CN109986256A - 用于焊接罐箱内的防波板的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于焊接罐箱内的防波板的装置和方法，装置包括：十字形架体、六轴机器人、焊接装置、视觉跟踪装置以及控制装置。十字形架体包括立柱以及与立柱垂直连接的横梁，横梁相对于立柱沿竖直方向可移动且构造为可伸缩；六轴机器人安装在横梁的端部上并能够伸入罐箱内；焊接装置安装在六轴机器人上；视觉跟踪装置相对于焊接装置固定地安装在六轴机器人上，且视觉跟踪装置用于识别防波板的焊缝轨迹；控制装置与视觉跟踪装置通信并根据视觉跟踪装置的识别结果而控制装置进行操作。根据本发明，视觉跟踪装置能够实时地获取焊缝的信息，使得装置具备有快速定位、精确寻找焊缝的能力，便于实现智能化的焊接运动控制。
Description
技术领域
本发明涉及集装箱技术领域，具体涉及一种用于焊接罐箱内的防波板的装置和方法。
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。
传统焊接机器人是一种能够完成焊接操作的自动化装置。焊接机器人由多个关节组成操作手臂或其他形式运动机构，机构末端夹持焊枪等焊接辅助装置，在焊接操作空间内完成工件焊接所要求的焊缝轨迹运动。目前，焊接机器人一般采用通用六关节式机械手臂，或针对特定焊缝轨迹的专用焊接操作机等形式。前者定位精度高，操作空间相对有限，适用于短距离复杂焊缝的焊接；后者操作空间较大，定位精度相对不高，适用于简单形状焊缝的焊接操作。对于大型工件复杂焊缝、工件装配一致性较差的焊接，上述装置均存在不足。
目前在用于食品、化工、能源运输的大型罐箱中都设置有防波板。在罐箱用于运输液体时，在运输途中液体晃动会导致罐箱甚至运输工具的重心不稳，这有可能会对运输工具的启动了制动造成影响。为了避免液体在罐箱内剧烈滑动，罐箱内安装多个防波板，将液体隔开，从而可以减小液体的晃动幅度。而罐箱内的防波板的焊接基本以手工焊接为主，仅在筒体、罐体工件的外纵缝、外环缝、直缝埋弧焊接中常用到各种十字架变位式自动焊接机自动焊接。对于罐内的大量焊接工作基本全靠人工完成，而罐内相对密闭的环境和狭小空间，对工人的身心健康、体能是很大的挑战；特别是夏天高温状态，经常出现工人中暑，给操作人员带来一定的生命危险；且人工焊接造成焊接速度慢、产品质量不稳定，效率低、生产成本高。随着焊接结构制造业向着规模化、大型化、参数化和精密化方向发展过程中，迫切需要适应大型罐体内部焊接的大运动范围、高精度的实用自动化焊接操作设备。在焊接机器人控制技术方面，目前一般采用人工示教或离线编程方式为主对机器人的焊接操作进行规划，焊接过程中只是简单的重复预先设定的动作，机器人缺少灵活性和适应性。
因此，有必要提出一种用于焊接罐箱内的防波板的装置和方法，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，公开了一种用于焊接罐箱内的防波板的装置，其特征在于，包括：
十字形架体，所述十字形架体包括竖直设置的立柱以及与所述立柱垂直连接的横梁，所述横梁相对于所述立柱沿竖直方向可移动且构造为可伸缩；
六轴机器人，所述六轴机器人安装在所述横梁上并能够伸入所述罐箱内；
焊接装置，所述焊接装置安装在所述六轴机器人上；
视觉跟踪装置，所述视觉跟踪装置相对于所述焊接装置固定地安装在所述六轴机器人上，且所述视觉跟踪装置构造为用于识别所述防波板的焊缝轨迹；以及
控制装置，所述控制装置配置为与所述视觉跟踪装置通信并根据所述视觉跟踪装置的识别结果而控制所述装置进行操作。
根据本方案，视觉跟踪装置能够实时地获取焊缝的信息，使得装置具备有快速粗定位、精确寻找焊缝的能力，便于实现智能化的焊接运动控制。
优选地，所述装置还包括罐箱变位机，所述罐箱变位机构造为用于使所述罐箱旋转。
优选地，所述焊接装置包括焊枪，所述焊枪安装在所述六轴机器人的J6轴处。
优选地，所述焊接装置包括用于向所述焊枪输送焊丝的送丝机构，所述送丝机构安装在所述六轴机器人的J3轴处。
优选地，所述焊接装置包括焊接电源，所述焊接电源配置为通过串行通讯控制接口与所述控制装置相连，且所述焊接电源的两极分别与所述焊枪和所述防波板相连。
优选地，所述控制装置包括运动规划模块，所述运动规划模块配置为自动地或受控地根据所述视觉跟踪装置的识别结果而规划所述装置的操作。
优选地，所述控制装置包括运动控制模块，所述运动控制模块配置为根据所述运动规划模块的规划结果而直接或间接地控制所述装置的操作。
优选地，所述控制装置包括伺服控制模块，所述伺服控制模块配置为从所述运动控制模块处接收给定信号而控制所述装置的操作，并反馈实际工况参数。
优选地，所述装置构造为使得满足下列中的至少一项：
所述横梁的可伸缩量为0至8000mm；
所述横梁相对于所述立柱沿竖直方向移动的范围为0至3000mm；
所述六轴机器人的工作半径为0至1420mm；
所述六轴机器人的J1轴的可旋转幅度为0°至340°；
所述六轴机器人的J2轴的可旋转幅度为0°至250°；
所述六轴机器人的J3轴的可旋转幅度为0°至445°；
所述六轴机器人的J4轴的可旋转幅度为0°至380°；
所述六轴机器人的J5轴的可旋转幅度为0°至380°；
所述六轴机器人的J6轴的可旋转幅度为0°至720°。
此外，根据本发明的另一方面，提供了一种操作根据上述任意一项方案所述的装置的方法，其包括：
