋转支撑组件，利于后续光伏跟踪支架的快速组装。
17.2、本发明中组合式主轴采用内嵌卡合方案替代传统的外嵌卡合方案，无需对现有的单元节管加工工艺进行调整，避免在较长单元节管上加工外套缩管端和内嵌缩管的工艺复杂问题，避免报废整个单元节管，降低生产成本。
18.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明中自动化焊接系统的结构示意图；图2为本发明中组合式主轴的结构分解示意图；图3为本发明中组合式主轴的结构示意图；图4为本发明中密封连接件的结构示意图；图5为本发明中节管输送机构的结构示意图；图6为本发明中焊接机构一种角度的结构示意图；图7为本发明中焊接机构另一种角度的结构示意图；图8为本发明中接料轴及内焊组件的结构示意图；图9为本发明中放料组件的组成示意图；图10为本发明中翻转组件的组成示意图；
图11为本发明中连接件上料机构的结构示意图；图12为本发明中连接件上料机构的使用状态示意图；图13为单元节管和内嵌条块进行焊接时的示意图；图14为焊接有内嵌条块的单元节管从焊接机构脱离时的示意图；图15为焊接有内嵌条块的单元节管位移至第二工位的示意图；图16为焊接有内嵌条块的单元节管与密封连接件行焊接时的示意图；附图中，各标号所代表的部件列表如下：1-节管输送机构，101-直线轨道，102-滑块，103-安装板，104-输送支架，105-输送滚轮，2-焊接机构，201-焊接座，202-支撑转轴，203-接料轴，204-料盒，205-单层码垛室，206-挡料推杆，207-接料槽，208-滑槽，209-水平推杆，210-推板，211-推杆，212-双焊接头，213-支撑架，214-单焊接头，215-锥形齿圈，216-第一伺服电机，217-锥形齿轮，3-连接件上料机构，301-第二伺服电机，302-转盘，303-转板，304-定位柱，4-单元节管，5-内嵌条块，6-密封连接件，601-连接柱，602-凸轴，603-嵌合槽，604-转套，605-轴承，606-支座，607-固定孔。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
22.本实施例提供一种光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接系统，如图1所示，包括节管输送机构1、焊接机构2和连接件上料机构3。节管输送机构1用于带动单元节管4（为了简化附图，单元节管4的长度显示较短，并不是对其长度进行旋转）在第一工位和第二工位分别进行横向位移、纵向位移及旋转动作。焊接机构2用于在第一工位将内嵌条块5沿周向焊接在单元节管4的连接端内腔壁，以及在第二工位将单元节管4的连接端与密封连接件6进行焊接固定。连接件上料机构3用于将密封连接件6从上料工位转移至第二工位。
23.如图2-图3所示，单元节管4、内嵌条块5和密封连接件6共同构成组合式主轴。
24.如图4所示，密封连接件6包括连接柱601、凸轴602、转套604、轴承605和支座606，连接柱601的两端对称固定有凸轴602，凸轴602的外侧沿周向开设有若干与内嵌条块5形状配合的嵌合槽603。连接柱601的外侧套设有由转套604提供旋转支撑的轴承605，转套604的外侧固定有支座606，支座606的底板开设有若干固定孔607。
25.本实施例中，单元节管4的内径值为20~50cm；内嵌条块5的横截面呈类等腰梯形结构，其外侧面为与单元节管4内腔壁配合的弧形面。
26.如图5所示，节管输送机构1包括直线轨道101、滑块102、安装板103、输送支架104和输送滚轮105，直线轨道101上安装有与其构成直线导轨副的滑块102。滑块102的上端通过安装板103安装有输送支架104，输送支架104上安装有若干输送滚轮105，输送滚轮105包含用于带动单元节管4轴向位移的轴向滚轮以及用于带动单元节管4翻转的翻转滚轮。
27.如图6-图8所示，焊接机构2包括焊接座201，焊接座201中安装有支撑转轴202和用于带动其翻转的翻转组件。支撑转轴202的两端对称固定有接料轴203，焊接座201位于接料
轴203的上方安装有放料组件。接料轴203的外表面沿周向交错开设有用于承接内嵌条块5的接料槽207和用于为双焊接头212提供位移导向的滑槽208，接料槽207的深度小于内嵌条块5的厚度，接料槽207的底面嵌入安装有能够与内嵌条块5产生磁吸力的磁条。接料轴203中嵌入安装有水平推杆209，水平推杆209的活动端连接有推板210，推板210内侧通过推杆211连接有用于实现单元节管4连接端内腔壁与内嵌条块5焊接固定的双焊接头212。推板210的外周根据需求可开设避让内嵌条块5的缺口，这样便于在焊接完成后将单元节管4连同内嵌条块5与焊接机构2脱离。焊接座201的上端一侧通过支撑架213对称支撑有用于实现单元节管4连接端与密封连接件6中连接柱焊接固定的单焊接头214。
