CN108356451B - 一种基于视觉的全自动焊接生产线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于视觉的全自动焊接生产线。它包括视觉检测机构、旋转机构、振动机构、焊接装置、焊接定位装置、下料装置、工作台、电控柜和振动盘，工作台上设振动机构、焊接装置和焊接定位装置，电器柜上面设控制面板，电器柜内设主电源、控制系统和伺服驱动器，主电源、控制系统和伺服驱动器分别与控制系统通过数据线电连接；振动盘与振动机构相连接，振动盘设在振动架上，振动架上设视觉检测机构和旋转机构，旋转机构设在振动机构与振动架之间。所述焊接定位装置包括定位架、第二气缸、第三气缸、第四气缸、推杆、推块、连杆、轴承、探针、推料杆、细杆型气缸。它具有生产完全自动化焊接代替人工焊接，准确率高，从而提高生产效率。

Description

一种基于视觉的全自动焊接生产线
技术领域
本发明涉及一种全自动焊接生产线，尤其涉及一种基于视觉的全自动焊接生产线。
背景技术
目前，自动化焊接生产线在现有技术中已经被广泛应用，大大提高了焊接效率和准确率，同时，也保证了操作人员的安全。在中国发明专利说明书CN106736116A中公开了一种了基于中央计算机全自动控制的机器人自动焊接生产线，通过中央计算机连接并控制各个生产线上的工位控制台内的PLC控制模块；工位控制台包括分别独立连接在中央计算机上的自动焊接工位、自动检测平台、自动矫正平台、装配机器人、自动牵引小车、焊接机器人和焊接变位机；上述工位控制台均设有掌上控制器；其中：中央计算机包括中央控制计算机和中央监控计算机，中央监控计算机与设置在各个工位控制台的摄像头连接，进而实时监控各个工位的工作状态。本发明的生产线，高信息化、智能化、集成化为一体的全自动智能机器人焊接大型零部件的生产线，其结构简单、设计合理、性能安全可靠、有效降低成本、应用效果显著。但是现有技术中的自动化焊接装置仍需人工将待焊工件工装至焊接工位，或者增加输送待焊工件的流水线，不能实现自动化焊接装置与焊接生产线一体化，造成资源浪费。而现有技术的全自动焊接生产线存在的问题是待焊工件存在不能自动送料和自动定位的现象。
发明内容
针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题在于提供一种能自动送料和自动定位的基于视觉的全自动焊接生产线。它具有生产完全自动化焊接代替人工焊接，准确率高，从而提高生产效率。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于视觉的全自动焊接生产线。它包括视觉检测机构、旋转机构、振动机构、焊接装置、焊接定位装置、下料装置、工作台、电控柜和振动盘，工作台上设振动机构、焊接装置和焊接定位装置，下面设下料装置，工作台侧面设电控柜，电控柜上面设控制面板，电控柜内设主电源、控制系统和伺服驱动器，主电源和伺服驱动器分别与控制系统通过数据线电连接；振动盘与振动机构相连接，振动盘设在振动架上，振动架上设视觉检测机构和旋转机构；所述焊接装置包括五轴机器人、设置在保护瓶内的焊接保护气(如CO2保护气)、送丝机、焊枪和焊接电源，五轴机器人上设焊枪，五轴机器人与伺服驱动器通过数据线电连接，且通过伺服驱动器运作，送丝机用于焊枪自动送丝，送丝机与控制主板相电连接，焊接电源的正极接电控柜800的主电源，负极与工作台相连，焊接电源和送丝机通过通讯线相连；所述五轴机器人包括X轴、Y轴、Z轴、第一R轴和第二R轴，X轴水平设在工作台上，X轴上垂直设Z轴，Z轴上垂直设Y轴，Y轴设第一R轴，第一R轴上设第二R轴，第二R轴上通过连接杆设焊枪。
所述视觉检测机构包括检测相机、LED光源、滑杆和滑动导轨，滑杆上设检测相机和LED光源，检测相机和LED光源均最好由两个固定环固定在滑杆上，滑杆设在滑动导轨上，且可以自由滑动，滑杆最好通过滑杆固定环设置在滑动导轨上。
