CN105945441A - 一种基于焊缝智能识别技术的环盘类零件多工位机器人焊接系统 - Google Patents

一种基于焊缝智能识别技术的环盘类零件多工位机器人焊接系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于智能制造领域，提供一种环盘类零件焊缝智能识别的多工位机器人焊接系统。包括机器人系统、控制系统、夹具系统、机器视觉系统、焊接系统和安全防护系统。机器人系统中两个供料机器人背向放置于两个成品架前侧，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；控制系统中的PLC控制柜与四个机器人控制柜通信，机器人控制柜控制机器人本体运动；机器视觉系统包括CCD传感器、辅助光源和工控机。本发明能够用于环盘类零件的智能高效焊接，可以自动检测识别焊缝位置和宽度，焊接质量可靠，焊接效率高。

Description

一种基于焊缝智能识别技术的环盘类零件多工位机器人焊接系统
技术领域
本发明属于智能制造领域，涉及一种基于焊缝智能识别技术的环盘类零件多工位机器人焊接系统。
背景技术
环盘类零件是一类特点鲜明并且用途广泛的零件。其几何形状比较简单，但是型号繁多且个体尺寸差异较大，在大批量加工时工艺复杂。法兰和管桩端板是两种典型的环盘类零件。目前，环盘类零件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。环盘类零件型号众多，焊接过程中面临零件重量较大、焊缝宽度不均匀和位置不固定等难题。
在现有技术中，环盘类零件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。由于环盘类零件焊缝宽度不均匀和位置不固定，用焊接专机焊接的效果往往大打折扣。
所以，研究一种既能智能识别环盘类零件焊缝位置和宽度、又能实现高效率焊接的方法非常必要，本发明实现了环盘类零件的智能高效焊接。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种基于焊缝智能识别技术的环盘类零件多工位机器人焊接系统，该系统能够用于环盘类零件的智能高效焊接，可以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：
一种基于焊缝智能识别技术的环盘类零件多工位机器人焊接系统,该多工位机器人焊接系统包括机器人系统、控制系统、夹具系统、机器视觉系统、焊接系统和安全防护系统。
所述的机器人系统包括两个供料机器人、两个焊接机器人，四个机器人结构及组成基本一致，技术参数有差别；所述的两个供料机器人背向放置于两个成品架前侧，每个供料机器人前下方各放置一个上料毛坯架，供料机器人将环盘类零件毛坯搬运至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PLC发出的动作指令后，在焊接电源输出的焊接电压和焊接电流作用下，通过焊枪起弧执行焊接任务，焊接完成后，一个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。
所述的控制系统包括四个机器人控制柜、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，每个机器人各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；供料机器人控制柜执行上下料程序，控制供料机器人完成供料任务；所述的PLC控制柜通过电缆与四个机器人控制柜通信；所述人机界面通过电缆与PLC控制柜、四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、急停按钮、焊接程序切换按钮以及报警信息显示界面，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两个供料机器人夹具、两个成品架、两个上料毛坯架和上料毛坯架底座。所述的两个供料机器人夹具内安装测距传感器和电永磁铁，电永磁铁通电产生磁力，用于夹紧环盘类零件毛坯，测距传感器用于测量供料机器人手腕末端法兰盘中心点和上料毛坯架或成品架最上层工件的距离；所述的两个成品架放置在人机界面前方；所述的上料毛坯架有多种不同型号，不同型号的上料毛坯架对应不同尺寸的环盘类零件毛坯，所述的环盘类零件毛坯的焊缝位置必需位于上料架外侧固定杆A和上料架外侧固定杆B中间，这样放置有助于毛坯被供料机器人夹取拍照时焊缝位于CCD传感器拍照视场内；所述的上料毛坯架底座上面安装汽缸锁紧装置，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。在辅助光源的照射下，所述的CCD图像传感器对环盘类零件毛坯拍照获取焊缝图像，然后通过数据线缆传输给工控机内部的图像处理软件。所述的工控机位于PLC控制柜内，工控机内安装图像处理软件，图像处理软件对焊缝图像信息进行图像预处理和特征提取后得到环盘类零件毛坯的焊缝数据信息，并将焊缝数据信息传送至焊接机器人控制柜，所述的焊缝数据信息包括焊缝宽度X、焊缝内外两个端点位置和焊缝中心线坐标。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。所述的焊缝宽度X为0.8≤X≤2.1mm或2.1＜X≤3.5mm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，控制焊接机器人完成焊接任务得到成品。
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，机器人手腕位于机器人手臂上；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)操作人员将装有环盘类零件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)供料机器人移动至上料毛坯架上方，通过供料机器人夹具内的测距传感器测量机器人手腕末端法兰盘中心点与上料毛坯架最上端环盘类零件毛坯的距离，然后供料机器人夹具向下移动相同距离接触到毛坯，供料机器人夹具中的电永磁铁通电产生磁力夹紧两块毛坯。
3)供料机器人将毛坯搬运至CCD传感器分别对两块毛坯的焊缝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成品架最上端环盘类零件的距离，然后向下移动相同的距离接触到成品架上的零件，此时供料机器人夹具中的电永磁铁断电松开两个成品件，将其放于成品架上。
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，而且能够解决环盘类零件毛坯焊缝位置不固定、宽度不均匀影响焊接效果的问题，实现环盘类零件的智能化焊接。
本发明的有益效果是：该多工位机器人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；通过机器视觉系统，能够准确识别焊缝位置和宽度，实现了焊缝信息的智能识别。
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上料毛坯架底座，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电缆，13测距传感器，14环盘类零件毛坯，15焊接电源，16供料机器人夹具，17供料机器人，18上料架外侧固定杆A，19上料架外侧固定杆B，20机器人手腕，21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：
一种基于焊缝智能识别技术的环盘类零件多工位机器人焊接系统包括机器人系统、控制系统、夹具系统、机器视觉系统、焊接系统和安全防护系统。
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9，四个机器人结构及组成基本一致，技术参数有差别；所述的两个供料机器人17背向放置于两个成品架1前侧，每个供料机器人手臂21下方各放置一个上料毛坯架，供料机器人将环盘类零件毛坯搬运至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并排放置在两个供料机器人中间偏前位置。
控制系统包括四个机器人控制柜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12与四个机器人控制柜通信；所述人机界面6通过电缆与PLC控制柜、四个机器人控制柜通信。
所述的夹具系统包括两个供料机器人夹具16、两个成品架1、两个上料毛坯架4和上料毛坯架底座5。所述的两个供料机器人夹具16内安装测距传感器13和电永磁铁，电永磁铁通电产生磁力，用于夹紧环盘类零件毛坯，测距传感器用于测量供料机器人手腕21末端法兰盘中心点和上料毛坯架或成品架最上层工件的距离；所述的两个成品架1放置在人机界面6前方；所述的上料毛坯架4有多种不同型号，不同型号的上料毛坯架对应不同尺寸的环盘类零件毛坯14，毛坯焊缝位置必须位于上料毛坯架外侧两根固定杆(固定杆A17和固定杆B18)中间，这样放置有助于毛坯被供料机器人夹取拍照时焊缝位于CCD相机拍照视场内；所述的上料毛坯架底座5上面安装汽缸锁紧装置，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传感器3对环盘类零件毛坯14拍照获取焊缝图像，然后传输给工控机，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安装于焊接机器人手腕20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。
本实施例的工作过程为：
1)操作人员将装有环盘类零件毛坯的上料毛坯架4用天车或叉车吊运至底座5，并用汽缸锁紧装置锁紧。
2)供料机器人移动至上料毛坯架4上方，通过供料机器人夹具内的测距传感器13测量机器人手腕末端法兰盘中心点与上料毛坯架最上端环盘类零件毛坯的距离，然后供料机器人夹具向下移动相同距离接触到毛坯，供料机器人夹具中的电永磁铁通电产生磁力夹紧两块毛坯。
3)供料机器人将毛坯搬运至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测量手腕和成品架最上端环盘类零件的距离，然后向下移动相同的距离接触到成品架上的零件，此时供料机器人17夹具中的电永磁铁断电松开两个成品件，将其放于成品架1上。

