CN104128703A - 一种自动化焊接系统及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化焊接系统，包括控制器、进料系统、产品矫正系统和部件焊接系统，进料系统包括进料端、输送装置和部件检测装置，输送装置通过进料端且输送装置与部件检测装置紧邻设置，产品矫正系统包括部件定位装置、图像采集装置和柔性夹持结构，图像采集装置和柔性夹持结构均设于部件定位装置的上方，部件焊接系统包括设有焊接工具头的超声波焊接器、横向传送手臂、焊接精度检测器、部件焊接轴向定位器及产品紧固装置，焊接工具头正对地设置于产品紧固装置的上方，焊接精度检测器与部件焊接轴向定位器均设于产品紧固装置上。部件经进料系统进入产品矫正系统进行矫正，部件焊接系统对部件作精确焊接，实现产品的自动焊接及产品质量的实时控制。

Description

一种自动化焊接系统及焊接方法

技术领域

本发明涉及机械设备领域，尤其涉及一种自动化焊接系统及焊接方法。

背景技术

随着数字化、自动化、计算机和机械设计技术的发展，以及对产品焊接质量的高度重视，自动化焊接已发展成为一种先进的制造技术，而基于自动化焊接技术实现的自动焊接设备在工业领域的应用中所发挥的作用、应用范围越来越大。在现代工业生产中，焊接生产过程的机械化和自动化是焊接制造工业现代化发展的必然趋势，自动化焊接设备应运而生，尤其在塑料制品行业的焊接过程中应用更为广泛。

通常情况下，自动化焊机设备主要包括控制器、进料端、产品矫正定位系统、机械手臂及产品焊接器。当待焊接部件由进料端进入自动化焊机设备时，部件首先在产品矫正定位系统进行角度位置矫正、定位，然后由机械手臂将矫正定位好的部件送至产品焊接器进行焊接，部件焊接完成后，从出料端输出已焊接的产品。

然而，现有的自动化焊接设备仍然存在一些不足之处：由于产品矫正定位系统里的产品定位参数是系统已经预先设置的，当机械手臂将矫正定位后的待焊接部件送入产品焊接器的过程中，待焊接部件的角度往往会发生细微或者较大的改变，从而致使焊接后的产品与预想的产品出现偏差，这对于无缝焊接及焊接精度要求较高的产品影响尤为严重。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题是针对上述现有技术提供一种既能够实现产品自动焊接，又能够对产品矫正系统中出来的部件角度再次进行自动矫正、实现无缝焊接的自动化焊接系统。

本发明进一步要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种包括如上所述系统的焊接方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种自动化焊接系统，包括控制器以及与控制器分别进行通信连接的进料系统、产品矫正系统和部件焊接系统，所述进料系统包括进料端和输送装置，所述产品矫正系统包括部件定位装置，所述部件焊接系统包括设有焊接工具头的超声波焊接器，其特征在于，所述进料系统还包括部件检测装置，输送装置通过进料端且输送装置与部件检测装置紧邻设置，所述产品矫正系统还包括图像采集装置和柔性夹持结构，图像采集装置和柔性夹持结构均设于部件定位装置的上方，所述部件焊接系统还包括横向传送手臂、焊接精度检测器、部件焊接轴向定位器以及产品紧固装置，焊接工具头正对地设置于产品紧固装置的上方，焊接精度检测器与部件焊接轴向定位器均设置于产品紧固装置上。

可选择地，所述部件检测装置包括部件到位检测装置和部件缺陷检测装置，所述部件到位检测装置设置于部件缺陷检测装置的下方。

进一步地，可选择地，所述部件到位检测装置为位移传感器，部件缺陷检测装置为CCD视觉系统。

可选择地，所述进料系统还包括部件分料装置，所述部件分料装置设置于输送装置上。

可选择地，所述进料端分为第一进料端和第二进料端，第一进料端设置有第一输送装置，第二进料端设置有第二输送装置。

可选择地，所述自动化焊接系统还包括设有位移传感器的多轴联动机械手、产品包装箱以及用于输送产品包装箱的轨道，轨道紧邻产品紧固装置的出料端设置。

进一步地，一种包括如上所述系统的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)待焊接部件通过输送装置进入进料系统的进料端，然后由部件检测装置检测是否有部件进入；

