CN106826001A - 一种焊接控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焊接控制系统及其控制方法，所述第一图像采集模块，第二图像采集模块、第一焊接工作台装夹传感器、第二焊接工作台装夹传感器、焊接工作台距离传感器和焊接工作台移动电机控制按钮分别接在PLC的输入端口上；焊接检测摄像头与焊缝图像处理模块连接，然后焊缝图像处理模块连接到PLC的输入端口上；焊接机器人控制系统一端接PLC，另一端接机器人主体；第一接触器线圈、第二接触器线圈、第三接触器线圈和第四接触器线圈与PLC的输出端相连。该控制系统能够自动识别工件类型，从而自动选择加工程序，能够自动检测焊接质量，该控制系统的控制方法能够减少加工时间，减少焊枪的待机时间。

Description

一种焊接控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种焊接控制系统及其控制方法。

背景技术

焊接机器人常用与汽车生产线上，代替人工焊接，能够大量的节省人力，而且能够24小时工作。但是常用的焊接机器人控制系统在实用中还是存在着一定的缺陷，焊接不同工件的时候需要人工的选择焊接程序，焊缝接质量的检测受人为因素的影响，控制流程单一，会使焊枪处于待机状态，浪费焊接时间等问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种焊接控制系统及其控制方法，该控制系统能够自动识别工件类型，从而自动选择焊接程序 ，能够自动检测焊接质量，该控制系统的控制方法能够减少焊接时间，减少焊枪的待机时间。

本发明采用的技术方案如下：

本发明公开了一种焊接控制系统及其控制方法，所述第一工件识别摄像头和第二工件识别摄像头，分别与第一工件识别图像处理模块和第二工件识别图像处理模块连接，然后第一工件识别图像处理模块和第二工件识别图像处理模块分别连接到PLC的输入端口上；第一工件识别摄像头和第一工件识别图像处理模块构成了第一图像采集模块，第二工件识别摄像头和第二工件识别图像处理模块构成了第二图像采集模块；第一焊接工作台装夹传感器和第二焊接工作台装夹传感器分别接在PLC的输入端口上；焊接检测摄像头与焊缝图像处理模块连接，然后焊缝图像处理模块连接到PLC的输入端口上；焊接工作台距离传感器连接在PLC的输入端口上；焊接工作台移动电机控制按钮接在PLC的输入端上；焊接机器人控制系统一端接PLC，另一端接机器人主体；第一焊接工作台移动电机和第二焊接工作台移动电机分别连接在第一接触器的常开触点上和第二接触器的常开触点上，然后第一接触器和第二接触器的线圈与PLC的输出端相连；第一焊接工作台转动电机和第二焊接工作台转动电机分别连接在第三接触器的常开触点上和第四接触器的常开触点上，然后第三接触器和第四接触器的线圈与PLC的输出端相连。

进一步的，所述焊接机器人控制系统的内部急停模块、外部急停模块、系统初始化模块、零点确认模块、编程模块、通讯模块、焊接模块全部都连接在机器人主控器上；焊接模块由一个6轴伺服电机驱动放大器、6个伺服驱动电机和6个光电编码器构成；6轴伺服驱动电机放大器与机器人主控器相连，6个伺服驱动电机分别接在6轴伺服驱动电机放大器上，每给伺服驱动电机上都接一个光电编码器，该焊接模块够成了一个闭环结构；

所述内部急停模块用于整个焊接机器人控制系统的电路保护；所述外部急停模块，用于紧急停止焊接机器人的工作状态；系统初始化模块，用于对焊接机器人进行初始化；零点确认模块用于确认焊接机器人各轴角度和零点是否准确；编程模块用于对需要焊接的工件进行程序编制和存储；通讯模块用于和PLC进行交互通讯；焊接模块属于执行模块，完成整个焊接工作。