所述旋转机构包括设在振动架上用于向上运动的第一气缸、旋转气缸、挡板、旋转环和独立导轨，旋转气缸固定设在第一气缸上，挡板和旋转环固定设在旋转气缸上，旋转环上设独立导轨，独立导轨与振动机构的振动导轨之间设两个过渡板，其中一个过渡板上与挡板对应位置设挡板槽。
所述振动机构包括振动仪器开关、振动台、振动仪器、支撑杆和振动导轨，振动仪器开关和振动台设在工作台上，振动仪器开关与振动仪器相连接，振动仪器设在振动台内，振动仪器上方振动台上设振动导轨，支撑杆一端通过锁紧环设在振动台上，另一端固定设在振动导轨下面。
所述焊接定位装置包括定位架、第二气缸、第三气缸、第四气缸、推杆、推块、连杆、轴承、探针、推料杆、细杆型气缸，定位架设在工作台上，定位架上设第二气缸、第三气缸、第四气缸和轴承，第二气缸的前端固定设推杆，推杆与推块相连接，推块固定设在第四气缸上，连杆一端与第二气缸相连接，另一端与探针相连，连杆底端固定在轴承上，轴承内圈攻有螺纹，细杆型气缸固定在第三气缸上，推料杆设在细杆型气缸上，推料杆可以在设在振动导轨上的杆横槽内滑动。
所述下料装置包括设在工作台上的落料孔、设在下料通道的下料口和传输带，传输带两侧边上设焊件挡板。
本发明还提供了一种基于视觉的全自动焊接生产线的焊接方法，包括如下步骤：
步骤1：启动电控柜主电源，打开振动仪器开关，在五轴机器人的示教器中预设焊接参数，焊接参数包括焊接速度、焊接时间和焊接路径；HALCON预先处理正确的零件位姿，以便零件的位姿矫正；
步骤2：五轴机器人焊接轨迹模拟运作，然后试焊一个零件，以检验五轴机器人焊接路径的精确性，同时检验气缸复位与启动时间的准时性；
步骤3：当上述2个步骤完成后，振动盘开始自动上料，通过振动导轨向前运动；
步骤4：在零件运动过程中，检测相机实时检测与抓拍图像，当抓拍到零件位姿与预处理的零件位姿图像不一样时，通过检测相机通讯反馈信号给电控柜内控制系统，控制系统传给第一气缸一个启动信号，第一气缸向上运动，带动第一气缸上的挡板一起向上运动，挡板穿过过度板上的挡板槽阻止了后方零件的运动，此时需要调整位姿的零件已在独立导轨上，旋转气缸延时启动，带动独立导轨旋转180度后停止，然后第一气缸在预设的时间内向下运动，复位；独立导轨在过渡板的振动下，将位姿调整后的零件继续向前振动；
步骤5：当有零件接触到探针时，探针反馈一个信号给控制系统，控制系统再发送启动信号，第二气缸向前运动，与第二气缸相连的推杆也相前运动，这时与推杆相连的推块也相前运动，推块通过滑槽阻断了后方零件的运动，与推杆相连的连杆绕着轴承带动探针远离振动导轨，同时第四气缸延时运动，与第四气缸相连的推块将零件推至焊接位置，此时上述焊枪开始按着预设焊接路径开始焊接，焊接结束时，伺服驱动器反馈信号于控制系统，细杆型气缸向前运动，与细杆型气缸相连的第三气缸向垂直于细杆型气缸运动的方向运动，与细杆型气缸相连的推料杆将焊接好的零件推离振动导轨；然后第三气缸和细杆型气缸按照预设时间开始复位；
步骤6：掉落的焊接后的零件通过下料口滑至传送带上，传送带上设有焊件挡板，确保焊接件能完全在传送带上运动，通过传送带将焊接后零件运送至封装处。
与现有技术相比，本发明产生的有益效果是：由于采用了上述结构和焊接方法，振动盘将零件逐一震上振动导轨，振动仪器启动，振动导轨上的零件开始向前运动，通过视觉检测机构来检测零件位姿的正确性，若位姿不正确，可由旋转机构来矫正零件的位姿。零件焊接时由焊接定位装置定位，确保零件焊接时的形位尺寸保持稳定。通过焊接装置对零件进行焊接，焊接后的零件由下料装置卸料，最后通过传送带进行封装。本发明具有自动送料和自动定位的功能。它具有生产完全自动化焊接代替人工焊接，准确率高，从而提高生产效率。
附图说明
图1为本发明总体组成结构示意图；
图2为本发明的焊接定位装置结构示意图；
