本发明涉及机器人焊接，特别地，涉及一种可变径喷嘴，另外，还特别涉及一种采用上述可变径喷嘴的焊接设备和焊接方法、焊接机器人。
背景技术：
1、焊接喷嘴，也称为焊枪喷嘴，是焊接设备中的一个关键部件，它的主要作用是允许焊接过程中所需的保护气体以一种均匀且层流的方式流入，从而保证电弧和焊接熔池获得相对于大气的恒定保护气体覆盖。在mig/mag焊接中，喷嘴不仅负责引导压缩气流进入焊接过程，还保护电弧免受周围大气的影响，确保焊接过程中的适当气流和保护气体覆盖。
2、在焊接过程中，焊接喷嘴有着不同尺寸的口径，分别对应不同的坡口，在焊接过程中，小尺寸的喷嘴可以保证焊丝顺利地到达焊接位置的根部，从而保证焊接质量，但是小尺寸的喷嘴在焊接过程中容易被焊接飞溅物封堵，在气保焊过程中，由于熔池表面没有熔渣盖覆，保护气体有较强的冷却作用，使得熔池金属凝固比较快，若气保焊过程中来不及逸出时，就容易在焊缝中产生气孔，影响焊缝的质量和强度，而大尺寸喷嘴虽然可以减少喷嘴被堵的风险，但是大尺寸喷嘴难以达到焊缝根部。因此，在焊接过程中，需要先用小尺寸喷嘴将焊丝根部填充后，再换大尺寸喷嘴进行焊接。但是，在机器人自动焊接过程，由于焊接速度较快，多数情况下难以及时进行大小喷嘴的更换，这样将导致小尺寸喷嘴受堵，焊接质量难以达到要求。
技术实现思路
1、本发明提供了一种可变径喷嘴及采用其的焊接设备和焊接方法、焊接机器人，可以实现不同尺寸喷嘴的自动转换，提高了焊接效率和焊接质量，并且可以在不同喷嘴伸出时都能提供保护气体，防止焊接过程中喷嘴被堵死。
2、根据本发明的一个方面，提供一种可变径喷嘴，包括从内至外依次套设的导电嘴、第一喷嘴、第二喷嘴和第三喷嘴，所述导电嘴的上端与旋转驱动件连接，用于在旋转驱动件的驱动下执行旋转伸缩动作，所述导电嘴的中心开设有送丝孔，用于在焊接过程中自动送丝，所述导电嘴的上部开设有至少一个出气孔，用于在焊接过程中提供保护气体，所述第一喷嘴与导电嘴固定连接且两者之间存在间隙，所述第一喷嘴的下端面突出于导电嘴的下端面，所述第二喷嘴与第一喷嘴、所述第三喷嘴与第二喷嘴均通过螺纹连接，所述第二喷嘴和第三喷嘴的内表面上均设置有定位装置，所述第一喷嘴的下端面外侧设置有倒角，所述第二喷嘴的外表面上设置有定位卡槽，所述第一喷嘴、第二喷嘴和第三喷嘴上均开设有气流通道，在导电嘴进行旋转伸缩的过程中，通过定位装置与定位卡槽配合或者与倒角配合，实现第一喷嘴和第二喷嘴之间、第二喷嘴和第三喷嘴之间的限位，从而驱动第一喷嘴、第二喷嘴和第三喷嘴中的任一者伸出，并实现三个喷嘴的气流通道之间的通断控制，以在不同喷嘴伸出时都能提供保护气体。
3、进一步地，所述第一喷嘴的气流通道包括第一通孔，所述第二喷嘴的气流通道包括第二通孔、第一气路和第一出气孔，所述第三喷嘴的气流通道包括盲孔、第二气路和第二出气孔，所述第一通孔、第二通孔和盲孔均沿径向开设，所述第一气路和第二气路均沿轴向开设，所述第二通孔和第一出气孔分别为第一气路的进气口和出气口，所述盲孔和第二出气孔分别为第二气路的进气口和出气口；
4、当第一喷嘴伸出到位时，第一通孔与第二通孔不导通，保护气体仅从第一喷嘴和导电嘴之间的间隙喷出；当第二喷嘴伸出到位时，第一通孔与第二通孔导通、第二通孔与盲孔之间不导通，保护气体同时从第一喷嘴和导电嘴之间的间隙、第一出气孔喷出；当第三喷嘴伸出到位时，第一通孔与第二通孔之间、第二通孔与盲孔之间均导通，保护气体同时从第一喷嘴和导电嘴之间的间隙、第一出气孔和第二出气孔喷出。
5、进一步地，当旋转驱动件正转时，驱动导电嘴和第一喷嘴一起正转伸出，当第一喷嘴伸出至倒角与第二喷嘴内表面的定位装置相抵接后，驱动第二喷嘴和第三喷嘴发生相对运动，当第三喷嘴内表面的定位装置卡在第二喷嘴外表面的定位卡槽内后，第二喷嘴和第三喷嘴停止相对运动，旋转驱动件继续正转，第一喷嘴的倒角挤压第二喷嘴的定位装置后继续伸出。
