CN105397244A - 一种管桩端板多工位机器人智能焊接系统 - Google Patents

一种管桩端板多工位机器人智能焊接系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种管桩端板多工位机器人智能焊接系统，包括控制系统、夹具系统、机器视觉系统、机器人系统、焊接系统和安全防护系统。控制系统包括机器人控制柜、PLC控制柜、机器视觉系统和人机界面；机器人系统包括两个供料机器人、两个焊接机器人和一个上料机器人；两个供料机器人背向放置，两个焊接机器人并排放置在两个供料机器人中间偏前位置；PLC控制柜与所述机器人控制柜通信，机器人控制柜控制机器人本体运动；焊接系统与焊接机器人控制柜连接，焊接机器人本体控制焊枪完成焊接。本发明能够准确识别焊缝位置和宽度，实现自动识别焊缝信息；上料机器人自动上料，降低劳动强度，实现上料、供料和焊接全过程的高度自动化。

Description

一种管桩端板多工位机器人智能焊接系统
技术领域
本发明属于智能制造领域，涉及一种管桩端板焊缝自动检测及位置识别的多工位机器人智能焊接系统。
背景技术
目前，管桩端板制造大多采用连续轧制、卷曲螺旋成型、切割分片的大批量方式生产，切口的焊接任务非常繁重，由于端板型号众多，焊接过程中面临端板重量较大、焊缝宽度不均匀、形状不够规则和位置不固定等难题。
在现有技术中，管桩端板生产企业大多采用两种焊接方法：
第一，手工焊接。这种焊接方法要求焊接人员具有很高的焊接技术。由于企业中的焊接人员焊接水平参差不齐，造成产品的焊接质量不稳定，生产效率较低。此外，焊接本身是一种高强度的劳动，焊接产生的弧光和辐射对人体健康有很大的损害。
第二，专机焊接。这种焊接方法能在一定程度上减少焊接人员的工作量，但是，焊接专机对焊缝的精确度有很高的要求，焊接局限性很大。由于管桩端板焊缝宽度不均匀、形状不够规则和位置不固定，用焊接专机焊接的效果往往大打折扣。
目前，研究一种既能够自动检测识别焊缝位置和宽度、又能实现高效率焊接的方法非常必要，本发明实现了管桩端板的智能高效焊接。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种管桩端板多工位机器人智能焊接系统，该系统能够用于管桩端板的智能焊接，也能用于其它具有相似结构的环盘类零件的焊接，能够自动检测识别焊缝位置和宽度，焊接质量可靠，焊接效率高。
本发明采用的技术方案是：
一种管桩端板多工位机器人智能焊接系统包括控制系统、夹具系统、机器视觉系统、机器人系统、焊接系统和安全防护系统。
所述的控制系统包括五个机器人控制柜、一个PLC控制柜和人机界面；所述的机器人控制柜控制机器人本体运动，每个机器人都有一个机器人控制柜，焊接机器人控制柜执行焊接程序，控制焊接机器人完成焊接任务；所述的PLC控制柜通过电缆与五个机器人控制柜通信；所述人机界面通过电缆与PLC控制柜、五个机器人控制柜通信，人机界面显示产品信息和生产节拍，上面设置有启动按钮、停止按钮和焊接程序切换按钮，是机器人焊接系统的运行监控和显示平台。
所述的夹具系统包括上料机器人夹具、两个供料机器人夹具、两个上料毛坯架和两个成品架。所述的上料机器人夹具与机器人手腕部位连接，机器人手腕旋转带动上料机器人夹具转动，上料机器人夹具内安装焊缝检测传感器、测距传感器和电永磁铁，电永磁铁通电产生磁力，用于夹紧管桩端板。所述的两个供料机器人夹具内安装测距传感器和和电永磁铁，电永磁铁通电产生磁力，用于夹紧管桩端板；所述的两个成品架放置在两个供料机器人手臂下方；所述的上料毛坯架有三种不同型号，不同型号的上料毛坯架对应不同尺寸的管桩端板毛坯；所述的底座上安装汽缸锁紧装置，将上料毛坯架固定在底座上。
所述的机器视觉系统包括CCD传感器、辅助光源和工控机。所述的工控机位于PLC控制柜内，工控机内安装有数据采集卡和图像处理软件，图像处理软件对图像信息进行图像预处理和特征提取。在辅助光源的照射下，所述的CCD图像传感器对管桩端板拍照获取焊缝图像，数据采集卡将焊缝图像传输给图像处理软件，图像处理软件对焊缝图像进行图像预处理和特征提取，得到焊缝图像特征点，图像处理软件由图像特征点估算焊缝宽度和焊缝中心线坐标，得到焊缝数据信息，并将焊缝数据信息传送至焊接机器人控制柜。焊接机器人控制柜根据控制算法得出焊缝数据信息与机器人关节变量之间的转换关系。焊缝宽度X为1≤X≤2mm或2＜X≤3mm两个区间，焊接机器人控制柜在两个焊缝宽度区间调用不同焊接程序，焊接机器人执行不同动作指令；所述的动作指令为焊枪10的焊接速度和移动轨迹。供料机器人移动至焊接机器人后，PLC控制柜向焊接机器人控制柜发送开始焊接指令，焊接机器人控制柜执行焊接程序，控制焊接机器人9完成焊接任务得到成品。