图3为本发明的焊接定位装置局部放大结构示意图；
图4为本发明的振动机构结构示意图；
图5为本发明的视觉检测机构结构示意图；
图6为本发明的旋转机构结构示意图；
图7为本发明的焊接装置结构示意图；
图8为本发明的下料装置局部结构示意图；
图中：100视觉检测机构、101滑动导轨、102滑杆固定环、103滑杆、104固定环、105LED光源、106检测相机、200旋转机构、201第一气缸、202旋转气缸、203挡板、204旋转环、205过渡板、206独立导轨、300焊接装置、301焊接电源、303焊枪、302 X轴、304第二R轴、305第一R轴、306焊接保护气、307 Z轴、308 Y轴、309送丝机、400振动机构、401振动仪器开关、402振动台、403振动仪器、404锁紧环、405支撑杆、406振动导轨、500焊接定位装置、501第二气缸、502定位架、503连杆、504轴承、505探针、506推块、507第四气缸、508第三气缸、509细杆型气缸、510推料杆、511推杆、512滑槽、600下料装置、601落料孔、602下料口、603传输带、604焊件挡板、700工作台、800电控柜、900振动架和901振动盘。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1至图8示出了本发明组成各种示意图。如图1所示，本发明提供了一种基于视觉的全自动焊接生产线。它包括视觉检测机构100、旋转机构200、振动机构400、焊接装置300、焊接定位装置500、下料装置600、工作台700、电控柜800和振动盘901，工作台700上设振动机构400、焊接装置300和焊接定位装置500，下面设下料装置600，工作台700侧面设电控柜800，电控柜800上面设控制面板，电控柜800内设主电源、控制系统和伺服驱动器，主电源、控制系统和伺服驱动器分别与控制系统通过数据线电连接；振动盘901与振动机构400相连接，振动盘901设在振动架900上，振动架900上设视觉检测机构100和旋转机构200，旋转机构200设在振动机构400与振动架900之间；所述焊接装置300包括五轴机器人、设置在保护瓶内的焊接保护气306(如CO2保护气)、送丝机309、焊枪303和焊接电源301，五轴机器人上设焊枪303，五轴机器人与伺服驱动器通过数据线电连接，且通过伺服驱动器运作，送丝机309用于焊枪303自动送丝，送丝机309与控制主板相电连接，焊接电源301的正极接电控柜800的主电源，负极与工作台700相连，焊接电源301和送丝机309通过通讯线相连；所述五轴机器人包括X轴302、Y轴308、Z轴307、第一R轴305和第二R轴304，X轴302水平设在工作台700上，X轴302上垂直设Z轴307，Z轴307上垂直设Y轴308，Y轴308设第一R轴305，第一R轴305上设第二R轴304，第二R轴304上通过连接杆设焊枪303。所述视觉检测机构100包括检测相机106、LED光源105、滑杆103和滑动导轨101，滑杆103上设检测相机106和LED光源105，检测相机106和LED光源105均最好由两个固定环104固定在滑杆103上，滑杆103设在滑动导轨101上，且可以自由滑动，滑杆103最好通过滑杆固定环102设置在滑动导轨101上。所述旋转机构200包括设在振动架900上用于向上运动的第一气缸201、旋转气缸202、挡板203、旋转环204和独立导轨206，旋转气缸202固定设在第一气缸201上，挡板203和旋转环204固定设在旋转气缸202上，旋转环204上设独立导轨206，独立导轨206与振动机构400的振动导轨406之间设两个过渡板205，其中一个过渡板205上与挡板203对应位置设挡板槽。