进一步的，所述第一工件识别摄像头和第二工件识别摄像头分别安装在第一焊接工作台和第二焊接工作台上，用于检测待焊接工件的形状；所述第一焊接工作台装夹传感器和第二焊接工作台装夹传感器分别安装在第一焊接工作台和第二焊接工作台上，用于检测焊接工作台上的夹具是否装夹工件；所述焊接监测摄像头安装在焊枪处，跟随焊枪一起移动，用于检测焊接的质量；焊接工作台距离传感器采用的是对射式广电传感器，其发射端安装在第一焊接工作台上，接收端安装在第二焊接工作台上，用于检测两工作台之间的距离；PLC与焊接机器人控制系统之间采用现场总线的方式进行连接，其间的信号传递是双向的，PLC通过焊接机器人控制系统读取焊接机器人的工作状态，同时PLC也发送指令给焊接机器人的控制系统来控制控制焊接机器人工作。

进一步的，所述焊接控制系统的控制方法步骤如下：

（1）焊接机器人通电初始化；

（2）校正焊接机器人各轴的角度和零点位置，确定焊枪的坐标；

（3）调节第一焊接工作台和第二焊接工作台的相对位置；

（4）装夹工件；

（5）工件形状识别；

（6）调用工件对应的焊接程序；

（7）确定工件的焊接模式；

（8）工件焊接质量检测。

进一步的，所述第一焊接工作台和第二焊接工作台之间的距离S是通过焊接工作台移动电机控制按钮对PLC 发送控制信号，控制第一焊接工作台移动电机和第二焊接工作台移动电机进行调节的，光电传感器对距离S进行测量，然后将测量的距离以模拟量的形式发送给PLC，两焊接工作台间的距离S为一般为5～30m。

进一步的，所述工件装夹是人工完成的，当工件装夹完成后，第一焊接工作台装夹传感器或第二焊接工作台装夹传感器检测到第一焊接工作台上的夹具或第二焊接工作台上的夹具装夹有工件时，第一工件识别摄像头或第二工件识别摄像头才开始对工件的形状进行识别；

工件识别是通过第一工件识别摄像头或第二工件识别摄像头对工件的外形进行采集，然后将采集的信息发送给第一工件识别图像处理模块或第二工件识别图像处理模块进行图像处理和信息保存，然后再将信息发送给PLC。

进一步的，其特征是，所述调用工件对应的焊接程序前，需先通过焊接机器人控制系统编程模块将需要焊接工件的焊接程序编好，并分别保存为“工件1”、“工件2”、“工件3”......“工件N”；再通过第一图像采集模块或第二图像采集模块对工件的形状采集处理后将信号发送给PLC；PLC通过处理后将采集到的图像信号分别与所编制好的焊接程序“工件1”、“工件2”、“工件3”......“工件N”匹配；

在进行工件焊接时，第一图像采集模块或第二图像采集模块采集并识别工件形状，调用已经匹配好的程序进行焊接，若没有匹配好的程序则不进行工件焊接。

进一步的，所述工件的焊接模式分为焊接工作台旋转和不旋转两种模式；

（1）焊接工作台不旋转模式，按照工件装夹先后的顺序来进行焊接，哪个焊接工作台上先装夹工件，就先焊接哪个工件，焊接完后再焊接另一个焊接工作台上的工件；

（2）焊接工作台旋转模式一，同焊接工作台不旋转模式一样，按工件装夹先后顺序焊接；

（3）焊机工作台旋转模式二，哪个焊接工作台上先装夹工件，就先焊接哪个工件，当焊接工作台需要转动时，在转动期间，焊枪移动到第二个焊接工作台处去焊接第二个工件，当第二个焊接工作台需要旋转时，又移动到原来的焊接工作台去焊接原来没有焊接完的工件，若再次需要旋转又去焊接第二个工件，按照这种焊接方式循环直到工件焊接完为止；

两种模式的选择依据为：

不需要焊接工作台旋转的工件，采用焊接工作台不旋转模式焊接；

焊枪移动的时间T1>工作台旋转的时间T2，采用焊接工作台旋转模式一焊接；

焊枪移动的时间T1<工作台旋转的时间T2，采用焊接工作台旋转模式二焊接；

其中焊枪移动的速度V一般为1～5m/s，焊枪移动的时间T1由第一焊接工作台和第二焊接工作台之间的距离S和焊枪移动的速度V决定。

进一步的，所述工件焊接质量检测前，需要对焊接质量的判断样本进行采集，通过焊接检测摄像头采集三个以上的焊接样本，焊接检测摄像头将采集到的信息发送给焊缝图像处理模块进行处理和保存，再将信息发送给PLC；

