CN111069807A - 一种用于焊接机器人的可视化系统及其使用方法 - Google Patents

一种用于焊接机器人的可视化系统及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于焊接机器人的可视化系统及其使用方法，系统包括焊接系统、视觉系统、控制系统和驱动系统。所述焊接系统包括机架、焊接手臂和焊枪。所述机架包括横梁和支撑柱。所述视觉系统包括两个球形摄像头，以及一个枪式摄像头。所述控制系统包括终端。所述驱动系统包括变位机。使用时，将待焊车体紧固在变位机上。球形摄像头采集待焊车体区域的数字视频信号并将该信号输出至终端。枪式摄像头采集焊道区域的数字视频信号并将该信号输出至终端。通过终端和示教器并行协同，完成待焊车体焊道的寻找，以及焊缝质量的观察等内容。本发明解决了以往在寻找和观察焊道时必须爬到车体上近距离操作的高安全隐患，显著降低了劳动强度和辅助时间。

Description

一种用于焊接机器人的可视化系统及其使用方法
技术领域
本发明涉及焊接机器人领域，具体涉及一种用于焊接机器人的可视化系统及其使用方法。
背景技术
焊接机器人焊接装甲车体的工作原理：装甲车体固定在焊接机器人的变位机上后，由操作工人通过示教器控制机器人的手臂动作和变位机的翻转，对车体需施焊的焊道逐一寻找，并在此过程中完成数控程序的编制及确定，最后进行施焊。此外，由于车体的外形尺寸大，形成壳体的组成件较多，有一定的积累误差，每台车体的焊道位置均有偏移，所有车体均须重复前台车体的示教操作动作。目前，同行业内的焊接机器人在对装甲车辆壳体施焊时，由于车体的焊道数多、外型尺寸大，操作人员在远处的走台或楼梯上不能有效地完成焊道寻找以及施焊时对焊道的观察，需攀爬到车体上进行相应的操作，但车体在示教操作过程中有旋转运动，操作人员存在着高安全隐患，同时因操作人员反复攀爬造成其辅助时间长，劳动强度大，有效工作时间短。
因此，研制一种适用于焊接机器人焊接时的焊道寻找，以及便于观察焊接质量的可视化系统具有重要的实际意义。
发明内容
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种用于焊接机器人的可视化系统，包括焊接系统、视觉系统、控制系统和驱动系统。
所述焊接系统包括机架、焊接手臂和焊枪。
所述机架包括横梁和支撑柱。所述支撑柱竖直安装在地面上。所述横梁安装在支撑柱上端，并与支撑柱垂直。所述焊接手臂竖直安装在横梁上。所述焊枪安装在焊接手臂的下端。
所述视觉系统包括两个球形摄像头，以及一个枪式摄像头。
两个所述球形摄像头安装在横梁的下表面，并位于横梁长度方向的两端。所述枪式摄像头安装在焊枪的侧壁上，其镜头朝向焊枪枪头方向。所述枪式摄像头的镜头表面安装有防强光镜片。
所述控制系统包括终端。所述终端通过数据线连接球形摄像头和枪式摄像头。
所述驱动系统包括变位机。所述变位机安装在地面上，并位于横梁下方。
工作时，待焊车体固定在变位机上。所述终端向两个球形摄像头输出打开指令，控制两个球形摄像头打开。所述终端向两个球形摄像头输出转向指令，控制两个球形摄像头转向待焊车体区域。两个所述球形摄像头采集待焊车体区域的数字视频信号并输出至终端。所述终端将接收到的数字视频信号转换成视频图像并显示。通过示教器向变位机输出翻转指令，控制变位机翻转，同时示教器向焊接手臂输出移动指令，控制焊接手臂向待焊车体的焊道移动。当焊接手臂上焊枪的枪头焊丝处于焊道中心时，终端向两个球形摄像头输出关闭指令，控制两个球形摄像头关闭。所述终端向枪式摄像头输出打开指令，控制枪式摄像头打开。通过示教器向焊枪输出控制施焊指令，控制焊枪施焊。所述枪式摄像头采集焊道区域的数字视频信号并输出至终端。所述终端将接收到的数字视频信号转换成视频图像并显示。
进一步，所述横梁上安装有纵向导轨X、横向导轨Y和竖向导轨Z。