所述振动机构400包括振动仪器403开关401、振动台402、振动仪器403、支撑杆405和振动导轨406，振动仪器403开关401和振动台402设在工作台700上，振动仪器开关401与振动仪器403相连接，振动仪器403设在振动台402内，振动仪器403上方振动台402上设振动导轨406，支撑杆405一端通过锁紧环404设在振动台402上，另一端固定设在振动导轨406下面。所述焊接定位装置500包括定位架502、第二气缸501、第三气缸508、第四气缸507、推杆511、推块506、连杆503、轴承504、探针505、推料杆510、细杆型气缸509，定位架502设在工作台700上，定位架502上设第二气缸501、第三气缸508、第四气缸507和轴承504，第二气缸501的前端固定设推杆511，推杆511与推块506相连接，推块506固定设在第四气缸507上，连杆503一端与第二气缸501相连接，另一端与探针505相连，连杆503底端固定在轴承504上，轴承504内圈攻有螺纹，细杆型气缸509固定在第三气缸508上，推料杆510设在细杆型气缸509上，推料杆510可在设在振动导轨406上的杆横槽上滑动。所述下料装置600包括设在工作台700上的落料孔601、设在下料通道的下料口602和传输带603，传输带603两侧边上设焊件挡板604。
本发明还提供了一种基于视觉的全自动焊接生产线的焊接方法，包括如下步骤：
步骤1：启动电控柜800主电源，打开振动仪器开关401，在五轴机器人的示教器中预设焊接参数，焊接参数包括焊接速度、焊接时间和焊接路径；HALCON预先处理正确的零件位姿，以便零件的位姿矫正；
步骤2：五轴机器人焊接轨迹模拟运作，然后试焊一个零件，以检验五轴机器人焊接路径的精确性，同时检验气缸复位与启动时间的准时性；
步骤3：当上述2个步骤完成后，振动盘901开始自动上料，通过振动导轨406向前运动；
步骤4：在零件运动过程中，检测相机106实时检测与抓拍图像，当抓拍到零件位姿与预处理的零件位姿图像不一样时，通过检测相机106通讯反馈信号给电控柜800内控制系统，控制系统传给第一气缸201一个启动信号，第一气缸201向上运动，带动第一气缸201上的挡板203一起向上运动，挡板203穿过过度板上的挡板槽阻止了后方零件的运动，此时需要调整位姿的零件已在独立导轨206上，旋转气缸202延时启动，带动独立导轨206旋转180度后停止，然后第一气缸201在预设的时间内向下运动，复位；独立导轨206在过渡板205的振动下，将位姿调整后的零件继续向前振动；
步骤5：当有零件接触到探针505时，探针505反馈一个信号给控制系统，控制系统再发送启动信号，第二气缸501向前运动，与第二气缸501相连的推杆511也相前运动，这时与推杆511相连的推块506也相前运动，推块506通过滑槽512阻断了后方零件的运动，与推杆511相连的连杆503绕着轴承504带动探针505远离振动导轨406，同时第四气缸507延时运动，与第四气缸507相连的推块506将零件推至焊接位置，此时上述焊枪303开始按着预设焊接路径开始焊接，焊接结束时，伺服驱动器反馈信号于控制系统，细杆型气缸509向前运动，与细杆型气缸509相连的第三气缸508向垂直于细杆型气缸509运动的方向运动，与细杆型气缸509相连的推料杆510将焊接好的零件推离振动导轨406；然后第三气缸508和细杆型气缸509按照预设时间开始复位；
步骤6：掉落的焊接后的零件通过下料口602滑至传送带上，传送带上设有焊件挡板604，确保焊接件能完全在传送带上运动，通过传送带将焊接后零件运送至封装处。
本发明工作原理为：
工作时，振动盘901将零件逐一震上振动导轨406，振动仪器403启动，振动导轨406上的零件开始向前运动，通过视觉检测机构100来检测零件位姿的正确性，若位姿不正确，可由旋转机构200来矫正零件的位姿。零件焊接时由焊接定位装置500定位，确保零件焊接时的形位尺寸保持稳定。通过焊接装置300对零件进行焊接，焊接后的零件由下料装置600卸料，最后通过传送带进行封装。本发明具有自动送料和自动定位的功能。它具有生产完全自动化焊接代替人工焊接，准确率高，从而提高生产效率。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以对其做出种种变化。