通过视觉跟踪装置识别所述防波板的焊缝轨迹；
根据所述视觉跟踪装置的识别结果而控制焊接装置的焊接。
优选地，所述控制装置包括运动规划模块，所述运动规划模块自动地或受控地根据所述视觉跟踪装置的识别结果而规划所述装置的操作。
优选地，所述控制装置包括运动控制模块，所述运动控制模块根据所述运动规划模块的规划结果而直接或间接地控制所述装置的操作。
优选地，所述控制装置包括伺服控制模块，所述伺服控制模块从所述运动控制模块处接收给定信号而控制所述装置的操作，并反馈实际工况参数。
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为根据本发明的一个实施方式的装置的示意图；
图2为图1中的装置的焊接装置处的局部放大示意图；以及
图3为该实施方式的方法的原理图。
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装置100和该装置的运行方法进行描述。
本实施方式的装置100用于对罐箱200内的防波板300进行焊接。本实施方式中的罐箱200，能够在车间内利用变位机或滚轮架进行诸如翻滚等操作，当然，本发明的装置也可以应用于诸如槽罐、锅炉等工件。典型地，罐箱200的径向尺寸小于或等于3米，轴向长度小于或等于8米。
本实施方式中，装置100包括十字形架体、六轴机器人3、焊接装置6、视觉跟踪装置7以及控制装置。
十字形架体包括竖直设置的立柱2以及与立柱2垂直连接的横梁1，横梁1相对于立柱2沿竖直方向可移动且优选地在水平面内可旋转。具体地，立柱2固定地连接在支撑平面(如地面)上，且立柱2上安装有能够在立柱2上上下滑动并能够绕立柱2转动的第一滑块21，横梁1固定在第一滑块21上。并且，横梁1自身能够沿其延伸方向伸缩。优选地，横梁1的可伸缩量为0至8000mm，横梁1可以移动至罐箱内部，横梁1相对于立柱2沿竖直方向移动的范围为0至3000mm。
横梁1的端部安装有六轴机器人3且六轴机器人3能够伸入罐箱200内。优选地，横梁1上安装有能够沿横梁1的延伸方向移动的第二滑块22，六轴机器人3固定地安装在第二滑块22上，以此方式六轴机器人3能够相对于横梁1移动。
优选地，六轴机器人3可选用具有如下参数的机器人：工作半径为0至1420mm；J1轴的可旋转幅度为0°至340°；J2轴的可旋转幅度为0°至250°；J3轴的可旋转幅度为0°至445°；J4轴的可旋转幅度为0°至380°；J5轴的可旋转幅度为0°至380°；J6轴的可旋转幅度为0°至720°。
六轴机器人3上设置有焊接装置6和视觉跟踪装置7，焊接装置6和视觉跟踪装置7相对于彼此固定。视觉跟踪装置7构造为用于识别防波板300的焊缝轨迹，焊接装置6用于焊接。
具体地，焊接装置6包括焊枪、用于向焊枪输送焊丝的送丝机构和焊接电源，焊枪安装在六轴机器人3的J6轴上，而为了减轻六轴机器人3的J6轴处的负重，送丝机构优选地被安装在J3轴处。优选地，焊接电源配置为通过串行通讯控制接口与控制装置相连，且焊接电源的两极分别与焊枪和防波板300相连。
优选地，六轴机器人3的端部设置有安装件，安装件包括从端部垂直于J6轴而延伸出的第一延伸部和从第一延伸部的端部垂直于第一延伸部向外延伸的第二延伸部，视觉跟踪装置7安装在第二延伸部上。
视觉跟踪装置7为一个视觉传感器，其包括诸如200万像素的CCD摄像机和一个激光发生器，激光发生器为CCD摄像机识别提取焊缝信息提供辅助光。在操作开始时，须调整CCD摄像机的角度，使其光轴中心线与焊缝所在被焊工件表面垂直，并使视觉跟踪装置7的底端距被焊工件表面高度为10至20cm。激光发生器产生的结构光平面照射到焊接工件焊缝表面，形成焊缝特征激光条纹。这样，视觉跟踪装置7采集包含有焊缝信息的图像，并将图像发送至控制装置(将在后文详细描述)。
根据本实施方式的装置100还包括了罐箱变位机8，罐箱变位机8可以设置在罐箱200的外侧并能够使得罐箱200旋转以方便焊接装置6进行操作。
装置100的控制装置配置为与视觉跟踪装置7通信并通过以太网与罐箱变位机、十字形架体、六轴机器人3通信。控制装置能够根据视觉跟踪装置7的识别结果而控制装置进行操作。具体地，控制装置包括硬件部分和软件部分。硬件部分包括控制柜、显示屏4、电源装置以及辅助装置5，软件部分包括人机交互模块、运动规划模块、运动控制模块以及伺服控制模块。
具体地，运动规划模块配置为自动地或受控地根据视觉跟踪装置7的识别结果而规划装置的操作。运动控制模块配置为根据运动规划模块的规划结果而直接或间接地控制装置的操作，并反馈六轴机器人3的实际的位置信息。伺服控制模块配置为从运动控制模块处接收给定信号而控制装置的操作，并反馈实际工况参数。
更具体地，参考图3，人机交互模块(即人机交互与智能层)实现人机交互、基本参数输入等功能，为六轴机器人3的控制提供决策信息，给出框架式的期望轨迹。运动规划模块(即运动规划层)根据人机交互与智能层给出的期望轨迹和视觉跟踪装置7所反馈的焊接过程中所获取的焊缝信息(焊缝宽度、焊缝位置等)，进行在线运动规划、逆运动学求解等，产生六轴机器人3的运动控制信号。运动控制模块(即运动控制层)根据给定的控制信号，输出速度信号，优选地还可以反馈测量到的六轴机器人3的实际位置。伺服控制模块(即伺服控制层)以运动控制层的速度信号作为给定信息，由伺服驱动器实现速度伺服控制，并反馈测量到的六轴机器人3的实际速度。
