具有多個臂杆和接頭的人體工學焊臂的製作方法

2023-06-02 00:49:32 1

本公開大體上涉及焊接設備，並且更具體地涉及與手動焊接設備一起使用的人體工學焊臂。

背景技術：

現今，焊工中最廣為人知的問題是由焊接電纜和焊炬造成的。因為其重量和缺乏靈活性，焊接電纜和焊炬共同造成了許多問題。通常，將整個電纜(或者電纜的部分)定位為低於焊工的肘部高度，這迫使焊工在焊接期間要承載電纜的整個重量。焊工必須利用手腕、背部和肩部來補償其重量。另外，焊炬與電纜之間的連接非常不靈活。因此，焊炬連接造成槓桿效應，從而迫使焊工的手腕保持不自然的姿勢。結果，焊炬與電纜在超過期望的重量時會對人體造成疲勞。

當焊接電纜放置在地上時，焊接電纜也可以是危險的，從而產生絆倒的風險。另外，焊接電纜在被移動以遵循特定焊接路徑時可能被周圍的物體阻礙。這可以導致焊縫斷裂，而焊縫斷裂可能會使焊工重新開始焊接，從而降低效率。

進一步地，在許多情況下，焊工在改變焊接位置時必須用很大力氣才能將電纜改變至新的取向或者位置。在某些情況下，電纜可能會彎曲到不可接受的程度，這可以阻礙將焊絲向前饋送至焊縫。這可以使焊縫段(session)斷裂，而焊縫段斷裂可能會使焊工重新開始焊接，從而再次降低效率。

因為機器很重並且單靠體力難以移動，所以目前針對送絲移動性的解決方案都不是對用戶友好的。另外，為了改變設置，焊工必須往返於送絲機與電源之間，這非常耗時並且降低了效率。

當前針對上述問題的解決方案包括平衡桅杆，其中，送絲機附接至放置在電源上的臂。焊工可以使用體力來使該臂旋轉180度。這些平衡桅杆的臂可以提起一些電纜重量，但不是全部。在某些情況下，送絲機被定位在吊杆上。吊杆是可旋轉的，並且送絲機可在吊杆上滑動。焊工使用體力來控制滑動移動。在其它情況下，可以使用小推車來支撐送絲機以提高移動性，並且達到和提供更大的工作空間。然而，利用這種布置，焊工必須通過使用體力在地上拖動送絲機。這些布置並沒有解決電纜重量所造成的問題。

當前的解決方案中沒有一個完全解決了由當前的電纜和焊炬布置造成的上述問題。關於重量問題，當前的解決方案無法承載電纜的全部重量。相反，焊工必須承載連接至焊炬的電纜部分的重量。該部分在焊接期間有被物體卡住或者阻礙的趨勢。另外，當前的平衡桅杆是堅硬的、不太靈活，並且僅在中心處旋轉，這就限制了焊工的移動。

對於送絲機連接至吊杆或者送絲機連接至小推車的解決方案，也存在相似的限制。此外，利用小推車布置，必須通過使用體力在地上拖動送絲機，並且小推車偶爾會傾斜或者被其它物體卡住。

因此，需要一種用於支撐焊接電纜、焊炬和送絲機構使在焊接操作期間施加至焊工身體的力最小化並且將這些機構維持成緊湊型布置以提高安全性和效率的改進型系統。

技術實現要素：

人體工學焊臂包括由多個接頭聯接的多個臂杆。該多個接頭中的每一個接頭配置為允許該多個臂杆相對於直接相鄰的臂杆繞軸線旋轉。焊臂的第一端配置為與用於支撐焊臂的支架嚙合。焊臂的第二端配置為與焊炬嚙合。

附圖說明

舉例來說，現在將參照附圖來描述所公開的裝置的具體實施例，其中：

圖1是正在使用所公開的焊臂的焊工的等距視圖；

圖2是圖1的焊臂的等距視圖；

圖3是圖1的焊臂的反面等距視圖；

圖4至圖7是圖1的焊臂的相應部分的詳細等距視圖；

圖8是圖1的焊臂的等距視圖，示出了電纜附接特徵；以及

圖9和圖10是正在示例性第一位置和第二位置中使用圖1的焊臂的焊工的圖示。

具體實施方式

公開了一種與手動焊炬一起使用的人工體學焊臂。該焊臂包括：配置為在焊接操作期間使該臂能夠跟隨焊工的移動的多個接頭。焊接電纜和焊炬可以連接至焊臂，從而使焊臂承載焊接電纜和焊炬的整個重量。焊接電纜和焊臂可以在吊杆或者其它合適的結構上從焊工上面垂掛下來。焊臂可在所有方向上移動，因此可以易於在正被焊接的物體的兩側使用。在一些實施例中，焊臂具有至少四個單獨的接頭來提供期望的移動範圍。這樣的布置使焊臂在無需應用巨大體力的情況下並且在無需動力化的情況下可以順利地跟隨焊工的移動。然而，可以理解，若需要，可以使用單獨的接頭的動力化。