所述的机器人系统包括两个供料机器人、两个焊接机器人和一个上料机器人，五个机器人结构及组成基本一致，技术参数有差别；所述的上料机器人位于中转工位台后方，上料机器人两侧各有一上料毛坯架，上料机器人通过焊缝检测传感器检测焊缝位置，夹紧管桩端板毛坯后将其搬运至中转工位台；所述的两个供料机器人背向放置于中转工位台前方两侧，将中转工位台上的管桩端板毛坯搬运至CCD传感器前下方拍照后移至焊接机器人；所述的两个焊接机器人并排放置在两个供料机器人中间偏前位置，焊接机器人收到动作指令后改变焊枪的位姿和移动轨迹，在焊接电源输出的焊接电压和焊接电流作用下，通过焊枪起弧执行焊接任务，焊接完成后，供料机器人将成品搬运至成品架，另一供料机器人重复上述供料机器人的动作，依次进行焊接。
所述的焊接系统与焊接机器人控制柜连接，包括焊枪、焊接电源、气瓶和清枪器；所述的焊枪安装于焊接机器人手腕部位；所述的焊接电源与焊接机器人控制柜通信，输出焊接电压和电流；所述的气瓶为焊枪提供CO2气源，焊接采用CO2保护焊；所述的清枪器每隔一段时间剪切焊枪内焊丝末端的残渣，并对焊枪进行喷硅油操作以起到润滑的作用，
所述的安全防护系统包括外围护栏、安全门、防碰撞传感器和安全光栅。
管桩端板多工位机器人智能焊接系统的工作过程为：
1)操作人员将装有管桩端板毛坯的上料毛坯架用天车或叉车吊运至底座，并用汽缸锁紧装置锁紧。
2)上料机器人移动至上料毛坯架上方，通过上料机器人夹具内的测距传感器测量机器人手腕与上料毛坯架最上端端板毛坯的距离，然后上料机器人夹具向下移动相同距离接触到端板毛坯；上料机器人旋转手腕，由焊缝检测传感器检测焊缝位置，焊缝检测传感器检测到焊缝后向上料机器人发送信号，上料机器人停止旋转同时存储焊缝位置信息，然后电永磁铁通电产生磁力，夹取一块管桩端板毛坯，将其送至中转工位台。
3)供料机器人移动至中转工位台，缓慢夹紧两块端板毛坯，搬运至CCD传感器拍照后移至焊接机器人；焊接机器人收到动作指令后，在焊接电源输出的焊接电压和焊接电流作用下，通过焊枪起弧开始执行焊接任务。
4)焊接完成后，供料机器人将成品搬运至成品架，通过测距传感器测量手腕和上料毛坯架最上端端板毛坯的距离，然后向下移动相同的距离接触到端板毛坯，此时电永磁铁断电松开管桩端板。
另一供料机器人重复上述供料机器人的动作，依次进行焊接。
采用本技术方案，能够充分利用机器人资源，提高焊接效率，很大程度上减少了劳动强度，而且能够解决端板毛坯焊缝位置不固定、宽度不均匀影响焊接效果的问题，实现管桩端板的智能化焊接。
本发明的有益效果是：该多工位机器人智能焊接系统设置多工位供料，充分利用了焊接机器人资源，提高了焊接效率；通过焊缝检测传感器和机器视觉系统，能够准确识别焊缝位置和宽度，实现了自动识别焊缝信息的智能化；设置上料机器人自动上料，降低了劳动强度，实现了上料、供料和焊接全过程的高度自动化。
附图说明
图1为本发明的整体结构图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明的机器人结构图；
图中：1成品架，2机器人控制柜，3CCD传感器，4上料毛坯架，5底座，6人机界面，7PLC控制柜，8气瓶，9焊接机器人，10焊枪，11清枪器，12电永磁铁，13测距传感器，14管桩端板毛坯，15焊接电源，16焊缝检测传感器，17供料机器人，18上料机器人，19连接电缆，20中转工位台，21机器人手腕，22机器人手臂。
具体实施方式
附图是本发明的一种具体实施方式，下面结合具体实施例对本发明做进一步解释：
一种管桩端板多工位机器人智能焊接系统包括控制系统、夹具系统、机器视觉系统、机器人系统、焊接系统和安全防护系统。
