CN109986240A - 通过零位补偿校准焊接装置的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过零位补偿校准焊接装置的装置和方法，装置用于对集装箱进行焊接，装置包括X轴移动装置、焊接装置、摄像装置、标尺和控制装置。X轴移动装置沿X轴可移动；焊接装置能够随X轴移动装置移动，且焊接装置沿Y轴以及沿Z轴可移动；摄像装置安装在X轴移动装置上，且摄像装置构造为用于获取待焊接的焊缝的轨迹；标尺固定地安装在X轴移动装置上并定位在焊接装置处以得到焊接装置在标尺上对应的位置读数；控制装置配置为根据位置读数进行计算并控制装置的操作。根据本发明的装置和方法可以简化工人的操作难度，降低了对工人素质的要求，同时减少了人工安装引起的误差，提高了更换焊接装置的工作效率。

Description

通过零位补偿校准焊接装置的装置和方法

技术领域

本发明涉及集装箱技术领域，具体涉及一种通过零位补偿校准焊接装置的装置和方法。

背景技术

随着各种先进制造技术的蓬勃发展，实现焊接产品制造的自动化、柔性化与智能化已成为必然趋势。在自动化焊接中，引导和跟踪是实现自动化的关键。其中自动跟踪识别焊接系统的技术难点主要体现在焊缝的识别与跟踪技术和运动控制技术上，把识别焊缝的路径转化成可控的轨迹，从而实现精确焊接。

目前国内外较前沿的焊缝识别技术都是通过相机和激光模组组成的视觉器，利用三角测量原理实现对焊缝轨迹的有效捕获，并获得焊缝宽度值，并利用灵活的控制技术和平滑算法可对焊缝宽度处理。其中视觉器动作有两种方式：一种是采用自动曲线跟踪模式，通过识别镜头焊缝交叉点的位置，来控制视觉器的下一步动作趋势；另一种是采用相对静止的固定模式，通过视觉镜头沿指定方向移动，结合激光基准线来识别焊缝交叉点的位置。而焊枪动作是根据视觉器的识别焊缝的位置，再加上焊枪和视觉器之间的偏置关系(固定的)，即可得到焊枪需要运行的轨迹，此轨迹即焊缝的走势走向。但不管视觉传感器选用哪一种运动方式，都面临每次人工换枪后无法快速保证这个偏置值。过去大家的做法要么由工人花费较长时间慢慢校对，要么是各设备厂家为此设计了专门的一套运动控制机构来进行标定，花费掉大量的人力、财力成本，效果都不理想。

因此，有必要提出一种通过零位补偿校准焊接装置的装置和方法，以至少部分地解决上述问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了至少部分地解决上述问题，根据本发明的一个方面，公开了一种通过零位补偿校准焊接装置的装置，所述装置用于对集装箱进行焊接，所述装置的至少一部分构造为在笛卡尔坐标系内可移动，所述装置包括：

X轴移动装置，所述X轴移动装置构造为沿X轴可移动；

焊接装置，所述焊接装置可拆卸地安装在所述X轴移动装置上并能够随所述X轴移动装置移动，且所述焊接装置构造为沿Y轴以及沿Z轴可移动；

摄像装置，所述摄像装置安装在所述X轴移动装置上，且所述摄像装置构造为用于获取待焊接的焊缝的轨迹；

标尺，所述标尺固定地安装在所述X轴移动装置上并定位在所述焊接装置处以得到所述焊接装置在所述标尺上对应的位置读数；以及

控制装置，所述控制装置配置为根据所述位置读数进行计算并控制所述装置的操作。

根据本方案，该装置可以简化了工人的操作难度，降低了对工人素质的要求，同时减少了人工安装引起的误差，提高了更换焊接装置的工作效率。

优选地，所述控制装置包括人机交互界面，所述人机交互界面用于供使用者将所述位置读数输入所述控制装置。

优选地，还包括图像处理装置，所述图像处理装置配置为与所述控制装置通信，所述图像处理装置用于处理所述摄像装置所获得的图像。

优选地，还包括沿Y轴延伸的Y轴轨道和沿Z轴延伸的Z轴轨道，所述Y轴轨道固定地连接在所述X轴移动装置上，所述Z轴轨道连接在所述Y轴轨道上并在所述Y轴轨道上可移动并使得所述焊接装置和所述摄像装置在所述Z轴轨道上可移动。

优选地，所述标尺为L形标尺，所述L形标尺包括刻度部分和固定部分，所述刻度部分上具有X轴方向上的刻度，所述固定部分与所述刻度部分成角度设置，所述L形标尺通过所述固定部分固定在所述X轴移动装置上。