結果是減小了施加至焊工的重量，這又減輕了焊工的疲勞。該減小的重量還邀請在體能上無法能力管理當前重焊接電纜布置的人。另外，所公開的布置促進了時間效率更高的焊接布置，在該焊接布置中，焊接電纜在焊接操作期間不太可能被卡住或者阻礙。在某些情況下，所公開的焊臂可以包括送絲機和功率設置，該送絲機和功率設置按照可易於觸及的方式定位，從而使焊工在不需要往返於送絲機和/或電源之間的情況下便可以改變焊接設置。

現在參照圖1，示出了定位在焊接區域之上的所公開的焊臂1。在所示的實施例中，焊臂1的遠端2聯接至高架吊杆4，以使焊臂能夠來回滑動，從而最大化該臂所能到達的區域。焊臂1可以具有多個自由度以使其在多個方向上都能夠實現最大限度的靈活度，同時仍然支撐焊接電纜6的整個重量。

圖2和圖3更詳細地示出了焊臂1。如上所述，焊臂1的遠端2可以可滑動地聯接至高架吊杆4。焊臂1的近端8可以聯接至焊炬10。焊接電纜6可以由焊臂1支撐在沿該臂的多個位置處。

焊臂1可以包括多個接頭，該多個接頭用於實現期望的移動可調程度，從而使臂可以容易地追蹤焊工的移動。在所示的實施例中，焊臂具有四個單獨的接頭，但是要了解，若需要，也可以使用更多或者更少數量的接頭。第一接頭12定位在第一臂杆14與送絲部16之間。第二接頭18定位在第一臂杆14與第二臂杆20之間。第三接頭22定位在第二臂杆20與第三臂杆24之間。第三臂杆24經由第四接頭26聯接至焊炬10。如稍後將更詳細地描述的，焊接電纜6的第一端28聯接至送絲部16，並且第二端30聯接至焊炬10。焊接電纜6可移動地連接至第一臂杆和第二臂杆14、20，從而使其大體上遵循第一臂杆、第二臂杆和第三臂杆14、20、24在送絲部16與焊接10之間的線。

送絲部16可以可旋轉地聯接至汽缸32，該汽缸32本身可滑動地聯接至高架吊杆4。如此布置，可以使焊臂1(包括送絲部16)繞汽缸32的縱向軸線旋轉，為焊臂提供附加的自由度。如要了解到的，送絲部16可以具有通過焊接電纜6將焊絲饋送至焊炬10所需的部件中的一些或者全部。

參照圖4和圖5，更詳細地示出了第一接頭12。該第一接頭12具有連接至送絲部16的第一部分34和連接至第一臂杆14的第二部分36。第一部分和第二部分34、36可以繞第一軸線A-A相對於彼此旋轉，以使焊臂1能夠繞第一軸線相對於送絲部16旋轉。第一臂杆14可以容納在第一接頭12的第二部分36的套筒部38內。

第一支架臂40的第一端42可以連接至送絲部16，並且第二端44可以連接至第一臂杆14。在所示的實施例中，第二端44經由夾子46連接至第一臂杆14的中間點。第一端42與送絲部16之間的連接可以是適應第一臂杆14繞第一接頭12的移動的鉸接連接。同樣，第一支架臂40的第二端44與夾子46之間的連接也可以是適應第一臂杆14繞第一接頭12的移動的鉸接連接。第一支架臂40可以是具有容納在外殼部50內的活塞部48的液壓或者氣動臂。這種布置使焊臂1能夠保持期望的位置，同時在對焊工產生很少影響或者根本沒有影響的情況下支撐焊接電纜6和焊炬10。

可以看出，第一臂杆14包括沿其長度間隔隔開地定位的多個通孔52。這些通孔使夾子46能夠沿第一臂杆的長度被定位在各種期望位置中的任何一個位置處，從而使得能夠對焊臂1的平衡進行微調。這些通孔也可以容納一個或者多個電纜夾子54(參見圖2)，該一個或者多個電纜夾子54可以用於將焊接電纜6固定到焊臂1的多個位置。在第二臂杆20中設置相似的通孔，使得能夠將焊接電纜6固定到第二臂杆上。

