CN106041258B - 一种智能化机器人焊接系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种智能化机器人焊接系统，包括一焊接装配测量部分，用于高精度的在线检测以及分析焊接环境中的焊接装配的参数或信息；一焊缝路径自适应控制部分，用于实时调整焊接路径，纠正焊接路径的偏差；一焊接工艺参数检测部分，用于检测并记录焊接过程中的焊接参数；一焊缝成形自适应控制部分，用于焊接时装配的各项参数的实时调整；一焊接熔池监视部分，用于采集以及处理焊接时焊接区域的图像，以及实现图像的实时显示、录制和存储；一设备状态检测部分，用于实时检测整个机器人焊接系统的运行参数。

Description

一种智能化机器人焊接系统
技术领域
本发明涉及电子机械领域，具体为一种智能化机器人焊接系统。
背景技术
运载火箭主要由箭体结构、动力装置系统和控制系统组成。其中，箭体结构是运载火箭最为关键的结构部件，具有大尺寸、轻质、薄壁、复杂等典型特征，因此，箭体结构的制造水平是运载火箭运载能力和部署能力的重要决定因素。而焊接作为箭体结构制造过程中的一道重要工序，焊接质量的好坏直接影响到箭体结构的质量。
运载火箭箭体结构在焊接生产过程中，由于材料可焊性差、质量要求高、工件尺寸大、结构复杂、焊接装配精度难以保证的难点，造成质量稳定性不足、产能不足等现象。常规自动化设备(如焊接机器人)，其焊接路径和焊接参数是根据实际作业条件预先设置的，在焊接时缺少外部信息传感和实时调整控制功能，焊接机器人对焊接作业条件的稳定性要求严格，而箭体结构因尺寸大、壁薄，导致易变形。因此，不同零件在实际焊接过程中，会因加工或装配上的误差、变形造成焊缝位置和间隙的随机变化，从而造成常规焊接机器人无法满足使用要求。
为了克服机器人焊接过程中各种不确定性因素对焊接质量的影响，提高机器人作业的智能化水平和工作的可靠性，要求弧焊机器人系统不仅能实现空间焊缝的自动实时跟踪，而且还能实现焊接参数的在线调整和焊缝质量的实时控制。
因此有必要提出一种智能化焊接系统来解决上述问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种智能化机器人焊接系统，解决了现有技术中一种或以上的缺陷。
实现上述目的的技术方案是：一种智能化机器人焊接系统，包括
一焊接装配测量部分，用于高精度的在线检测以及分析焊接环境中的焊接装配的参数或信息；
一焊缝路径自适应控制部分，用于实时调整焊接路径，纠正焊接路径的偏差；
一焊接工艺参数检测部分，用于检测并记录焊接过程中的焊接参数；
一焊缝成形自适应控制部分，用于焊接时装配的各项参数的实时调整；
一焊接熔池监视部分，用于采集以及处理焊接时焊接区域的图像，以及实现图像的实时显示、录制和存储；
一设备状态检测部分，用于实时检测整个机器人焊接系统的运行参数。
进一步的，所述焊接装配测量部分包括
一激光扫描传感器，用于扫描并焊接区域并获取及上传焊接区域的各种参数或信息，包括焊缝间隙、错边量、坡口角度；
一传感器控制器，用于控制各种传感器，包括该激光扫描传感器。
一工控机，所述传感器控制器连接于该工控机，该工控机用于控制整个机器人焊接系统；
一数据分析模块，连接于所述工控机，该数据分析模块用于分析所述激光扫描传感器上传的各种参数或信息。
进一步的，所述焊接装配测量部分还包括
一第一通讯模块，用于所述焊接装配测量部分、焊缝路径自适应控制部分、焊缝路径自适应控制部分、焊接工艺参数检测部分、焊缝成形自适应控制部分以及焊接熔池监视部分之间的数据或信息的传递；
一接口板，用于所述焊接装配测量部分的数据或信息的导入或导出。
进一步的，所述焊缝路径自适应控制部分包括
一激光跟踪传感器，连接于所述传感器控制器，该激光跟踪传感器用于实时跟踪检测以及上传焊接路径上的各种参数或信息，包括焊缝间隙、错边量、坡口角度；
一路径误差分析判断模块，连接于所述工控机，该路径误差分析判断模块根据所述激光跟踪传感器上传的焊接路径上的各种参数或信息分析并判断该焊接路径是否存在偏差；
