CN104999202A - 一种高精度机器人自动焊接装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度机器人自动焊接装置，包括：固定座、横轴、第一关节轴、第二关节轴、第一位置传感器、第二位置传感器、焊枪和控制装置，其中，所述的控制装置包括焊接装置、传感器控制模块、执行装置、报警系统和自动控制系统，所述的第一位置传感器和第二位置传感器均设于第二关节轴上，且它们均与传感器控制模块连接；所述横轴、第一关节轴和第二关节轴构成机器人手臂，本发明所述的一种高精度机器人自动焊接装置，其在机器人手臂上安装第一位置传感器和第二位置传感器，通过两个传感器的检测值来计算出所要焊接点的位置，实现焊接位置的自动校准，有效保证了焊枪和焊接口位置的准确性，从而大大的提高了焊接位置的精准度，并保证了焊接质量的稳定。

Description

一种高精度机器人自动焊接装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种焊接装置，具体是一种用于焊接的高精度机器人自动焊接装置及其工作方法。

背景技术

钢格栅板二氧化碳气体主要用于钢格栅板的封边工作，焊接大多数的企业都还是采用人工焊接的方式进行焊接，工作的工作量非常大，同时，由于人在焊接的过程中大多数都是凭借肉眼进行焊接，其焊接的质量不够稳定，由于人的可控性较差，因而焊接的质量很难保持一致，由于其焊接点较为密集，对于焊接工人的技术要求较高，焊接位置和参数匹配不易保持最佳，在焊接的过程中常常会出现虚焊、漏焊的问题，而且焊接过程产生的气体会对人体有一定的伤害，因而人工焊接被替代将会成为必然。

随着社会经济的快速发展，无论是人们的生活还是工作的节奏都在不断的加快，企业的生产也是如此，大多数的企业都采用机械的自动化逐步代替人工操作。目前很多的企业都会采用机器人进行焊接，其成本较高，由于钢格栅板焊接的操作过于繁琐，现有的通用型的机器人配置大多都是在4轴到7周，这样不仅会增加其焊接过程中的动作，导致其焊接效率变低，由于其并不是争对焊接的产品专门定制，有些工艺难以完成或者无法实现，同时由于其结构过于复杂，使用的部件较多也会增加其生产成本，因而现有的钢格栅板的焊接技术还有待于改进，与此同时，现有的机器人焊接，其在使用之前必须进行示教，由于其示教的过程过于漫长，有的示教过程甚至是整个焊接过程的数倍，在小批量的生产过程中，焊接点数多的工件中经常出现，因而现有的机器人焊接技术还有待于改进。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种高精度机器人自动焊接装置及其工作方法。

技术方案：为了实现以上目的，本发明所述的一种高精度机器人自动焊接装置，包括：固定座、横轴、第一关节轴、第二关节轴、第一位置传感器、第二位置传感器、焊枪和控制装置，其中，所述的控制装置包括焊接装置、传感器控制模块、执行装置、报警系统和自动控制系统，所述的固定座通过地脚螺钉固定于地面，所述的横轴通过定位销固定于固定座上，所述的第一关节轴通过定位销设于横轴的一端，所述的第二关节轴与第一关节轴活动连接，所述的第一位置传感器和第二位置传感器均设于第二关节轴上，且它们均与传感器控制模块连接；所述的焊枪固定于第二关节轴上，所述横轴、第一关节轴和第二关节轴构成机器人手臂，且所述的横轴、第一关节轴、第二关节轴和焊枪均通过线路与控制装置连接，所述的横轴、第一关节轴和第二关节轴均还与执行装置连接；所述的自动控制系统由采用单片机控制系统和控制器构成，所述的单片机控制系统和控制器连接，所述的焊接装置、传感器控制模块、执行装置、报警系统均与自动控制系统中的控制器连接。本发明所述的一种高精度机器人自动焊接装置，其在机器人手臂上安装第一位置传感器和第二位置传感器，通过两个传感器的检测值来计算出所要焊接点的位置，实现焊接位置的自动校准，有效的保证了焊枪和焊接口位置的准确性，从而大大的提高了焊接位置的精准度，并保证了焊接质量稳定的同时，也提高了其焊接的效率，从而很好代替了机器人焊接过程中的示教过程，进而更好的满足了客户的需求。

