CN110640320A - 一种基于plc的视觉化精准焊接控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PLC的视觉化精准焊接控制系统，属于焊接设备技术领域，包括焊接固定机构、PLC控制器以及分布在焊接机构四周的四个工位；焊接固定机构包括与四个工位位于同一水平面的转台，转台由固定在转台底部的伺服电机带动，伺服电机与PLC控制器通讯连接；本发明针对传统焊接技术所带来的焊接精度不够导致焊接深度低，裂缝大，产品稳定性差等问题进行改进，本发明对于提高工厂产能及工人的工作效率有着巨大的飞跃，以前3‑4人完成的工作现在只需要1人便可完成，且产品质量高，本发明能够为现代工厂提高一种节约成本，自动化程度高的解决方案。

Description

一种基于PLC的视觉化精准焊接控制系统

技术领域

本发明涉及焊接设备技术领域，尤其涉及到一种基于PLC的视觉化精准焊接控制系统。

背景技术

在涡轮的摇臂焊接过程中，需要将摇臂准确放置在涡轮上，压紧焊接面进行焊接。随着经济的发展，越来越多的家庭选购了省油动力强带有涡轮增压的小汽车。无论是从汽车本身的寿命来说还是人身安全考虑，涡轮增压器这一设备的稳定性都显得尤为重要。而传统的焊接控制技术会由于焊接精准度不够造成产品裂缝较大，溶深不够等一系列问题。对于提高涡轮的稳定性具有较大的局限性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于PLC的视觉化精准焊接控制系统，以解决传统焊接技术中的焊接精度不够造成产品裂缝较大，溶深不够等技术问题。

本发明公开了一种基于PLC的视觉化精准焊接控制系统，包括焊接固定机构、PLC控制器以及分布在焊接机构四周的四个工位；焊接固定机构包括与四个工位位于同一水平面的转台，转台由固定在转台底部的伺服电机带动，伺服电机与PLC控制器通讯连接；

其中，1号工位为上件工位，由人工或机器人进行上件操作，将待焊接的工件放置在转台上进行固定，通过确认按钮进行确认，转台转到2号工位；

2号工位，包括相机和机器人，相机通过拍照检测1号工位安装是否正确，并将采集的信息传送至PLC控制器；PLC控制器根据传送的信息进行分析，并根据分析的数据信息与设定的标准信息进行比对，PLC控制器通过与机器人信号通讯，指示机器人是否进行动作；机器人动作完成后，通过确认按钮进行确定，转台转到3号工位；

3号工位为焊接工位，包括相机和激光焊接机，相机对焊缝进行捕捉，并将采集的数据发送至PLC控制器，PLC控制器将预设的标准值与相机采集到的数据进行比对，PLC控制器结合相机采集到的数据偏差进行用户数据处理，并将处理后的偏差值发送至激光焊接机；焊接机的PFO根据数据结果，在X，Y方向进行调整，并进行激光焊接，其中Z方向为焦距，焊接操作完成后，转台转到4号工位；

4号工位为机械手工位，机械手将焊接好的工件抓走，放置在传送带上。

优选的，PLC控制器与机器人、相机和激光焊接机均通过Profinet通信，相机与激光焊接机之间通过TCP/IP通信。

优选的，2号工位进行不少于3次拍照，至少包括拍照检测是否有挡块来决定机器人是否将焊料放置在待焊工件一上；其次拍照检测焊料有无来决定机器人是否抓取待焊工件二放置在焊料上；最后拍照检测待焊工件二的有无来判断焊接动作是否完成。

优选的，待焊工件一为涡轮壳，焊料为垫片，待焊工件二为摇臂。

优选的，2号工位进行的至少3次拍照数据采集，如是，则进行下一步操作工序；如否，则进行自动报警，经过调试完成后，则进行下一步操作工序。

优选的，焊接固定机构还包括阀门顶紧机构、Base板以及安装在所述Base板上的仿形定位支撑机构、手动压紧机构、压臂、摇臂固定定位机构以及抓手定位衬套；阀门顶紧机构，用来从涡轮壳内部顶起阀门；仿行定位支撑机构，用来使待焊接工件表面保持水平，防止晃动；手动压紧机构用来在焊接过程中对工件进行紧固；压臂为气动元件，用来压紧工件；摇臂固定定位机构，用来锁紧摇臂，保证摇臂的角度在标准范围内；抓手定位衬套用来定位摇臂，提高抓手定位精度。