28.如图9所示，放料组件包括料盒204，料盒204的内部设有上下开口的单层码垛室205，料盒204的一侧板靠近下端并列安装有两个挡料推杆206，料盒204开设有便于两个挡料推杆206中活动杆伸缩的活动槽，两个活动槽的间距值等于内嵌条块5的厚度值。放料组件的工作原理为：先将上层挡料推杆206的活动杆缩回，将下层挡料推杆206的活动杆伸出，内嵌条块5在重力作用下滑移至与下层挡料推杆206的活动杆接触，此时最下层内嵌条块5的位置被锁定，上层挡料推杆206的活动杆伸出，将该最下层内嵌条块5上方的内嵌条块5抵住固定，当需要放料时只需控制下层挡料推杆206的活动杆缩回即可，重复上述步骤即可实现连续间隔放料。
29.如图10所示，翻转组件包括锥形齿圈215、第一伺服电机216和锥形齿轮217，锥形齿圈215固定在支撑转轴202的外侧，第一伺服电机216的活动端安装有与锥形齿圈215啮合的锥形齿轮217。第一伺服电机216安装在焊接座201的内部，焊接座201中开设有便于支撑转轴202、锥形齿圈215和锥形齿圈215旋转的活动转槽。
30.如图11-图12所示，连接件上料机构3包括第二伺服电机301、转盘302、转板303和定位柱304，第二伺服电机301的活动端安装有转盘302，转盘302的两侧对称设有与其连为一体的两个转板303，转板303的上侧固定有与密封连接件6中固定孔607配合的导向定位柱。密封连接件6利用多轴机械手将其放置在位于上料工位的转板303。
31.本实施例还提供一种光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接方法，包括如下步骤：1）焊接机构2中放料组件先依次放料，利用接料轴203依次接收并吸附锁定内嵌条块5；2）如图1所示，节管输送机构1先将单元节管4位移至第一工位；然后再将单元节管4的连接端推送至套设在焊接机构2中接料轴203的外侧，如图13所示，此时各个内嵌条块5的外侧面与单元节管4连接端的内腔壁相抵，形成多条待焊接直线；利用水平推杆209、推板210、推杆211和双焊接头212构成的内焊组件对各个待焊接直线进行焊接。
32.3）节管输送机构1先将焊接有内嵌条块5的单元节管4与焊接机构2脱离，如图14所示；然后将焊接有内嵌条块5的单元节管4位移至第二工位，如图15所示；再将焊接有内嵌条块5的单元节管4推送至套设在密封连接件6的凸轴602外侧，此时内嵌条块5卡入凸轴602的嵌合槽603中，单元节管4的连接端与密封连接件6的连接柱601之间形成有待焊接环线，如图16所示。节管输送机构1带动单元节管4、密封连接件6的凸轴602及连接柱601旋转，利用焊接机构2中的单焊接头214对待焊接环线进行焊接。
33.以上公开的本发明优选实施例只是利于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽
叙述所有的细节，也不限制该发明仅为具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

技术特征：
1.一种光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接系统，其特征在于，包括：节管输送机构，所述节管输送机构用于带动单元节管在第一工位和第二工位分别进行横向位移、纵向位移及旋转动作；焊接机构，所述焊接机构用于在第一工位将内嵌条块沿周向焊接在单元节管的连接端内腔壁，以及在第二工位将单元节管的连接端与密封连接件进行焊接固定；连接件上料机构，所述连接件上料机构用于将密封连接件从上料工位转移至第二工位。2.根据权利要求1所述的光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接系统，其特征在于：所述单元节管、内嵌条块和密封连接件共同构成组合式主轴。3.根据权利要求2所述的光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接系统，其特征在于：所述密封连接件包括连接柱、凸轴、转套、轴承和支座，所述连接柱的两端对称固定有凸轴，所述凸轴的外侧沿周向开设有若干与内嵌条块形状配合的嵌合槽，所述连接柱的外侧套设有由转套提供旋转支撑的轴承，所述转套的外侧固定有支座，所述支座的底板开设有若干固定孔。4.根据权利要求3所述的光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接系统，其特征在于：所述单元节管的内径值为20~50cm；所述内嵌条块的横截面呈类等腰梯形结构，其外侧面为与单元节管内腔壁配合的弧形面。