CN108453448A - 机器人全自动管板焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机器人全自动管板焊接方法，所述焊接方法包括：S1,对待焊金属管和金属板工件进行相对定位后，获取待焊工件的位置信息；S2,根据上述待焊工件的位置信息对图像获取装置进行位置调整，使图像获取装置的镜头与金属管同轴；S3,通过图像获取装置获取待焊工件的图像，进而获得待焊工件的实际安装特征；S4，根据待焊工件的实际安装特征调整焊枪的实际焊接参数，移动机器人，使焊枪的旋转中心与金属管轴心保持同轴后，根据实际焊接参数控制焊枪进行焊接。由此可有效提高焊接质量。

Description

机器人全自动管板焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种可有效提高焊接质量的机器人全自动管板焊接方法。

背景技术

金属板与金属管的焊接在锅炉、化工等行业中有大量需求。目前，全自动的管板焊接主要依靠伺服系统和照相机实现，伺服系统为执行机构，照相机负责对焊接处的精准定位，相当于整个系统的眼睛。

其中，于2014年2月5日公开的CN102152033B号专利公开了一种用于管板自动焊接的图像找中定位方法，其主要是通过照相机拍照来识别管口的中心，然后通过利用X轴移动机构和Y轴移动机构将焊枪的旋转中轴线平移到被焊管口的圆心位置后进行焊接。然而，该种技术只局限于定位管口的中心，而在管子安装不到位的情况下，管子与金属板之间的间隙不一时，则很容易出现无法焊接或焊接不到位的质量问题。

有鉴于此，有必要对现有的管板焊接方法予以改进，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可使得整个圆周上的焊缝均可以得到有效焊接，进而有效提高焊接质量和焊接产品的合格率。

为实现上述目的，本发明提供了一种机器人全自动管板焊接方法，所述机器人具有焊接转盘、设置于焊接转盘上的焊枪、设置于焊接转盘旁侧的图像获取装置、电性连接图像获取装置和焊枪的控制装置；所述焊接方法包括：

S1,对待焊金属管和金属板工件进行相对定位后，获取待焊工件的位置信息；

S2,根据上述待焊工件的位置信息对图像获取装置进行位置调整，使图像获取装置的镜头与金属管同轴；

S3,通过图像获取装置获取待焊工件的图像，进而获得待焊工件的实际安装特征；

S4，根据待焊工件的实际安装特征调整焊枪的实际焊接参数，移动焊枪，使焊枪的旋转中心与金属管轴心保持同轴后，根据实际焊接参数控制焊枪进行焊接。

作为本发明的进一步改进，S1步骤中待焊工件的位置信息主要通过如下方式获取：

首先，通过图像获取装置对待焊工件进行拍照，获得具有待焊工件的图像信息；

然后，对图像信息进行分析，获取金属管的轴心相较图像获取装置的镜头轴心的位置信息，即为待焊工件的位置信息。

作为本发明的进一步改进，所述图像获取装置的镜头轴向、金属管的轴向以及焊接转盘的轴线方向相互平行。

作为本发明的进一步改进，所述焊接转盘和图像获取装置共同固定至一悬臂上，所述机器人还具有与悬臂滑动配合的滑架、驱动悬臂在水平方向上沿滑架横向移动的横向移动机构和沿滑架纵向移动的纵向移动机构，于S2步骤中，通过根据上述位置信息对悬臂进行横向和纵向的调节，即可实现使图像获取装置的镜头与金属管同轴。

作为本发明的进一步改进，所述图像获取装置具有固定架、设置于固定架内侧的工业智能相机、固定于固定架末端的照明装置；其中，所述照明装置呈环形，所述工业智能相机的镜头对准照明装置的中心，并且自照明装置中间向外拍照；拍照前控制装置先根据拍照环境对照明装置进行调节控制。

作为本发明的进一步改进，所述实际安装特征包括金属管与金属板上圆孔之间的实际间隙大小信息，所述控制装置内预先设定有金属管与金属板上圆孔之间的最大间隙值Lset，所述S3步骤在获得待焊工件的图像信息后，还包括：

判断金属管与金属板圆孔之间的实际间隙是否有大于最大间隙值Lset的特殊位置；

如果没有，则所述实际安装特征为预设的金属管与金属板之间的安装信息，在S4中保持预定的焊接参数进行焊接；

如果有，则对图像进行分析，获取上述特殊位置的起始位置、间隙最大位置、结束位置以及间隙最大值Lmax。

作为本发明的进一步改进，金属管与金属板圆孔之间的实际间隙有大于预设最大间隙值的特殊位置时，控制装置根据起始位置、间隙最大位置、结束位置以及间隙最大值Lmax对焊枪对应该特殊位置处的焊接半径和焊接角度参数进行调整；而除上述特殊位置处外的其他位置则按照预设的焊接参数进行焊接。