所述焊接手臂上分别安装有沿纵向导轨X、横向导轨Y和竖向导轨Z方向移动的驱动装置。
进一步，所述控制系统还包括路由器。
所述路由器通过网线连接终端。所述球形摄像头和枪式摄像头均通过网线连接路由器。
本发明还公开一种用于焊接机器人的可视化系统的使用方法，包括如下步骤：
1)将待焊车体紧固在变位机上。
2)通过终端向两个球形摄像头输出打开指令，控制两个球形摄像头打开。通过终端向两个球形摄像头输出转向指令，控制两个球形摄像头转向待焊车体区域。
3)两个球形摄像头对待焊车体区域进行拍摄，采集数字视频信号并将该信号输出至终端，终端将接收到的数字视频信号转换成视频图像并显示。
4)通过操作示教器向变位机输出翻转指令，控制变位机翻转，同时通过操作示教器向焊接手臂输出移动指令，控制焊接手臂向待焊车体的焊道移动。
5)当焊接手臂上焊枪的枪头焊丝处于焊道中心时，终端向两个球形摄像头输出关闭指令，控制两个球形摄像头关闭。
6)终端向枪式摄像头输出打开指令，控制枪式摄像头打开。通过操作示教器向焊枪输出控制施焊指令，控制焊枪施焊。
7)所述枪式摄像头对焊道区域进行拍摄，采集数字视频信号并将该信号输出至终端，终端将接收到的数字视频信号转换成视频图像并显示。
进一步，在步骤4)中，当焊接手臂向待焊车体的焊道移动时，所述终端实时输出控制指令控制两个球形摄像头的方向和焦距。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明结构布置简易，通过在机架的横梁上布置球形摄像头，对待焊车体区域进行视频信息采集，在焊枪上安装枪式摄像头，采集焊道视频信息，通过终端观察寻找与观察焊道，解决了以往工人在寻找和观察焊道时必须爬到装甲车体上近距离操作的高安全隐患，并显著降低了工人的劳动强度和辅助时间，实现了人机界面的友好和统一性。
附图说明
图1为本发明的结构布置示意图；
图2为本发明视觉系统和控制系统的连接关系示意图；
图3为本发明的工作示意图1；
图4为本发明的工作示意图2。
图中：机架1、横梁101、支撑柱102、焊接手臂2、焊枪3球形摄像头4、枪式摄像头5、防强光镜片6、显示屏7、键盘控制器8、控制手柄9、服务器10、变位机11和路由器12。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
本实施例公开一种用于焊接机器人的可视化系统，包括焊接系统、视觉系统、控制系统和驱动系统。
参见图1，所述焊接系统包括机架1、焊接手臂2和焊枪3。
所述机架1包括横梁101和支撑柱102。所述支撑柱102竖直安装在地面上。所述横梁101焊接固定在支撑柱102上端，并与支撑柱102垂直。所述横梁101上安装有纵向导轨X、横向导轨Y和竖向导轨Z，在横梁101上建立三维坐标系oxyz，纵向导轨X位于x轴方向上，横向导轨Y位于y轴方向上，竖向导轨Z位于z轴方向上。
所述焊接手臂2到的竖直安装在横梁101上。所述焊接手臂2上分别安装有沿纵向导轨X、横向导轨Y和竖向导轨Z方向移动的驱动装置，使得焊接手臂2能够在x，y，z方向上移动。
所述焊枪3安装在焊接手臂2的下端。焊接手臂2具有类似人的手臂动作仿真功能，通过其内置的关节机构，可使焊枪3在任意角度和方向上作动作。
所述视觉系统包括两个球形摄像头4，以及一个枪式摄像头5，本实施例中，球形摄像头4和枪式摄像头5均选用高清摄像头。
两个所述球形摄像头4通过螺钉安装在横梁101的下表面，并位于横梁101长度方向的两端。所述枪式摄像头5通过螺钉在焊枪3的侧壁上，其镜头朝向焊枪3枪头方向。所述枪式摄像头5的镜头表面安装有防强光镜片6。
参见图2，所述控制系统包括终端和路由器12。该终端包括显示屏7、键盘控制器8、控制手柄9和服务器10。所述显示屏7、键盘控制器8和控制手柄9均与服务器10电连接。所述路由器12通过网线连接终端的服务器10。所述球形摄像头4和枪式摄像头5均通过网线连接路由器12。所述键盘控制器8用于控制球形摄像头4和枪式摄像头5的开闭。所述控制手柄9用于控制球形摄像头4的转向。