本发明还包括显示屏、操作键盘和报警装置，所述的报警装置由报警器、扬声器和报警指示灯构成，所述的显示屏通过机械臂与固定座连接，所述的操作键盘设于固定座上，所述的扬声器、报警指示灯均与报警器连接，所述的报警指示灯设于横轴的一端，所述的扬声器、报警指示灯和报警器均与报警系统连接，一旦机器人手臂在工作过程中出现任何的问题，报警系统将会立即的通过扬声器和报警指示灯来通知工作人员，让他们对故障进行及时的处理，从而有效的避免因故障给造成漏焊和虚焊乃至重大损失的产生，从而大大提高了焊接的安全性和稳定性，进一步保证了焊接的质量。

本发明所述的焊接装置包括焊接工装夹具、焊接变位机、焊接操作机和焊接工件输送装置，所述的焊接变位机与第一位置传感器、第二位置传感器和焊枪连接，所述的焊接工装夹具、焊接操作机和焊接工件输送装置均与自动控制系统连接，且它们均与焊枪相配合。

本发明所述的执行装置由伺服电机和气动回路构成，所述气动回路由气源、控制阀和气缸构成，所述的伺服电机和气动回路均自动控制系统连接。

本发明所述的单片机控制系统由中央处理器CPU、程序存储器ROM、数据存储器RAM、I/O口、数据转换器、数据计算器、定时计数器、外部中断和串行通信构成，所述的第一位置传感器、第二位置传感器和报警装置与数据存储器RAM的输入端连接，所述的数据存储器RAM的输出端与数据转换器连接，所述的数据转换器与数据计算器连接，所述的程序存储器ROM、数据存储器RAM、I/O口、数据转换器、数据计算器、定时计数器、外部中断和串行通信均与中央处理器CPU连接。

  本发明所述的横轴通过固定销固定于固定座上，且其固定的位置能够调节，其高度的调节范围为-50mm～+50mm,水平方向具有三档调节，其分别为-25°、0°、+25°，旋转角度范围为-90°～+90°。

本发明所述的第一关节轴和第二关节轴的水平方向的旋转范围为-180°～+180°，垂直方向的旋转范围为-60°～+60°。

本发明所述的一种高精度机器人自动焊接装置及其工作方法，该焊接装置的具体工作方法如下：

  （1）：首先通过压焊机对钢板进行压制，然后根据焊接的需要得尺寸对钢板进行划分；

  （2）：待钢板划分完成后，将焊接路线和焊接点位置计算公式录入自动控制系统中单片机控制系统中；

  （3）：待数据录入好后，开始启动该自动焊接设备，然后整个设备中的各个部分均进入工作状态；

  （4）：然后焊接工件输送装置将焊接工件送到指定的工位；

  （5）：待工件被送到指定的工位后，设于第二关节轴的第一位置传感器和第二位置传感器将会对工件焊缝上的横向和纵向上的焊接点进行探测；

  （6）：待第一位置传感器和第二位置传感器检测数据后，将立即把检测的数据传送给单片机控制系统中的数据存储器RAM，对数据进行存储；

  （7）：然后通过数据转换器对存储的模拟信号转换成数字信号，再将数据传送给数据计算器，让其根据已经设定好的焊接点位置计算公式对焊接点的位置进行计算；

  （8）：待数据计算器将焊接点位置计算公式计算结束后，将立即把计算好的数据传送给中央处理器CPU；

  （9）：待中央处理器CPU接收到数据后对数据进行分析并处理，然后将分析得出的结果再经过数据转换器转换成模拟信号；

  （10）：待数据转换完成后，将数据传送给控制器，然后控制器将会命令伺服电机带动机器人手臂中的横轴、第一关节轴和第二关节轴（4）旋转调整到上述计算出的焊接点位置；

  （11）：在横轴、第一关节轴和第二关节轴调整完毕后，控制器将命令焊枪对焊接点进行焊接；

  （12）：在上述焊接的过程中，第一位置传感器和第二位置传感器（6）不断的对焊接点进行测试，然后不断的将数据传送到自动控制系统中，根据已经设定好的焊接点位置计算公式不断的计算出各个焊接点的位置；