优选的，焊接固定机构操作时用于2号工位和3号工位，并与PLC控制器通讯连接。

本发明公开了一种基于PLC的视觉化精准焊接控制系统，能够解决传统焊接技术所带来的焊接精度不够导致焊接深度低，裂缝大，产品稳定性差等问题，且本发明对于提高工厂产能及工人的工作效率有着巨大的飞跃，以前3-4人完成的工作现在只需要1人便可完成，且产品质量高，本发明能够为现代工厂提高一种节约成本，自动化程度高的解决方案。

附图说明

图1为本发明操作流程图；

图2为本发明工位布图示意图；

图3为本发明网络通信示意图；

图4为焊接固定机构结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

实施例1公开了一种涡轮壳与摇臂焊接的焊接系统，包括焊接固定机构、PLC控制器以及分布在焊接机构四周的四个工位，如图2所示；焊接固定机构包括与四个工位位于同一水平面的转台，转台由固定在转台底部的伺服电机带动，伺服电机与PLC控制器通讯连接；如图4所示，焊接固定机构还包括阀门顶紧机构(图中未标注)、Base板以及安装在Base板上的仿形定位支撑机构5、手动压紧机构4、压臂2、摇臂固定定位机构8以及抓手定位衬套3；抓手定位衬套3的下面固定安装有摇臂定位支座1，摇臂定位支座1用来支撑抓手定位衬套3；

阀门顶紧机构，用来从涡轮壳6内部顶起阀门，使之不掉落，满足焊接要求。Base板上还带有基准孔，用来保证每套夹具具有独立的测量系统，且方便切换，支持不同产品的焊接工作。仿行定位支撑机构5，使工件的焊接表面保持水平状态，又利用了工件端面与机构更好的贴合这一特点，使工件不易晃动，焊接出来的产品更加稳定。手动压紧机构4防止工件由于重心不稳，在焊接过程中容易晃动；压臂2位于仿形定位支撑机构5正上方，压住工件防止晃动，为气动元件，到达取件位置自动打开；摇臂固定定位机构8，从两个水平方向来锁紧摇臂7，保证摇臂7的角度在标准范围内；抓手定位衬套3用来定位摇臂7，提高抓手定位精度。摇臂定位支座1，起到了支撑抓手定位衬套3的作用。

具体操作流程，如图1所示，PLC控制器上电初始化，自动模式下，CUP执行用户程序，1号工位为上件工位，由人工进行上件操作，将生产时需将涡轮壳6及摇臂7放置在正确位置，手动压紧机构4压下，通过确认按钮进行确认，压臂2自动压紧涡轮壳6，转台带件转至2号工位；

2号工位，包括相机和机器人，2号工位进行3次拍照，第一次拍照用来检测是否有挡块来决定机器人是否将垫片放置在涡轮壳6上；如果是，则机器人放垫片，摇臂固定定位机构8伸出，确保摇臂7角度在标准范围，如果否，则系统进行报警提示；相机第二次拍照，用来检测垫片有无来决定机器人是否抓取摇臂7放置在垫片上；如果是，则机器人将摇臂7放置在涡轮壳6上，如果否，则系统进行报警提示；相机第三次拍照，用来检测摇臂7的有无来判断焊接动作是否完成。如果是，摇臂固定定位机构8缩回，按下确认按钮，转台转至3号工位(焊接位)；如果否，则系统进行报警提示；操作时，相机通过拍照检测1号工位安装是否正确，并将采集的信息传送至PLC控制器；PLC控制器根据传送的信息进行分析，并根据分析的数据信息与设定的标准信息进行比对，PLC控制器通过与机器人信号通讯，指示机器人是否进行动作；机器人动作完成后，通过确认按钮进行确定，转台转到3号工位；

3号工位为焊接工位，包括相机和激光焊接机，待焊接工件转至3号工位后，焊接位压臂2压紧，摇臂固定定位机构8伸出，3号工位的升降门下降，3号工位的相机捕捉到焊缝，并将采集的数据发送至PLC控制器，PLC控制器将预设的标准值与相机采集到的数据进行比对，如果是，则PLC控制器结合相机采集到的数据偏差进行用户数据处理，并将处理后的偏差值发送至激光焊接机；焊接机的PFO根据数据结果，在X，Y方向进行调整，并进行激光焊接，其中Z方向为焦距，焊接操作完成后，升降门上升，4号工位固定机构打开，转台转到4号工位；如果否，则4号工位的机械手直接进行取件；然后转到自动模式下，重新执行用户程序；