(2)当部件检测装置检测到有部件进入时，部件检测装置对部件的完整性缺陷进行检测：

(2-1)当部件检测装置检测到部件完整性缺陷时，则由输送装置将有缺陷的部件移出；

(2-2)当部件检测装置未检测到部件完整性缺陷时，则由输送装置将无缺陷的部件送到产品矫正系统中的部件定位装置，然后由图像采集装置对部件进行图像采集，并将采集的图像信息传送给控制器；

(3)控制器接收、存储步骤(2-2)中图像采集装置传送的部件图像信息，并将部件图像信息与控制器中预先设置好的部件角度进行比对、判断：

(3-1)当部件图像信息与预先设置好的部件角度比对相符时，则由柔性夹持结构将部件送入部件焊接系统；

(3-2)当部件图像信息与预先设置好的部件角度比对不相符时，则由柔性夹持结构对部件的角度进行调整，使得部件调整后的角度与控制器中预先设置好的部件角度相符，然后由柔性夹持结构将部件送入部件焊接系统；

(4)横向传送手臂将进入部件焊接系统的待焊接部件传送至部件紧固装置，并由部件焊接轴向定位器对待焊接部件的位置及高度进行检测和调整：

(4-1)当部件焊接轴向定位器未检测到待焊接部件位置及高度异常时，则执行步骤(5)的操作；

(4-2)当部件焊接轴向定位器检测到待焊接部件出现位置及高度异常时，则由横向传送手臂将该部件移出；

(5)跟进部件通过输送装置进入进料系统的进料端，对应执行步骤(1)至步骤(3)的操作，并经横向传送手臂将跟进部件传送至部件紧固装置后，由焊接精度检测器、部件焊接轴向定位器对跟进部件进行检测和调整：

(5-1)当部件焊接轴向定位器未检测到跟进部件出现位置及高度异常时，则利用超声波焊接器对跟进部件进行焊接，并由焊接精度检测器调整、控制跟进部件的长度、焊接后产品的长度、轴向和/或径向跳动在预定的误差范围内；

(5-2)当部件焊接轴向定位器检测到跟进部件出现位置及高度异常时，则由横向传送手臂将跟进部件移出，并由横向传送手臂再次将后续的跟进部件传送至产品紧固装置，再次执行步骤(5)的操作，直至出现步骤(5-1)的情况；

(6)控制器对产品紧固装置中跟进部件的焊接数量进行控制，直至产品紧固装置中跟进部件的数量满足预先设定的数量时，则停止超声波焊接器的工作，从而完成产品的焊接过程，并执行步骤(7)的操作；

(7)多轴联动机械手将焊接好的产品传送至产品包装箱，直至产品包装箱中的产品装满时，则由轨道将产品包装箱运走。

与现有技术相比，本发明的优点在于：在自动焊接系统里增设部件检测装置、图像采集装置、焊接精度检测器以及部件焊接轴向定位器：在部件检测装置检测到部件进入且部件无完整性缺陷时，则将部件送入部件定位装置，由图像采集装置采集部件图像信息，然后根据部件图像信息，利用产品矫正系统自动矫正部件的角度，最后由超声波焊接器对部件进行焊接，同时利用焊接精度检测器、部件焊接轴向定位器控制焊接产品的长度误差以及部件的跳动情况，并由控制器控制焊接部件的数量，从而完成产品的自动、无缝焊接，提高了产品的焊接效率。