一路径修正模块，连接于所述工控机，该路径修正模块用于修正存在偏差的焊接路径；
一第二通讯模块，用于所述焊接装配测量部分、所述焊缝路径自适应控制部分、焊缝路径自适应控制部分、焊接工艺参数检测部分、焊缝成形自适应控制部分以及焊接熔池监视部分之间的数据或信息的传递。
进一步的，所述焊接工艺参数检测部分包括
一电流传感器，连接于所述传感器控制器，该电流传感器用于实时检测焊接过程中的电流参数；
一电压传感器，连接于所述传感器控制器，该电压传感器用于实时检测焊接过程中的电压参数；
一送丝速度传感器，连接于所述传感器控制器，该送丝速度传感器用于实时检测焊接装配的送丝速度；
一气体流量传感器，连接于所述传感器控制器，该气体流量传感器用于检测焊接时的焊接气体流量；
一第三通讯系统，用于所述焊接装配测量部分、所述焊缝路径自适应控制部分、焊缝路径自适应控制部分、焊接工艺参数检测部分、焊缝成形自适应控制部分以及焊接熔池监视部分之间的数据或信息的传递。
进一步的，所述焊缝成形自适应控制部分包括
一视觉传感器，连接于所述传感器控制器，该视觉传感器用于获取焊接时焊接缝的图像/视频信息并将获取的图像/视频信息与基准的图像/视频信息进行比较；
一数据采集卡，连接于所述工控机，该数据采集卡用于采集该智能化机器人焊接装配各工件的工艺参数；
一图像处理模块，连接于所述工控机，该图像处理模块用于处理所述视觉传感器所传递至的图像/视频信息；
一预测控制模块，连接于所述工控机，该预测控制模块用于预判工艺参数，并将预判的工艺参数传递至所述工控机；
一第四通讯模块，用于所述焊接装配测量部分、所述焊缝路径自适应控制部分、焊缝路径自适应控制部分、焊接工艺参数检测部分、焊缝成形自适应控制部分以及焊接熔池监视部分之间的数据或信息的传递。
进一步的，所述焊接熔池监视部分包括
一高动态CMOS摄像机，连接于所述工控机，该动态CMOS摄像机用于实时获取焊接熔池的图像/视频信息；
至少一大功率LED照明光源，用于提供摄像光源；
一电动调焦镜头，设于所述动态CMOS摄像机上，用于实时调整动态CMOS摄像机的焦距；
一第五通讯模块，用于所述焊接装配测量部分、所述焊缝路径自适应控制部分、焊缝路径自适应控制部分、焊接工艺参数检测部分、焊缝成形自适应控制部分以及焊接熔池监视部分之间的数据或信息的传递。
进一步的，所述设备状态检测部分包括
至少一检测传感器，连接于所述传感器控制器，用于检测该智能化机器人各个设备的参数；所述设备包括机器人本体、操作机、变位机、焊接设备、工装及辅助装置；
一第六通讯模块，用于所述焊接装配测量部分、所述焊缝路径自适应控制部分、焊缝路径自适应控制部分、焊接工艺参数检测部分、焊缝成形自适应控制部分以及焊接熔池监视部分之间的数据或信息的传递。
本发明的优点是：本发明的智能化机器人焊接系统，在焊接过程中，能够克服各种不确定性因素对焊接质量的影响：通过焊接装配测量部分实现高精度的在线检测以及分析焊接环境中的焊接装配的参数或信息，实现焊前装配检测；通过焊缝路径自适应控制部分准确地实时寻缝并调整机器人或者专机轨迹，防止焊偏等问题；提高了机器人作业的智能化水平和工作的可靠性，要求弧焊机器人系统不仅能实现空间焊缝的自动实时跟踪，而且还能实现焊接参数的在线调整和焊缝质量的实时控制。
附图说明
图1是发明实施例的智能化机器人焊接系统模块图。
1焊接装配测量部分； 11激光扫描传感器；
12传感器控制器； 13工控机；
14数据分析模块； 15第一通讯模块；
16接口板； 2焊缝路径自适应控制部分；
21激光跟踪传感器； 22路径误差分析判断模块；
23路径修正模块； 24第二通讯模块；
3焊接工艺参数检测部分； 31电流传感器；
32电压传感器； 33送丝速度传感器；
34气体流量传感器； 35第三通讯系统；
4焊缝成形自适应控制部分； 41视觉传感器；
42数据采集卡； 43图像处理模块；；
44预测控制模块； 45第四通讯模块；
5焊接熔池监视部分； 51高动态CMOS摄像机；
52大功率LED照明光源； 53电动调焦镜头；