控制系统包括五个机器人控制柜2、一个PLC控制柜7和人机界面6；所述的PLC控制柜7通过电缆19与五个机器人控制柜通信；所述人机界面6通过电缆19与PLC控制柜、五个机器人控制柜通信。
夹具系统包括上料机器人夹具、两个供料机器人夹具、两个上料毛坯架4和两个成品架1。上料机器人夹具与机器人手腕21部位连接，机器人手腕21旋转带动上料机器人夹具转动，上料机器人夹具内安装焊缝检测传感器16、测距传感器13和电永磁铁12，电永磁铁12通电产生磁力，用于夹紧管桩端板。两个供料机器人夹具内安装测距传感器13和和电永磁铁12，电永磁铁通电产生磁力，用于夹紧管桩端板；所述的两个成品架1放置在两个供料机器人17手臂下方；所述的上料毛坯架4有三种不同型号，不同型号的上料毛坯架4对应不同尺寸的管桩端板毛坯14；所述的底座5上安装汽缸锁紧装置，将上料毛坯架4固定在底座5上。
机器视觉系统包括CCD传感器3、辅助光源和工控机。所述的工控机位于PLC控制柜7内，工控机内安装有数据采集卡和图像处理软件，图像处理软件对图像信息进行图像预处理和特征提取。在辅助光源的照射下，所述的CCD图像传感器3对管桩端板14拍照获取焊缝图像，数据采集卡将焊缝图像传输给图像处理软件，图像处理软件对焊缝图像进行图像预处理和特征提取，得到焊缝图像特征点，图像处理软件由图像特征点估算焊缝宽度和焊缝中心线坐标，得到焊缝数据信息，并将焊缝数据信息传送至焊接机器人控制柜。焊接机器人控制柜根据控制算法得出焊缝数据信息与机器人关节变量之间的转换关系。供料机器人移动至焊接机器人后，PLC控制柜向焊接机器人控制柜发送开始焊接指令，焊接机器人控制柜执行焊接程序，控制焊接机器人9完成焊接任务得到成品。
所述的机器人系统包括两个供料机器人17、两个焊接机器人9和一个上料机器人18，五个机器人结构及组成基本一致，技术参数有差别；所述的上料机器人18位于中转工位台后方，上料机器人18两侧各有一上料毛坯架4。夹紧管桩端板毛坯14后将其搬运至中转工位台；所述的两个供料机器人17背向放置于中转工位台前方两侧，将中转工位台上的管桩端板毛坯14搬运至CCD传感器3前下方拍照后移至焊接机器人9；所述的两个焊接机器人9并排放置在两个供料机器人17中间偏前位置。
所述的焊接系统与焊接机器人控制柜连接，包括焊枪10、焊接电源15、气瓶8和清枪器11；所述的焊枪10安装于焊接机器人9手腕部位；所述的焊接电源15与焊接机器人控制柜通信，输出焊接电压和电流；所述的气瓶8为焊枪提供CO2气源，焊接采用CO2保护焊；所述的清枪器11每隔一段时间剪切焊枪内焊丝末端的残渣，并对焊枪进行喷硅油操作以起到润滑的作用，
所述的安全防护系统包括外围护栏、安全门、防碰撞传感器和安全光栅。
本方案中，PLC控制柜7，人机界面6和机器人控制柜2具体位置不做限定。
所述上料毛坯架4中管桩端板毛坯14只要上下放置齐整即可，对于焊缝位置没有要求。然后上料机器人18将所述管桩端板毛坯14平行搬运至中转工位，同时将焊缝位置固定后放置于中转工位台上。
本实施例的工作过程为：
1)操作人员将装有端板毛坯的上料毛坯架4用天车或叉车吊运至底座5上，并用汽缸锁紧装置锁紧。
2)上料机器人移动至上料毛坯架上方，通过上料机器人夹具内的测距传感器13测量机器人手腕与上料毛坯架4最上端管桩端板毛坯14的距离，然后上料机器人夹具向下移动相同距离接触到管桩端板毛坯14；上料机器人旋转手腕，由焊缝检测传感器16检测管桩端板毛坯14的焊缝位置，焊缝检测传感器16检测到焊缝后向上料机器人发送信号，上料机器人停止旋转同时存储焊缝位置信息，然后电永磁铁通电产生磁力，夹取一块管桩端板毛坯，将其送至中转工位台。
3)供料机器人移动至中转工位台，缓慢夹紧两块管桩端板毛坯14，搬运至CCD传感器拍照后移至焊接机器人；焊接机器人收到动作指令后，在焊接电源15输出的焊接电压和焊接电流作用下，通过焊枪10起弧开始执行焊接任务。
