CN111659985A - 一种弧焊机器人多层多道焊接的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种弧焊机器人多层多道焊接的系统及方法，系统包括控制中心、焊接装置和视觉传感装置，视觉传感装置用于获取焊接工件的坡口信息和特征点坐标，并对获取的数据进行处理发送给控制中心，控制中心根据视觉传感装置发送的数据进行分析处理，得到焊接参数，并将焊接参数发送给焊接装置，焊接装置根据所述焊接参数，通过弧焊机器人，对焊接工件进行多层多道焊接。本发明在进行焊接时，控制中心的PLC汇聚外部设备、焊接装置、视觉传感装置等组件信息，并依据信息推进工作流程和发送控制指令，协调系统各部件运行，实现多层多道焊接的自动化，极大减少了人力成本，有效改善了现有多层多道焊接中控制系统不完善的问题。

Description

一种弧焊机器人多层多道焊接的系统及方法

技术领域

本发明涉及自动焊接技术领域，尤其是一种弧焊机器人多层多道焊接的系统及方法。

背景技术

在工件焊接过程中熔敷两个及以上的焊层，其中部分焊层由单个或若干焊道组成，这种焊接方式就是多层多道焊接。在大型超厚板焊接领域，由于待焊坡口深度较大，开口较宽，通常需要使用多层多道的焊接方法，以确保焊接质量。

目前大型超厚板工件的多层多道焊接主要通过人工手动实现。采用人工焊接的方式劳动强度较大，生产效率较低，并且焊接质量不能得到稳定的保障，因此使用机器人实现多层多道自动化焊接是大势所趋。

目前在超厚板的多层多道自动化焊接领域，由于受到坡口加工精度，工件安装精度，以及工件热变形、工件结构等因素的限制，仅使用机器人无法实现理想的焊接效果，通常需要机器人系统、视觉系统、外部设备以及焊接系统的协同工作以确保焊接效果。而在实际的多层多道焊接中，控制系统无法有效协调各组件运作，导致焊接所需的人力投入较多，生产效率降低。

发明内容

本发明提供了一种弧焊机器人多层多道焊接的系统及方法，用于解决现有焊接的控制系统无法有效协调各组件运作，仍需较多的人力投入，生产效率低的问题。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明第一方面提供了一种弧焊机器人多层多道焊接的系统，所述系统包括控制中心、焊接装置和视觉传感装置，所述视觉传感装置用于获取焊接工件的坡口信息和特征点坐标，并对获取的数据进行处理发送给控制中心，所述控制中心根据视觉传感装置发送的数据进行分析处理，得到焊接参数，并将所述焊接参数发送给焊接装置，所述焊接装置根据所述焊接参数，通过弧焊机器人，对焊接工件进行多层多道焊接。

进一步地，所述系统还包括外部设备，所述外部设备包括除尘装置和药皮清除装置；所述除尘装置用于除去焊接过程中的烟尘；所述药皮清除装置在弧焊机器人每焊完一层后，对焊缝表面的焊渣进行清除。

进一步地，所述除尘装置包括轮式移动推车和固定于所述轮式移动推车上的柔性吸气臂，所述柔性吸气臂从所述轮式移动推车延伸值焊接工位，所述轮式移动推车内设置继电接触控制器，所述控制中心通过所述继电接触控制器控制除尘装置的工作。

进一步地，所述药皮清除装置包括双道滑轨和和通过所述双道滑轨移动的滑车，所述双道滑轨安装在焊接工件的两侧，所述滑车上设有梁臂、钢丝轮和高压气动吹尘枪，所述高压气动吹尘枪通过金属支架固定在所述梁臂上，且所述高压气动吹尘枪的枪口朝向焊接工件方向，所述钢丝轮安装在所述梁臂上，所述钢丝轮转动时接触焊缝表面。

进一步地，所述药皮清除装置还包括限位开关组A和限位开关组B，所述限位开关组A包括两个限位开关，分别设置在双道滑轨的一端，所述限位开关组B包括两个限位开关，分别设置在双道滑轨的另一端。