4号工位为机械手工位，机械手将焊接好的工件抓走，放置在传送带上。4号工位可利用电机对焊接面进行打磨，提高美观度。

如图3所示，本实施例中的PLC控制器选用西门子PLC系列，其与机器人、相机和激光焊接机均通过Profinet通信，相机与激光焊接机之间通过TCP/IP通信。Profinet通信网络下PLC通过采集传感器的数字信号对夹具状态或者其他设备进行了监控，确保了设备工作的安全性。

本实施例中的控制系统，通过自主编写的PLC程序，能够实时的为现场模块，相机，激光器等进行强大的数据处理，即使工件位置出现偏差也能通过计算给出偏差值，使焊接满足标准。同时具有可靠的防错机制，能够避免摇臂，垫片多放或者漏放，以及机器人撞到挡块等所带来的损失。

实施例2

实施例2公开了一种涡轮壳与摇臂焊接的焊接系统，包括焊接固定机构、PLC控制器以及分布在焊接机构四周的四个工位，焊接固定机构包括与四个工位位于同一水平面的转台，转台由固定在转台底部的伺服电机带动，伺服电机与PLC控制器通讯连接；焊接固定机构还包括阀门顶紧机构(图中未标注)、Base板以及安装在Base板上的仿形定位支撑机构5、手动压紧机构4、压臂2、摇臂固定定位机构8以及抓手定位衬套3；抓手定位衬套3的下面固定安装有摇臂定位支座1，摇臂定位支座1用来支撑抓手定位衬套3；

阀门顶紧机构，用来从涡轮壳6内部顶起阀门，使之不掉落，满足焊接要求。Base板上还带有基准孔，用来保证每套夹具具有独立的测量系统，且方便切换，支持不同产品的焊接工作。仿行定位支撑机构5，使工件的焊接表面保持水平状态，又利用了工件端面与机构更好的贴合这一特点，使工件不易晃动，焊接出来的产品更加稳定。手动压紧机构4防止工件由于重心不稳，在焊接过程中容易晃动；压臂2位于仿形定位支撑机构5正上方，压住工件防止晃动，为气动元件，到达取件位置自动打开；摇臂固定定位机构8，从两个水平方向来锁紧摇臂7，保证摇臂7的角度在标准范围内；抓手定位衬套3用来定位摇臂7，提高抓手定位精度。摇臂定位支座1，起到了支撑抓手定位衬套3的作用。

具体操作流程，PLC控制器上电初始化，自动模式下，CUP执行用户程序，1号工位为上件工位，此工位由机器人进行上件操作，机器人与PLC控制器信号通讯连接；机器人将生产时需将涡轮壳6及摇臂7放置在正确位置，将压紧机构4压下，通过确认按钮进行确认，压臂2自动压紧涡轮壳6，转台带件转至2号工位；

2号工位，包括相机和机器人，2号工位进行3次拍照，第一次拍照用来检测是否有挡块来决定机器人是否将垫片放置在涡轮壳6上；如果是，则机器人放垫片，摇臂固定定位机构8伸出，确保摇臂7角度在标准范围，如果否，则系统进行报警提示；相机第二次拍照，用来检测垫片有无来决定机器人是否抓取摇臂7放置在垫片上；如果是，则机器人将摇臂7放置在涡轮壳6上，如果否，则系统进行报警提示；相机第三次拍照，用来检测摇臂7的有无来判断焊接动作是否完成。如果是，摇臂固定定位机构8缩回，按下确认按钮，转台转至3号工位(焊接位)；如果否，则系统进行报警提示；操作时，相机通过拍照检测1号工位安装是否正确，并将采集的信息传送至PLC控制器；PLC控制器根据传送的信息进行分析，并根据分析的数据信息与设定的标准信息进行比对，PLC控制器通过与机器人信号通讯，指示机器人是否进行动作；机器人动作完成后，通过确认按钮进行确定，转台转到3号工位；

3号工位为焊接工位，包括相机和激光焊接机，待焊接工件转至3号工位后，焊接位压臂2压紧，摇臂固定定位机构8伸出，3号工位的升降门下降，3号工位的相机捕捉到焊缝，并将采集的数据发送至PLC控制器，PLC控制器将预设的标准值与相机采集到的数据进行比对，如果是，则PLC控制器结合相机采集到的数据偏差进行用户数据处理，并将处理后的偏差值发送至激光焊接机；焊接机的PFO根据数据结果，在X，Y方向进行调整，并进行激光焊接，其中Z方向为焦距，焊接操作完成后，升降门上升，4号工位固定机构打开，转台转到4号工位；如果否，则4号工位的机械手直接进行取件；然后转到自动模式下，重新执行用户程序；