为了使得六轴机器人3的动作更加灵活，六轴机器人3的各个运动关节均设置有伺服电机，各个电机配有旋转编码器，以实现对六轴机器人3的各关节的位置控制。优选地，六轴机器人3的各个运动轴的两端安装限位开关进行保护，各个运动轴中部安装零位开关，对运动轴的零点进行校正。
优选地，装置100还包括图像处理装置，图像处理装置用于对视觉跟踪装置7所获取的图像进行处理，以减小或消除由于外界干扰因素而产生的图像问题。图像处理装置可以为OPENCV软件平台。
在操作中，图像跟踪装置在焊枪前面以每秒30帧的速度采集焊缝周边图像，再传输至控制装置，通过一系列的图像处理和函数计算，利用三角测量原理实现对焊缝轨迹的跟踪，获取焊缝的三维坐标值及焊缝宽度值，并根据最终结果实现对焊接装置6的精确控制。
本实施方式还提供了一种操作装置100的方法，该方法包括如下步骤：通过视觉跟踪装置7识别防波板300的焊缝轨迹；根据视觉跟踪装置7的识别结果而控制焊接装置6的焊接。
根据本实施方式的装置100和方法，通过十字形架体、六轴机器人3以及视觉跟踪装置7，经过罐箱变位机变位机将大型罐箱200旋转到预定角度，再经十字形架体在竖直方向以及水平面内的间歇性运动，将六轴机器人3送入罐箱200内多道防波板300位置，再通过视觉寻位技术准确寻找防波板300的起始位置，由视觉跟踪装置7以及控制装置实现防波板300焊缝轨迹的实时识别追踪，分多次完成罐箱200内多道防波板300的自动焊接。装置100具备有快速粗定位、精确寻找焊缝的能力，能够进行宏观和微观联合运动，便于实现大范围、高精度的焊接运动控制。有效解决了在食品、化工、能源运输行业内大型罐箱200制造中产品装配一致性差导致无法实现自动化焊接的瓶颈问题，提高了生产效率和产品质量。
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 (13)
1.一种用于焊接罐箱内的防波板的装置，其特征在于，包括：
十字形架体，所述十字形架体包括竖直设置的立柱以及与所述立柱垂直连接的横梁，所述横梁相对于所述立柱沿竖直方向可移动且构造为可伸缩；
六轴机器人，所述六轴机器人安装在所述横梁上并能够伸入所述罐箱内；
焊接装置，所述焊接装置安装在所述六轴机器人上；
视觉跟踪装置，所述视觉跟踪装置相对于所述焊接装置固定地安装在所述六轴机器人上，且所述视觉跟踪装置构造为用于识别所述防波板的焊缝轨迹；以及
控制装置，所述控制装置配置为与所述视觉跟踪装置通信并根据所述视觉跟踪装置的识别结果而控制所述装置进行操作。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括罐箱变位机，所述罐箱变位机构造为用于使所述罐箱旋转。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述焊接装置包括焊枪，所述焊枪安装在所述六轴机器人的J6轴处。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述焊接装置包括用于向所述焊枪输送焊丝的送丝机构，所述送丝机构安装在所述六轴机器人的J3轴处。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述焊接装置包括焊接电源，所述焊接电源配置为通过串行通讯控制接口与所述控制装置相连，且所述焊接电源的两极分别与所述焊枪和所述防波板相连。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制装置包括运动规划模块，所述运动规划模块配置为自动地或受控地根据所述视觉跟踪装置的识别结果而规划所述装置的操作。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制装置包括运动控制模块，所述运动控制模块配置为根据所述运动规划模块的规划结果而直接或间接地控制所述装置的操作。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制装置包括伺服控制模块，所述伺服控制模块配置为从所述运动控制模块处接收给定信号而控制所述装置的操作，并反馈实际工况参数。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置构造为使得满足下列中的至少一项：
所述横梁的可伸缩量为0至8000mm；
所述横梁相对于所述立柱沿竖直方向移动的范围为0至3000mm；
所述六轴机器人的工作半径为0至1420mm；
所述六轴机器人的J1轴的可旋转幅度为0°至340°；
所述六轴机器人的J2轴的可旋转幅度为0°至250°；
所述六轴机器人的J3轴的可旋转幅度为0°至445°；
所述六轴机器人的J4轴的可旋转幅度为0°至380°；
所述六轴机器人的J5轴的可旋转幅度为0°至380°；
所述六轴机器人的J6轴的可旋转幅度为0°至720°。
10.一种操作根据权利要求1-9中任意一项所述的装置的方法，其特征在于，包括：
通过视觉跟踪装置识别所述防波板的焊缝轨迹；