54第五通讯模块； 6设备状态检测部分；
61检测传感器； 62第六通讯模块。
具体实施方式
实施例，如图1所示，一种智能化机器人焊接系统，包括一焊接装配测量部分1、一焊缝路径自适应控制部分2、一焊接工艺参数检测部分3、一焊缝成形自适应控制部分4、一焊接熔池监视部分5以及一设备状态检测部分6。
其中，该焊接装配测量部分1用于高精度的在线检测以及分析焊接环境中的焊接装配的参数或信息，实现焊前装配检测。
具体的，该焊接装配测量部分1包括一激光扫描传感器11、一传感器控制器12、一工控机13、一数据分析模块14、一第一通讯模块15以及接口板16等。
该激光扫描传感器11用于扫描并焊接区域并获取及上传焊接区域的各种参数或信息，包括焊缝间隙、错边量、坡口角度；将这些数据或信息在工控机13上图形显示并上传至上位机保存。
该传感器控制器12，用于控制该激光扫描传感器11，包括该激光扫描传感器11。
该工控机13是整个系统的核心，传感器控制器12连接于该工控机13，该工控机13用于控制整个机器人焊接系统。
该数据分析模块14连接于工控机13，该数据分析模块14中包括硬件部分和软件部分，该数据分析模块14用于分析所述激光扫描传感器11上传的各种参数或信息。
该第一通讯模块15用于焊接装配测量部分1、焊缝路径自适应控制部分2、焊缝路径自适应控制部分2、焊接工艺参数检测部分3、焊缝成形自适应控制部分4以及焊接熔池监视部分5之间的数据或信息的传递。
该接口板16用于焊接装配测量部分1的数据或信息的导入或导出，通过该接口板16可以连接外部设备。
该焊缝路径自适应控制部分2用于实时调整焊接路径，纠正焊接路径的偏差。该焊缝路径自适应控制部分2能够在工件存在一致性误差和装配误差的情况下，准确地实时寻缝并调整机器人或者专机轨迹，防止焊偏等问题。
具体的，该焊缝路径自适应控制部分2包括一激光跟踪传感器21、一路径误差分析判断模块22、一路径修正模块23以及一第二通讯模块24。
具体的，该激光跟踪传感器21连接于传感器控制器12。当焊接时，该激光跟踪传感器21实时地跟踪扫描并检测焊接路径以及上传焊接路径上的各种参数或信息，包括焊缝间隙的大小、焊缝走向、错边量、坡口角度等。
该路径误差分析判断模块22连接于工控机13，该路径误差分析判断模块22根据激光跟踪传感器21上传的焊接路径上的各种参数或信息分析并判断该焊接路径是否存在偏差。
该路径修正模块23连接于工控机13。若焊接路径存在偏差，则工控机13发送路径修正指令至路径修正模块23，该路径修正模块23修正存在偏差的焊接路径。
该第二通讯模块24用于焊接装配测量部分1、焊缝路径自适应控制部分2、焊缝路径自适应控制部分2、焊接工艺参数检测部分3、焊缝成形自适应控制部分4以及焊接熔池监视部分5之间的数据或信息的传递。
该焊接工艺参数检测部分3用于检测并记录焊接过程中的焊接参数。该焊接工艺参数检测部分3通过各类传感器实时检测并记录焊接过程中的焊接参数的变化，为产品数据包提供过程依据，对产品质量追述提供数据依据。
具体的，该焊接工艺参数检测部分3包括一电流传感器31、一电压传感器32、一送丝速度传感器33、一气体流量传感器34、一第三通讯系统35、一数据采集卡42以及处理模块等。
其中，该电流传感器31连接于传感器控制器12。该电流传感器31用于实时检测焊接过程中焊接装配的电流参数。
该电压传感器32连接于所述传感器控制器12。该电压传感器32用于实时检测焊接过程中焊接装配的电压参数。
该送丝速度传感器33连接于传感器控制器12。该送丝速度传感器33用于实时检测焊接装配的送丝速度。
该气体流量传感器34连接于传感器控制器12。该气体流量传感器34用于检测焊接时的焊接气体流量。
该第三通讯系统35用于焊接装配测量部分1、焊缝路径自适应控制部分2、焊缝路径自适应控制部分2、焊接工艺参数检测部分3、焊缝成形自适应控制部分4以及焊接熔池监视部分5之间的数据或信息的传递。
焊缝成形自适应控制部分4用于焊接时装配的各项参数的实时调整。