根据本发明的另一个方面，提供了一种应用上述任意一项的装置进行校准的方法，包括：

在标尺上读出所述焊接装置对应的位置读数；

在控制装置的人机交互界面上输入所述位置读数；

所述控制装置根据所述位置读数进行计算并控制所述装置的操作。

优选地，还包括图像处理装置，所述图像处理装置与所述控制装置通信并处理所述摄像装置所获得的图像。

优选地，还包括沿Y轴延伸的Y轴轨道和沿Z轴延伸的Z轴轨道，所述Y轴轨道固定地连接在所述X轴移动装置上，所述Z轴轨道连接在所述Y轴轨道上并在所述Y轴轨道上可移动并使得所述焊接装置和所述摄像装置在所述Z轴轨道上可移动，

其中，在开始进行校准之前，首先将所述X轴移动装置、所述Y轴轨道以及所述Z轴轨道归至零位。

附图说明

本发明实施方式的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1为根据本发明的优选实施方式的装置的示意图；

图2为图1中的焊接装置和摄像装置的俯视示意图；以及

图3为根据本发明的优选实施方式的方法的框图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。

参考图1至图3，对根据本发明的一个优选实施方式的用于集装箱的装置和使用该装置校准焊接装置4的方法进行描述。该装置和方法通过零位补偿而对焊接装置(将在后文详细描述)进行校准。

装置包括移动装置和控制装置，移动装置构造为在笛卡尔坐标系内可移动。移动装置包括X轴移动装置82、焊接装置4、摄像装置5、标尺。

如图1所示，移动装置还包括X轴轨道81、Y轴轨道71以及Z轴轨道61。X轴移动装置82构造为沿X轴在X轴轨道81上可移动，Y轴轨道71与X轴移动装置82固定连接，或者说，X轴移动装置82上设置有Y轴轨道71。此外，Z轴轨道61能够沿Y轴在Y轴轨道71上移动。而焊接装置4和摄像装置5沿Z轴在Z轴轨道61上可移动。

进一步，X轴移动装置82由X轴驱动装置8(诸如电机)驱动，Y轴轨道71由Y轴驱动装置7驱动，Z轴驱动装置由Z轴驱动装置6驱动。焊接装置4可拆卸地安装在X轴移动装置82上并能够随X轴移动装置82移动，且焊接装置4构造为沿Y轴以及沿Z轴可移动。摄像装置5安装在X轴移动装置82上，并构造为用于获取待焊接的焊缝的轨迹。需要说明的是，本文所说的“安装”应被理解为直接或间接地安装。

在本实施方式中，标尺为L形标尺3，L形标尺3包括刻度部分和固定部分，刻度部分可以为垂直于Z轴的板状结果，其上具有X轴方向上的刻度，固定部分从刻度部分向上突出，L形标尺3通过固定部分固定在X轴移动装置82上。L形标尺3固定地安装在X轴移动装置82上并定位在焊接装置4下方，且L形标尺3位于待焊接工件9和X轴移动装置82、Y轴轨道71和Z轴轨道61(将在后文详细描述)均位于初始状态时的初始位置之间。L形标尺3用于供使用者得到焊接装置4在L形标尺3上对应的位置读数。控制装置配置为根据位置读数进行计算并控制装置的操作。

需要说明的是，本文所说的“校准焊接装置”实际上是校准焊接装置4的焊枪，因而，本文所说的“焊接装置在标尺上的位置读数”可以理解为焊枪在标尺上的位置读数。

进一步地，控制装置包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括控制柜1和人机交互界面，人机交互界面用于供使用者将位置读数输入控制装置。软件部分包括系统软件，系统软件内设有输入模块、处理模块、计算模块和输出模块。人机交互界面可以包括设置在控制柜1上的显示屏2。显示屏2优选地为12英寸以上的图文液晶显示屏2或触摸屏，用以显示系统软件的界面。显示屏2与图像处理装置(将在后文详细描述)通过高清接口连接，图像处理装置与控制装置的输入模块通过网线连接。

由于在焊接过程中可能有干扰因素的存在，为了使得控制装置最终获取的图像具有较高的准确度，装置还优选地还包括图像处理装置。图像处理装置配置为与控制装置通信，图像处理装置用于处理摄像装置5所获得的图像。