   （13）：待第一个焊节点焊接完成后，控制器命令横轴将移动到下一个焊接点的位置，然后第一关节轴和第二关节轴也做出相应的旋转调整，同上述焊接步骤再次进行下一个焊接点的焊接；

  （14）：按照上述的工作方法直至所有的焊接点都焊接完毕后，在整个焊接过程中，一旦出现任何的异常问题，都将会通过报警装置进行蜂鸣报警，并同时通过报警显示灯进行显示，直至处理故障解除方可；

   （15）：焊接完成后，最后通过操作键盘让控制器命令伺服电机停止工作，然后依次让其他设备停止运转，最后通过操作键盘将设备关闭即可。

本发明所述的焊接点位置计算公式如下（z为焊接点的位置，x为焊缝横向上取点值，y为焊缝纵向上取点值）：

                           z2=x2+y2。

有益效果：本发明所述的高精度机器人自动焊接装置及其工作方法，具有以下优点：

1、本发明所述的一种高精度机器人自动焊接装置及其工作方法，其在机器人手臂上安装第一位置传感器和第二位置传感器，通过两个传感器的检测值来计算出所要焊接点的位置，实现焊接位置的自动校准，有效的保证了焊枪和焊接口位置的准确性，从而大大的提高了焊接位置的精准度，并保证了焊接质量稳定的同时，也提高了其焊接的效率，从而很好代替了机器人焊接过程中的示教过程，进而更好的满足了客户的需求。

1、本发明中所述的高精度机器人自动焊接装置还设有报警装置，一旦机器人手臂在工作过程中出现任何的问题，报警系统将会立即的通过扬声器和报警指示灯来通知工作人员，让他们对故障进行及时的处理，从而有效的避免因故障给造成漏焊和虚焊乃至重大损失的产生，从而大大提高了焊接的安全性和稳定性，进一步保证了焊接的质量。

2、本发明中所述的高精度机器人自动焊接装置及其工作方法，其通过机器人手臂代替了人工焊接，工作效率高，有效的避免人员近距离与有害气体接触，同时机器人手臂能够连续工作，重复定位准确，整个焊接过程中的有效的保证了焊接质量的一致性，从而大大提高了产品的良品率，有效的提高了产品的质量。

3、本发明中所述的高精度机器人自动焊接装置及其工作方法，其装置的具体的焊接的数据和焊接路线都是事先录入自动自动系统中，其让整个装置运行的更加的方便、快捷，操作简单，方便操作人员的操作，从而有效的降低了操作的错误率，保证产品焊接的准备性，从而进一步提高了产品焊接的质量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明所述电气连接示意图；

图中：固定座-1、横轴-2、第一关节轴-3、第二关节轴-4、第一位置传感器-5、第二位置传感器-6、焊枪-7、控制装置-8、焊接装置-9、传感器控制模块-10、执行装置-11、报警系统-12、自动控制系统-13。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

实施例

如图所示的一种高精度机器人自动焊接装置，包括：固定座1、横轴2、第一关节轴3、第二关节轴4、第一位置传感器5、第二位置传感器6、焊枪7和控制装置8，其中，所述的控制装置8包括焊接装置9、传感器控制模块10、执行装置11、报警系统12和自动控制系统13，所述的自动控制系统13由采用单片机控制系统和控制器构成，。

上述各部件的关系如下：

   所述的固定座1通过地脚螺钉固定于地面，所述的横轴2通过定位销固定于固定座1上，所述的第一关节轴3通过定位销设于横轴2的一端，所述的第二关节轴4与第一关节轴3活动连接，所述的第一位置传感器5和第二位置传感器6均设于第二关节轴4上，且它们均与传感器控制模块10连接；所述的焊枪7固定于第二关节轴4上，所述横轴2、第一关节轴3和第二关节轴4构成机器人手臂，且所述的横轴2、第一关节轴3、第二关节轴4和焊枪7均通过线路与控制装置8连接，所述的横轴2、第一关节轴3和第二关节轴4均还与执行装置11连接；所述的单片机控制系统和控制器连接，所述的焊接装置9、传感器控制模块10、执行装置11、报警系统12均与自动控制系统13中的控制器连接。