圖6更詳細地示出了第二接頭18。該第二接頭18具有連接至第一臂杆14的第一部分56和連接至第二臂杆20的第二部分58。第一部分和第二部分56、58可以繞第二軸線B-B相對於彼此旋轉，從而使得第一臂杆和第二臂杆14、20能夠繞第二軸線相對於彼此旋轉。第一臂杆和第二臂杆14、20可以容納在第二接頭18的第一部分和第二部分56、58的相應套筒部60、62內。

第二支架臂64的第一端66可以連接至定位在第一臂杆14上的夾子46，並且第二端68可以連接至第二接頭18的第二部分58。這些連接可以是鉸接的以適應第一臂杆和第二臂杆14、20繞第二接頭18相對於彼此的移動。第二支架臂64可以是液壓或者氣動臂，該液壓或者氣動臂具有與針對第一支架臂40所描述的特徵和功能相同的或者相似的特徵和功能。

圖7更詳細地示出了第三接頭22。該第三接頭22與第一接頭和第二接頭的相似之處可以在於：其具有連接至第二臂杆20的第一部分66和連接至第三臂杆24的第二部分68。第一部分和第二部分66、68可以繞第三軸線C-C相對於彼此旋轉，以使第二臂杆和第三臂杆20、24能夠繞第三軸線相對於彼此旋轉。第二臂杆和第三臂杆20、24可以被容納在第三接頭22的第一部分和第二部分66、68的相應套筒部70、72內。

在圖7中還可以看見第四接頭26。該第四接頭26可以是球接頭，在該球接頭中，球元件74被容納在焊炬10中的對應形狀的凹槽中。第三臂杆24是細杆或者細管，該細杆或者細管連接至球元件74，從而使焊炬10可繞球元件旋轉。這種布置向焊工提供了懸置焊炬10的機會。焊炬10是可容易地觸及的，以便「抓持和焊接」。

可取的是，最接近焊工的部分應該具有最大的移動自由度。因此，第四接頭26配置為使得它們可以跟隨焊炬10的較小移動。如此，其可在兩個方向上旋轉，並且可如球接頭一樣移動。

圖8示出了焊接電纜6相對於第一臂杆、第二臂杆和第三臂杆14、20、24的定位。可以看出，焊接電纜6被定位在臂杆的外部，而不是內部。這種布置的益處在於：如果電纜斷裂或者由於任何其它原因需要更換，其使電纜容易改變。其對於改變焊絲也提供了一個優點，著是因為在該過程期間需要電纜儘可能直。利用所公開的設計，或許僅需從夾子54移除電纜來使其變直。另外，通過將焊接電纜6保持在臂杆的外部，可以將用於形成臂杆的型材容易地切割成適合焊接工位和焊工長度的長度。

圖9和圖10示出了所公開的焊臂1的一對示例性定位，該對示例性定位使站著的焊工8(圖9)和蹲著的焊工(圖10)適應在地面水平位置進行焊接。可以看出，焊臂1可繞所有接頭旋轉以自動地適應焊工的移動模式。雖然並未在該視圖中示出，但是送絲部16會按照先前描述的方式沿吊杆4滑動。

如此布置，所公開的焊臂1可在所有方向上移動，並且在從上面垂掛下來時可以承載焊接電纜6的整個重量。如要了解到的，現有布置要求焊工承載電纜的重量，不僅對身體造成疲勞，而且還可以在焊接段期間產生顫抖，導致質量較差的接頭。通過提起電纜的整個重量，即便無法完全消除，也可以使身體的疲勞和顫抖最小化。

利用現有布置，電纜會頻繁地被卡住，需要焊工在每個有效燃弧時間段之間移動電纜，在某些情況下，該有效燃弧時間僅僅持續幾秒鐘的時間。因此，當前的焊接設備的移動模式是焊接、移動電纜、調節焊炬、焊接、移動電纜、調節焊炬等。如果電纜在焊接段的中間被卡住，則接頭會遭到破壞並且焊工必須重新開始，非常耗時。所公開的焊臂1會減少每個焊接段的移動量，這是因為焊臂將電纜向上提起遠離焊接工位，以防止其被卡住或者阻礙。所產生的焊工移動模式會包括更少的步驟：(例如，焊接、移動、焊接、移動)。