进一步地，所述系统还包括固定件，所述固定件用于焊接工件的固定，所述固定件包括第一固定块、第二固定块、第三固定块、螺纹孔和固定感应件，所述第一固定块平行于工作台，且其上设置若干所述螺纹孔；所述第二固定块垂直于所述第一固定块，且一端与第一固定块固定连接；所述第三固定块垂直于第二固定块，一端与第二固定块固定连接，且第三固定块平行于焊接工件的表面；所述固定感应件设置在所述第一固定块上，包括接近开关，所述接近开关的探头朝向工作台方向，通过探测与工作台的距离判断螺栓的拧紧效果。

进一步地，所述焊接装置包括弧焊机器人本体、机器人控制柜、焊机、焊枪和送丝机；所述弧焊机器人本体包括六自由度机械臂；所述送丝机固定安装在其一机械臂上，焊机通过通信线缆连接送丝机；所述焊枪固定安装在弧焊机器人本体机械臂的第六轴上，并通过线缆连接送丝机；所述机器人控制柜分别连接控制中心与弧焊机器人本体。

进一步地，所述焊机通过DeviceNet现场总线与弧焊机器人通信，所述控制中心包括PLC，PLC通过Profibus-DP现场总线与弧焊机器人通信。

进一步地，所述视觉传感装置固定安装与弧焊机器人本体机械臂的第五轴与第六轴之间，包括摄像机、线激光发生器和图像处理控制器；所述图像处理控制器与控制中心连接，用于接收控制中心的指令，并控制摄像机和线激光发生器的工作；所述线激光发生器发射一字线结构光，并投射于工件焊接表面；摄像机采集工件焊接表面的结构光条纹，并将采集的图像传输至图像处理控制器。

本发明第二方面提供了一种弧焊机器人多层多道焊接的方法，所述方法包括以下步骤：

S1,将待焊接工件固定于工作台上；

S2,启动系统，控制中心分别向视觉传感装置和焊接装置发送工作指令，焊接装置通过控制弧焊机器人本体机械臂的运动，使视觉传感装置对工件焊接表面进行一次扫描，获取到焊接工件的坡口信息，并回传至控制中心；

S3,所述控制中心对坡口信息进行分析处理，得到焊接参数，并将所述焊接参数发送至焊接装置；

S4,所述焊接装置基于所述焊接参数，进行打底焊接，并在打底焊接结束后，向控制中心反馈结束信号；

S5,控制中心向药皮清除装置发送启动指令，执行清皮操作；

S6,清皮操作结束后，控制中心再次启动弧焊机器人本体和视觉传感装置进行工件坡口当前信息的扫描，重复步骤S2-S5的操作，在视觉传感装置采集到当前坡口深度小于设定距离时，控制中心反馈焊接完成的信号。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

1、本发明与现有技术相比，在进行焊接时，控制中心的PLC汇聚外部设备、焊接装置、视觉传感装置等组件信息，并依据信息推进工作流程和发送控制指令，协调系统各部件运行，实现多层多道焊接的自动化，极大减少了人力成本，有效改善了现有技术多层多道焊接中控制系统不完善的问题。

2、通过除尘装置和药皮清除装置，对焊接过程中出现的有害烟尘和焊渣进行清理，保证焊接质量，且除尘装置在焊接完成后继续工作一段时间，保证除尘效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述系统的总体架构示意图；

图2是本发明所述系统的结构示意图；

图3是本发明所述弧焊机器人本体机械臂的结构及所带组件的结构示意图；

图4是本发明所述药皮清除装置的结构示意图；

图5是本发明所述固定件的结构示意图；

图6是图5所示A部分放大后的结构示意图；

图7是本发明所述视觉传感装置的结构示意图；

图8是坡口未填充时视觉传感装置采集信息的示意图；

图9是坡口填充后视觉传感装置采集信息的示意图；

图10是本发明所述方法的流程示意图。

图中，1操作台、2工业PC、3鼠标、4键盘、5物理按钮、6显示器、7指示灯、8控制柜、9示教器、10弧焊机器人本体、11焊机、12焊枪、13送丝机、131第一固定结构、14除尘装置、141柔性吸气臂、15药皮清除装置、151钢丝轮、152电机、153高压气动吹尘枪、154双道滑轨、155滑车、156第一伺服电机、157金属支架、158梁臂、159第二伺服电机、1510第一箱体、16固定件、161螺纹孔、162垫片、163孔洞、164卡槽、165接近开关、16A第一固定块、16B第二固定块、16C第三固定块、17视觉传感装置、171第二固定结构、172摄像机、173线激光发生器、174图像处理控制器、175第二箱体、176通信接口、177供电接口、178滤光片、179结构光纤、1710结构光条纹、18焊接工件、19工作台、20移动平台、21桁架、D1-D6机械臂的六个关节轴。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