本实施例中所述的高精度机器人自动焊接装置还包括显示屏、操作键盘和报警装置，所述的报警装置由报警器、扬声器和报警指示灯构成，所述的显示屏通过机械臂与固定座1连接，所述的操作键盘设于固定座1上，所述的扬声器、报警指示灯均与报警器连接，所述的报警指示灯设于横轴2的一端，所述的扬声器、报警指示灯和报警器均与报警系统12连接。

本实施例中所述的焊接装置9包括焊接工装夹具、焊接变位机、焊接操作机和焊接工件输送装置，所述的执行装置11由伺服电机和气动回路构成，所述气动回路由气源、控制阀和气缸构成，所述的焊接变位机与第一位置传感器5、第二位置传感器6和焊枪7连接，所述的焊接工装夹具、焊接操作机和焊接工件输送装置均与自动控制系统13连接，且它们均与焊枪7相配合，所述的伺服电机和气动回路均自动控制系统13连接。

本实施例中所述的单片机控制系统由中央处理器CPU、程序存储器ROM、数据存储器RAM、I/O口、数据转换器、数据计算器、定时计数器、外部中断和串行通信构成，所述的第一位置传感器5、第二位置传感器6和报警装置与数据存储器RAM的输入端连接，所述的数据存储器RAM的输出端与数据转换器连接，所述的数据转换器与数据计算器连接，所述的程序存储器ROM、数据存储器RAM、I/O口、数据转换器、数据计算器、定时计数器、外部中断和串行通信均与中央处理器CPU连接。

  本实施例中所述的横轴2通过固定销固定于固定座1上，且其固定的位置能够调节，其高度的调节范围为-50mm～+50mm,水平方向具有三档调节，其分别为-25°、0°、+25°，旋转角度范围为-90°～+90°；所述的第一关节轴3和第二关节轴4的水平方向的旋转范围为-180°～+180°，垂直方向的旋转范围为-60°～+60°。

   本实施例中所述一种高精度机器人自动焊接装置及其工作方法，该焊接装置的具体工作方法如下：

  （1）：首先通过压焊机对钢板进行压制，然后根据焊接的需要得尺寸对钢板进行划分；

  （2）：待钢板划分完成后，将焊接路线和焊接点位置计算公式录入自动控制系统13中单片机控制系统中；

  （3）：待数据录入好后，开始启动该自动焊接设备，然后整个设备中的各个部分均进入工作状态；

  （4）：然后焊接工件输送装置将焊接工件送到指定的工位；

  （5）：待工件被送到指定的工位后，设于第二关节轴4的第一位置传感器5和第二位置传感器6将会对工件焊缝上的横向和纵向上的焊接点进行探测；

  （6）：待第一位置传感器5和第二位置传感器6检测数据后，将立即把检测的数据传送给单片机控制系统中的数据存储器RAM，对数据进行存储；

  （7）：然后通过数据转换器对存储的模拟信号转换成数字信号，再将数据传送给数据计算器，让其根据已经设定好的焊接点位置计算公式对焊接点的位置进行计算；

  （8）：待数据计算器将焊接点位置计算公式计算结束后，将立即把计算好的数据传送给中央处理器CPU；

  （9）：待中央处理器CPU接收到数据后对数据进行分析并处理，然后将分析得出的结果再经过数据转换器转换成模拟信号；

  （10）：待数据转换完成后，将数据传送给控制器，然后控制器将会命令伺服电机带动机器人手臂中的横轴2、第一关节轴3和第二关节轴4旋转调整到上述计算出的焊接点位置；

  （11）：在横轴2、第一关节轴3和第二关节轴4调整完毕后，控制器将命令焊枪5对焊接点进行焊接；

  （12）：在上述焊接的过程中，第一位置传感器5和第二位置传感器6不断的对焊接点进行测试，然后不断的将数据传送到自动控制系统13中，根据已经设定好的焊接点位置计算公式不断的计算出各个焊接点的位置；

