CN109909658A - 一种焊接机器人与焊装夹具自动校准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焊接机器人与焊装夹具自动校准装置及方法，包括焊接机器人和焊装夹具，所述焊装夹具上设有多个校准机构，校准机构包括校准块，校准块与焊装夹具固定，校准块上设有校准锥面，所述焊接机器人上设有焊枪，焊枪枪口内设有校准轴，校准轴端部设有校准锥孔，所述校准锥面与校准校准锥孔适配。本发明提供了一种具有能够自动校准焊装夹具与焊接机器人相对位置，能提高工作效率，且校准装置结构简单的焊接机器人与焊装夹具自动校准装置及方法。

Description

一种焊接机器人与焊装夹具自动校准装置及方法

技术领域

本发明涉及焊接加工技术领域，尤其是涉及一种焊接机器人与焊装夹具自动校准装置及方法。

背景技术

焊接机器人是从事焊接（包括切割与喷涂）的工业机器人。根据国际标准化组织（ISO）工业机器人属于标准焊接机器人的定义，工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机（Manipulator），具有三个或更多可编程的轴，用于工业自动化领域。使用按揭机器人进行焊接时，需要先将加工产品固定在焊装夹具上，再将焊装夹具固定到焊接机器人的安装工位上，再对产品进行焊接。现有焊装夹具及机器人在编号焊缝的程序后，在每一次上机及下机都需要手动重新逐条校准焊缝，因为夹具底板上的定位孔会有间隙，偏差1mm以上焊缝质量就明显下降。焊缝重新校准，每次都依靠人力，很影响工作效率并增加工人的工作强度，频繁切换夹具，人员疏忽之后会影响焊缝质量。

中国专利申请公开号CN205111164U，公开日为2016年02月03日，名称为“一种左侧围工具箱安装连接板总成焊装夹具”，公开了一种左侧围工具箱安装连接板总成焊装夹具，包括侧围工具箱安装连接板总成焊装夹具本体，所述左侧围工具箱安装连接板总成焊装夹具本体的上方安装有上型块，所述上型块双面压紧，所述左侧围工具箱安装连接板总成焊装夹具本体设置有定位销推送机构，所述定位销推送机构安装在侧围工具箱安装连接板总成焊装夹具本体的中央，所述左侧围工具箱安装连接板总成焊装夹具本体安装有减重槽，所述减重槽安装在两侧的支撑架上。但是所述装置无法进行自动校准，无法解决上述的问题。

发明内容

本发明为了克服现有技术中的不足，提供一种具有能够自动校准焊装夹具与焊接机器人相对位置，能提高工作效率，且校准装置结构简单的焊接机器人与焊装夹具自动校准装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种焊接机器人与焊装夹具自动校准装置，包括焊接机器人和焊装夹具，所述焊装夹具上设有多个校准机构，校准机构包括校准块，校准块与焊装夹具固定，校准块上设有校准锥面，所述焊接机器人上设有焊枪，焊枪枪口内设有校准轴，校准轴端部设有校准锥孔，所述校准锥面与校准校准锥孔适配。通过实施上述技术方案，可以实现焊接机器人与焊装夹具自动校准的功能。所述校准机构与焊装夹具的相对位置固定，相对位置误差比焊接加工允许误差小一个数量级，校准机构的位置点可以当做焊装夹具的基准点。焊装夹具安装在焊接机器人工位上时，高度位置由焊装夹具下表面与焊接机器人工位上表面贴合保证，高度尺寸无需校准即可满足加工要求，所以需要校准的尺寸为水平方向上的尺寸。所述校准锥面与校准锥孔拟合时两者轴线重合，多个校准锥面与校准锥孔拟合时，可以保证水平方向上的各个尺寸校准准确。即使所述校准锥面与校准锥孔表面出现磨损，由于锥面有自动拟合效果，水平方向的校准尺寸依旧准确，竖直方向校准尺寸有微小改变，但对焊接加工没有影响。加工前通过所述校准锥面与校准锥孔的拟合，可以得到焊装夹具上校准点的位置消息，建立夹具坐标系，与原始坐标系进行拟合，确定加工路径，无需进行手动夹具校准。