附图说明

图1为本发明实施例中自动化焊接系统的结构示意图；

图2为图1所示自动化焊接系统的局部结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

假设本实施例中待焊接的塑料部件分别为叶轮钢轴轮、叶轮中节和叶轮橡胶轴轮，最终需要焊接的产品为塑料贯流叶轮。

如图1和图2所示，本实施例中的自动化焊接系统，包括控制器1以及与控制器1分别进行通信连接的进料系统、产品缺陷检测系统、产品矫正系统和部件焊接系统，进料系统包括进料端2和输送装置，产品矫正系统包括部件定位装置4，部件焊接系统包括设有焊接工具头的超声波焊接器5，作为改进之处，进料系统还包括部件缺陷检测装置6，输送装置通过进料端2且输送装置与部件检测装置6紧邻设置，产品矫正系统还包括图像采集装置7和柔性夹持结构8，图像采集装置7和柔性夹持结构8均设于部件定位装置4的上方，部件焊接系统还包括横向传送手臂9、焊接精度检测器10、部件焊接轴向定位器11以及产品紧固装置12，焊接工具头正对地设置于产品紧固装置12的上方，焊接精度检测器10与部件焊接轴向定位器11均设置于产品紧固装置12上。其中，为了采集的部件图像信息更加全面、准确，图像采集装置7采用CCD视觉系统。

为了确定有部件进入进料系统的同时，保证部件的完整性没有缺陷，进一步实现焊接后产品的完整性，可选择地，部件检测装置6包括部件到位检测装置和部件缺陷检测装置，部件到位检测装置设置于部件缺陷检测装置的下方。部件到位检测装置设于部件缺陷检测装置下方的原因是，部件缺陷检测装置只有在部件的上方才能全面地检测到部件的完整性信息，而只有将部件到位检测装置设置于部件缺陷检测装置的下方，才不会妨碍部件缺陷检测装置正常的采集部件的完整性信息。

为了既能实现对进入进料系统中部件的检测，又能准确地检测部件的完整性缺陷信息，保证进料系统与产品矫正系统动作的同步性、连贯性，进一步地，可选择地，部件到位检测装置为位移传感器，部件缺陷检测装置为CCD视觉系统。位移传感器用以对进入部件是否到达预定位置进行检测，CCD视觉系统用以全面、准确地获取进入部件的完整性信息，以便检测到部件的完整性缺陷。

在塑料贯流叶轮的焊接过程中，由于需要焊接的叶轮钢轴轮、叶轮中节和叶轮橡胶轴轮的数量是批量的、庞大的，为了实现各种部件有序地进入进料系统，可选择地，进料系统还包括部件分料装置，部件分料装置设置于输送装置上。这样，当大量的部件通过输送装置进入进料系统时，首先在部件分料装置中对部件进行分离，使得部件单个的、有序地进入进料系统，完成后续的操作。

在塑料贯流叶轮的焊接过程中，需要将叶轮钢轴轮、叶轮中节和叶轮橡胶轴轮焊接在一起。进一步地，为了实现待焊接的三个部件的有序输送，可选择地，进料端2分为第一进料端和第二进料端，第一进料端设置有第一输送装置31，第二进料端设置有第二输送装置32。

为了减少工作人员将塑料贯流叶轮装入产品包装箱时的劳动量，实现产品的自动包装，可选择地，自动化焊接系统还包括设有位移传感器的多轴联动机械手13、产品包装箱14以及用于输送产品包装箱14的轨道15，轨道15紧邻产品紧固装置12的出料端设置。多轴联动机械手13根据位移传感器返回的位移信息以及预先设定的塑料贯流叶轮数量，控制塑料贯流叶轮前后、左右输送的距离，使得塑料贯流叶轮能够恰好放入且装满产品包装箱14，然后由轨道15将装满塑料贯流叶轮的产品包装箱14输送出去。