   （13）：待第一个焊节点焊接完成后，控制器命令横轴2将移动到下一个焊接点的位置，然后第一关节轴3和第二关节轴4也做出相应的旋转调整，同上述焊接步骤再次进行下一个焊接点的焊接；

  （14）：按照上述的工作方法直至所有的焊接点都焊接完毕后，在整个焊接过程中，一旦出现任何的异常问题，都将会通过报警装置进行蜂鸣报警，并同时通过报警显示灯进行显示，直至处理故障解除方可；

 （15）：焊接完成后，最后通过操作键盘让控制器命令伺服电机停止工作，然后依次让其他设备停止运转，最后通过操作键盘将设备关闭即可。

   本实施中所述的焊接点位置计算公式如下（z为焊接点的位置，x为焊缝横向上取点值，y为焊缝纵向上取点值）：

                           z2=x2+y2。

实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (9)

1.一种高精度机器人自动焊接装置，其特征在于：包括：固定座（1）、横轴（2）、第一关节轴（3）、第二关节轴（4）、第一位置传感器（5）、第二位置传感器（6）、焊枪（7）和控制装置（8），其中，所述的控制装置（8）包括焊接装置（9）、传感器控制模块（10）、执行装置（11）、报警系统（12）和自动控制系统（13），所述的固定座（1）通过地脚螺钉固定于地面，所述的横轴（2）通过定位销固定于固定座（1）上，所述的第一关节轴（3）通过定位销设于横轴（2）的一端，所述的第二关节轴（4）与第一关节轴（3）活动连接，所述的第一位置传感器（5）和第二位置传感器（6）均设于第二关节轴（4）上，且它们均与传感器控制模块（10）连接；所述的焊枪（7）固定于第二关节轴（4）上，所述横轴（2）、第一关节轴（3）和第二关节轴（4）构成机器人手臂，且所述的横轴（2）、第一关节轴（3）、第二关节轴（4）和焊枪（7）均通过线路与控制装置（8）连接，所述的横轴（2）、第一关节轴（3）和第二关节轴（4）均还与执行装置（11）连接；

所述的自动控制系统（13）由采用单片机控制系统和控制器构成，所述的单片机控制系统和控制器连接，所述的焊接装置（9）、传感器控制模块（10）、执行装置（11）、报警系统（12）均与自动控制系统（13）中的控制器连接。

2.根据权利要求1所述的一种高精度机器人自动焊接装置，其特征在于：还包括显示屏、操作键盘和报警装置，所述的报警装置由报警器、扬声器和报警指示灯构成，所述的显示屏通过机械臂与固定座（1）连接，所述的操作键盘设于固定座（1）上，所述的扬声器、报警指示灯均与报警器连接，所述的报警指示灯设于横轴（2）的一端，所述的扬声器、报警指示灯和报警器均与报警系统（12）连接。

3.根据权利要求1所述的一种高精度机器人自动焊接装置，其特征在于：所述的焊接装置（9）包括焊接工装夹具、焊接变位机、焊接操作机和焊接工件输送装置，所述的焊接变位机与第一位置传感器（5）、第二位置传感器（6）和焊枪（7）连接，所述的焊接工装夹具、焊接操作机和焊接工件输送装置均与自动控制系统（13）连接，且它们均与焊枪（7）相配合。

4.根据权利要求1所述的一种高精度机器人自动焊接装置，其特征在于：所述的执行装置（11）由伺服电机和气动回路构成，所述气动回路由气源、控制阀和气缸构成，所述的伺服电机和气动回路均自动控制系统（13）连接。

