CN104907746A - 机器人焊接系统及其焊接质量检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人焊接系统及其焊接质量检测方法。所述机器人焊接系统包括信息处理装置。所述信息处理装置包括：第一获取单元，其用于获取工件的标识信息；第二获取单元，其用于获取焊接所述工件时的焊接电流信息、焊接电压信息和焊接速度信息；以及第一比较判断单元，其用于将所获取的焊接电流信息、焊接电压信息、焊接速度信息分别与预定的焊接电流区间、焊接电压区间、焊接速度区间进行比较，以判断所述工件的焊接是否存在焊接质量问题。本发明能够有效降低机器人焊接后期抽检的漏检率，提高检测精度。

Description

机器人焊接系统及其焊接质量检测方法

[技术领域]

本发明涉及焊接、切割领域，尤其涉及一种机器人焊接系统及其焊接质量检测方法。

[背景技术]

目前，焊接机器人在制造业的应用越来越广泛，特别是在汽车制造及其零配件生产企业，已普遍采用焊接机器人进行车身等零部件的焊接作业。并且，已有一部分企业采用了精益生产方式，即通过计算机信息技术与网络技术对焊接机器人生产线进行的监控和管理，提高焊接效率与精度。

虽然采用机器人焊接能够大大提高焊接精度和焊接质量，但是焊接过程中时常会出现焊接错误问题。究其原因，主要有以下几个方面。1、机器人程序编写过程中出现失误，例如某些参数设置不符合焊接工艺规范。2、工件装配不到位，焊接有偏差。3、工件的表面清洁度、坡口加工精度等因素具有不一致性。4、机器人焊枪干伸长度、导电嘴磨损程度等不一致。以上这些原因均会导致机器人焊接质量的降低。

针对上述问题，目前，在焊接机器人按预设参数对工件施焊之后，需对焊缝质量进行抽检。抽检通常使用的手段有射线探伤、强度试验、表面成型等。由于是抽检，因此不容易找到真正有焊接质量问题的工件，即存在漏检现象。但是如果要对所有焊缝都进行检测，则耗时耗力。

此外，由于抽检是在事后进行，因此当出现焊接错误时(例如某些参数设置错误)，无法及时发现并予以解决，从而导致焊接质量降低。

[发明内容]

[技术问题]

本发明旨在针对现有技术中的问题，提供一种机器人焊接系统及其焊接质量检测方法。其能够通过在焊接过程中自动对工件进行实时检测(预检)，从而有效降低后期抽检的漏检率，提高检测精度，保证焊接质量。

[解决方案]

本发明提供一种机器人焊接系统，所述机器人焊接系统包括信息处理装置。所述信息处理装置包括：第一获取单元，其用于获取工件的标识信息；第二获取单元，其用于获取焊接所述工件时的焊接电流信息、焊接电压信息和焊接速度信息；以及第一比较判断单元，其用于将所获取的焊接电流信息、焊接电压信息、焊接速度信息分别与预定的对应所述工件的标识信息的焊接电流区间、焊接电压区间、焊接速度区间进行比较，以判断所述工件的焊接是否存在焊接质量问题。

本发明提供一种机器人焊接质量预检方法，所述机器人焊接质量预检方法包括：第一获取步骤：获取工件的标识信息；第二获取步骤：获取焊接所述工件时的焊接电流信息、焊接电压信息和焊接速度信息；以及比较判断步骤：将获取的焊接电流信息、焊接电压信息、焊接速度信息分别与预定的对应所述工件的标识信息的焊接电流区间、焊接电压区间、焊接速度区间进行比较，以判断所述工件的焊接是否存在焊接质量问题。

[发明有益效果]

本发明通过上述技术方案，能够有效降低机器人焊接后期抽检的漏检率，提高检测精度，保证焊接质量。

[附图说明]