作为优选，所述校准机构还包括保护壳，保护壳与焊装夹具固定，保护壳上端设有通孔，通孔轴线与校准锥面轴线重合。由于焊装夹具需要经常安装加工零件，拆装过程可能会碰撞校准块，改变校准块位置或损坏外形。所述保护壳可以对校准块对进行保护，保证校准块位置准确。所述通孔可以保证保护壳不会对校准运动产生干涉。

作为优选，所述校准块包括依次连接的定位部、底座和校准部，所述校准锥面设置在校准部端部；所述焊装夹具上设有定位孔，定位孔与定位部适配；底座与焊装夹具通过螺栓固定。所述结构可以保证校准块与焊装夹具可拆连接，当校准块磨损后，可以对其进行更换。所述校准部与夹具定位孔配合，可以保证校准块的位置准确。

作为优选，所述校准轴与焊枪螺纹固定。所述结构可以保证校准轴与焊枪可拆连接，当校准轴磨损后，可以对其进行更换

作为优选，所述校准轴端部位于焊枪枪口端面以内。所述结构可以减少校准轴对焊接的影响。同时，焊枪枪口内温度相对枪口外较低，校准轴整个位于枪口内可以在工作时保证校准轴温度不过高，增加其使用寿命。

一种焊接机器人与焊装夹具自动校准方法，采用上述的一种焊接机器人与焊装夹具自动校准装置，包括以下步骤：

a.首次安装：将焊装夹具安装在焊接机器人的焊接工位上；

b.位置测量：将焊枪上的校准锥孔对准焊装夹具上的校准点，记录焊装夹具校准点位置；

c.建立原始坐标系：测量所有校准点位置后，以记录的此时焊装夹具的校准点为基准点建立原始坐标系；

d.路径编程：以原始坐标系为基准，编辑焊接路径程序；

e.加工：按照编程对夹具上的零件进行加工，加工完成后拆卸夹具；

f.后续安装：将焊装夹具安装在焊接机器人的焊接工位上；

g.位置测量：

g1.测量准备：焊枪上的校准孔自动移动到原始坐标系中校准点的上方，保持校准轴水平位置，使校准轴沿竖直方向下降；

g2.位置拟合：使校准斜面部分位于校准孔内时，解除机械臂对焊枪的水平位置的限制，保证校准轴可以在受到力时，能在水平方向上自由移动，继续使校准轴沿竖直方向下降，使校准锥孔与校准锥面完全贴合，记录此时校准点的位置；

h.建立夹具坐标系：测量所有校准点位置后，以记录的此时焊装夹具的校准点为基准点建立夹具坐标系；

i.坐标系拟合：在原始坐标系上加上拟合系数，使原始坐标系与夹具坐标系重合；

j.加工：拟合后的坐标系为基准，调用焊接程序，进行焊接加工，加工完成后拆卸焊装夹具。

通过实施上述技术方案，可以实现焊装夹具的自动校准。因为焊装夹具自身结构是相对稳定的，通过增加焊装夹具上的校准点、增加机器人拟合的功能，在焊装夹具上机的后能自动建立坐标系，与焊装夹具自身坐标系拟合，只要第一次在此坐标系下编程好焊接路径后，其余每次上机均可以自动拟合，更好的找准焊接路径。这样既能维持焊缝质量，提高工作效率，也能减小工作强度。由于焊装夹具自身有一定的定位效果，焊装夹具安装后误差在2mm以内，不满足加工误差需要，但是进行步骤g1时，对尺寸误差要求较低，2mm内的误差不影响测量准备中对位置的确定。

本发明的有益效果是：（1）能够自动校准焊装夹具与焊接机器人相对位置，减小焊接工作人员的工作强度；（2）校准尺寸精度高；（3）校准机构磨损对尺寸精度影响小；（4）校准速度快，工作效率高。

附图说明

图1是本发明中校准机构部分的局部结构示意图；

图2是本发明中校准块的结构示意图；

图3是本发明中焊枪部分的局部结构示意图；

图4是本发明整体结构示意图。

图中：焊接机器人1、焊装夹具2、定位孔2.1、校准机构3、校准块3.1、校准锥面3.1.1、定位部3.1.2、底座3.1.3、校准部3.1.4、保护壳3.2、通孔3.3、焊枪4、校准轴5、校准锥孔5.1。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。