Claims (7)

1.一种基于视觉的全自动焊接生产线，它包括视觉检测机构(100)、旋转机构(200)、振动机构(400)、焊接装置(300)、焊接定位装置(500)、下料装置(600)、工作台(700)、电控柜(800)和振动盘(901)，工作台(700)上设振动机构(400)、焊接装置(300)和焊接定位装置(500)，下面设下料装置(600)，侧面设电控柜(800)，电控柜(800)上面设控制面板，电控柜(800)内设主电源、控制系统和伺服驱动器，主电源和伺服驱动器分别与控制系统通过数据线电连接；振动盘(901)与振动机构(400)相连接，振动盘(901)设在振动架(900)上，振动架(900)上设视觉检测机构(100)和旋转机构(200)，旋转机构(200)设在振动机构(400)与振动架(900)之间；所述焊接装置(300)包括五轴机器人、设置在保护瓶内的焊接保护气(306)、送丝机(309)、焊枪(303)和焊接电源(301)，五轴机器人上设焊枪(303)，五轴机器人与伺服驱动器通过数据线电连接，且通过伺服驱动器运作，送丝机(309)用于焊枪(303)自动送丝，送丝机(309)与控制主板相电连接，焊接电源(301)的正极接电控柜(800)的主电源，负极与工作台(700)相连，焊接电源(301)和送丝机(309)通过通讯线相连；其特征在于：所述焊接定位装置(500)包括定位架(502)、第二气缸(501)、第三气缸(508)、第四气缸(507)、推杆(511)、推块(506)、连杆(503)、轴承(504)、探针(505)、推料杆(510)、细杆型气缸(509)，定位架(502)设在工作台(700)上，定位架(502)上设第二气缸(501)、第三气缸(508)、第四气缸(507)和轴承(504)，第二气缸(501)的前端固定设推杆(511)，推杆(511)与推块(506)相连接，另一推块固定设在第四气缸(507)上，连杆(503)一端与第二气缸(501)相连接，另一端与探针(505)相连，连杆(503)底端固定在轴承(504)上，轴承(504)内圈攻有螺纹，细杆型气缸(509)固定在第三气缸(508)上，推料杆(510)设在细杆型气缸(509)上，推料杆(510)在设在振动导轨(406)上的杆横槽内滑动。
2.如权利要求1所述的基于视觉的全自动焊接生产线，其特征在于：所述振动机构(400)包括振动仪器开关(401)、振动台(402)、振动仪器(403)、支撑杆(405)和振动导轨(406)，振动仪器开关(401)和振动台(402)设在工作台(700)上，振动仪器开关(401)与振动仪器(403)相连接，振动仪器(403)设在振动台(402)内，振动仪器(403)上方振动台(402)上设振动导轨(406)，支撑杆(405)一端通过锁紧环(404)设在振动台(402)上，另一端固定设在振动导轨(406)下面。
3.如权利要求2所述的基于视觉的全自动焊接生产线，其特征在于：所述视觉检测机构(100)包括检测相机(106)、LED光源(105)、滑杆(103)和滑动导轨(101)，滑杆(103)上设检测相机(106)和LED光源(105)，检测相机(106)和LED光源(105)均由两个固定环(104)固定在滑杆(103)上，滑杆(103)设在滑动导轨(101)上，且自由滑动。