焊接质量检测时，摄像头跟随焊枪移动，采集焊接信号，然后跟原来存储的样本信息相对比，进而判断焊接的质量；质量不达标则需重新焊接。。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

（1）能够自动选择焊接程序，避免了人工选择程序的麻烦和节省了选择程序的时间。

同过图像采集模块能够自动的识别工件的外形，从而自动调用编制好的焊接程序，避免了多次焊接不同工件进行选择程序的麻烦。

（2）避免了因人为检测造成的焊接质量不均。

焊接质量检测采用焊接摄像头来进行采样检测，通过与判断样本的对比从而确定焊接质量的好坏，判断样本越多，焊接检测越严格，得到的工件质量越高。

（3）能够减少焊接时间，减少焊枪的待机时间。

不同的工件采用不同的焊接模式能够减少工件的焊接时间，提高生产效率。

附图说明

图1是本发明的系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示：本发明公开了一种焊接控制系统及其控制方法，所述第一工件识别摄像头和第二工件识别摄像头，分别与第一工件识别图像处理模块和第二工件识别图像处理模块连接，然后第一工件识别图像处理模块和第二工件识别图像处理模块分别连接到PLC的输入端口上；第一工件识别摄像头和第一工件识别图像处理模块构成了第一图像采集模块，第二工件识别摄像头和第二工件识别图像处理模块构成了第二图像采集模块；第一焊接工作台装夹传感器和第二焊接工作台装夹传感器分别接在PLC的输入端口上；焊接检测摄像头与焊缝图像处理模块连接，然后焊缝图像处理模块连接到PLC的输入端口上；焊接工作台距离传感器连接在PLC的输入端口上；焊接工作台移动电机控制按钮接在PLC的输入端上；焊接机器人控制系统一端接PLC，另一端接机器人主体；第一焊接工作台移动电机和第二焊接工作台移动电机分别连接在第一接触器的常开触点上和第二接触器的常开触点上，然后第一接触器和第二接触器的线圈与PLC的输出端相连；第一焊接工作台转动电机和第二焊接工作台转动电机分别连接在第三接触器的常开触点上和第四接触器的常开触点上，然后第三接触器和第四接触器的线圈与PLC的输出端相连。

进一步的，所述焊接机器人控制系统的内部急停模块、外部急停模块、系统初始化模块、零点确认模块、编程模块、通讯模块、焊接模块全部都连接在机器人主控器上；焊接模块由一个6轴伺服电机驱动放大器、6个伺服驱动电机和6个光电编码器构成；6轴伺服驱动电机放大器与机器人主控器相连，6个伺服驱动电机分别接在6轴伺服驱动电机放大器上，每给伺服驱动电机上都接一个光电编码器，该焊接模块够成了一个闭环结构；

所述内部急停模块用于整个焊接机器人控制系统的电路保护；所述外部急停模块，用于紧急停止焊接机器人的工作状态；系统初始化模块，用于对焊接机器人进行初始化；零点确认模块用于确认焊接机器人各轴角度和零点是否准确；编程模块用于对需要焊接的工件进行程序编制和存储；通讯模块用于和PLC进行交互通讯；焊接模块属于执行模块，完成整个焊接工作。

进一步的，所述第一工件识别摄像头和第二工件识别摄像头分别安装在第一焊接工作台和第二焊接工作台上，用于检测待焊接工件的形状；所述第一焊接工作台装夹传感器和第二焊接工作台装夹传感器分别安装在第一焊接工作台和第二焊接工作台上，用于检测焊接工作台上的夹具是否装夹工件；所述焊接监测摄像头安装在焊枪处，跟随焊枪一起移动，用于检测焊接的质量；焊接工作台距离传感器采用的是对射式广电传感器，其发射端安装在第一焊接工作台上，接收端安装在第二焊接工作台上，用于检测两工作台之间的距离；PLC与焊接机器人控制系统之间采用现场总线的方式进行连接，其间的信号传递是双向的，PLC通过焊接机器人控制系统读取焊接机器人的工作状态，同时PLC也发送指令给焊接机器人的控制系统来控制控制焊接机器人工作。

