CN104858575B - 一种三维焊缝轨迹识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维焊缝轨迹扫描识别方法，所述方法使用了一种带三维焊缝识别的集装箱顶加强板自动焊接设备，该设备包括安装底架，所述安装底架上分别安装有操控箱和X轴行走机构，所述X轴行走机构上安装有Y轴行走机构，所述Y轴行走机构上安装Z轴行走机构，所述Z轴行走机构上安装有R轴转动机构和激光位移传感器，所述R轴转动机构上安装有直柄焊枪，所述操控箱通过线路分别与X轴行走机构、Y轴行走机构、Z轴行走机构、R轴转动机构和激光位移传感器相连，从而使焊接轨迹的检测更精确、更快速。
Description
技术领域
本发明涉及自动焊接机，尤其涉及一种三维焊缝轨迹扫描识别方法。
背景技术
集装箱顶加强板，一般是未折弯的六边形板件，或者是折弯后的六边形板件；由顶加强板冲压、折弯等制作工艺决定，顶加强板的尺寸存在比较大的误差，足以对不具有焊缝识别的焊接设备在焊接时产生影响；在用自动化设备对顶加强板进行焊接前，需要工人先把顶加强板点焊固定在集装箱上。由于集装箱本身存在定位误差，工人点焊时也会存在顶加强板的位置不一致，所以，实际焊缝也会产生变化。当采用基于直角坐标系四轴机器人进行焊接时，即使控制焊枪严格按照轨迹走，也会因为焊丝弯曲等原因，焊丝无法对准焊缝。
发明内容
本发明提供了一种三维焊缝轨迹扫描识别方法，具有更精确、更快速的焊接轨迹检测，四轴机器人的灵活结构，触摸屏的友好界面，方便调整焊接次序、焊接速度、焊接角度等参数的特点。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种三维焊缝轨迹扫描识别方法，所述方法使用了一种包括带三维焊缝识别的集装箱顶加强板自动焊接设备，该设备包括两个升降架，其中每个升降架上安装有升降气缸和控制箱，所述控制箱上安装有触摸屏，所述升降架与升降气缸之间安装有限位机构，所述升降气缸上架设有横梁，所述横梁上安装有两个X轴行走机构，其中每个X轴行走机构上安装有Y轴行走机构，所述Y轴行走机构上安装有Z轴行走机构，所述Ｚ轴行走机构上安装有R轴转动机构，所述R轴转动机构上分别安装有激光位移传感器和直柄焊枪，三维焊缝轨迹扫描识别方法包括以下步骤：
1）在触摸屏上输入工件的理论尺寸和采集行走间隔和采集总行程；
2）系统根据理论尺寸，确定每条边的两个扫描位置；
3）先在第一条边的第一个扫描位置上进行扫描，系统通过控制X轴行走机构和Y轴行走机构，移动激光位移传感器到扫描的起点，到达扫描起点后，如果该边是与X轴行走机构平行，则控制Y轴行走机构带动激光位移传感器向预定方向扫描，如果该边是与Y轴行走机构平行，则控制X轴行走机构带动激光位移传感器向预定方向扫描；
4）同时根据触摸屏上设置的采集行走间隔，在扫描过程中，采集一个数据序列的在Z轴行走机构方向上直柄焊枪离工件的距离并进行保存，然后从这个数据序列中计算出包括X轴行走机构和Y轴行走机构所在平面上的坐标以及在Z轴行走机构方向上直柄焊枪离工件的距离的焊缝边缘点；
完成第一条边的第一个焊缝边缘点的扫描后，系统再通过控制X轴行走机构和Y轴行走机构，移动激光位移传感器到第一条边的第二个焊缝边缘点扫描的起点，并识别出第二个焊缝边缘点；
5）在完成第一条边的两个焊缝边缘点的扫描后，再对下一条的两个焊缝边缘点进行扫描，以此重复，直到所有边上的两个焊缝边缘点扫描完成；