4号工位为机械手工位，机械手将焊接好的工件抓走，放置在传送带上。4号工位可利用电机对焊接面进行打磨，提高美观度。

本实施例中的PLC控制器选用西门子PLC系列，其与机器人、相机和激光焊接机均通过Profinet通信，相机与激光焊接机之间通过TCP/IP通信。Profinet通信网络下PLC通过采集传感器的数字信号对夹具状态或者其他设备进行了监控，确保了设备工作的安全性。

需要说明的是，本发明所公开的视觉化精准焊接控制系统不仅仅用来焊接涡轮壳与摇臂，凡是通过本设计方案设计思路进行的焊接系统均属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种基于PLC的视觉化精准焊接控制系统，其特征在于，包括焊接固定机构、PLC控制器以及分布在所述焊接机构四周的四个工位；所述焊接固定机构包括与所述四个工位位于同一水平面的转台，所述转台由固定在转台底部的伺服电机带动，所述伺服电机与PLC控制器通讯连接；

其中，1号工位为上件工位，由人工或机器人进行上件操作，将待焊接的工件放置在所述转台上进行固定，通过确认按钮进行确认，转台转到2号工位；

2号工位，包括相机和机器人，所述相机通过拍照检测1号工位安装是否正确，并将采集的信息传送至PLC控制器；所述PLC控制器根据传送的信息进行分析，并根据分析的数据信息与设定的标准信息进行比对，所述PLC控制器通过与所述机器人信号通讯，指示机器人是否进行动作；机器人动作完成后，通过确认按钮进行确定，所述转台转到3号工位；

3号工位为焊接工位，包括相机和激光焊接机，所述相机对焊缝进行捕捉，并将采集的数据发送至PLC控制器，PLC控制器将预设的标准值与所述相机采集到的数据进行比对，PLC控制器结合相机采集到的数据偏差进行用户数据处理，并将处理后的偏差值发送至所述激光焊接机；所述焊接机的PFO根据数据结果，在X，Y方向进行调整，并进行激光焊接，其中Z方向为焦距，焊接操作完成后，所述转台转到4号工位；

4号工位为机械手工位，机械手将焊接好的工件抓走，放置在传送带上。

2.如权利要求1所述的基于PLC的视觉化精准焊接控制系统，其特征在于，所述PLC控制器与所述机器人、相机和所述激光焊接机均通过Profinet通信，所述相机与所述激光焊接机之间通过TCP/IP通信。

3.如权利要求1所述的基于PLC的视觉化精准焊接控制系统，其特征在于，2号工位进行不少于3次拍照，至少包括拍照检测是否有挡块来决定机器人是否将焊料放置在待焊工件一上；其次拍照检测焊料有无来决定机器人是否抓取待焊工件二放置在焊料上；最后拍照检测待焊工件二的有无来判断焊接动作是否完成。

4.如权利要求3所述的基于PLC的视觉化精准焊接控制系统，其特征在于，所述待焊工件一为涡轮壳，焊料为垫片，待焊工件二为摇臂。

5.如权利要求4所述的基于PLC的视觉化精准焊接控制系统，其特征在于，2号工位进行的至少3次拍照数据采集，如是，则进行下一步操作工序；如否，则进行自动报警，经过调试完成后，则进行下一步操作工序。

6.如权利要求5所述的基于PLC的视觉化精准焊接控制系统，其特征在于，所述焊接固定机构还包括阀门顶紧机构、Base板以及安装在所述Base板上的仿形定位支撑机构、手动压紧机构、压臂、摇臂固定定位机构以及抓手定位衬套；所述阀门顶紧机构，用来从涡轮壳内部顶起阀门；所述仿行定位支撑机构，用来使待焊接工件表面保持水平，防止晃动；所述手动压紧机构用来在焊接过程中对工件进行紧固；所述压臂为气动元件，用来压紧工件；所述摇臂固定定位机构，用来锁紧摇臂，保证摇臂的角度在标准范围内；所述抓手定位衬套用来定位摇臂，提高抓手定位精度。

7.如权利要求6所述的基于PLC的视觉化精准焊接控制系统，其特征在于，所述焊接固定机构操作时用于2号工位和3号工位，并与所述PLC控制器通讯连接。

Images