进一步的，所述焊接控制系统的控制方法步骤如下：

（1）焊接机器人通电初始化；

（2）校正焊接机器人各轴的角度和零点位置，确定焊枪的坐标；

（3）调节第一焊接工作台和第二焊接工作台的相对位置；

（4）装夹工件；

（5）工件形状识别；

（6）调用工件对应的焊接程序；

（7）确定工件的焊接模式；

（8）工件焊接质量检测。

进一步的，所述第一焊接工作台和第二焊接工作台之间的距离S是通过焊接工作台移动电机控制按钮对PLC 发送控制信号，控制第一焊接工作台移动电机和第二焊接工作台移动电机进行调节的，光电传感器对距离S进行测量，然后将测量的距离以模拟量的形式发送给PLC，两焊接工作台间的距离S为一般为5～30m。小型工件的距离取5m，中型工件的距离取15m，大型工件的距离取30m。

进一步的，所述工件装夹是人工完成的，当工件装夹完成后，第一焊接工作台装夹传感器或第二焊接工作台装夹传感器检测到第一焊接工作台上的夹具或第二焊接工作台上的夹具装夹有工件时，第一工件识别摄像头或第二工件识别摄像头才开始对工件的形状进行识别；

工件识别是通过第一工件识别摄像头或第二工件识别摄像头对工件的外形进行采集，然后将采集的信息发送给第一工件识别图像处理模块或第二工件识别图像处理模块进行图像处理和信息保存，然后再将信息发送给PLC。

进一步的，其特征是，所述调用工件对应的焊接程序前，需先通过焊接机器人控制系统编程模块将需要焊接工件的焊接程序编好，并分别保存为“工件1”、“工件2”、“工件3”......“工件N”；再通过第一图像采集模块或第二图像采集模块对工件的形状采集处理后将信号发送给PLC；PLC通过处理后将采集到的图像信号分别与所编制好的焊接程序“工件1”、“工件2”、“工件3”......“工件N”匹配；

在进行工件焊接时，第一图像采集模块或第二图像采集模块采集并识别工件形状，调用已经匹配好的程序进行焊接，若没有匹配好的程序则不进行工件焊接。

进一步的，所述工件的焊接模式分为焊接工作台旋转和不旋转两种模式；

（1）焊接工作台不旋转模式，按照工件装夹先后的顺序来进行焊接，哪个焊接工作台上先装夹工件，就先焊接哪个工件，焊接完后再焊接另一个焊接工作台上的工件；

（2）焊接工作台旋转模式一，同焊接工作台不旋转模式一样，按工件装夹先后顺序焊接；

（3）焊机工作台旋转模式二，哪个焊接工作台上先装夹工件，就先焊接哪个工件，当焊接工作台需要转动时，在转动期间，焊枪移动到第二个焊接工作台处去焊接第二个工件，当第二个焊接工作台需要旋转时，又移动到原来的焊接工作台去焊接原来没有焊接完的工件，若再次需要旋转又去焊接第二个工件，按照这种焊接方式循环直到工件焊接完为止；

两种模式的选择依据为：

不需要焊接工作台旋转的工件，采用焊接工作台不旋转模式焊接；

焊枪移动的时间T1>工作台旋转的时间T2，采用焊接工作台旋转模式一焊接；

焊枪移动的时间T1<工作台旋转的时间T2，采用焊接工作台旋转模式二焊接；

其中焊枪移动的速度V一般为1～5m/s，焊枪移动的时间T1由第一焊接工作台和第二焊接工作台之间的距离S和焊枪移动的速度V决定。一般情况下焊枪移动的越快越好，此处焊枪的移动速度取4m/s。