所述驱动系统包括变位机11。所述变位机11安装在地面上，并位于横梁101下方。
参见图3和图4，工作时，待焊车体固定在变位机11上。通过操作键盘控制器8，所述终端的服务器10向两个球形摄像头4输出打开指令，控制两个球形摄像头4打开。驱动控制手柄9，所述终端的服务器10向两个球形摄像头4输出转向指令，控制两个球形摄像头4转向待焊车体区域。两个所述球形摄像头4采集数字视频信号并通过网线输出至终端的服务器10。所述终端的服务器10将接收到的数字视频信号转换成视频图像，并将视频图像输出至显示屏7显示。通过操作示教器向变位机11输出翻转指令，控制变位机11翻转，同时通过操作示教器向焊接手臂2输出移动指令，控制焊接手臂2向待焊车体的焊道移动。当焊接手臂2上焊枪3的枪头焊丝处于焊道中心时，通过操作键盘控制器8，终端的服务器10向两个球形摄像头4输出关闭指令，控制两个球形摄像头4关闭，避免强光辐射。通过操作键盘控制器8，所述终端的服务器10向枪式摄像头5输出打开指令，控制枪式摄像头5打开。通过操作示教器向焊枪3输出控制施焊指令，控制焊枪3施焊。所述枪式摄像头5采集数字视频信号并通过网线输出至终端的服务器10。所述终端的服务器10将接收到的数字视频信号转换成视频图像并显示，并将视频图像输出至显示屏7显示，操作人员在显示屏7上观察焊枪3的动作以及焊缝质量。
本实施例结构布置简易，通过在机架1的横梁101上布置球形摄像头4，对待焊车体区域进行视频信息采集，在焊枪3上安装枪式摄像头5，采集焊道视频信息，通过终端观察寻找与观察焊道，解决了以往工人在寻找和观察焊道时必须爬到装甲车体上近距离操作的高安全隐患，并显著降低了工人的劳动强度和辅助时间，实现了人机界面的友好和统一性。
实施例2：
本实施例提供一种较为基础的实现方式，包括焊接系统、视觉系统、控制系统和驱动系统。
参见图1，所述焊接系统包括机架1、焊接手臂2和焊枪3。
所述机架1包括横梁101和支撑柱102。所述支撑柱102竖直安装在地面上。所述横梁101焊接固定在支撑柱102上端，并与支撑柱102垂直。所述焊接手臂2到的竖直安装在横梁101上。
所述焊枪3安装在焊接手臂2的下端。焊接手臂2具有类似人的手臂动作仿真功能，通过其内置的关节机构，可使焊枪3在任意角度和方向上作动作。
所述视觉系统包括两个球形摄像头4，以及一个枪式摄像头5，本实施例中，球形摄像头4和枪式摄像头5均选用高清摄像头。
两个所述球形摄像头4通过螺钉安装在横梁101的下表面，并位于横梁101长度方向的两端。所述枪式摄像头5通过螺钉在焊枪3的侧壁上，其镜头朝向焊枪3枪头方向。所述枪式摄像头5的镜头表面安装有防强光镜片6。
参见图2，所述控制系统包括终端。该终端包括显示屏7、键盘控制器8、控制手柄9和服务器10。所述显示屏7、键盘控制器8和控制手柄9均与服务器10电连接。所述服务器10通过数据线连接球形摄像头4和枪式摄像头5。所述键盘控制器8用于控制球形摄像头4和枪式摄像头5的开闭。所述控制手柄9用于控制球形摄像头4的转向。
所述驱动系统包括变位机11。所述变位机11安装在地面上，并位于横梁101下方。