图1是第一实施例的机器人焊接系统的硬件结构示意图；

图2是第一实施例的机器人焊接系统的软件结构示意图；

图3是第一实施例的机器人焊接系统的焊接质量检测方法的工作流程图；

图4是第一实施例的与工件相关的预检规则的表；

图5是通过图4的预检规则进行质量检测时使用的异常点阈值表；

图6是第二实施例的机器人焊接系统的焊接质量检测方法的工作流程图；

图7是第二实施例的与工件相关的预检规则的表；以及

图8是通过图7的预检规则进行质量检测时使用的异常点阈值表。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。

本发明的核心思想是在焊接过程中，对焊接质量进行实时检测，从而有效提高质量检测的效率和精度，保证焊接质量。

[第一实施例]

图1是本发明第一实施例的机器人焊接系统的结构示意图。

如图1所示，第一实施例的机器人焊接系统包括机器人本体(以下，也称为机械手)、变位机、机器人控制器、焊接设备以及远距离控制工作站(以下，也称为信息处理装置)。机械手是焊接机器人的执行机构，它由驱动器、传动机构、连杆、关节以及内部传感器(编码盘)等组成。

在本实施例中，机械手优选具有六个旋转关节的关节式机器人。在机构尺寸相同情况下其工作空间最大，并且能以较高的位置精度和最优的路径到达指定位置，因而在焊接领域得到广泛应用。但是，本发明不限于此，机械手也可以为其他类型的机器人。

变位机作为机器人焊接生产线及焊接柔性加工单元的重要组成部分，其作用是将被焊工件旋转(平移)到最佳的焊接位置。在焊接作业前和焊接过程中，变位机通过夹具来装卡和定位被焊工件。

机器人控制器对整个机器人焊接系统进行控制。这些控制包括：与焊接设备进行焊接参数的通信，与变位机和机器人进行位置通信，以及控制变位机和机器人的操作。

焊接设备(具体来说，为焊接电源)是机器人焊接系统完成焊接作业的核心部分，其包括焊枪(弧焊机器人)、焊接控制器以及水、电、气等辅助部分等。焊接设备(具体来说，是焊接电源)能够与机器人控制器进行数据的双向通信。

信息处理装置用于实现对机器人控制器的远距离控制和通信。例如，可以根据需要从机器人控制器获取焊接信息。焊接信息包括：机器人焊枪的行走速度信息(以下，也称为焊接速度信息)、焊接电压信息、焊接电流信息等。信息处理装置通常为计算机，但是本发明不限于此，可以为手机、PAD等，其与机器人控制器之间可以通过有线或无线方式通信。

以上，对机器人焊接系统的基本结构进行了描述。在本发明中，为了实现对焊接质量的检测，该机器人焊接系统还包括：工件信息获取设备(未示出)。工件信息获取设备可以为条码扫描器、RFID射频卡识别器、操作台键盘或者手机等。所述工件标识信息获取设备能够与所述机器人控制器或者信息处理装置进行数据通信，从而直接或者间接(经由机器人控制器)将读取或输入的工件标识信息发送到信息处理装置。

此外，为了实现对焊接质量的检测，本发明的机器人焊接系统还包括焊接信息检测设备(未示出)，例如用于检测焊接电流的电流互感器等传感器。在本实施例中，焊接信息包括焊接电流信息、焊接电压信息以及焊接速度信息。需要注意的是，目前的机器人焊接系统已经配备上述焊接信息检测单元，因此，无需增设额外的硬件。

需要注意的是，本发明机器人焊接系统的硬件部分均可采用现有市面上通用的设备，因此不再对其进行详细描述。

下面参照图2描述，第一实施例的机器人焊接系统的软件结构。如图2所示，本发明的机器人焊接系统包括信息处理装置，所述信息处理装置包括第一获取单元，其用于获取工件的标识信息；第二获取单元，其用于获取焊接所述工件时的焊接电流信息、焊接电压信息和焊接速度信息；以及第一比较判断单元，其用于将所获取的焊接电流信息、焊接电压信息、焊接速度信息分别与预定的对应所述工件的标识信息的焊接电流区间、焊接电压区间、焊接速度区间进行比较，以判断所述工件的焊接是否存在焊接质量问题。

