CN108971752A - 可自动识别并抓取焊接位的焊接设备 - Google Patents

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丁泽民
祝自圆
张永进
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Abstract

本发明公开了一种可自动识别并抓取焊接位的焊接设备。该焊接设备包括四轴控制系统、激光出光控制系统、光学自动成像系统和激光测距系统，激光出光控制系统滑动安装在四轴控制系统上，光学自动成像系统设置在激光出光控制系统的底部，激光测距系统设置在光学自动成像系统的侧面；而在四轴控制系统上还安装有一个焊接平台光学自动成像系统和激光测距系统均位于焊接平台的正上方。本发明中的可自动识别并抓取焊接位的焊接设备通过将多个系统结合使用，能够同时对零件各处各面乃至多个零件进行焊接加工，一方面，节省了大量的时间和人力，提高了焊接加工的效率，另一方面，还提高了焊接加工的精度，保证了零件的合格率，降低了零件的生产成本。

Description

可自动识别并抓取焊接位的焊接设备
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种可自动识别并抓取焊接位的焊接设备。
背景技术
焊接是很多零件和设备在生产加工时所要必须经历的步骤，对于很多设备来说，其在加工过程中往往需要对数量较多的零件进行焊接工作；而对于很多零件来说，一般不仅要对其多个表面进行焊接，往往还要对其各个表面上的多个位置进行焊接，整个零件乃至设备的焊接工作相当复杂，其工作量也较大。
现有技术中，激光焊接技术较之常规的高温焊接技术具有准确高效安全等优点，正在逐渐兴起。然而，在焊接技术发展的同时，焊接设备本身的构造和效率等并没有明显改进，在进行焊接时，一般是将零件等以合适的角度装夹固定在平台上，其某个面对准固定角度的激光出口，以对该面上的特定部位进行焊接，然后在需要对该面的其他部位、该零件的其他面或者其他零件进行焊接工作时，就需要将零件卸下并以新的角度重新装夹固定。其一方面，需要耗费大量的时间和人力，焊接加工的效率较为底下，另一方面，由于对零件进行多次装夹，往往会造成零件表面划伤以及焊接位置的误差的积累，从而降低了焊接加工的精度，影响了零件的合格率，提高了零件的生产成本。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种可自动识别并抓取焊接位的焊接设备。
根据本发明的一个方面，提供了一种可自动识别并抓取焊接位的焊接设备，包括一个四轴控制系统、一个激光出光控制系统、一个光学自动成像系统和一个激光测距系统，其中，激光出光控制系统滑动安装在四轴控制系统上，光学自动成像系统设置在激光出光控制系统的底部，激光测距系统设置在光学自动成像系统的侧面；而在四轴控制系统上还安装有一个焊接平台，光学自动成像系统和激光测距系统均位于焊接平台的正上方。
本发明中的可自动识别并抓取焊接位的焊接设备通过将四轴控制系统、激光出光控制系统、光学自动成像系统和激光测距系统等结合使用，能够同时对零件的各处、各面乃至多个零件进行焊接加工，一方面，节省了大量的时间和人力，提高了焊接加工的效率，另一方面，还提高了焊接加工的精度，保证了零件的合格率，降低了零件的生产成本。
在一些实施方式中，四轴控制系统包括一个水平的X轴电动滑台、一个水平的Y轴电动滑台、一个竖直的Z轴电动滑台和一个电动旋转机构，其中，Y轴电动滑台滑动安装在X轴电动滑台上，电动旋转机构滑动安装在Y轴电动滑台上，而焊接平台安装在电动旋转机构的顶部。由此，设置了四轴控制系统的具体结构，可以对焊接平台以及放置在焊接平台上的零件进行任意位置角度的控制调整，从而方便地对零件的各处、各面乃至多个零件进行焊接加工。
在一些实施方式中，激光出光控制系统包括有激光器出口、镜片箱和聚焦镜片，其中，激光器出口滑动安装在Z轴电动滑台上，镜片箱设置在激光器出口的底部，聚焦镜片则安装在镜片箱的底部。由此，设置了激光出光控制系统的具体结构和位置，能够发射出激光并且根据实际情况对其控制调整。
在一些实施方式中，镜片箱内设置有双轴控制反光镜片。由此，设置了镜片箱的结构，从而使激光能够准确地从激光器出口经过镜片箱从聚焦镜片处射出。