作为本发明的进一步改进，设定金属板上圆孔边缘处一个位置为0°位置，该位置也设定为焊枪的起始焊接位置，控制装置内预设焊接角速度为V，上述特殊位置处的焊接参数的调整方式具体为：

获取间隙最大值Lmax与预设的最大间隙值Lset之间的差值L0；

获取上述起始位置与间隙最大位置之间的角度差值A1，间隙最大位置与结束位置之间的角度差值A2；

根据上述角度差值A1、A2和预设焊接角速度V，获取起始位置到间隙最大位置所需的焊接时间为T1=A1/V，间隙最大位置到结束位置所需的焊接时间为T2=A2/V；

获取焊枪在起始位置到间隙最大位置进行焊接时每秒钟所需的摆动补偿宽度L1=L0/T1，间隙最大位置到结束位置时每秒钟所需的摆动补偿宽度L2=L0/T2；

根据上述摆动补偿宽度调整对应位置处的焊接半径和焊枪的焊接角度。

本发明的有益效果是：本发明焊接方法可使得整个圆周上的焊缝均能得到有效焊接，进而有效提高焊接质量和焊接产品的合格率。

附图说明

图1是本发明焊接方法所涉及机器人的部分示意图。

图2是图1所示机器人圈出部位的放大图。

图3是图1所示机器人另一角度的部分放大图。

图4是图1本发明所涉及的待焊金属管与金属板的安装示意图。

图5是本发明焊接方法的流程图。

具体实施例

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

请参阅图1至图5所示为本发明机器人全自动管板焊接方法所涉及的相关附图。其中图1至图3为机器人的局部示意图，主要显示机器人上焊枪和图像获取装置等的布局关系；图4为待焊金属管与金属板的安装示意图；图5为本发明焊接方法的焊接流程图。

具体地，如图1至图3所示，本实施例中所述机器人具有滑架1、活动设置于滑架1上的悬臂2、驱动悬臂2沿滑架1进行位置调节的第一驱动机构、固定于悬臂2上的焊枪组件3和图像获取装置4、电性连接第一驱动机构、焊枪组件3和图像获取装置4的控制装置5。

所述滑架1具有在水平方向上沿横向延伸的第一滑架11和沿纵向延伸的第二滑架12，所述第一滑架12一端与第一滑架11滑动配合；所述第一驱动机构包括有对悬臂2在水平方向上进行横向调节移动的横向移动机构和进行纵向调节移动的纵向移动机构。

其中，所述焊枪组件3具有基座31、旋转设置于基座31上的焊接转盘32、设置于焊接转盘32上的焊枪33和送丝机构34、驱动焊接转盘32旋转的第二驱动机构321、驱动焊枪33摆动的第三驱动机构331、驱动送丝机构34的第四驱动机构341。所述焊枪组件3通过第二驱动机构321、焊枪33、第三驱动机构331和第四驱动机构341与控制装置5电性连接。

所述图像获取装置4具有固定至基座31上的固定架41、设置于固定架41内侧的工业智能相机42、固定于固定架41末端的照明装置43。其中，所述照明装置43呈环形，且发光方向垂直于所述焊接转盘32。所述工业智能相机42的镜头421对准照明装置43的中心，并且自照明装置43中间向外拍照。所述镜头421与照明装置43同轴，并且拍照方向也垂直于所述焊接转盘32。

结合图4所示，标号6为金属板，标号7为金属管；其中，金属板6上设置有若干用以固定金属管7的圆孔61。从图示中可以看出，于实际安装时，金属管7的轴心与金属板6的圆孔61中心会产生偏离，进而使得金属管7外壁与金属板6圆孔61内壁之间的间隙不均匀；其中，假如控制装置5内预先设定的最大间隙值Lset为1mm，结合图4中标识，实际上从a点开始间隙大于1mm，到b点位置处间隙达到最大，然后到c点间隙又回到1mm。如果仍然按照常规的焊接方法进行焊接，则会出现a点到c点之间局部焊接不到位的质量问题。