实施例1：

如图1、图2、图3和图4所示，一种焊接机器人与焊装夹具自动校准装置，包括焊接机器人1和焊装夹具2，所述焊装夹具2上设有多个校准机构3，校准机构3包括校准块3.1，校准块3.1与焊装夹具2固定，校准块3.1上设有校准锥面3.1.1，所述焊接机器人1上设有焊枪4，焊枪4枪口内设有校准轴5，校准轴5端部设有校准锥孔5.1，所述校准锥面3.1.1与校准校准锥孔5.1适配。通过实施上述技术方案，可以实现焊接机器人1与焊装夹具2自动校准的功能。所述校准机构3与焊装夹具2的相对位置固定，相对位置误差比焊接加工允许误差小一个数量级，校准机构3的位置点可以当做焊装夹具2的基准点。焊装夹具2安装在焊接机器人1工位上时，高度位置由焊装夹具2下表面与焊接机器人1工位上表面贴合保证，高度尺寸无需校准即可满足加工要求，所以需要校准的尺寸为水平方向上的尺寸。所述校准锥面3.1.1与校准锥孔5.1拟合时两者轴线重合，多个校准锥面3.1.1与校准锥孔5.1拟合时，可以保证水平方向上的各个尺寸校准准确。即使所述校准锥面3.1.1与校准锥孔5.1表面出现磨损，由于锥面有自动拟合效果，水平方向的校准尺寸依旧准确，竖直方向校准尺寸有微小改变，但对焊接加工没有影响。加工前通过所述校准锥面3.1.1与校准锥孔5.1的拟合，可以得到焊装夹具2上校准点的位置消息，建立夹具坐标系，与原始坐标系进行拟合，确定加工路径，无需进行手动夹具校准。

所述校准机构3还包括保护壳3.2，保护壳3.2与焊装夹具2固定，保护壳3.2上端设有通孔3.3，通孔3.3轴线与校准锥面3.1.1轴线重合。由于焊装夹具2需要经常安装加工零件，拆装过程可能会碰撞校准块3.1，改变校准块3.1位置或损坏外形。所述保护壳3.2可以对校准块3.1对进行保护，保证校准块3.1位置准确。所述通孔3.3可以保证保护壳3.2不会对校准运动产生干涉。

所述校准块3.1包括依次连接的定位部3.1.2、底座3.1.3和校准部3.1.4，所述校准锥面3.1.1设置在校准部3.1.4端部；所述焊装夹具2上设有定位孔2.1，定位孔2.1与定位部3.1.2适配；底座3.1.3与焊装夹具2通过螺栓固定。所述结构可以保证校准块3.1与焊装夹具2可拆连接，当校准块3.1磨损后，可以对其进行更换。所述校准部3.1.4与夹具定位孔2.1配合，可以保证校准块3.1的位置准确。

所述校准轴5与焊枪4螺纹固定。所述结构可以保证校准轴5与焊枪4可拆连接，当校准轴5磨损后，可以对其进行更换

所述校准轴5端部位于焊枪4枪口端面以内。所述结构可以减少校准轴5对焊接的影响。同时，焊枪4枪口内温度相对枪口外较低，校准轴5整个位于枪口内可以在工作时保证校准轴5温度不过高，增加其使用寿命。

实施例2：

一种焊接机器人与焊装夹具自动校准方法，采用实施例1所述的一种焊接机器人与焊装夹具自动校准装置，包括以下步骤：

a.首次安装：将焊装夹具2安装在焊接机器人1的焊接工位上；

b.位置测量：将焊枪4上的校准锥孔5.1对准焊装夹具2上的校准点，记录焊装夹具2校准点位置；

c.建立原始坐标系：测量所有校准点位置后，以记录的此时焊装夹具2的校准点为基准点建立原始坐标系；

d.路径编程：以原始坐标系为基准，编辑焊接路径程序；

e.加工：按照编程对夹具上的零件进行加工，加工完成后拆卸夹具；

f.后续安装：将焊装夹具2安装在焊接机器人1的焊接工位上；

g.位置测量：

g1.测量准备：焊枪4上的校准孔自动移动到原始坐标系中校准点的上方，保持校准轴5水平位置，使校准轴5沿竖直方向下降；

g2.位置拟合：使校准斜面部分位于校准孔内时，解除机械臂对焊枪4的水平位置的限制，保证校准轴5可以在受到力时，能在水平方向上自由移动，继续使校准轴5沿竖直方向下降，使校准锥孔5.1与校准锥面3.1.1完全贴合，记录此时校准点的位置；