6、进一步地，当旋转驱动件反转时，驱动导电嘴和第一喷嘴一起反转缩回，以使第二喷嘴相对伸出。
7、进一步地，当旋转驱动件继续反转时，驱动导电嘴和第一喷嘴继续反转缩回，当第一喷嘴缩回至螺纹末端后无法继续运动，第二喷嘴外表面的定位卡槽挤压第三喷嘴内表面的定位装置后两者发生相对运动，第二喷嘴缩回，以使第三喷嘴相对伸出。
8、另外，本发明还提供一种焊接设备，包括摄像头、电机、控制模块和如上所述的可变径喷嘴，所述摄像头安装在可变径喷嘴上，用于采集待焊接位置的图像，所述电机与可变径喷嘴驱动连接，用于驱动可变径喷嘴中的任一个喷嘴伸出，所述控制模块分别与摄像头和电机电性连接，用于根据待焊接位置的图像识别出焊接形式，并根据识别出的焊接形式控制电机的工作状态，以驱动适配尺寸的喷嘴伸出。
9、进一步地，当识别出焊接形式为角焊缝时，驱动第三喷嘴伸出；当识别出焊接形式为坡口焊缝时，采集坡口图像，并根据坡口图像确定坡口边界，再根据坡口边界的外接图形确定喷嘴转换位置。
10、进一步地，对于v型坡口，基于下式确定喷嘴转换位置：
11、
12、
13、
14、
15、其中，a表示v型坡口的夹角，a、b和c分别表示v型坡口边界的外接等腰三角形三条边的边长，a为底边，b和c为腰，l表示干伸长，s表示焊丝填充厚度，n1、n2和n3分别表示第一喷嘴(2)、第二喷嘴(3)和第三喷嘴(4)的外径，当焊丝填充厚度达到s2时，驱动第二喷嘴(3)伸出，当焊丝填充厚度达到s3时，驱动第三喷嘴(4)伸出。
16、另外，本发明还提供一种焊接方法，采用如上所述的焊接设备，包括以下内容：
17、采集待焊接位置的图像；
18、根据待焊接位置的图像识别出焊接形式；
19、根据焊接形式控制适配尺寸的喷嘴伸出。
20、另外，本发明还提供一种焊接机器人，焊接机器人的执行末端采用如上所述的焊接设备。
21、本发明具有以下有益效果：
22、本发明的可变径喷嘴，采用由内至外依次套设的导电嘴、第一喷嘴、第二喷嘴和第三喷嘴，将导电嘴与旋转驱动件驱动连接，第一喷嘴与导电嘴固定连接，第二喷嘴与第一喷嘴、第三喷嘴与第二喷嘴螺纹配合，并在第二喷嘴和第三喷嘴的内表面上设置定位装置、在第一喷嘴的下端面外侧设置有倒角、在第二喷嘴的外表面上设置定位卡槽，在旋转驱动件驱动旋转过程中，通过定位装置与定位卡槽配合或者与倒角配合，实现第一喷嘴和第二喷嘴之间、第二喷嘴和第三喷嘴之间的限位，从而驱动第一喷嘴、第二喷嘴和第三喷嘴中的任一者伸出，从而实现不同尺寸喷嘴的自动转换，提高了焊接效率和焊接质量，并可控制三个喷嘴的气流通道之间的通断，从而可以在不同喷嘴伸出时都能提供保护气体，防止焊接过程中喷嘴被堵死。
23、另外，本发明的焊接设备可以通过拍摄待焊接位置的图像，基于图像识别技术识别出焊接形式，并根据识别出的焊接形式自动控制电机的工作状态，以驱动适配尺寸的喷嘴伸出，实现了喷嘴更换的智能化控制，大大提高了焊接效率和焊接质量。
24、另外，本发明的焊接方法和焊接机器人同样具有上述优点。
25、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