Claims (5)

1.一种环盘类零件焊缝智能识别的多工位机器人焊接系统,其特征在于,该多工位机器人焊接系统包括机器人系统、控制系统、夹具系统、机器视觉系统、焊接系统和安全防护系统；
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)；所述的两个供料机器人(17)背向放置于两个成品架(1)前侧，每个供料机器人(17)前下方各放置一个上料毛坯架(4)，供料机器人(17)将环盘类零件毛坯(14)搬运至CCD传感器(3)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)前方，焊接机器人(9)收到PLC控制柜(7)发出的动作指令后完成焊接任务，一个供料机器人(17)将成品搬运至成品架(1)，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；
所述的控制系统包括四个机器人控制柜(2)、一个PLC控制柜(7)和人机界面(6)；所述的PLC控制柜(7)与四个机器人控制柜(2)通信，机器人控制柜控制机器人本体运动；所述的人机界面(6)与PLC控制柜(7)、四个机器人控制柜(2)通信；
所述的夹具系统包括两个供料机器人夹具(16)、两个成品架、两个上料毛坯架(4)和上料毛坯架底座(5)；所述的两个供料机器人夹具(16)内安装测距传感器(13)和电永磁铁，电永磁铁用于夹紧环盘类零件毛坯(14)，测距传感器(13)用于测量供料机器人手腕(20)末端法兰盘中心点和上料毛坯架(4)或成品架(1)最上层工件的距离；所述的两个成品架(1)放置在人机界面(6)前方；所述的上料毛坯架(4)固定在上料毛坯架底座(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CCD图像传感器(3)获取环盘类零件毛坯(14)的焊缝图像，所述的环盘类零件毛坯(14)的焊缝位置位于上料架外侧固定杆A(18)和上料架外侧固定杆B(19)中间；所述的工控机位于PLC控制柜(7)内，工控机内的图像处理软件对焊缝图像信息进行图像预处理和特征提取后得到焊缝数据信息，并将焊缝数据信息传送至焊接机器人控制柜；
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)安装于焊接机器人手腕(20)部位；所述的焊接电源(15)与焊接机器人控制柜(2)通信；所述的气瓶(8)为焊枪(10)提供CO2气源；
所述的安全防护系统包括外围护栏、安全围栏(12)、防碰撞传感器和安全光栅。
2.根据权利要求1所述的一种环盘类零件焊缝智能识别的多工位机器人焊接系统，其特性在于，所述的焊缝数据信息包括焊缝宽度X、焊缝内外两个端点位置和焊缝中心线坐标。
3.根据权利要求1或2所述的一种环盘类零件焊缝智能识别的多工位机器人焊接系统，其特性在于，所述的焊缝宽度X在0.8≤X≤2.1mm或2.1＜X≤3.5mm两个区间内，焊接机器人控制柜(2)执行不同动作指令。
4.根据权利要求1或2所述的一种环盘类零件焊缝智能识别的多工位机器人焊接系统，其特性在于，所述的夹具系统中的上料毛坯架(4)有不同型号，分别对应不同尺寸的环盘类零件毛坯(14)。
5.根据权利要求3所述的一种环盘类零件焊缝智能识别的多工位机器人焊接系统，其特性在于，所述的夹具系统中的上料毛坯架(4)有不同型号，分别对应不同尺寸的环盘类零件毛坯(14)。
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