参见图3和图4，工作时，待焊车体固定在变位机11上。通过操作键盘控制器8，所述终端的服务器10向两个球形摄像头4输出打开指令，控制两个球形摄像头4打开。驱动控制手柄9，所述终端的服务器10向两个球形摄像头4输出转向指令，控制两个球形摄像头4转向待焊车体区域。两个所述球形摄像头4采集数字视频信号并通过网线输出至终端的服务器10。所述终端的服务器10将接收到的数字视频信号转换成视频图像，并将视频图像输出至显示屏7显示。通过操作示教器向变位机11输出翻转指令，控制变位机11翻转，同时通过操作示教器向焊接手臂2输出移动指令，控制焊接手臂2向待焊车体的焊道移动。当焊接手臂2上焊枪3的枪头焊丝处于焊道中心时，通过操作键盘控制器8，终端的服务器10向两个球形摄像头4输出关闭指令，控制两个球形摄像头4关闭，避免强光辐射。通过操作键盘控制器8，所述终端的服务器10向枪式摄像头5输出打开指令，控制枪式摄像头5打开。通过操作示教器向焊枪3输出控制施焊指令，控制焊枪3施焊。所述枪式摄像头5采集数字视频信号并通过网线输出至终端的服务器10。所述终端的服务器10将接收到的数字视频信号转换成视频图像并显示，并将视频图像输出至显示屏7显示，操作人员在显示屏7上观察焊枪3的动作以及焊缝质量。
本实施例结构布置简易，通过在机架1的横梁101上布置球形摄像头4，对待焊车体区域进行视频信息采集，在焊枪3上安装枪式摄像头5，采集焊道视频信息，通过终端观察寻找与观察焊道，解决了以往工人在寻找和观察焊道时必须爬到装甲车体上近距离操作的高安全隐患，并显著降低了工人的劳动强度和辅助时间，实现了人机界面的友好和统一性。
实施例3：
本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述横梁101上安装有纵向导轨X、横向导轨Y和竖向导轨Z，在横梁101上建立三维坐标系oxyz，纵向导轨X位于x轴方向上，横向导轨Y位于y轴方向上，竖向导轨Z位于z轴方向上。
所述焊接手臂2上分别安装有沿纵向导轨X、横向导轨Y和竖向导轨Z方向移动的驱动装置，使得焊接手臂2能够在x，y，z方向上移动。
实施例4：
本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述控制系统还包括路由器12。
所述路由器12通过网线连接终端的服务器10。所述球形摄像头4和枪式摄像头5均通过网线连接路由器12。
实施例5：
参见图1至图4，本实施例公开一种关于实施1所述系统的使用方法，包括如下步骤：
1)将待焊车体紧固在变位机11上。
2)通过操作键盘控制器8，终端的服务器10向两个球形摄像头4输出打开指令，控制两个球形摄像头4打开。驱动控制手柄9，终端的服务器10向两个球形摄像头4输出转向指令，控制两个球形摄像头4转向待焊车体区域。
3)两个球形摄像头4对待焊车体区域进行拍摄，采集数字视频信号并将该信号通过网线输出至终端的服务器10，终端的服务器10将接收到的数字视频信号转换成视频图像，并将视频图像输出至显示屏7显示。
4)通过操作示教器向变位机11输出翻转指令，控制变位机11翻转，同时通过操作示教器向焊接手臂2输出移动指令，控制焊接手臂2向待焊车体的焊道移动。
5)当焊接手臂2上焊枪3的枪头焊丝处于焊道中心时，通过操作键盘控制器8，通过终端的服务器10向两个球形摄像头4输出关闭指令，控制两个球形摄像头4关闭，避免强光辐射。
6)通过操作键盘控制器8，同时终端的服务器10向枪式摄像头5输出打开指令，控制枪式摄像头5打开。通过操作示教器向焊枪3输出控制施焊指令，控制焊枪3施焊。
7)所述枪式摄像头5对焊道区域进行拍摄，采集数字视频信号并将该信号通过网线输出至终端的服务器10，终端的服务器10将接收到的数字视频信号转换成视频图像，并将视频图像输出至显示屏7显示。
通过上述方法，在显示屏7观察焊枪的动作以及焊缝质量，杜绝了安全隐患，并显著降低了劳动强度和辅助时间。
实施例6：
本实施例主要步骤同实施2，进一步，在步骤4)中，当焊接手臂2向待焊车体的焊道移动时，通过驱动控制手柄9，使终端的服务器10实时输出控制指令控制两个球形摄像头4的方向和焦距(最高可达18倍)，确保两个球形摄像头4均能清晰地看到焊枪3的位置和姿态。

Claims (5)

1.一种用于焊接机器人的可视化系统，其特征在于：包括所述焊接系统、视觉系统、控制系统和驱动系统；
所述焊接系统包括机架(1)、焊接手臂(2)和焊枪(3)；