4)焊接完成后，供料机器人17将成品搬运至成品架1，通过测距传感器13测量手腕和上料毛坯架4最上端管桩端板毛坯14的距离，然后向下移动相同的距离接触到管桩端板毛坯14，此时电永磁铁断电松开管桩端板毛坯14。然后另一供料机器人17重复上述供料机器人的动作，依次进行焊接。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够清楚地了解本发明的使用方法。本文所定义的基本原理可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在其他实时例中实现。因此，本发明将不会限制于本文所示的实施例，所有不脱离本发明的精神和范围的实施例均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种管桩端板多工位机器人智能焊接系统，其特性在于，包括控制系统、夹具系统、机器视觉系统、机器人系统、焊接系统和安全防护系统；
所述的控制系统包括五个机器人控制柜(2)、一个PLC控制柜(7)和人机界面(6)；所述的机器人控制柜控制机器人本体运动；所述的PLC控制柜(7)通过电缆(19)与五个机器人控制柜(2)通信；所述人机界面(6)通过电缆(19)与PLC控制柜(7)、五个机器人控制柜(2)通信，人机界面(6)是该系统的运行监控和显示平台，设置启动按钮、停止按钮和焊接程序切换按钮；
所述的夹具系统包括一个上料机器人夹具、两个供料机器人夹具、两个上料毛坯架(4)和两个成品架(1)；所述的上料机器人夹具与机器人手腕(21)连接，机器人手腕(21)旋转带动上料机器人夹具转动，上料机器人夹具内安装焊缝检测传感器(16)、测距传感器(13)和电永磁铁(12)，电永磁铁(12)用于夹紧管桩端板毛坯(14)；所述的两个供料机器人夹具内安装测距传感器(13)和和电永磁铁(12)；所述的两个成品架(1)放置在两个供料机器人(17)手臂(22)下方；所述的底座(5)上安装汽缸锁紧装置，将上料毛坯架(4)固定在底座(5)上；
所述的机器视觉系统包括CCD传感器(3)、辅助光源和工控机；所述的工控机位于PLC控制柜(7)内，工控机内安装数据采集卡和图像处理软件；在辅助光源照射下，所述的CCD图像传感器(3)对管桩端板(14)拍照获取焊缝图像，数据采集卡将焊缝图像传输给图像处理软件，图像处理软件对焊缝图像进行图像预处理和特征提取得到焊缝图像特征点，图像处理软件由焊缝图像特征点得到焊缝数据信息，并将焊缝数据信息传送至焊接机器人控制柜，焊接机器人控制柜根据控制算法得出焊缝数据信息与机器人关节变量之间的转换关系；PLC控制柜(7)向焊接机器人控制柜(2)发送开始焊接指令，焊接机器人控制柜(2)执行焊接程序，控制焊接机器人(9)完成焊接任务得到成品；
所述的机器人系统包括两个供料机器人(17)、两个焊接机器人(9)和一个上料机器人(18)；所述的上料机器人(18)位于中转工位台后方，上料机器人(18)两侧各有一个上料毛坯架(4)，上料机器人(18)通过焊缝检测传感器(16)检测管桩端板毛坯(14)的焊缝位置，夹紧管桩端板毛坯(14)后将其搬运至中转工位台；所述的两个供料机器人(17)背向放置于中转工位台前方两侧，将中转工位台上的管桩端板毛坯(14)搬运至CCD传感器(3)下方拍照后移至焊接机器人(9)，并将成品搬运至成品架；所述的两个焊接机器人(9)并排放置在两个供料机器人(17)前方；另一供料机器人重复上述供料机器人的动作，依次进行焊接；
所述的焊接系统与焊接机器人控制柜连接，包括焊枪(10)、焊接电源(15)、气瓶(8)和清枪器(11)；所述的焊枪(10)安装于焊接机器人(9)手腕(21)部位；所述的焊接电源(15)与焊接机器人控制柜(2)通信，输出焊接电压和电流；所述的气瓶(8)为焊枪(10)提供CO2气源，焊接采用CO2保护焊；所述的清枪器(11)剪切焊枪(10)内焊丝末端残渣，并对焊枪(10)喷洒硅油；
所述的安全防护系统包括外围护栏、安全门、防碰撞传感器和安全光栅。
2.根据权利要求1所述的一种管桩端板多工位机器人智能焊接系统，其特性在于，所述的焊缝数据信息包括焊缝宽度和焊缝中心线坐标，焊缝宽度X为1≤X≤2mm或2＜X≤3mm两个区间，焊接机器人控制柜(2)在不同焊缝宽度区间调用不同焊接程序，焊接机器人(9)执行不同动作指令；所述的动作指令为焊枪(10)的焊接速度和移动轨迹。
3.根据权利要求1或2所述的一种管桩端板多工位机器人智能焊接系统，其特性在于，所述的上料毛坯架(4)有三种不同型号，分别对应不同尺寸的管桩端板毛坯(14)。
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