1.一种可变径喷嘴，其特征在于，包括从内至外依次套设的导电嘴(1)、第一喷嘴(2)、第二喷嘴(3)和第三喷嘴(4)，所述导电嘴(1)的上端与旋转驱动件连接，用于在旋转驱动件的驱动下执行旋转伸缩动作，所述导电嘴(1)的中心开设有送丝孔(11)，用于在焊接过程中自动送丝，所述导电嘴(1)的上部开设有至少一个出气孔(12)，用于在焊接过程中提供保护气体，所述第一喷嘴(2)与导电嘴(1)固定连接且两者之间存在间隙，所述第一喷嘴(2)的下端面突出于导电嘴(1)的下端面，所述第二喷嘴(3)与第一喷嘴(2)、所述第三喷嘴(4)与第二喷嘴(3)均通过螺纹连接，所述第二喷嘴(3)和第三喷嘴(4)的内表面上均设置有定位装置(5)，所述第一喷嘴(2)的下端面外侧设置有倒角，所述第二喷嘴(3)的外表面上设置有定位卡槽(6)，所述第一喷嘴(2)、第二喷嘴(3)和第三喷嘴(4)上均开设有气流通道，在导电嘴(1)进行旋转伸缩的过程中，通过定位装置(5)与定位卡槽(6)配合或者与倒角配合，实现第一喷嘴(2)和第二喷嘴(3)之间、第二喷嘴(3)和第三喷嘴(4)之间的限位，从而驱动第一喷嘴(2)、第二喷嘴(3)和第三喷嘴(4)中的任一者伸出，并实现三个喷嘴的气流通道之间的通断控制，以在不同喷嘴伸出时都能提供保护气体。
2.如权利要求1所述的可变径喷嘴，其特征在于，所述第一喷嘴(2)的气流通道包括第一通孔(21)，所述第二喷嘴(3)的气流通道包括第二通孔(31)、第一气路(32)和第一出气孔(33)，所述第三喷嘴(4)的气流通道包括盲孔(41)、第二气路(42)和第二出气孔(43)，所述第一通孔(21)、第二通孔(31)和盲孔(41)均沿径向开设，所述第一气路(32)和第二气路(42)均沿轴向开设，所述第二通孔(31)和第一出气孔(33)分别为第一气路(32)的进气口和出气口，所述盲孔(41)和第二出气孔(43)分别为第二气路(42)的进气口和出气口；
3.如权利要求1所述的可变径喷嘴，其特征在于，当旋转驱动件正转时，驱动导电嘴(1)和第一喷嘴(2)一起正转伸出，当第一喷嘴(2)伸出至倒角与第二喷嘴(3)内表面的定位装置(5)相抵接后，驱动第二喷嘴(3)和第三喷嘴(4)发生相对运动，当第三喷嘴(4)内表面的定位装置(5)卡在第二喷嘴(3)外表面的定位卡槽(6)内后，第二喷嘴(3)和第三喷嘴(4)停止相对运动，旋转驱动件继续正转，第一喷嘴(2)的倒角挤压第二喷嘴(3)的定位装置(5)后继续伸出。
4.如权利要求3所述的可变径喷嘴，其特征在于，当旋转驱动件反转时，驱动导电嘴(1)和第一喷嘴(2)一起反转缩回，以使第二喷嘴(3)相对伸出。
5.如权利要求4所述的可变径喷嘴，其特征在于，当旋转驱动件继续反转时，驱动导电嘴(1)和第一喷嘴(2)继续反转缩回，当第一喷嘴(2)缩回至螺纹末端后无法继续运动，第二喷嘴(3)外表面的定位卡槽(6)挤压第三喷嘴(4)内表面的定位装置(5)后两者发生相对运动，第二喷嘴(3)缩回，以使第三喷嘴(4)相对伸出。
6.一种焊接设备，其特征在于，包括摄像头(100)、电机(200)、控制模块和如权利要求1～5任一项所述的可变径喷嘴，所述摄像头(100)安装在可变径喷嘴上，用于采集待焊接位置的图像，所述电机(200)与可变径喷嘴驱动连接，用于驱动可变径喷嘴中的任一个喷嘴伸出，所述控制模块分别与摄像头(100)和电机(200)电性连接，用于根据待焊接位置的图像识别出焊接形式，并根据识别出的焊接形式控制电机(200)的工作状态，以驱动适配尺寸的喷嘴伸出。
7.如权利要求6所述的焊接设备，其特征在于，当识别出焊接形式为角焊缝时，驱动第三喷嘴(4)伸出；当识别出焊接形式为坡口焊缝时，采集坡口图像，并根据坡口图像确定坡口边界，再根据坡口边界的外接图形确定喷嘴转换位置。
8.如权利要求7所述的焊接设备，其特征在于，对于v型坡口，基于下式确定喷嘴转换位置：
9.一种焊接方法，采用如权利要求6～8任一项所述的焊接设备，其特征在于，包括以下内容：
10.一种焊接机器人，其特征在于，焊接机器人的执行末端采用如权利要求6～8任一项所述的焊接设备。