以下结合图1，对塑料贯流叶轮的自动焊接方法进行说明：

(1)叶轮钢轴轮通过第一输送装置31进入进料系统的进料端2，然后由部件检测装置6检测是否有部件进入；

(2)当部件检测装置6检测到有部件进入时，部件检测装置6对叶轮钢轴轮的完整性缺陷进行检测：

(2-1)当部件检测装置6检测到叶轮钢轴轮有完整性缺陷时，则由第一输送装置31将叶轮钢轴轮移出；

(2-2)当部件检测装置6未检测到叶轮钢轴轮有完整性缺陷时，则由第一输送装置31将叶轮钢轴轮送到产品矫正系统中的部件定位装置4，然后由图像采集装置7对叶轮钢轴轮进行图像采集，并将采集的图像信息传送给控制器1；

(3)控制器1接收、存储步骤(2-2)中图像采集装置7传送的部件图像信息，并将部件图像信息与控制器1中预先设置好的部件角度进行比对、判断：

(3-1)当部件图像信息与预先设置好的部件角度比对相符时，则由柔性夹持结构8将叶轮钢轴轮送入部件焊接系统；

(3-2)当部件图像信息与预先设置好的部件角度比对不相符时，则由柔性夹持结构8对叶轮钢轴轮的角度进行调整，使得叶轮钢轴轮调整后的角度与控制器1中预先设置好的部件角度相符，然后由柔性夹持结构8将叶轮钢轴轮送入部件焊接系统；

(4)横向传送手臂9将进入部件焊接系统的叶轮钢轴轮传送至产品紧固装置12，并由部件焊接轴向定位器11对叶轮底盘的位置及高度进行检测和调整：

(4-1)当部件焊接轴向定位器11未检测到叶轮钢轴轮位置及高度异常时，则执行步骤(5)的操作；

(4-2)当部件焊接轴向定位器11检测到叶轮钢轴轮出现位置及高度异常时，则由横向传送手臂9将该部件移出；

(5)叶轮中节通过第二输送装置32进入进料系统的进料端2，对应执行步骤(1)至步骤(3)的操作，并经横向传送手臂9将叶轮中节传送至产品紧固装置12后，由焊接精度检测器10、部件焊接轴向定位器11对叶轮中节进行检测和调整：

(5-1)当部件焊接轴向定位器11未检测到叶轮中节出现位置及高度异常时，则利用超声波焊接器5对叶轮中节进行焊接，并由焊接精度检测器10调整、控制叶轮中节的长度、焊接后产品的长度、轴向和/或径向跳动在预定的误差范围内；

(5-2)当部件焊接轴向定位器11检测到叶轮中节出现位置及高度异常时，则由横向传送手臂9将叶轮中节移出，并由横向传送手臂9再次将后续的叶轮中节传送至产品紧固装置12，再次执行步骤(5)的操作，直至出现步骤(5-1)的情况；

(6)控制器1对产品紧固装置12中叶轮中节的焊接数量进行控制，直至产品紧固装置12中叶轮中节的数量满足预先设定的数量时，则停止超声波焊接器5的工作，从而完成塑料贯流叶轮的焊接过程，并执行步骤(7)的操作；

(7)多轴联动机械手13将焊接好的塑料贯流叶轮传送至产品包装箱14，直至产品包装箱14中的塑料贯流叶轮装满时，由轨道15将产品包装箱14运走。

Claims (7)

1.一种自动化焊接系统，包括控制器以及与控制器分别进行通信连接的进料系统、产品矫正系统和部件焊接系统，所述进料系统包括进料端和输送装置，所述产品矫正系统包括部件定位装置，所述部件焊接系统包括设有焊接工具头的超声波焊接器，其特征在于，所述进料系统还包括部件检测装置，输送装置通过进料端且输送装置与部件检测装置紧邻设置，所述产品矫正系统还包括图像采集装置和柔性夹持结构，图像采集装置和柔性夹持结构均设于部件定位装置的上方，所述部件焊接系统还包括横向传送手臂、焊接精度检测器、部件焊接轴向定位器以及产品紧固装置，焊接工具头正对地设置于产品紧固装置的上方，焊接精度检测器与部件焊接轴向定位器均设置于产品紧固装置上。