5.根据权利要求4所述的光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接系统，其特征在于：所述节管输送机构包括直线轨道、滑块、安装板、输送支架和输送滚轮，所述直线轨道上安装有与其构成直线导轨副的滑块，所述滑块的上端通过安装板安装有输送支架，所述输送支架上安装有若干输送滚轮，所述输送滚轮包含用于带动单元节管轴向位移的轴向滚轮以及用于带动单元节管翻转的翻转滚轮。6.根据权利要求5所述的光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接系统，其特征在于：所述焊接机构包括焊接座，所述焊接座中安装有支撑转轴和用于带动其翻转的翻转组件，所述支撑转轴的两端对称固定有接料轴，所述焊接座位于接料轴的上方安装有放料组件，所述接料轴的外表面沿周向交错开设有用于承接内嵌条块的接料槽和用于为双焊接头提供位移导向的滑槽，所述接料槽的深度小于内嵌条块的厚度，所述接料槽的底面嵌入安装有能够与内嵌条块产生磁吸力的磁条，所述接料轴中嵌入安装有水平推杆，所述水平推杆的活动端连接有推板，所述推板内侧通过推杆连接有用于实现单元节管连接端内腔壁与内嵌条块焊接固定的双焊接头；所述焊接座的上端一侧通过支撑架对称支撑有用于实现单元节管连接端与密封连接件中连接柱焊接固定的单焊接头。7.根据权利要求6所述的光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接系统，其特征在于：所述放料组件包括料盒，所述料盒的内部设有上下开口的单层码垛室，所述料盒的一侧板靠近下端并列安装有两个挡料推杆，所述料盒开设有便于两个挡料推杆中活动杆伸缩的活动槽，两个所述活动槽的间距值等于内嵌条块的厚度值。8.根据权利要求7所述的光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接系统，其特征在于：所述翻转组件包括锥形齿圈、第一伺服电机和锥形齿轮，所述锥形齿圈固定在支撑转轴的外侧，所述第一伺服电机的活动端安装有与锥形齿圈啮合的锥形齿轮，所述第一伺服电机安装在焊接座的内部，所述焊接座中开设有便于支撑转轴、锥形齿圈和锥形齿圈旋转的活动
转槽。9.根据权利要求8所述的光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接系统，其特征在于：所述连接件上料机构包括第二伺服电机、转盘、转板和定位柱，所述第二伺服电机的活动端安装有转盘，所述转盘的两侧对称设有与其连为一体的两个转板，所述转板的上侧固定有与密封连接件中固定孔配合的导向定位柱。10.一种光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接方法，基于权利要求9所述的自动化焊接系统实现，其特征在于，包括如下步骤：1）焊接机构中放料组件先依次放料，利用接料轴依次接收并吸附锁定内嵌条块；2）节管输送机构先将单元节管位移至第一工位，然后再将单元节管的连接端推送至套设在焊接机构中接料轴的外侧，此时各个内嵌条块的外侧面与单元节管连接端的内腔壁相抵，形成多条待焊接直线；利用水平推杆、推板、推杆和双焊接头构成的内焊组件对各个待焊接直线进行焊接；3）节管输送机构先将焊接有内嵌条块的单元节管与焊接机构脱离，然后将焊接有内嵌条块的单元节管位移至第二工位，再将焊接有内嵌条块的单元节管推送至套设在密封连接件的凸轴外侧，此时内嵌条块卡入凸轴的嵌合槽中，单元节管的连接端与密封连接件的连接柱之间形成有待焊接环线；节管输送机构带动单元节管、密封连接件的凸轴及连接柱旋转，利用焊接机构中的单焊接头对待焊接环线进行焊接。

技术总结
本发明属于光伏支架技术领域，具体涉及一种光伏跟踪支架组合式主轴的自动化焊接系统及方法，该自动化焊接系统包括节管输送机构、焊接机构和连接件上料机构：节管输送机构用于带动单元节管分别进行横向位移、纵向位移及旋转动作；焊接机构用于将内嵌条块沿周向焊接在单元节管的连接端内腔壁，以及将单元节管的连接端与密封连接件进行焊接固定；连接件上料机构用于将密封连接件从上料工位转移至第二工位。本发明得到的组合式主轴采用内嵌卡合方案替代传统的外嵌卡合方案，无需对现有的单元节管加工工艺进行调整，避免在较长单元节管上加工外套缩管端和内嵌缩管的工艺复杂问题，避免报废整个单元节管，降低生产成本。降低生产成本。降低生产成本。


技术研发人员：章叶成 赵星 奚栋成
受保护的技术使用者：江苏曦日新能源科技有限公司
技术研发日：2023.09.01
技术公布日：2023/10/6