在一些实施方式中，激光器出口、镜片箱和聚焦镜片均具有两个并且并排设置。由此，能够同时发射和控制两束激光，从而进一步提高焊接加工的效率。
在一些实施方式中，光学自动成像系统包括一个反射箱和一个相机，其中，反射箱设置在聚焦镜片的底部并且位于焊接平台的正上方，而相机安装在反射箱的侧面并与反射箱相对应。由此，设置了光学自动成像系统的结构，能够对焊接平台上的零件进行拍摄，抓取其特征、并计算所需要的差值数据。
在一些实施方式中，反射箱的内部设置有反射镜和光源。由此，设置了反射箱的结构，提供了合适的环境使相机能够准确地对焊接平台上的零件进行拍摄。
在一些实施方式中，激光测距系统包括一个激光测距仪，激光测距仪设置在反射箱的侧面并且位于焊接平台的正上方。由此，激光测距仪能够测量其到焊接平台上的零件的距离，并配合光学自动成像系统所拍摄的图像计算所需要的差值数据。
在一些实施方式中，还包括一个底板，四轴控制系统设置在底板上。由此，将整个焊接设备设置在底板上，可以将底板设置在工作台上，以用稳定地于进行焊接加工。
附图说明
图1为本发明一实施方式的可自动识别并抓取焊接位的焊接设备的结构图；
图2为图1所示可自动识别并抓取焊接位的焊接设备的另一角度的视图；
图3为图1所示可自动识别并抓取焊接位的焊接设备的侧视图；
图4为图1所示可自动识别并抓取焊接位的焊接设备的工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的可自动识别并抓取焊接位的焊接设备的结构，图2显示了图1中的可自动识别并抓取焊接位的焊接设备的另一角度的结构，图3显示了图1中的可自动识别并抓取焊接位的焊接设备的侧面结构。如图1-3所示，该设备包括一块水平的底板6、一个四轴控制系统1、一个激光出光控制系统2、一个光学自动成像系统3、一个激光测距系统4和一个水平的焊接平台5。其中，四轴控制系统1直接安装在底板6上，激光出光控制系统2滑动安装在四轴控制系统1上，光学自动成像系统3设置在激光出光控制系统2的底部，激光测距系统4设置在光学自动成像系统3的侧面，而焊接平台5安装在四轴控制系统1上，并且位于光学自动成像系统3和激光测距系统4的正下方。
四轴控制系统1包括一个水平的长形的X轴电动滑台11、一个水平的长形的Y轴电动滑台12、一个竖直的Z轴电动滑台13和一个电动旋转机构14。其中，X轴电动滑台11固定安装在底板6上，而Z轴电动滑台13固定安装在设置在底板6上的一个竖直的安装架61上，Y轴电动滑台12滑动安装在X轴电动滑台11上并且与X轴电动滑台11的延伸方向相互垂直，电动旋转机构14滑动安装在Y轴电动滑台12上并且能够沿着其自身的竖直的中轴进行旋转，而焊接平台5则固定安装在电动旋转机构14的顶部。由此可见，四轴控制系统1通过X轴、Y轴、Z轴和旋转轴等从各方向进行操作，对焊接平台5上放置的零件进行从多个角度进行位置调整。
激光出光控制系统2包括有激光器出口21、镜片箱22和聚焦镜片23。其中，激光器出口21滑动安装在竖直的Z轴电动滑台13上，其能够向下方发射激光。镜片箱22设置在激光器出口21的底部，其内部设置有双轴控制反光镜片，反光镜片能够对激光进行反射，并且反射后的激光的方向大致向下，而通过控制镜片箱22还能够控制激光反射的具体方向并且使反射后的激光进行移动，以进行焊接工作。而聚焦镜片23则安装在镜片箱22的底部，能够对从镜片箱22射出的激光的角度进行调整，使其落到零件上时能够起到最佳焊接效果。由此可见，激光出光控制系统2能够发射激光并且对激光的角度和幅度进行控制，以对零件进行焊接。
此外，优选地，可以设置激光出光控制系统2由两组并排排列的激光器出口21、镜片箱22和聚焦镜片23组成，由此可以同时发射两道激光，以从两个不同的角度对零件进行焊接工作，或者对两个不同的连接进行焊接工作。
光学自动成像系统3包括一个反射箱31和一个相机32。其中，反射箱31设置在聚焦镜片23的底部并且位于焊接平台5的正上方，而反射箱31的内部设置有反射镜和光源。但并不会干扰到从聚焦镜片23射出的激光的光路。相机32则安装在反射箱31的侧面并与反射箱31相对应，即在光源的照明下，相机32镜头能够通过反射镜对设置在焊接平台5上的零件进行拍摄。
激光测距系统4包括一个激光测距仪41，而激光测距仪41设置在反射箱31的另一个侧面上并且同样位于焊接平台5的正上方。激光测距仪41能够测量其与焊接平台5的距离，可以配合光学自动成像系统3使用，使相机32达到最佳的拍摄效果。