如图3所示，本实施方式还提供了一种应用上述装置进行校准的方法，包括：

在L形标尺3上读出焊接装置4对应的位置读数；

在控制装置的人机交互界面上输入位置读数；

控制装置根据位置读数进行计算并控制装置的操作。

其中，图像处理装置与控制装置通信并处理摄像装置5所获得的图像。并且在开始进行校准之前，首先将X轴移动装置82、Y轴轨道71以及Z轴轨道61归至零位。

具体地，参考图3，在更换装置的焊接装置4时，首先将X轴移动装置82、Y轴轨道71和Z轴轨道61均归至原位。优选地，在调整Y轴轨道71和Z轴轨道61的位置时，可在显示屏2上通过“Y_JOG+”、“Y_JOG-”、“Z_JOG+”、“Z_JOG-”四个按钮进行调整。

将X轴移动装置82、Y轴轨道71和Z轴轨道61归至原位后，将焊接装置4大致安装在其预定位置处。此时，使用者无须像操作传统装置一样将焊接装置4对准在L形标尺3的零刻度处，本发明的装置允许焊接装置4与L形标尺3的零刻度之间存在一定的距离，该距离即为焊接装置4在L形标尺3上的读数。

随后，通过显示屏2的操作而进入人机交互界面。首次使用时可以选取功能界面，若不是首次使用，则界面自动跳转至上次选择的功能界面，后续还可进行更改。之后，使用者将焊接装置4在L形标尺3上对应的读数输入进控制装置。具体地，在显示屏2上可以通过“(偏左)”“(偏右)”按钮调整该读数的数值。控制装置根据该数值以及L形标尺3的零刻度位置与摄像装置5之间的固定距离计算而得出焊接装置4与摄像装置5之间的实际距离，并根据此在摄像装置5所返回的图像上控制焊接装置4的操作。

本实施方式所提供的用于焊接的装置和进行焊接装置4的校准的方法，具有如下优点：1、简化了工人的操作难度，降低了对工人素质的要求，同时减少了人工安装引起的误差，提高了更换焊接装置4的工作效率；2、将简易的机械结构和软件控制相结合，取代了过去采用复杂的运动控制机构来校准焊接装置4的方式，大大降低了更换焊接装置4所带来的成本；3、可以满足不同使用者对摄像装置5和焊接装置4之间的固定间距的需求。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。

Claims (8)

1.一种通过零位补偿校准焊接装置的装置，所述装置用于对集装箱进行焊接，其特征在于，所述装置的至少一部分构造为在笛卡尔坐标系内可移动，所述装置包括：

X轴移动装置，所述X轴移动装置构造为沿X轴可移动；

焊接装置，所述焊接装置可拆卸地安装在所述X轴移动装置上并能够随所述X轴移动装置移动，且所述焊接装置构造为沿Y轴以及沿Z轴可移动；

摄像装置，所述摄像装置安装在所述X轴移动装置上，且所述摄像装置构造为用于获取待焊接的焊缝的轨迹；

标尺，所述标尺固定地安装在所述X轴移动装置上并定位在所述焊接装置处以得到所述焊接装置在所述标尺上对应的位置读数；以及

控制装置，所述控制装置配置为根据所述位置读数进行计算并控制所述装置的操作。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制装置包括人机交互界面，所述人机交互界面用于供使用者将所述位置读数输入所述控制装置。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括图像处理装置，所述图像处理装置配置为与所述控制装置通信，所述图像处理装置用于处理所述摄像装置所获得的图像。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括沿Y轴延伸的Y轴轨道和沿Z轴延伸的Z轴轨道，所述Y轴轨道固定地连接在所述X轴移动装置上，所述Z轴轨道连接在所述Y轴轨道上并在所述Y轴轨道上可移动并使得所述焊接装置和所述摄像装置在所述Z轴轨道上可移动。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述标尺为L形标尺，所述L形标尺包括刻度部分和固定部分，所述刻度部分上具有在X轴方向上的刻度，所述固定部分与所述刻度部分成角度设置，所述L形标尺通过所述固定部分固定在所述X轴移动装置上。

6.一种应用权利要求1-5中任意一项的装置进行校准的方法，其特征在于，包括：

在标尺上读出所述焊接装置对应的位置读数；

在控制装置的人机交互界面上输入所述位置读数；

所述控制装置根据所述位置读数进行计算并控制所述装置的操作。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括图像处理装置，所述图像处理装置与所述控制装置通信并处理所述摄像装置所获得的图像。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括沿Y轴延伸的Y轴轨道和沿Z轴延伸的Z轴轨道，所述Y轴轨道固定地连接在所述X轴移动装置上，所述Z轴轨道连接在所述Y轴轨道上并在所述Y轴轨道上可移动并使得所述焊接装置和所述摄像装置在所述Z轴轨道上可移动，

其中，在开始进行校准之前，首先将所述X轴移动装置、所述Y轴轨道以及所述Z轴轨道归至零位。