以下，参照图3至图5描述本发明的机器人焊接系统的焊接质量检测方法。本发明的焊接质量检测方法可以通过信息处理装置运行与图2所示的软件结构相对应的程序模块来实现。

如图3所示，首先，在步骤S300(第一获取步骤)中，获取工件的标识信息(第一获取单元)。具体来说，接收工件信息获取设备(例如扫码器、读卡器)等获取的工件标识信息。接着，在步骤S301(第二获取步骤)中，获取焊接信息(第二获取单元)。具体来说，接收焊接信息获取设备(各种传感器等)获取的焊接电流信息、焊接电压信息以及焊接速度信息。

之后，在步骤S302(第一判断比较步骤)中，将获取的焊接电流信息、焊接电压信息以及焊接速度信息与预检规则进行比较，以判断所述焊接信息是否符合所述预检规则(第一比较判断单元)。具体来说，确认获取的焊接信息是否在图4所示的预检规则范围内。所述预检规则是预定的与工件相关的检测规范(即，与工件的标识信息相对应的检测规范)。

下面对图4进行详细描述。图4是示出第一实施例的与工件相关的预检规则的表。由于通常工件由多条焊缝构成，因此将每条焊缝按照机器人预设的运行程序进行编号。另外，在厚板焊接的情况下，同一条焊缝需分层焊接，因此，每层焊道具有层间编号。

在图4所示的例子中，工件编码为G001的工件共有3条焊缝，机器人按照预先编写的执行程序对该工件的3条焊缝依次进行焊接。其中，假定第2号焊缝坡口较厚，需要连续焊接2层，因此，第2条焊缝可再分为第1层与第2层，并设置了相应的预检规则。

如图4所示，本实施例的预检规则包括预定的焊接电流区间、焊接电压区间、焊接速度区间。

具体来说，步骤S302中，信息处理装置将获取的焊接电流值(焊接电流信息)与图4所示的预检规则中所规定的焊接电流区间(预定的焊接电流区间)进行比较，以确定其是否在焊接电流区间内。信息处理装置还将获取的焊接电压值(焊接电压信息)与图4所示的预检规则中所规定的焊接电压区间(预定的焊接电压区间)进行比较，以确定其是否在焊接电压区间内。此外，信息处理装置还将获取的焊接速度值(焊接速度信息)与图4所示的预检规则中所规定的焊接速度区间(预定的焊接速度区间)进行比较，以确定其是否在焊接速度区间内。

需要注意的是，在步骤S302的比较判断中，将采样的焊接电流值不在规定的焊接电流区间的点(异常状态点)的数量称为电流异常点数，将采样的焊接电压值不在规定的焊接电压区间的点(异常状态点)的数量称为电压异常点数，将采样的焊接速度值不在规定的焊接速度区间的点(异常状态点)的数量称为速度异常点数。焊接工艺员可以根据经验针对各个工件的各个焊缝设定相应的异常点数的阈值(包括电流异常点阈值、电压异常点阈值、速度异常点阈值)，以进一步提高焊接质量检测的准确性。

图5是上述异常点的阈值表。如图5所示，当针对某一焊缝的异常点数均未超过图5所示的阈值时，判定该焊缝符合预检规则。而当任何一项的异常点数超过图5所示的阈值时，则判定该焊缝不符合预检规则，需要后续检测。此时，信息处理装置可以报警或者通知机器人控制器停止焊接。同时，通知物流搬运系统(未示出)将该工件运送到后续检测工位，以等待后续检测(例如，射线探伤、强度试验、表面成型等)。

图4所示的预检规则还包括预定的电流均值区间以及电流均方差区间，其能够进一步提高焊接质量检测的精度。在使用电流均值区间和电流均方差区间作为预检规则时，如图3所示，在步骤S303(计算步骤)中，根据获取的焊接电流信息计算电流均值和电流均方差(计算单元)。