焊臂1可以包括各種附加特徵。例如，焊臂的接頭中的一個或者多個接頭可以具有靜止的和/或可調的彈簧負載以補償不同的電纜和/或焊炬重量。可替代地或者另外，接頭中的一個或者多個接頭可以具有動力驅動式重量補償、可鎖定接頭、球接頭、空氣驅動式懸浮接頭、和/或力反饋系統。

焊臂1還可以包括磁場屏蔽裝置，以保護焊工免於在焊接期間長期暴露於由焊接電纜產生的磁場。

在焊臂1包括動力驅動式重量補償的情況下，其可以配置為充當用於提起焊接件、工具、組件等的提升裝置。

焊臂1可以配置為用於電纜垂掛、煙霧抽引、遠程控制、光、壓縮空氣和/或外圍設備諸如，可改變的炬頸、焊炬的其它配件、杯座和/或個人配件的核心模塊。

焊臂1可以包括目標照明，諸如，燈、和/或用於識別正確的焊接速度的雷射器。可以提供照相機，用於記錄焊接質量或者用於獲得焊接區域的增強現實圖像或者用於採集關於焊接的熱信息(使用紅外照相機)。

雖然將焊臂1公開為從吊杆4垂掛下來，但是要了解，可替代地，可以將焊臂1支撐在活動支腿上和/或連接至電源車。

在一些實施例中，單獨的臂杆可以包括具有張力的平行四邊形、和/或壓縮彈簧。另外，焊臂1可以包括內置穩定裝置以消除因為手抖動而產生的焊接誤差。

焊臂1也可以用於通過測量焊炬10的速度來採集諸如焊接速度等數據。然後，當該臂感測到焊接速度超出建立的限制時，可以向焊工提供反饋。該臂也可以是可編程的，從而可以將預定義的移動模式編程到該臂中(經由合適的處理器、存儲器和運動控制機構)。通過向該臂提供方向和速度信息，該臂可以執行移動以實現期望的焊接。

另外，針對諸如精密TIG焊接等應用，考慮了所公開的焊臂1的桌子大小的小版本。

所公開的焊臂的優點

與僅僅提起部分重量的當前解決方案相反，所公開的焊臂1將支撐焊接電纜6和焊炬10的整個重量。

由於所公開的焊臂1能夠跟隨焊工的移動，所以其將降低焊工的手腕、肩部和背部的靜止負載。

由於電纜不再是鬆弛地懸掛著的電纜的一部分，所以焊接電纜6與焊炬10相鄰的部分既不會擋道，也不會被其它物體卡住或者阻礙或者受到摩擦。

所公開的焊臂1可以設置成模塊，從而可以使其容易地適應不同的焊接工位測量。例如，單獨的臂杆的長度是可調的，從而能夠容易地使該臂適應特定工作空間。

可以容易地使所公開的焊臂1旋轉以到達整個工作檯/工作空間。這可以消除如許多當前解決方案中發生的投擲電纜以到達工作空間的另一側(甚或在焊接區域的遠側需要附加的焊接機)的當前實踐。

所公開的焊臂1使得易於將焊炬10和該臂「懸置」在工作空間之上，而不是將焊炬和電纜垂掛在另一物體上。這使焊工能夠保持焊炬接近工作空間並且消除來回走動去拿焊炬耗費時間的問題。

所公開的焊臂1消除了在每個焊接段之間改變/重新配置焊接電纜的耗時過程。

所公開的焊臂1可以適合現有的焊炬和/或送絲機設計，或者其可以與定製的新焊炬和/或送絲機設計一起使用。

根據本申請，臂杆和接頭可以由金屬(例如，鋁)或者塑料製成。

基於上述信息，本領域的技術人員將容易理解到本發明易於廣泛利用和應用。在不脫離本發明的實質或者範圍的情況下，本發明的除了本文具體描述的實施例和改變之外的許多實施例和改變、以及許多變型、修改和等效布置，將通過本發明及其上述描述而變得明顯或者由本發明及其上述描述合理地建議。因此，雖然本文已經針對其優選實施例詳細描述了本發明，但是要理解，所公開的內容僅僅是對本發明的說明和示例，並且僅僅是為了提供本發明的完全的和授權的公開內容。上述公開內容不旨在被理解為限制本發明或者不包括任何這種其它實施例、改變、變型、修改或者等效布置；本發明僅受隨附權利要求書及其等效物的限制。雖然本文採用了具體的術語，但是它們僅僅用於通用的和描述性的意義，而不是為了限制。