本实施例提供的焊接系统及焊接方法针对坡口的多层多道焊接设计。

如图1、2所示，本发明的一种弧焊机器人多层多道焊接的系统，系统包括控制中心、焊接装置、视觉传感装置和外部设备，视觉传感装置用于焊缝定位并获取焊接工件的坡口信息和特征点坐标，对获取的数据进行处理发送给控制中心，控制中心根据视觉传感装置发送的数据进行分析处理，得到焊接参数，并将焊接参数发送给焊接装置，焊接装置根据焊接参数，通过弧焊机器人，对焊接工件进行多层多道焊接；外部设备用于提升和保障焊接质量，包括除尘装置、药皮清除装置和固定件。除尘装置用于除去焊接过程中的烟尘；药皮清除装置在弧焊机器人每焊完一层后，对焊缝表面的焊渣进行清除；固定件用于焊接工件的固定。焊接过程中，控制中心的PLC负责统筹焊接装置、外部设备、视觉传感装置的工作，并按照一定的流程协调系统各组件的工作，实现多层多道自动化焊接。

控制中心以PLC作为总控制器，包括操作台1、工业PC2及配套的输入输出设备。PLC选用西门子公司生产的S7-1200系列，PLC配备以太网通信接口、RS485通信模块、数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块、Profibus通信模块。这些模块用于与外部设备、视觉传感装置、焊接装置与工业PC2的通信。

控制中心的工业PC2安装于操作台1前侧，PLC(图中未显示)及其通信模块以及常规情况下操作员非接触的元件安装于操作台1内部的背板上，并由带有散热孔的保护板封闭。操作台1配备鼠标3、键盘4、物理按钮5用于常规输入操作；液晶显示器6以及指示灯7用于信息反馈。工业PC2上安装上位界面以及焊接参数数据库。上位界面基于WinCC开发，其主要功能是辅助操作员实时读写焊接参数、监控系统状态、控制系统运行、修改焊接数据库中的工艺数据等。焊接参数数据库基于SQLsever2014开发，其主要功能是存放焊接参数，包括焊接电压、焊接电流、送丝速度、移动速度和焊枪夹角。

本实施例中，标准自动化焊接流程中操作员需要手动控制较少，仅需按下上位界面中的启动按钮，系统自动执行多层多道焊接操作。此时系统各个部件的控制指令以及焊接参数、焊道坐标等信息均由PLC按照工作流程自动发送。出于设备调试以及维护需求，操作员需要通过上位界面手动控制外部设备、焊接装置、视觉传感装置。上位界面具有多个虚拟按钮及输入框，其功能包括：总启动、总停止、系统各部件启动与停止、焊接参数等，其中系统各部件的启动与停止在系统出现故障时使用，常规情况下系统各部件的启停由PLC自动控制。操作员在上位界面操作虚拟按钮或输入框后，PLC会向系统对应的部件发送实现其功能的指令，进而实现通过上位界面手动控制系统。监控系统的工作状态有利于保证焊接过程安全高效运行。除控制功能以外，外部设备、焊接装置、视觉传感装置的工作状态也会实时反馈回PLC，包括视觉传感装置采集的坡口信息、实际焊接参数、固定件的固定状态等。PLC再将系统各个组件回馈的信息反映于PC端上位界面的虚拟指示灯、文本框等。操作员通过观察上位界面可以获知系统工作信息从而加强对系统的监管。与上位界面的交互过程中操作员通过鼠标3、键盘4完成对上位界面的控制操作，并通过显示器6观察上位界面。除使用上位界面实现人机交互外，操作员也可通过物理按钮5实现上位界面的部分功能，包括总启动、总停止、系统各部件启动与停止。同时通过指示灯7观察系统各个组件的工作状态。