4.如权利要求3所述的基于视觉的全自动焊接生产线，其特征在于：所述旋转机构(200)包括设在振动架(900)上用于向上运动的第一气缸(201)、旋转气缸(202)、挡板(203)、旋转环(204)和独立导轨(206)，旋转气缸(202)固定设在第一气缸(201)上，挡板(203)和旋转环(204)固定设在旋转气缸(202)上，旋转环(204)上设独立导轨(206)，独立导轨(206)与振动机构(400)的振动导轨(406)之间设两个过渡板(205)，其中一个过渡板(205)上与挡板(203)对应位置设挡板槽。
5.如权利要求4所述的基于视觉的全自动焊接生产线，其特征在于：所述下料装置(600)包括设在工作台(700)上的落料孔(601)、设在下料通道的下料口(602)和传输带(603)，传输带(603)两侧边上设焊件挡板(604)。
6.如权利要求5所述的基于视觉的全自动焊接生产线，其特征在于：所述五轴机器人包括X轴(302)、Y轴(308)、Z轴(307)、第一R轴(305)和第二R轴(304)，X轴(302)水平设在工作台(700)上，X轴(302)上垂直设Z轴(307)，Z轴(307)上垂直设Y轴(308)，Y轴(308)设第一R轴(305)，第一R轴(305)上设第二R轴(304)，第二R轴(304)上通过连接杆设焊枪(303)。
7.如权利要求6所述的基于视觉的全自动焊接生产线的焊接方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：启动电控柜(800)主电源，打开振动仪器开关(401)，在五轴机器人的示教器中预设焊接参数，焊接参数包括焊接速度、焊接时间和焊接路径；HALCON预先处理正确的零件位姿，以便零件的位姿矫正；
步骤2：五轴机器人焊接轨迹模拟运作，然后试焊一个零件，以检验五轴机器人焊接路径的精确性，同时检验气缸复位与启动时间的准时性；
步骤3：当上述2个步骤完成后，振动盘(901)开始自动上料，通过振动导轨(406)向前运动；
步骤4：在零件运动过程中，检测相机(106)实时检测与抓拍图像，当抓拍到零件位姿与预处理的零件位姿图像不一样时，通过检测相机(106)通讯反馈信号给电控柜(800)内控制系统，控制系统传给第一气缸(201)一个启动信号，第一气缸(201)向上运动，带动第一气缸(201)上的挡板(203)一起向上运动，挡板(203)穿过过度板上的挡板槽阻止了后方零件的运动，此时需要调整位姿的零件已在独立导轨(206)上，旋转气缸(202)延时启动，带动独立导轨(206)旋转180度后停止，然后第一气缸(201)在预设的时间内向下运动，复位；独立导轨(206)在过渡板(205)的振动下，将位姿调整后的零件继续向前振动；
步骤5：当有零件接触到探针(505)时，探针(505)反馈一个信号给控制系统，控制系统再发送启动信号，第二气缸(501)向前运动，与第二气缸(501)相连的推杆(511)也相前运动，这时与推杆(511)相连的推块(506)也相前运动，推块(506)通过滑槽(512)阻断了后方零件的运动，与推杆(511)相连的连杆(503)绕着轴承(504)带动探针(505)远离振动导轨(406)，同时第四气缸(507)延时运动，与第四气缸(507)相连的推块(506)将零件推至焊接位置，此时上述焊枪(303)开始按着预设焊接路径开始焊接，焊接结束时，伺服驱动器反馈信号于控制系统，细杆型气缸(509)向前运动，与细杆型气缸(509)相连的第三气缸(508)向垂直于细杆型气缸(509)运动的方向运动，与细杆型气缸(509)相连的推料杆(510)将焊接好的零件推离振动导轨(406)；然后第三气缸(508)和细杆型气缸(509)按照预设时间开始复位；
步骤6：掉落的焊接后的零件通过下料口(602)滑至传送带上，传送带上设有焊件挡板(604)，确保焊接件能完全在传送带上运动，通过传送带将焊接后零件运送至封装处。
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