具体的，该焊缝成形自适应控制部分4包括一视觉传感器41、一数据采集卡42、一图像处理模块43、一预测控制模块44以及一第四通讯模块45。
该视觉传感器41连接于传感器控制器12。该视觉传感器41用于获取焊接时焊接缝的图像/视频信息并将获取的图像/视频信息与基准的图像/视频信息进行比较。
该数据采集卡42连接于工控机13。该数据采集卡42用于采集该智能化机器人焊接装配各工件的工艺参数。
该图像处理模块43连接于工控机13。该图像处理模块43用于处理所述视觉传感器41所传递至的图像/视频信息。
该预测控制模块44连接于工控机13。该预测控制模块44用于预判工艺参数，并将预判的工艺参数传递至工控机13。
该第四通讯模块45用于焊接装配测量部分1、焊缝路径自适应控制部分2、焊缝路径自适应控制部分2、焊接工艺参数检测部分3、焊缝成形自适应控制部分4以及焊接熔池监视部分5之间的数据或信息的传递。
焊接熔池监视部分5用于采集以及处理焊接时焊接区域的图像，以及实现图像的实时显示、录制和存储。
焊接熔池监视部分5包括一高动态CMOS摄像机51、至少一大功率LED照明光源52、一电动调焦镜头53以及一第五通讯模块54。
该高动态CMOS摄像机51，连接于工控机13，该动态CMOS摄像机用于实时获取焊接熔池的图像/视频信息。
该至少一大功率LED照明光源52用于提供摄像光源。
该电动调焦镜头53设于动态CMOS摄像机上，用于实时调整动态CMOS摄像机的焦距。
该第五通讯模块54用于焊接装配测量部分1、焊缝路径自适应控制部分2、焊缝路径自适应控制部分2、焊接工艺参数检测部分3、焊缝成形自适应控制部分4以及焊接熔池监视部分5之间的数据或信息的传递。
该设备状态检测部分6用于实时检测整个机器人焊接系统的运行参数。主要用于机器人、操作机、变位机、焊接设备、工装及辅助装置等设备运行状态检测，为设备故障诊断系统提供数据。
该设备状态检测部分6包括至少一检测传感器61、一第六通讯模块62。
其中，至少一检测传感器61连接于传感器控制器12，用于检测该智能化机器人各个设备的参数；设备包括机器人本体、操作机、变位机、焊接设备、工装及辅助装置。
该第六通讯模块62用于焊接装配测量部分1、焊缝路径自适应控制部分2、焊缝路径自适应控制部分2、焊接工艺参数检测部分3、焊缝成形自适应控制部分4以及焊接熔池监视部分5之间的数据或信息的传递。
具体实施时，以上六个系统部分均由工控机13来实现主控功能。
具体的，首先启动设备状态检测部分6以检测设备是否完好，各项参数是否达到指标。
之后，启动焊接装配测量部分1，通过数字量I/O来实现机器人运动和传感器检测的同步。
之后，工控机13为主控系统，控制焊接开始、起弧、熄弧、机器人行走；与焊机相关的控制信号均通过机器人中转，焊机和送丝机只与机器人通讯，焊机和送丝机的反馈信号均通过机器人中转发给工控机13；焊接电流和送丝速度通过工艺传感器采集，工控机13接收到起弧成功信号后，启动焊接路径自适应控制部分、焊缝成形自适应控制部分4、熔池监视部分、焊接工艺参数检测部分3同步运行；
焊接完成后，通过工控机13点击数据包上传即可将装配数据包、焊接工艺数据包、监视录像、控制数据包上传至总控系统。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种智能化机器人焊接系统，其特征在于，包括
一焊接装配测量部分，用于高精度的在线检测以及分析焊接环境中的焊接装配的参数或信息；
一焊缝路径自适应控制部分，用于实时调整焊接路径，纠正焊接路径的偏差；
一焊接工艺参数检测部分，用于检测并记录焊接过程中的焊接参数；
一焊缝成形自适应控制部分，用于焊接时装配的各项参数的实时调整；
一焊接熔池监视部分，用于采集以及处理焊接时焊接区域的图像，以及实现图像的实时显示、录制和存储；
一设备状态检测部分，用于实时检测整个机器人焊接系统的运行参数；
所述焊接装配测量部分包括
一激光扫描传感器，用于扫描并焊接区域并获取及上传焊接区域的各种参数或信息，包括焊缝间隙、错边量、坡口角度；
一传感器控制器，用于控制各种传感器；