图4显示了图1中的可自动识别并抓取焊接位的焊接设备的工作原理。如图4所示，在使用该焊接设备时，将需要进行焊接的一个或多个零件放置到焊接平台5上，首先，四轴控制系统1会通过对其各轴进行控制将焊接平台5移动到一个焊接位，具体为将零件需要进行最先焊接的部分移动到聚焦镜片23和反射箱31的正下方；然后激光测距系统4通过激光测距仪41测量其与焊接平台5之间的距离，同时光学自动成像系统3通过相机32和反射镜对零件和进行拍摄并抓取其图像特征，计算零件的相关数据，并配合激光测距仪41所测量的数据计算出焊接位置的实际尺寸和公称尺寸的差值；再然后，激光出光控制系统2根据该差值计算调整激光的发射角度和路径，并按照合适的角度和路径发射一道或多道激光对零件进行焊接；最后，在该次焊接完成后，通过四轴控制系统1控制改变焊接平台5和路径的位置和角度，并将其移动到下一个焊接位，即将零件上需要进行下次焊接的另一位置或另一面移动到聚焦镜片23和反射箱31的正下方，重复上述步骤，即可在不需要将零件重复取下安装的情况下，完成整个焊接工作。
本发明中的可自动识别并抓取焊接位的焊接设备通过将四轴控制系统、激光出光控制系统、光学自动成像系统和激光测距系统等结合使用，能够同时对零件的各处、各面乃至多个零件进行焊接加工，一方面，节省了大量的时间和人力，提高了焊接加工的效率，另一方面，还提高了焊接加工的精度，保证了零件的合格率，降低了零件的生产成本。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.可自动识别并抓取焊接位的焊接设备，其特征在于：包括一个四轴控制系统(1)、一个激光出光控制系统(2)、一个光学自动成像系统(3)和一个激光测距系统(4)，其中，所述激光出光控制系统(2)滑动安装在所述四轴控制系统(1)上，所述光学自动成像系统(3)设置在所述激光出光控制系统(2)的底部，所述激光测距系统(4)设置在所述光学自动成像系统(3)的侧面；而在所述四轴控制系统(1)上还安装有一个焊接平台(5)，所述光学自动成像系统(3)和所述激光测距系统(4)均位于所述焊接平台(5)的正上方。
2.根据权利要求1所述的可自动识别并抓取焊接位的焊接设备，其特征在于：所述四轴控制系统(1)包括一个水平的X轴电动滑台(11)、一个水平的Y轴电动滑台(12)、一个竖直的Z轴电动滑台(13)和一个电动旋转机构(14)，其中，所述Y轴电动滑台(12)滑动安装在所述X轴电动滑台(11)上，所述电动旋转机构(14)滑动安装在所述Y轴电动滑台(12)上，而所述焊接平台(5)安装在所述电动旋转机构(14)的顶部。
3.根据权利要求2所述的可自动识别并抓取焊接位的焊接设备，其特征在于：所述激光出光控制系统(2)包括有激光器出口(21)、镜片箱(22)和聚焦镜片(23)，其中，所述激光器出口(21)滑动安装在所述Z轴电动滑台(13)上，所述镜片箱(22)设置在所述激光器出口(21)的底部，所述聚焦镜片(23)则安装在所述镜片箱(22)的底部。
4.根据权利要求3所述的可自动识别并抓取焊接位的焊接设备，其特征在于：所述镜片箱(22)内设置有双轴控制反光镜片。
5.根据权利要求3所述的可自动识别并抓取焊接位的焊接设备，其特征在于：所述激光器出口(21)、所述镜片箱(22)和所述聚焦镜片(23)均具有两个并且并排设置。
6.根据权利要求3所述的可自动识别并抓取焊接位的焊接设备，其特征在于：所述光学自动成像系统(3)包括一个反射箱(31)和一个相机(32)，其中，所述反射箱(31)设置在所述聚焦镜片(23)的底部并且位于所述焊接平台(5)的正上方，而所述相机(32)安装在所述反射箱(31)的侧面并与所述反射箱(31)相对应。
7.根据权利要求6所述的可自动识别并抓取焊接位的焊接设备，其特征在于：所述反射箱(31)的内部设置有反射镜和光源。
8.根据权利要求6所述的可自动识别并抓取焊接位的焊接设备，其特征在于：所述激光测距系统(4)包括一个激光测距仪(41)，所述激光测距仪(41)设置在所述反射箱(31)的侧面并且位于所述焊接平台(5)的正上方。
9.根据权利要求1所述的可自动识别并抓取焊接位的焊接设备，其特征在于：还包括一个底板(6)，所述四轴控制系统(1)设置在底板上。
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