进一步的，所述工件焊接质量检测前，需要对焊接质量的判断样本进行采集，通过焊接检测摄像头采集三个以上的焊接样本，焊接检测摄像头将采集到的信息发送给焊缝图像处理模块进行处理和保存，再将信息发送给PLC；

焊接质量检测时，摄像头跟随焊枪移动，采集焊接信号，然后跟原来存储的样本信息相对比，进而判断焊接的质量；质量不达标则需重新焊接。

以上所述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 (9)

1.一种焊接控制系统，其特征是，第一工件识别摄像头和第二工件识别摄像头，分别与第一工件识别图像处理模块和第二工件识别图像处理模块连接，然后第一工件识别图像处理模块和第二工件识别图像处理模块分别连接到PLC的输入端口上；第一工件识别摄像头和第一工件识别图像处理模块构成了第一图像采集模块，第二工件识别摄像头和第二工件识别图像处理模块构成了第二图像采集模块；第一焊接工作台装夹传感器和第二焊接工作台装夹传感器分别接在PLC的输入端口上；焊接检测摄像头与焊缝图像处理模块连接，然后焊缝图像处理模块连接到PLC的输入端口上；焊接工作台距离传感器连接在PLC的输入端口上；焊接工作台移动电机控制按钮接在PLC的输入端上；焊接机器人控制系统一端接PLC，另一端接机器人主体；第一焊接工作台移动电机和第二焊接工作台移动电机分别连接在第一接触器的常开触点上和第二接触器的常开触点上，然后第一接触器和第二接触器的线圈与PLC的输出端相连；第一焊接工作台转动电机和第二焊接工作台转动电机分别连接在第三接触器的常开触点上和第四接触器的常开触点上，然后第三接触器和第四接触器的线圈与PLC的输出端相连。

2.根据权利要求1所述的焊接控制系统，其特征是，所述焊接机器人控制系统的内部急停模块、外部急停模块、系统初始化模块、零点确认模块、编程模块、通讯模块、焊接模块全部都连接在机器人主控器上；焊接模块由一个6轴伺服电机驱动放大器、6个伺服驱动电机和6个光电编码器构成；6轴伺服驱动电机放大器与机器人主控器相连，6个伺服驱动电机分别接在6轴伺服驱动电机放大器上，每给伺服驱动电机上都接一个光电编码器，该焊接模块够成了一个闭环结构；

所述内部急停模块用于整个焊接机器人控制系统的电路保护；所述外部急停模块，用于紧急停止焊接机器人的工作状态；系统初始化模块，用于对焊接机器人进行初始化；零点确认模块用于确认焊接机器人各轴角度和零点是否准确；编程模块用于对需要焊接的工件进行程序编制和存储；通讯模块用于和PLC进行交互通讯；焊接模块属于执行模块，完成整个焊接工作。

3.根据权利要求1所述的焊接控制系统，其特征是，所述第一工件识别摄像头和第二工件识别摄像头分别安装在第一焊接工作台和第二焊接工作台上，用于检测待焊接工件的形状；所述第一焊接工作台装夹传感器和第二焊接工作台装夹传感器分别安装在第一焊接工作台和第二焊接工作台上，用于检测焊接工作台上的夹具是否装夹工件；

所述焊接监测摄像头安装在焊枪处，跟随焊枪一起移动，用于检测焊接的质量；焊接工作台距离传感器采用的是对射式广电传感器，其发射端安装在第一焊接工作台上，接收端安装在第二焊接工作台上，用于检测两工作台之间的距离；PLC与焊接机器人控制系统之间采用现场总线的方式进行连接，其间的信号传递是双向的，PLC通过焊接机器人控制系统读取焊接机器人的工作状态，同时PLC也发送指令给焊接机器人的控制系统来控制控制焊接机器人工作。