2.根据权利要求1所述的自动化焊接系统，其特征在于，所述部件检测装置包括部件到位检测装置和部件缺陷检测装置，所述部件到位检测装置设置于部件缺陷检测装置的下方。

3.根据权利要求2所述的自动化焊接系统，其特征在于，所述部件到位检测装置为位移传感器，部件缺陷检测装置为CCD视觉系统。

4.根据权利要求1或2所述的自动化焊接系统，其特征在于，所述进料系统还包括部件分料装置，所述部件分料装置设置于输送装置上。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的自动化焊接系统，其特征在于，所述进料端分为第一进料端和第二进料端，第一进料端设置有第一输送装置，第二进料端设置有第二输送装置。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的自动化焊接系统，其特征在于，还包括设有位移传感器的多轴联动机械手、产品包装箱以及用于输送产品包装箱的轨道，轨道紧邻产品紧固装置的出料端设置。

7.一种包括权利要求6所述系统的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)待焊接部件通过输送装置进入进料系统的进料端，然后由部件检测装置检测是否有部件进入；

(2)当部件检测装置检测到有部件进入时，部件检测装置对部件的完整性缺陷进行检测：

(2-1)当部件检测装置检测到部件完整性缺陷时，则由输送装置将有缺陷的部件移出；

(2-2)当部件检测装置未检测到部件完整性缺陷时，则由输送装置将无缺陷的部件送到产品矫正系统中的部件定位装置，然后由图像采集装置对部件进行图像采集，并将采集的图像信息传送给控制器；

(3)控制器接收、存储步骤(2-2)中图像采集装置传送的部件图像信息，并将部件图像信息与控制器中预先设置好的部件角度进行比对、判断：

(3-1)当部件图像信息与预先设置好的部件角度比对相符时，则由柔性夹持结构将部件送入部件焊接系统；

(3-2)当部件图像信息与预先设置好的部件角度比对不相符时，则由柔性夹持结构对部件的角度进行调整，使得部件调整后的角度与控制器中预先设置好的部件角度相符，然后由柔性夹持结构将部件送入部件焊接系统；

(4)横向传送手臂将进入部件焊接系统的待焊接部件传送至部件紧固装置，并由部件焊接轴向定位器对待焊接部件的位置及高度进行检测和调整：

(4-1)当部件焊接轴向定位器未检测到待焊接部件位置及高度异常时，则执行步骤(5)的操作；

(4-2)当部件焊接轴向定位器检测到待焊接部件出现位置及高度异常时，则由横向传送手臂将该部件移出；

(5)跟进部件通过输送装置进入进料系统的进料端，对应执行步骤(1)至步骤(3)的操作，并经横向传送手臂将跟进部件传送至部件紧固装置后，由焊接精度检测器、部件焊接轴向定位器对跟进部件进行检测和调整：

(5-1)当部件焊接轴向定位器未检测到跟进部件出现位置及高度异常时，则利用超声波焊接器对跟进部件进行焊接，并由焊接精度检测器调整、控制跟进部件的长度、焊接后产品的长度、轴向和/或径向跳动在预定的误差范围内；

(5-2)当部件焊接轴向定位器检测到跟进部件出现位置及高度异常时，则由横向传置，送手再臂次将执跟行进步骤部件(5移)出的，操并作由，横直向至传出送现手步臂骤再(次5-将1)后续的情的跟况；进部件传送至产品紧固装

(6)控制器对产品紧固装置中跟进部件的焊接数量进行控制，直至产品紧固装置中跟进部件的数量满足预先设定的数量时，则停止超声波焊接器的工作，从而完成产品的焊接过程，并执行步骤(7)的操作；

(7)多轴联动机械手将焊接好的产品传送至产品包装箱，直至产品包装箱中的产品装满时，则由轨道将产品包装箱运走。