为保证焊接质量，本发明配合金属板6和金属管7的实际安装特征，提供一种机器人全自动管板焊接方法，其包括以下步骤：

S1,对待焊金属管7和金属板6工件进行相对定位后，获取待焊工件的位置信息；

S2,根据上述待焊工件的位置信息对图像获取装置进行位置调整，使图像获取装置4的镜头与金属管6保持同轴；

S3,通过图像获取装置4获取待焊工件的图像，进而获得待焊工件的实际安装特征；

S4，根据待焊工件的实际安装特征调整焊枪33的实际焊接参数，移动机器人，使焊枪33的旋转中心与金属管7轴心保持同轴后，根据实际焊接参数控制焊枪33进行焊接。

具体地，S1步骤中待焊工件的位置信息主要通过如下方式获取：

首先，通过图像获取装置4对待焊工件进行拍照，获取具有待焊工件的图像信息；其中，在进行拍照前，通过照明装置43对拍摄条件进行调整，以满足工业智能相机421的拍摄需求，同时使所述图像获取装置4的拍摄方向、金属管7的轴心方向以及焊接转盘32的轴线方向相互平行；

然后，对具有待焊工件的图像信息进行分析，获取金属管7的轴心相较图像获取装置4的镜头421轴心的位置信息，并将该位置信息反馈给控制装置5；当然，也可在图像获取装置4进行拍照后，将拍摄的具有待焊工件的图像信息发送给控制装置5，然后控制装置5再对相关图像信息进行分析确认；其中，因工业智能相机42与焊枪组件3的相对位置时固定的，在上述条件下进行拍照后，可迅速获取到金属管7的轴心相较镜头421拍摄中心点的距离，进而获取到待焊工件的位置信息。

在S1步骤获取到待焊工件的位置信息后，将该位置信息反馈到控制装置5，控制装置5则根据该位置信息对图像获取装置4进行位置调整，即根据上述金属管7轴心相较镜头421拍摄中心点的距离、通过第一驱动机构中的横向移动机构和纵向移动机构对悬臂2进行调节，使图像获取装置4的镜头421与金属管6保持同轴。

进一步地，在图像获取装置4的镜头421与金属管6保持同轴后，进行S3步骤，对待焊工件进行二次拍照，此时因镜头421与金属管6正对，从而二次拍照后可直接获得待焊工件的实际安装特征；该实际安装特征包括金属管7与金属板6上圆孔61之间的实际间隙大小信息。

所述控制装置5内预先设定有金属管7与金属板6上圆孔61之间的最大间隙值Lset，所述S3步骤在获得待焊工件的图像后，还包括：

判断金属管7与金属板6圆孔61之间的实际间隙是否有大于最大间隙值Lset的特殊位置；

如果没有，则所述实际安装特征即为预设的金属管7与金属板6之间的安装信息，在S4中保持预定的焊接参数进行焊接；

如果有，则通过图像获取上述特殊位置的起始位置a、间隙最大位置b、结束位置c以及间隙最大值Lmax。

具体地，设定圆孔61边缘处一个位置为0°位置，该位置也是机器人的起始焊接位置。所述工业智能相机42可根据二次拍照图像直接分析得出上述特殊位置处的起始位置a、间隙最大位置b、结束位置c的位置信息，并将该位置信息以度数形式反馈给控制装置5；控制装置5则根据起始位置a、间隙最大位置b、结束位置c以及间隙最大值Lmax对焊枪33对应该特殊位置处的焊接半径和焊接角度参数进行调整；而除上述特殊位置处之外的其他位置则按照预设的焊接参数进行焊接。

其中，控制装置5内预设焊接角速度为V，控制装置5对上述特殊位置处焊接参数的调整方式具体为：

获取间隙最大值Lmax与预设的最大间隙值Lset之间的差值L0；

获取上述起始位置a与间隙最大位置b之间的角度差值A1，间隙最大位置b与结束位置c之间的角度差值A2；

根据上述角度差值A1、A2和预设焊接角速度V，获取起始位置a到间隙最大位置b所需的焊接时间为T1=A1/V，间隙最大位置b到结束位置c所需的焊接时间为T2=A2/V；

获取焊枪33在起始位置到间隙最大位置进行焊接时每秒钟所需的摆动补偿宽度L1=L0/T1，间隙最大位置到结束位置时每秒钟所需的摆动补偿宽度L2=L0/T2；

根据上述摆动补偿宽度调整对应位置处的焊接半径和焊枪33的焊接角度。

再者，上述S4步骤中，对于焊枪33的旋转中心和金属管7同轴调整的依据为S1步骤，具体为根据S1步骤中的第一拍照获取到的金属管7的位置信息，对焊枪组件3进行位置调整，以方便焊接。