6）根据每条边上的2个三维焊缝边缘点，确定实际边缘直线；
7）再求出每两条相邻直线在平面上的交点，形成一个封闭的平面上的焊缝轨迹；
8）在完成焊缝识别后，焊缝的轨迹信息被保存到系统内，然后系统移动直柄焊枪到达第一条边的实际轨迹起点，通过四轴联动沿着实际轨迹开始焊接；在完成第一条边的焊接后，再焊接下一条边，直至全部焊接完成。
所述X轴行走机构包括安装于横梁上的X轴导轨、X轴电机和X轴丝杆，所述X轴电机与X轴丝杆相连，所述X轴导轨上安装有X轴滑块，所述X轴滑块上安装X轴丝杆螺母和Y轴行走机构，所述X轴丝杆螺母与X轴丝杆相连。
所述Y轴行走机构包括安装于X轴滑块上的Y轴导轨和Y轴丝杆螺母，所述Y轴导轨上安装有Y轴安装架，所述Y轴安装架上安装有Y轴电机、Y轴丝杆和Z轴行走机构，所述Y轴电机与Y轴丝杆相连，所述Y轴丝杆与Y轴丝杆螺母相连。
所述Z轴行走机构包括安装于Ｙ轴导轨上的Z轴底板，所述Z轴底板上安装有Ｚ轴导轨、Z轴丝杆、Z轴电机安装座，所述Z轴电机安装座上安装有Z轴电机，所述Z轴电机与Z轴丝杆相连，所述Ｚ轴导轨上安装Z轴滑块，所述Z轴滑块上安装有Z轴丝杆螺母和R轴转动机构，所述Z轴丝杆螺母与Z轴丝杆相连。
所述R轴转动机构包括安装于Z轴滑块上的R轴电机安装座，所述R轴电机安装座上分别安装有激光位移传感器和R轴电机，所述R轴电机通过星形减速机与直柄焊枪相连。
本发明的有益效果是：本发明包括两个升降架，其中每个升降架上安装有升降气缸和控制箱，所述控制箱上安装有触摸屏，所述升降架与升降气缸之间安装有限位机构，所述升降气缸上架设有横梁，所述横梁上安装有两个X轴行走机构，其中每个X轴行走机构上安装有Y轴行走机构，所述Y轴行走机构上安装有Ｚ轴行走机构，所述Ｚ轴行走机构上安装有R轴转动机构，所述R轴转动机构上分别安装有激光位移传感器和直柄焊枪。四轴动作机构使焊接更加灵活，触摸屏的友好界面，方便调整焊接次序、焊接速度、焊接角度等参数。三维焊缝轨迹扫描识别方法使焊接轨迹的检测更精确、更快速。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的X轴行走机构、Y轴行走机构、Z轴行走机构结构和R轴转动机构的组合示意图；
图3是本发明的X轴行走机构和Y轴行走机构轴组合的部分结构示意图；
图4 是本发明的Z轴行走机构结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1-4所示一种带三维焊缝识别的集装箱顶加强板自动焊接设备包括两个升降架1，其中每个升降架1上安装有升降气缸2和控制箱3，所述控制箱3上安装有触摸屏31，所述升降架1与升降气缸2之间安装有限位机构4，所述升降气缸2上架设有横梁5，所述横梁5上安装有两个X轴行走机构6，其中每个X轴行走机构6上安装有Y轴行走机构7，所述Y轴行走机构7上安装有Ｚ轴行走机构8，所述Ｚ轴行走机构8上安装有R轴转动机构10，所述R轴转动机构10上分别安装有激光位移传感器9和直柄焊枪11。X轴行走机构和Z轴行走机构上分别安装有金属罩。四轴动作机构使焊接更加灵活。
所述X轴行走机构6包括安装于横梁5上的X轴导轨12、X轴电机13和X轴丝杆14，所述X轴电机13与X轴丝杆14相连，所述X轴导轨12上安装有X轴滑块15，所述X轴滑块15上安装X轴丝杆螺母16和Y轴行走机构7，所述X轴丝杆螺母16与X轴丝杆14相连。