所述焊接电流的电流均值可以通过如下方式来计算。假定G001工件的第1条焊缝累计焊接了100秒，每秒采集一点数据(即采样100个点)，共计有100个电流数值，这里记为I₁，I₂，…I₁₀₀，电流均值I_ave＝(I₁+I₂+…+I₁₀₀)/100。

所述焊接电流的均方差I_sd可以通过如下方式来计算。

电流均方差 $I_{\mathrm{sd}}=\sqrt{\frac{{(I_1-I_{ave})}^2+{(I_2-I_{ave})}^2+\mathrm{...}+{(I_{100}-I_{ave})}^2}{100}}$

具体来说，当机器人完成一条焊缝的焊接作业后，信息处理装置对获取到的该焊缝的所有焊接电流离散点的电流进行计算，即根据上述公式计算该焊缝的焊接电流平均值(也称为电流均值)与均方差。

接着，在步骤S304(第二比较判断步骤)中，将计算出的焊接电流平均值和均方差分别与预检规则表中的电流均值区间、电流均方差区间进行比较，以进行焊接质量的判断(第二比较判断单元)。

需要注意的是，虽然在图4的表中同时使用了电流均值区间和电流均方差区间作为预检规则。但是本发明不限于此，可以仅使用电流均值区间或者电流均方差区间作为预检规则。即，在步骤S303中，根据获取的焊接电流信息仅计算电流均值或者仅计算电流均方差(计算单元)。

在步骤S304中，将在步骤S303中计算出的电流均值与预检规则中的电流均值区间(预定的电流均值区间)进行比较，或者将在步骤S303中计算出的电流均方值与预检规则中的电流均方值区间(预定的电流均方值区间)进行比较，以进行焊接质量的判断(第二比较判断单元)。当计算出的电流均值或者电流均方值不符合预检测规则时，则判定需要后续检测。此时，信息处理装置可以报警或者通知机器人控制器停止焊接。同时，通知物流搬运系统(未示出)将该工件运送到后续检测工位，以等待后续检测(例如，射线探伤、强度试验、表面成型等)。

在本实施例中，当在步骤S302的比较判断中，发现存在焊接质量问题，则无需进行步骤S303和S304。通过步骤S303和步骤S304能够在监测的焊接电流、焊接电压以及焊接速度均符合预检规则的情况下，从电流波动的情况，更全面、准确的检测焊接质量，从而进一步提高检测精度。

图4所示的预检规则(预检规则)可以存储在存储器中。所述存储器包括信息处理装置的内部存储器(例如HDD或者SSD)，或者通过连接端口连接到信息处理装置的外部存储器(例如U盘或者SD卡)。此外，所述存储器也可以是信息处理装置以外的存储器，例如云端服务器。在此情况下，信息处理装置可以通过局域网或者WIFI等获取存储器中的预检规则。

通过上述焊接质量检测方法，能够实现在焊接过程中对焊接质量的预先检测，缩小后期需要抽检的工件的范围，从而提高焊接质量检测效率与精度，并且由于在焊接过程中，进行了实时检测，能够及早发现焊接错误，并予以解决。

[第二实施例]

下面参照图6至图8描述本发明的第二实施例。第二实施例的硬件结构与第一实施例的相同，在此不再重复描述。第二实施例的焊接质量检测方法的流程图与第一实施例的基本相同，因此，与第一实施例相同的部分使用相同的附图标记。以下，仅描述二者的不同之处。第二实施例与第一实施例的不同之处仅在于焊接信息和预检规则不同。

如图7所示，在第二实施例中的预检规则中，除了第一实施例中的焊接电流区间、焊接电压区间、焊接速度区间、电流均值区间以及电流均方差区间以外，还增设了与各个工件的各个焊缝相对应的工件温度区间。当然，焊接信息获取设备获取的焊接信息还包括工件温度信息。焊接信息获取设备包括温度传感器，例如可以在焊枪端部加装温度传感器，来实时监测工件的温度。