综上所述，经调整后进行焊接时，可使得整个圆周上的焊缝均可以得到有效焊接，进而有效提高焊接质量和焊接产品的合格率。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种机器人全自动管板焊接方法，所述机器人具有焊接转盘、设置于焊接转盘上的焊枪、设置于焊接转盘旁侧的图像获取装置、电性连接图像获取装置和焊枪的控制装置；其特征在于，所述焊接方法包括：

S1,对待焊金属管和金属板工件进行相对定位后，获取待焊工件的位置信息；

S2,根据上述待焊工件的位置信息对图像获取装置进行位置调整，使图像获取装置的镜头与金属管同轴；

S3,通过图像获取装置获取待焊工件的图像，进而获得待焊工件的实际安装特征；

S4，根据待焊工件的实际安装特征调整焊枪的实际焊接参数，移动焊枪，使焊枪的旋转中心与金属管轴心保持同轴后，根据实际焊接参数控制焊枪进行焊接。

2.如权利要求1所述的机器人全自动管板焊接方法，其特征在于：S1步骤中待焊工件的位置信息主要通过如下方式获取：

首先，通过图像获取装置对待焊工件进行拍照，获得具有待焊工件的图像信息；

然后，对图像信息进行分析，获取金属管的轴心相较图像获取装置的镜头轴心的位置信息，即为待焊工件的位置信息。

3.根据权利要求2所述的机器人全自动管板焊接方法，其特征在于：所述图像获取装置的镜头轴向、金属管的轴向以及焊接转盘的轴线方向相互平行。

4.根据权利要求1所述的机器人全自动管板焊接方法，其特征在于：所述焊接转盘和图像获取装置共同固定至一悬臂上，所述机器人还具有与悬臂滑动配合的滑架、驱动悬臂在水平方向上沿滑架横向移动的横向移动机构和沿滑架纵向移动的纵向移动机构，于S2步骤中，通过根据上述位置信息对悬臂进行横向和纵向的调节，即可实现使图像获取装置的镜头与金属管同轴。

5.根据权利要求1所述的机器人全自动管板焊接方法，其特征在于：所述图像获取装置具有固定架、设置于固定架内侧的工业智能相机、固定于固定架末端的照明装置；其中，所述照明装置呈环形，所述工业智能相机的镜头对准照明装置的中心，并且自照明装置中间向外拍照获取图像信息；拍照前控制装置先根据拍照环境对照明装置进行调节控制。

6.如权利要求1所述的机器人全自动管板焊接方法，其特征在于：所述实际安装特征包括金属管与金属板上圆孔之间的实际间隙大小信息，所述控制装置内预先设定有金属管与金属板上圆孔之间的最大间隙值Lset，所述S3步骤在获得待焊工件的图像信息后，还包括：

判断金属管与金属板圆孔之间的实际间隙是否有大于最大间隙值Lset的特殊位置；

如果没有，则所述实际安装特征为预设的金属管与金属板之间的安装信息，在S4中保持预定的焊接参数进行焊接；

如果有，则对图像进行分析，获取上述特殊位置的起始位置、间隙最大位置、结束位置以及间隙最大值Lmax。

7.根据权利要求6所述的机器人全自动管板焊接方法，其特征在于：金属管与金属板圆孔之间的实际间隙有大于预设最大间隙值的特殊位置时，控制装置根据起始位置、间隙最大位置、结束位置以及间隙最大值Lmax对焊枪对应该特殊位置处的焊接半径和焊接角度参数进行调整；而除上述特殊位置处外的其他位置则按照预设的焊接参数进行焊接。

8.根据权利要求7所述的机器人全自动管板焊接方法，其特征在于：设定金属板上圆孔边缘处一个位置为0°位置，该位置也设定为焊枪的起始焊接位置，控制装置内预设焊接角速度为V，上述特殊位置处的焊接参数的调整方式具体为：

获取间隙最大值Lmax与预设的最大间隙值Lset之间的差值L0；

获取上述起始位置与间隙最大位置之间的角度差值A1，间隙最大位置与结束位置之间的角度差值A2；

根据上述角度差值A1、A2和预设焊接角速度V，获取起始位置到间隙最大位置所需的焊接时间为T1=A1/V，间隙最大位置到结束位置所需的焊接时间为T2=A2/V；

获取焊枪在起始位置到间隙最大位置进行焊接时每秒钟所需的摆动补偿宽度L1=L0/T1，间隙最大位置到结束位置时每秒钟所需的摆动补偿宽度L2=L0/T2；

根据上述摆动补偿宽度调整对应位置处的焊接半径和焊枪的焊接角度。