所述Y轴行走机构7包括安装于X轴滑块15上的Ｙ轴导轨17和Ｙ轴丝杆螺母18，所述Ｙ轴导轨17上安装有Y轴安装架32，所述Y轴安装架32上安装有Y轴电机19、Y轴丝杆20和Z轴行走机构8，所述Y轴电机19与Y轴丝杆20相连，所述Y轴丝杆20与Ｙ轴丝杆螺母18相连。
所述Z轴行走机构8包括安装于Ｙ轴导轨17上的Z轴底板21，所述Z轴底板21上安装有Ｚ轴导轨22、Z轴丝杆23、Z轴电机安装座24，所述Z轴电机安装座24上安装有Z轴电机25，所述Z轴电机25与Z轴丝杆23相连，所述Ｚ轴导轨22上安装Z轴滑块26，所述Z轴滑块26上安装有Z轴丝杆螺母和R轴转动机构10，所述Z轴丝杆螺母与Z轴丝杆23相连。
所述R轴转动机构10包括安装于Z轴滑块26上的R轴电机安装座28，所述R轴电机安装座28上分别安装有激光位移传感器9和R轴电机29，所述R轴电机29通过星形减速机30与直柄焊枪11相连。
一种三维焊缝轨迹扫描识别方法，包括以下步骤：
1）在触摸屏31上输入工件的理论尺寸和采集行走间隔和采集总行程；
2）系统根据理论尺寸，确定每条边的两个扫描位置；
3）先在第一条边的第一个扫描位置上进行扫描，系统通过控制X轴行走机构6和Y轴行走机构7，移动激光位移传感器9到扫描的起点，到达扫描起点后，如果该边是与X轴行走机构6平行，则控制Y轴行走机构7带动激光位移传感器9向预定方向扫描，如果该边是与Y轴行走机构7平行，则控制X轴行走机构6带动激光位移传感器9向预定方向扫描；
4）同时根据触摸屏上设置的采集行走间隔，在扫描过程中，采集一个数据序列的在Z轴行走机构8方向上直柄焊枪离工件的距离并进行保存，然后从这个数据序列中计算出包括X轴行走机构6和Y轴行走机构7所在平面上的坐标以及在Z轴行走机构8方向上直柄焊枪离工件的距离的焊缝边缘点；
完成第一条边的第一个焊缝边缘点的扫描后，系统再通过控制X轴行走机构6和Y轴行走机构7，移动激光位移传感器9到第一条边的第二个焊缝边缘点扫描的起点，并识别出第二个焊缝边缘点；
5）在完成第一条边的两个焊缝边缘点的扫描后，再对下一条的两个焊缝边缘点进行扫描，以此重复，直到所有边上的两个焊缝边缘点扫描完成；
6）根据每条边上的2个三维焊缝边缘点，确定实际边缘直线；
7）再求出每两条相邻直线在平面上的交点，形成一个封闭的平面上的焊缝轨迹；
8）在完成焊缝识别后，焊缝的轨迹信息被保存到系统内，然后系统移动直柄焊枪到达第一条边的实际轨迹起点，通过四轴联动沿着实际轨迹开始焊接；在完成第一条边的焊接后，再焊接下一条边，直至全部焊接完成。
从而使用三维焊缝轨迹扫描识别方法从而使焊接轨迹的检测更精确、更快速。
Claims (5)
1.一种三维焊缝轨迹扫描识别方法， 其特征在于：所述方法使用了一种带三维焊缝识别的集装箱顶加强板自动焊接设备，该设备包括两个升降架（1），其中每个升降架（1）上安装有升降气缸（2）和控制箱（3），所述控制箱（3）上安装有触摸屏（31），所述升降架（1）与升降气缸（2）之间安装有限位机构（4），所述升降气缸（2）上架设有横梁（5），所述横梁（5）上安装有两个X轴行走机构（6），其中每个X轴行走机构（6）上安装有Y轴行走机构（7），所述Y轴行走机构（7）上安装有Z轴行走机构（8），所述Z轴行走机构（8）上安装有R轴转动机构（10），所述R轴转动机构（10）上分别安装有激光位移传感器（9）和直柄焊枪（11），三维焊缝轨迹扫描识别方法包括以下步骤：
1）在触摸屏（31）上输入工件的理论尺寸和采集行走间隔和采集总行程；