一工控机，所述传感器控制器连接于该工控机，该工控机用于控制整个机器人焊接系统；
一数据分析模块，连接于所述工控机，该数据分析模块用于分析所述激光扫描传感器上传的各种参数或信息；
所述焊缝路径自适应控制部分包括
一激光跟踪传感器，连接于所述传感器控制器，该激光跟踪传感器用于实时跟踪检测以及上传焊接路径上的各种参数或信息，包括焊缝间隙、错边量、坡口角度；
一路径误差分析判断模块，连接于所述工控机，该路径误差分析判断模块根据所述激光跟踪传感器上传的焊接路径上的各种参数或信息分析并判断该焊接路径是否存在偏差；
一路径修正模块，连接于所述工控机，该路径修正模块用于修正存在偏差的焊接路径；
一第二通讯模块，用于所述焊接装配测量部分、所述焊缝路径自适应控制部分、焊缝路径自适应控制部分、焊接工艺参数检测部分、焊缝成形自适应控制部分以及焊接熔池监视部分之间的数据或信息的传递。
2.根据权利要求1所述的智能化机器人焊接系统，其特征在于，所述焊接装配测量部分还包括
一第一通讯模块，用于所述焊接装配测量部分、所述焊缝路径自适应控制部分、焊缝路径自适应控制部分、焊接工艺参数检测部分、焊缝成形自适应控制部分以及焊接熔池监视部分之间的数据或信息的传递；
一接口板，用于所述焊接装配测量部分的数据或信息的导入或导出。
3.根据权利要求1所述的智能化机器人焊接系统，其特征在于，所述焊接工艺参数检测部分包括
一电流传感器，连接于所述传感器控制器，该电流传感器用于实时检测焊接过程中的电流参数；
一电压传感器，连接于所述传感器控制器，该电压传感器用于实时检测焊接过程中的电压参数；
一送丝速度传感器，连接于所述传感器控制器，该送丝速度传感器用于实时检测焊接装配的送丝速度；
一气体流量传感器，连接于所述传感器控制器，该气体流量传感器用于检测焊接时的焊接气体流量；
一第三通讯系统，用于所述焊接装配测量部分、所述焊缝路径自适应控制部分、焊缝路径自适应控制部分、焊接工艺参数检测部分、焊缝成形自适应控制部分以及焊接熔池监视部分之间的数据或信息的传递。
4.根据权利要求1所述的智能化机器人焊接系统，其特征在于，所述焊缝成形自适应控制部分包括
一视觉传感器，连接于所述传感器控制器，该视觉传感器用于获取焊接时焊接缝的图像/视频信息并将获取的图像/视频信息与基准的图像/视频信息进行比较；
一数据采集卡，连接于所述工控机，该数据采集卡用于采集该智能化机器人焊接装配各工件的工艺参数；
一图像处理模块，连接于所述工控机，该图像处理模块用于处理所述视觉传感器所传递至的图像/视频信息；
一预测控制模块，连接于所述工控机，该预测控制模块用于预判工艺参数，并将预判的工艺参数传递至所述工控机；
一第四通讯模块，用于所述焊接装配测量部分、所述焊缝路径自适应控制部分、焊缝路径自适应控制部分、焊接工艺参数检测部分、焊缝成形自适应控制部分以及焊接熔池监视部分之间的数据或信息的传递。
5.根据权利要求1所述的智能化机器人焊接系统，其特征在于，所述焊接熔池监视部分包括
一高动态CMOS摄像机，连接于所述工控机，该动态CMOS摄像机用于实时获取焊接熔池的图像/视频信息；
至少一大功率LED照明光源，用于提供摄像光源；
一电动调焦镜头，设于所述动态CMOS摄像机上，用于实时调整动态CMOS摄像机的焦距；
一第五通讯模块，用于所述焊接装配测量部分、所述焊缝路径自适应控制部分、焊缝路径自适应控制部分、焊接工艺参数检测部分、焊缝成形自适应控制部分以及焊接熔池监视部分之间的数据或信息的传递。
6.根据权利要求1所述的智能化机器人焊接系统，其特征在于，所述设备状态检测部分包括
至少一检测传感器，连接于所述传感器控制器，用于检测该智能化机器人各个设备的参数；所述设备包括机器人本体、操作机、变位机、焊接设备、工装及辅助装置；
一第六通讯模块，用于所述焊接装配测量部分、所述焊缝路径自适应控制部分、焊缝路径自适应控制部分、焊接工艺参数检测部分、焊缝成形自适应控制部分以及焊接熔池监视部分之间的数据或信息的传递。
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