上位界面内置数据库操作脚本。当视觉传感系统向PLC传输坡口宽度、坡口深度、坡口角度等信息时，参数查询脚本自动执行，利用信息查询焊接参数数据库，并从中焊接参数数据库中取出匹配的焊接参数显示于上位界面以及回传至PLC。当数据库中的工业参数无法满足焊接要求时，操作员也可通过上位界面的参数修改脚本修改焊接参数数据库中的工艺参数。

在焊接过程中，由于高温电弧的影响母材与焊条端部会产生对人体有害的焊接烟尘，因此配备除尘装置14用于除去焊接时产生的有害烟尘。除尘装置14主体为固定于轮式可移动推车上侧的抽尘设备，可移动推车由操作员按照现场情况手动推移至工作站空闲处。柔性吸气臂22从主体设备延伸至距工位附近。柔性吸气臂22可悬停于三维空间的任意位置，无需固定且具有良好的拉伸与悬停特性。除尘设备主体部分具有继电接触器控制电路。PLC通过控制供电的方式控制其启动或关闭。PLC向焊接系统发送焊接启动指令时，控制除尘装置14运行。当PLC接收到由焊接系统反馈的焊接结束信号后，为保证除尘效果，PLC保持除尘装置14运行2分钟后停止。针对自动除尘无法达到理想效果的情况以及实际现场的突发状况，除尘装置14可由操作员通过上位界面手动控制其运行及停止。

焊接装置包括控制柜8、示教器9、弧焊机器人本体10、焊机11、焊枪12、送丝机13及机器人控制器。机器人控制器装有Profibus通信板卡及DeviceNet通信板卡。PLC通过Profibus-DP现场总线与机器人通信；机器人通过DeviceNet现场总线与焊机通信。PLC与焊机并未采用直连的方式通信，而是采用PLC-机器人-焊机的间接方式通信。

焊接工位19为一矩形平台，桁架21固定安装于焊接工位附近，且平行于矩形平台边线。桁架21上侧安装矩形移动平台20，移动平台20上方通过螺栓紧固装置安装弧焊机器人本体10。移动平台20由伺服电机驱动，可在桁架上水平运动，使得弧焊机器人本体10的活动范围进一步扩大。弧焊机器人本体10通过信号线与集成于控制柜8内的机器人控制器通信。示教器9在非使用时悬挂于机器人控制柜8外部。焊机11为选购的基于焊接逆变电源研发、由DSP运算及控制的数字化焊机，控制精度较高，并配备送丝机13、焊枪12。

如图3所示，弧焊机器人本体10为六自由度机械臂，具有六个关节轴D1-D6。送丝机13通过专用通信线缆与焊机11连接，并通过第一固定结构131安装于弧焊机器人本体10的第四轴D4与第五轴D5之间的支撑臂上。视觉传感装置17通过角度及高度可调的第二固定结构171安装于第五轴D5与第六轴D6之间的支撑臂上。焊枪12安装于弧焊机器人本体10的第六轴D6上。

焊接装置的工作过程：PLC通过Profibus现场总线向焊接装置发送启动指令，使弧焊机器人本体10与焊机11进入待机状态，等待PLC进一步传输的坐标信息以及焊接参数。PLC向焊接系统发送焊接参数、焊接起点与终点的坐标。焊接参数包括焊接电压、焊接电流、移动速度、送丝速度、焊枪夹角。焊接系统接收数据后，将焊接起点与焊接终点的坐标，以及焊接参数中的移动速度、焊枪夹角保留至机器人控制器，其余焊接参数包括焊接电压、焊接电流、送丝速度通过DeviceNet现场总线传输至焊机11。机器人控制器及焊机11接收到相关信息后，PLC发送开始焊接指令。机器人控制器使机械臂动作，安装于机械臂第六轴D6的焊枪12的枪头借助机械臂动作到达焊接起点，并同时调整焊枪夹角与PLC提供的焊枪夹角数值一致。焊机11按照接收的焊接电压与焊接电流调整其电源输出，并引弧起焊。焊接过程中，焊枪12在机械臂的带动下按照机器人控制器中保留的移动速度由焊接起点向焊接终点缓慢移动。在高温电弧的作用下焊丝不断融化并填入坡口，送丝机13按照焊机11接收的送丝速度向焊枪12供丝，以保证焊接持续进行。焊枪12移动至终点位置时，电弧熄灭，焊接停止，送丝机13停止送丝，焊接装置向PLC回馈焊接结束信号，表示单条焊缝焊接完毕。若焊接系统未接受到PLC传递的信息或信息接收不全，则机器人无法执行焊接操作并向PLC发出报警信号。本实施例中焊接过程为多层多道的直缝焊接，其实质为多条单道焊缝的叠加，故描述焊接单条焊缝的焊接系统的工作过程具有代表性。