2）系统根据理论尺寸，确定每条边的两个扫描位置；
3）先在第一条边的第一个扫描位置上进行扫描，系统通过控制X轴行走机构（6）和Y轴行走机构（7），移动激光位移传感器（9）到扫描的起点，到达扫描起点后，如果该边是与X轴行走机构（6）平行，则控制Y轴行走机构（7）带动激光位移传感器（9）向预定方向扫描，如果该边是与Y轴行走机构（7）平行，则控制X轴行走机构（6）带动激光位移传感器（9）向预定方向扫描；
4）同时根据触摸屏上设置的采集行走间隔，在扫描过程中，采集一个数据序列的在Z轴行走机构（8）方向上直柄焊枪离工件的距离并进行保存，然后从这个数据序列中计算出包括X轴行走机构（6）和Y轴行走机构（7）所在平面上的坐标以及在Z轴行走机构（8）方向上直柄焊枪离工件的距离的焊缝边缘点；
完成第一条边的第一个焊缝边缘点的扫描后，系统再通过控制X轴行走机构（6）和Y轴行走机构（7），移动激光位移传感器（9）到第一条边的第二个焊缝边缘点扫描的起点，并识别出第二个焊缝边缘点；
5）在完成第一条边的两个焊缝边缘点的扫描后，再对下一条的两个焊缝边缘点进行扫描，以此重复，直到所有边上的两个焊缝边缘点扫描完成；
6）根据每条边上的2个三维焊缝边缘点，确定实际边缘直线；
7）再求出每两条相邻直线在平面上的交点，形成一个封闭的平面上的焊缝轨迹；
8）在完成焊缝识别后，焊缝的轨迹信息被保存到系统内，然后系统移动直柄焊枪到达第一条边的实际轨迹起点，通过四轴联动沿着实际轨迹开始焊接；在完成第一条边的焊接后，再焊接下一条边，直至全部焊接完成。
2.根据权利要求1所述一种三维焊缝轨迹扫描识别方法，其特征在于：所述X轴行走机构（6）包括安装于横梁（5）上的X轴导轨（12）、X轴电机（13）和X轴丝杆（14），所述X轴电机（13）与X轴丝杆（14）相连，所述X轴导轨（12）上安装有X轴滑块（15），所述X轴滑块（15）上安装X轴丝杆螺母（16）和Y轴行走机构（7），所述X轴丝杆螺母（16）与X轴丝杆（14）相连。
3.根据权利要求2所述一种三维焊缝轨迹扫描识别方法，其特征在于：所述Y轴行走机构（7）包括安装于X轴滑块（15）上的Ｙ轴导轨（17）和Ｙ轴丝杆螺母（18），所述Ｙ轴导轨（17）上安装有Y轴安装架（32），所述Y轴安装架（32）上安装有Y轴电机（19）、Y轴丝杆（20）和Z轴行走机构（8），所述Y轴电机（19）与Y轴丝杆（20）相连，所述Y轴丝杆（20）与Ｙ轴丝杆螺母（18）相连。
4.根据权利要求3所述一种三维焊缝轨迹扫描识别方法，其特征在于：所述Z轴行走机构（8）包括安装于Ｙ轴导轨（17）上的Z轴底板（21），所述Z轴底板（21）上安装有Z轴导轨（22）、Z轴丝杆（23）、Z轴电机安装座（24），所述Z轴电机安装座（24）上安装有Z轴电机（25），所述Z轴电机（25）与Z轴丝杆（23）相连，所述Z轴导轨（22）上安装Z轴滑块（26），所述Z轴滑块（26）上安装有Z轴丝杆螺母和R轴转动机构（10），所述Z轴丝杆螺母与Z轴丝杆（23）相连。
5.根据权利要求4所述一种三维焊缝轨迹扫描识别方法，其特征在于：所述R轴转动机构（10）包括安装于Z轴滑块（26）上的R轴电机安装座（28），所述R轴电机安装座（28）上分别安装有激光位移传感器（9）和R轴电机（29），所述R轴电机（29）通过星形减速机（30）与直柄焊枪（11）相连。
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