5.根据权利要求1所述的一种高精度机器人自动焊接装置，其特征在于：所述的单片机控制系统由中央处理器CPU、程序存储器ROM、数据存储器RAM、I/O口、数据转换器、数据计算器、定时计数器、外部中断和串行通信构成，所述的第一位置传感器（5）、第二位置传感器（6）和报警装置与数据存储器RAM的输入端连接，所述的数据存储器RAM的输出端与数据转换器连接，所述的数据转换器与数据计算器连接，所述的程序存储器ROM、数据存储器RAM、I/O口、数据转换器、数据计算器、定时计数器、外部中断和串行通信均与中央处理器CPU连接。

6.根据权利要求1所述的一种高精度机器人自动焊接装置，其特征在于：所述的横轴（2）通过固定销固定于固定座（1）上，且其固定的位置能够调节，其高度的调节范围为-50mm～+50mm,水平方向具有三档调节，其分别为-25°、0°、+25°，旋转角度范围为-90°～+90°。

7.根据权利要求1所述的一种高精度机器人自动焊接装置，其特征在于：所述的第一关节轴（3）和第二关节轴（4）的水平方向的旋转范围为-180°～+180°，垂直方向的旋转范围为-60°～+60°。

8.一种高精度机器人自动焊接装置及其工作方法，其特征在于：该焊接装置的具体工作方法如下：

  （1）：首先通过压焊机对钢板进行压制，然后根据焊接的需要得尺寸对钢板进行划分；

  （2）：待钢板划分完成后，将焊接路线和焊接点位置计算公式录入自动控制系统（13）中中单片机控制系统中；

  （2）：待数据录入好后，开始启动该自动焊接设备，然后整个设备中的各个部分均进入工作状态；

  （3）：然后焊接工件输送装置将焊接工件送到指定的工位；

  （4）：待工件被送到指定的工位后，设于第二关节轴（4）的第一位置传感器（5）和第二位置传感器（6）将会对工件焊缝上的横向和纵向上的焊接点进行探测；

  （5）：待第一位置传感器（5）和第二位置传感器（6）检测数据后，将立即把检测的数据传送给单片机控制系统中的数据存储器RAM，对数据进行存储；

  （6）：然后通过数据转换器对存储的模拟信号转换成数字信号，再将数据传送给数据计算器，让其根据已经设定好的焊接点位置计算公式对焊接点的位置进行计算；

  （7）：待数据计算器将焊接点位置计算公式计算结束后，将立即把计算好的数据传送给中央处理器CPU；

  （8）：待中央处理器CPU接收到数据后对数据进行分析并处理，然后将分析得出的结果再经过数据转换器转换成模拟信号；

  （8）：待数据转换完成后，将数据传送给控制器，然后控制器将会命令伺服电机带动机器人手臂中的横轴（2）、第一关节轴（3）和第二关节轴（4）旋转调整到上述计算出的焊接点位置；

  （9）：在横轴（2）、第一关节轴（3）和第二关节轴（4）调整完毕后，控制器将命令焊枪（5）对焊接点进行焊接；

  （10）：在上述焊接的过程中，第一位置传感器（5）和第二位置传感器（6）不断的对焊接点进行测试，然后不断的将数据传送到自动控制系统（13）中，根据已经设定好的焊接点位置计算公式不断的计算出各个焊接点的位置；

   （11）：待第一个焊节点焊接完成后，控制器命令横轴（2）将移动到下一个焊接点的位置，然后第一关节轴（3）和第二关节轴（4）也做出相应的旋转调整，同上述焊接步骤再次进行下一个焊接点的焊接；

  （11）：按照上述的工作方法直至所有的焊接点都焊接完毕后，在整个焊接过程中，一旦出现任何的异常问题，都将会通过报警装置进行蜂鸣报警，并同时通过报警显示灯进行显示，直至处理故障解除方可；

  （12）：焊接完成后，最后通过操作键盘让控制器命令伺服电机停止工作，然后依次让其他设备停止运转，最后通过操作键盘将设备关闭即可。

9.根据权利要求8所述的一种高精度机器人自动焊接装置及其工作方法，其特征在于：所述的焊接点位置计算公式如下（z为焊接点的位置，x为焊缝横向上取点值，y为焊缝纵向上取点值）：

                           z2=x2+y2。