焊接装置执行多层多道焊接操作时，焊缝表面会覆盖一层由氧化物及杂质形成的焊渣，影响多层多道焊接质量，因此需要进行清皮操作。如图4所示，药皮清除装置15主体部分为：安装有打磨用钢丝轮151的电机152、高压气动吹尘枪153、双道滑轨154、滑车155。药皮清除装置15横跨于待焊工件安装。滑轨154的端部安装判断滑车位置的限位开关组A、B。限位开关组A包含两个独立的限位开关15A1和15A2，二者保持同一水平且对称安装于双道滑轨154的左右两道，确保滑车155移动至滑轨154末端时能同时接触限位开关15A1与15A2。为防止滑车155出现脱轨，当且仅当限位开关15A1与15A2同时闭合时，限位开关组A算作闭合。若滑车155仅接触限位开关15A1或15A2中的一个，限位开关组A仍处于断开状态。限位开关组B包含限位开关15B1和15B2，运行原理与限位开关组A相同，区别在于限位开关组B位于滑轨154另一端。滑车155初始位置停留在双道滑轨154装有限位开关组A的一端。滑车155由第一伺服电机156驱动，可沿滑轨方向移动。高压气动吹尘枪153通过角度可调节的金属支架157固定于钢丝轮151前侧，并与钢丝轮151一同固定于梁臂158的中间位置。梁臂158可沿上下方向移动，其高度通过第二伺服电机159控制。滑轨一端为第一箱体1510，第一箱体1510内部安装为集成伺服驱动器及的控制电路板，并具有通信接口，与PLC采用RS485串口通信。PLC通过专有格式指令控制药皮清除装置，包括装置的启动、停止、复位、回程、滑车行进速度、打磨速度、梁臂高度。

药皮清除装置的工作过程如下：每焊完一层，PLC向药皮清除装置发送启动指令，此时PLC会检测滑车155是否接触双道滑轨154端部的限位开关组A。若否，则PLC指示滑车155向双道滑轨154端部移动，并在触碰限位开关A时停止。同时PLC检测到滑车155触碰限位开关组A后，清皮操作开始。滑车155在第一伺服电机156的拖动下向滑轨另一端移动，钢丝轮151在电机152的驱动下按照设定转速开始旋转，同时高压气动吹尘枪153向外吹气。滑车155移经工件18时，借由高速旋转的钢丝轮151磨去焊缝表面的药皮，并由高压气动吹尘枪153排出的强气流清理打磨时产生的残渣。滑车155移至双道滑轨154另一端并接触限位开关B后，钢丝轮151停转，高压气动吹尘枪153停止排气。与此同时滑车155按设定速度回程，并且第二伺服电机159拖动梁臂158上升1cm。滑车155回程至限位开关A处时，移动停止。每焊完一层，药皮清除装置15重复上述动作。工件焊接完毕后，PLC向药皮清除装置15发送复位指令，使梁臂158下降至初始位置，并检验滑车155是否位于限位开关A处，若是，则清皮过程停止；若否，则控制滑车155回程直至接触限位开关组A。药皮清除装置15运行时，滑车155的移动速度、钢丝轮151的打磨速度、梁臂158的高度均按照预设值运行，出于调试以及现场未知状况考虑，或者出现打磨效果不理想等情况，以上参数可通过工业PC2端的上位界面手动修改。