4.根据权利要求1所述的焊接控制系统的控制方法，其特征是，所述焊接控制系统的控制方法步骤如下：

（1）焊接机器人通电初始化；

（2）校正焊接机器人各轴的角度和零点位置，确定焊枪的坐标；

（3）调节第一焊接工作台和第二焊接工作台的相对位置；

（4）装夹工件；

（5）工件形状识别；

（6）调用工件对应的焊接程序；

（7）确定工件的焊接模式；

（8）工件焊接质量检测。

5.根据权利要求4所述的焊接控制系统的控制方法，其特征是，所述第一焊接工作台和第二焊接工作台之间的距离S是通过焊接工作台移动电机控制按钮对PLC 发送控制信号，控制第一焊接工作台移动电机和第二焊接工作台移动电机进行调节的，光电传感器对距离S进行测量，然后将测量的距离以模拟量的形式发送给PLC，两焊接工作台间的距离S为一般为5～30m。

6.根据权利要求4所述的焊接控制系统的控制方法，其特征是，所述工件装夹是人工完成的，当工件装夹完成后，第一焊接工作台装夹传感器或第二焊接工作台装夹传感器检测到第一焊接工作台上的夹具或第二焊接工作台上的夹具装夹有工件时，第一工件识别摄像头或第二工件识别摄像头才开始对工件的形状进行识别；

工件识别是通过第一工件识别摄像头或第二工件识别摄像头对工件的外形进行采集，然后将采集的信息发送给第一工件识别图像处理模块或第二工件识别图像处理模块进行图像处理和信息保存，然后再将信息发送给PLC。

7.根据权利要求4所述的焊接控制系统的控制方法，其特征是，所述调用工件对应的焊接程序前，需先通过焊接机器人控制系统编程模块将需要焊接工件的焊接程序编好，并分别保存为“工件1”、“工件2”、“工件3”......“工件N”；再通过第一图像采集模块或第二图像采集模块对工件的形状采集处理后将信号发送给PLC；PLC通过处理后将采集到的图像信号分别与所编制好的焊接程序“工件1”、“工件2”、“工件3”......“工件N”匹配；

在进行工件焊接时，第一图像采集模块或第二图像采集模块采集并识别工件形状，调用已经匹配好的程序进行焊接，若没有匹配好的程序则不进行工件焊接。

8.根据权利要求4所述的焊接控制系统的控制方法，其特征是，所述工件的焊接模式分为焊接工作台旋转和不旋转两种模式；

（1）焊接工作台不旋转模式，按照工件装夹先后的顺序来进行焊接，哪个焊接工作台上先装夹工件，就先焊接哪个工件，焊接完后再焊接另一个焊接工作台上的工件；

（2）焊接工作台旋转模式一，同焊接工作台不旋转模式一样，按工件装夹先后顺序焊接；

（3）焊机工作台旋转模式二，哪个焊接工作台上先装夹工件，就先焊接哪个工件，当焊接工作台需要转动时，在转动期间，焊枪移动到第二个焊接工作台处去焊接第二个工件，当第二个焊接工作台需要旋转时，又移动到原来的焊接工作台去焊接原来没有焊接完的工件，若再次需要旋转又去焊接第二个工件，按照这种焊接方式循环直到工件焊接完为止；

两种模式的选择依据为：

不需要焊接工作台旋转的工件，采用焊接工作台不旋转模式焊接；

焊枪移动的时间T1>工作台旋转的时间T2，采用焊接工作台旋转模式一焊接；

焊枪移动的时间T1<工作台旋转的时间T2，采用焊接工作台旋转模式二焊接；

其中焊枪移动的速度V一般为1～5m/s，焊枪移动的时间T1由第一焊接工作台和第二焊接工作台之间的距离S和焊枪移动的速度V决定。

9.根据权利要求4所述的焊接控制系统的控制方法，其特征是，所述工件焊接质量检测前，需要对焊接质量的判断样本进行采集，通过焊接检测摄像头采集三个以上的焊接样本，焊接检测摄像头将采集到的信息发送给焊缝图像处理模块进行处理和保存，再将信息发送给PLC；

焊接质量检测时，焊接检测摄像头跟随焊枪移动，采集焊接信号，然后跟原来存储的样本信息相对比，进而判断焊接的质量；质量不达标则需重新焊接。