h.建立夹具坐标系：测量所有校准点位置后，以记录的此时焊装夹具2的校准点为基准点建立夹具坐标系；

i.坐标系拟合：在原始坐标系上加上拟合系数，使原始坐标系与夹具坐标系重合；

j.加工：拟合后的坐标系为基准，调用焊接程序，进行焊接加工，加工完成后拆卸焊装夹具2。

通过实施上述技术方案，可以实现焊装夹具2的自动校准。因为焊装夹具2自身结构是相对稳定的，通过增加焊装夹具2上的校准点、增加机器人拟合的功能，在焊装夹具2上机的后能自动建立坐标系，与焊装夹具2自身坐标系拟合，只要第一次在此坐标系下编程好焊接路径后，其余每次上机均可以自动拟合，更好的找准焊接路径。这样既能维持焊缝质量，提高工作效率，也能减小工作强度。由于焊装夹具2自身有一定的定位效果，焊装夹具2安装后误差在2mm以内，不满足加工误差需要，但是进行步骤g1时，对尺寸误差要求较低，2mm内的误差不影响测量准备中对位置的确定。

本发明的有益效果是：能够自动校准焊装夹具与焊接机器人相对位置，减小焊接工作人员的工作强度；校准尺寸精度高；校准机构磨损对尺寸精度影响小；校准速度快，工作效率高。

Claims (6)

1.一种焊接机器人与焊装夹具自动校准装置，包括焊接机器人和焊装夹具，其特征是，所述焊装夹具上设有多个校准机构，校准机构包括校准块，校准块与焊装夹具固定，校准块上设有校准锥面，所述焊接机器人上设有焊枪，焊枪枪口内设有校准轴，校准轴端部设有校准锥孔，所述校准锥面与校准校准锥孔适配。

2.根据权利要求1所述的一种焊接机器人与焊装夹具自动校准装置，其特征是，所述校准机构还包括保护壳，保护壳与焊装夹具固定，保护壳上端设有通孔，通孔轴线与校准锥面轴线重合。

3.根据权利要求1所述的一种焊接机器人与焊装夹具自动校准装置，其特征是，所述校准块包括依次连接的定位部、底座和校准部，所述校准锥面设置在校准部端部；所述焊装夹具上设有定位孔，定位孔与定位部适配；底座与焊装夹具通过螺栓固定。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种焊接机器人与焊装夹具自动校准装置，其特征是，所述校准轴与焊枪螺纹固定。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种焊接机器人与焊装夹具自动校准装置，其特征是，所述校准轴端部位于焊枪枪口端面以内。

6.一种焊接机器人与焊装夹具自动校准方法，其特征是，采用权利要求 1-5任一项描述的一种焊接机器人与焊装夹具自动校准装置，包括以下步骤：

a.首次安装：将焊装夹具安装在焊接机器人的焊接工位上；

b.位置测量：将焊枪上的校准锥孔对准焊装夹具上的校准点，记录焊装夹具校准点位置；

c.建立原始坐标系：测量所有校准点位置后，以记录的此时焊装夹具的校准点为基准点建立原始坐标系；

d.路径编程：以原始坐标系为基准，编辑焊接路径程序；

e.加工：按照编程对夹具上的零件进行加工，加工完成后拆卸夹具；

f.后续安装：将焊装夹具安装在焊接机器人的焊接工位上；

g.位置测量：

g1.测量准备：焊枪上的校准孔自动移动到原始坐标系中校准点的上方，保持校准轴水平位置，使校准轴沿竖直方向下降；

g2.位置拟合：使校准斜面部分位于校准孔内时，解除机械臂对焊枪的水平位置的限制，保证校准轴可以在受到力时，能在水平方向上自由移动，继续使校准轴沿竖直方向下降，使校准锥孔与校准锥面完全贴合，记录此时校准点的位置；

h.建立夹具坐标系：测量所有校准点位置后，以记录的此时焊装夹具的校准点为基准点建立夹具坐标系；

i.坐标系拟合：在原始坐标系上加上拟合系数，使原始坐标系与夹具坐标系重合；

j.加工：拟合后的坐标系为基准，调用焊接程序，进行焊接加工，加工完成后拆卸焊装夹具。