如图6所示，在第二实施例中，在步骤S601中，除了获取焊接电流信息、焊接电压信息以及焊接速度信息以外，还获取工件温度信息。在步骤S602中，除了焊接电流信息、焊接电压信息以及焊接速度信息与预检规则的比较以外，还将获取的工件温度信息与图6所示的工件温度区间相比较，以进行焊接质量的判断。

在步骤S602的比较判断中，与第一实施例类似，还设置有包含工件温度异常点数(即采样的工件温度不在图7所示的工件温度区间的点的数量)的阈值表(如图8所示)。当针对某一焊缝的异常点数(包括温度异常点数)均未超过图8所示的阈值时，判定该焊缝不存在焊接质量问题。

与第一实施例类似，在第二实施例中，当发现焊接质量问题时，信息处理装置可以立即通知机器人控制器停止焊接，向焊接人员报警，并通知物流搬运系统，将存在焊接质量问题的工件分拣到检测工位，进行后续检测。但是本发明不限于此，可以根据实际需要进行设定。

与第一实施例相比，第二实施例通过增加了工件温度区间作为预检规则，能够更全面、准确地检测焊接质量。

以上，已参照详细或特定的实施方式，对本发明进行了说明，但本领域技术人员理解，可以在不脱离本发明的思想与范围的前提下进行各种变更及修正。

[工业实用性]

本发明可以应用到现有的机器人焊接领域，其能够有效降低后期抽检的漏检率，提高检测精度、保证焊接质量。

Claims (6)

1.一种机器人焊接系统，其包括信息处理装置，所述信息处理装置包括：

第一获取单元，其用于获取工件的标识信息；

第二获取单元，其用于获取焊接所述工件时的焊接电流信息、焊接电压信息和焊接速度信息；以及

第一比较判断单元，其用于将所获取的焊接电流信息、焊接电压信息、焊接速度信息分别与预定的对应所述工件的标识信息的焊接电流区间、焊接电压区间、焊接速度区间进行比较，以判断所述工件的焊接是否存在焊接质量问题。

2.根据权利要求1所述的机器人焊接系统，其中，所述第二获取单元还获取所述工件的工件温度信息，所述第一比较判断单元还将所获取的工件温度信息与预定的对应所述工件的标识信息的工件温度区间进行比较，以判断所述工件的焊接是否存在焊接质量问题。

3.根据权利要求1或2所述的机器人焊接系统，其中，所述信息处理装置还包括：

计算单元，其用于根据所获取的焊接电流信息计算电流均值或电流均方差；以及

第二比较判断单元，用于将所计算出的所述电流均值与预定的对应所述工件的标识信息的电流均值区间相比较，或者将所计算出的所述电流均方差与预定的对应所述工件的标识信息的电流均方差区间相比较，以判断所述工件的焊接是否存在焊接质量问题。

4.一种机器人焊接系统的焊接质量检测方法，其包括：

第一获取步骤：获取工件的标识信息；

第二获取步骤，获取焊接所述工件时的焊接电流信息、焊接电压信息和焊接速度信息；以及

第一比较判断步骤，将所获取的焊接电流信息、焊接电压信息、焊接速度信息分别与预定的对应所述工件的标识信息的焊接电流区间、焊接电压区间、焊接速度区间进行比较，以判断所述工件的焊接是否存在焊接质量问题。

5.根据权利要求4所述的机器人焊接系统的焊接质量检测方法，其中，

在所述第二获取步骤中，还获取所述工件的工件温度信息；

在所述第一比较判断步骤中，还将所获取的工件温度信息与预定的对应所述工件的标识信息的工件温度区间进行比较，以判断所述工件的焊接是否存在焊接质量问题。

6.根据权利要求4或5所述的机器人焊接系统的焊接质量检测方法，还包括：

计算步骤，其用于根据所获取的焊接电流信息计算电流均值或电流均方差；以及

第二比较判断步骤，用于将计算出的所述电流均值与预定的对应所述工件的标识信息的电流均值区间相比较，或者将计算出的所述电流均方差与预定的对应所述工件的标识信息的电流均方差区间相比较，以判断所述工件的焊接是否存在焊接质量问题。