所述机架(1)包括横梁(101)和支撑柱(102)；所述支撑柱(102)竖直安装在地面上；所述横梁(101)安装在支撑柱(102)上端，并与支撑柱(102)垂直；所述焊接手臂(2)竖直安装在横梁(101)上；所述焊枪(3)安装在焊接手臂(2)的下端；
所述视觉系统包括两个球形摄像头(4)，以及一个枪式摄像头(5)；
两个所述球形摄像头(4)安装在横梁(101)的下表面，并位于横梁(101)长度方向的两端；所述枪式摄像头(5)安装在焊枪(3)的侧壁上，其镜头朝向焊枪(3)枪头方向；所述枪式摄像头(5)的镜头表面安装有防强光镜片(6)；
所述控制系统包括终端；所述终端通过数据线连接球形摄像头(4)和枪式摄像头(5)。
所述驱动系统包括变位机(11)；所述变位机(11)安装在地面上，并位于横梁(101)下方；
工作时，待焊车体固定在变位机(11)上；所述终端向两个球形摄像头(4)输出打开指令，控制两个球形摄像头(4)打开；所述终端向两个球形摄像头(4)输出转向指令，控制两个球形摄像头(4)转向待焊车体区域；两个所述球形摄像头(4)采集数字视频信号并输出至终端；所述终端将接收到的数字视频信号转换成视频图像并显示；通过示教器向变位机(11)输出翻转指令，控制变位机(11)翻转，同时示教器向焊接手臂(2)输出移动指令，控制焊接手臂(2)向待焊车体的焊道移动；当焊接手臂(2)上焊枪(3)的枪头焊丝处于焊道中心时，终端向两个球形摄像头(4)输出关闭指令，控制两个球形摄像头(4)关闭；所述终端向枪式摄像头(5)输出打开指令，控制枪式摄像头(5)打开；通过示教器向焊枪(3)输出控制施焊指令，控制焊枪(3)施焊；所述枪式摄像头(5)采集数字视频信号并输出至终端；所述终端将接收到的数字视频信号转换成视频图像并显示。
2.根据权利要求2所述的一种用于焊接机器人的可视化系统，其特征在于：所述横梁(101)上安装有纵向导轨X、横向导轨Y和竖向导轨Z；
所述焊接手臂(2)上分别安装有沿纵向导轨X、横向导轨Y和竖向导轨Z方向移动的驱动装置。
3.根据权利要求1所述的一种用于焊接机器人的可视化系统，其特征在于：所述控制系统还包括路由器(12)；
所述路由器(12)通过网线连接终端；所述球形摄像头(4)和枪式摄像头(5)均通过网线连接路由器(12)。
4.一种基于权利要求1所述系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将待焊车体紧固在变位机(11)上；
2)通过终端向两个球形摄像头(4)输出打开指令，控制两个球形摄像头(4)打开；通过终端向两个球形摄像头(4)输出转向指令，控制两个球形摄像头(4)转向待焊车体区域；
3)两个球形摄像头(4)对待焊车体区域进行拍摄，采集数字视频信号并将该信号输出至终端，终端将接收到的数字视频信号转换成视频图像并显示；
4)示教器向变位机(11)输出翻转指令，控制变位机(11)翻转，同时示教器向焊接手臂(2)输出移动指令，控制焊接手臂(2)向待焊车体的焊道移动；
5)当焊接手臂(2)上焊枪(3)的枪头焊丝处于焊道中心时，终端向两个球形摄像头(4)输出关闭指令，控制两个球形摄像头(4)关闭；
6)终端向枪式摄像头(5)输出打开指令，控制枪式摄像头(5)打开；所述示教器向焊枪(3)输出控制施焊指令，控制焊枪(3)施焊；
7)所述枪式摄像头(5)对焊道区域进行拍摄，采集数字视频信号并将该信号输出至终端，终端将接收到的数字视频信号转换成视频图像并显示。
5.根据权利要求4所述的一种用于焊接机器人的可视化系统的使用方法，其特征在于：在步骤4)中，当焊接手臂(2)向待焊车体的焊道移动时，所述终端实时输出控制指令控制两个球形摄像头(4)的方向和焦距。
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