根据所述视觉跟踪装置的识别结果而控制焊接装置的焊接。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述控制装置包括运动规划模块，所述运动规划模块自动地或受控地根据所述视觉跟踪装置的识别结果而规划所述装置的操作。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述控制装置包括运动控制模块，所述运动控制模块根据所述运动规划模块的规划结果而直接或间接地控制所述装置的操作。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述控制装置包括伺服控制模块，所述伺服控制模块从所述运动控制模块处接收给定信号而控制所述装置的操作，并反馈实际工况参数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 518063 Shenzhen national engineering laboratory building b1001-b1004, No. 20, Gaoxin South seventh Road, high tech Zone community, Yuehai street, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong Applicant after: SHENZHEN CIMC SECURITY AND SMART TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant after: SHENZHEN CIMC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant after: Guangdong CIMC Intelligent Technology Co.,Ltd. Applicant after: CHINA INTERNATIONAL MARINE CONTAINERS (GROUP) Ltd. Address before: Room 102, block a, phase II, science and technology building, 1057 Nanhai Avenue, Shekou, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province Applicant before: SHENZHEN CIMC SECURITY AND SMART TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant before: SHENZHEN CIMC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant before: DONGGUAN CIMC INTELLIGENT TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant before: CHINA INTERNATIONAL MARINE CONTAINERS (GROUP) Ltd. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20230607 Address after: B1001-B1004, Shenzhen National Engineering Laboratory Building, No. 20 Gaoxin South 7th Road, High tech Zone Community, Yuehai Street, Shenzhen City, Guangdong Province, 518000 Applicant after: SHENZHEN CIMC SECURITY AND SMART TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant after: SHENZHEN CIMC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant after: Guangdong CIMC Intelligent Technology Co.,Ltd. Address before: 518063 Shenzhen national engineering laboratory building b1001-b1004, No. 20, Gaoxin South seventh Road, high tech Zone community, Yuehai street, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong Applicant before: SHENZHEN CIMC SECURITY AND SMART TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant before: SHENZHEN CIMC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant before: Guangdong CIMC Intelligent Technology Co.,Ltd. Applicant before: CHINA INTERNATIONAL MARINE CONTAINERS (GROUP) Ltd. |
|
| TA01 | Transfer of patent application right |