如图5、6所示，焊接固定件16为按照工件外形设计的手动夹具，用于在焊接时固定焊接工件，减小焊接工件变形。固定件16包括第一固定块16A、第二固定块16B、第三固定块16C、螺纹孔161和固定感应件。第一固定块16A表面贯穿开设四个螺纹孔161并与工作台19表面开设的孔洞对齐，再通过螺栓结构贯穿螺纹孔161以及垫片162将夹具与工作台19固定。第二固定块16B垂直于第一固定块16A，且一端与第一固定块16A固定连接；第三固定块16C垂直于第二固定块16B，一端与第二固定块16B固定连接，且第三固定块16C平行于焊接工件的表面。第二固定块16B以及第三固定块C与工件18贴合并起到紧固工件的作用。第一固定块16A上开设贯穿的孔洞163，孔洞163内部通过卡槽164安装接近开关165。接近开关165的探测头朝向下方，与第一固定块16A的下表面保持水平。接近开关165向PLC传递数字信号，其中1代表接近开关闭合、0代表接近开关断开，因此通过信号线与PLC数字量模块相连。接近开关165探测头的感应距离为0.1-5mm，垫片厚度为3mm。当第一固定块16A通过螺栓与工作台19固定规范时，工作台19表面距接近开关165探测头的距离为垫片162的厚度，小于接近开关165探测头的感应距离，故接近开关165闭合。PLC捕捉到接近开关传输的信号为1，从而判断安装正确。螺栓未拧紧导致固定效果不理想时，接近开关165探测头距工作台19表面的距离大于其的感应距离，故接近开关处于断开状态，并且向PLC反馈的信号为0，PLC从而判断夹具固定不规范，并在工业PC2上位界面中发出报警，指示工作人员检查固定件16。

如图7所示，视觉传感装置17包括CCD摄像机172、线激光发生器173和图像处理控制器174。主要元件集成安装于第二箱体175内，第二箱体175位黑色隔热箱体。第二箱体175通过高度与角度可调节的第二固定结构171固定于弧焊机器人本体10的第五轴D5与第六轴D6之间。第二箱体175尾部具有RS485通信接口176与设备供电接口177。RS485通信接口176用于PLC与图像处理控制器174通信。

第二箱体175内部图像处理控制器174与线激光发生器173通过信号线连接，并通过控制供电的方式决定是否生成线激光。CCD摄像机172与焊枪12保持平行。摄像头前部安装滤光片178，用于过滤不需要的辐射波段，减少焊接弧光对激光条纹采集的干扰。

视觉传感装置的工作过程为：PLC发出的启动指令并通过RS485现场总线送入图像处理控制器174。图像处理控制器174得到指令后，启动线激光发生器173，并使之生成的一字线结构光179以60°的角度投射于工件18表面。图像处理控制174确定有激光条纹生成后，向PLC回馈信息表示视觉传感装置启动成功。PLC收到信号后向视觉传感装置以及焊接装置发送扫描指令。焊接装置收到扫描指令使机械臂沿坡口方向移动一次。移动过程中，一字线结构光179扫描整个坡口，同时CCD摄像机172不断采集工件表面的结构光条纹1710并将采集的图像传输至图像处理控制器174。机器臂移动结束至终点后，CCD摄像机172停止采集操作。图像处理控制器174进行图像处理操作以获取所需的坡口信息以及特征点坐标。图像处理后得出的信息由坡口当前的填充状态决定。

如图8所示，当坡口未填充时，经过图像处理后得出的信息为：坡口宽度D、坡口深度H、坡口角度α，以及打底焊接起点A和终点B的坐标。如图9所示，坡口填充1层及以上时，图像处理后得出的信息为：当前层起焊侧坡口底端左右两点M和N的坐标、终止侧坡口底端左右两点E和F的坐标、坡口当前深度h。视觉传感系统将处理后得出的数据通过RS485现场总线传输至PLC，并向PLC回馈扫描完成信号，表明该层扫描已完成。当工件完全焊接完毕后，PLC向视觉传感系统发送工作结束指令，线激光发生器173停止生成一字线结构光，视觉传感系统停止工作。

如图10所示，本发明的一种弧焊机器人多层多道焊接的方法，包括以下步骤：

S1,将待焊接工件固定于工作台上；

焊接开始前，操作员将待焊工件安装于工作台上方，并通过焊接固定件固定。若固定效果不理想，即PLC捕捉到焊接固定结构所安装的接近开关未闭合，则无法进入下一步并通过上位界面发出报警。

S2,启动系统，控制中心分别向视觉传感装置和焊接装置发送工作指令，焊接装置通过控制弧焊机器人本体机械臂的运动，使视觉传感装置对工件焊接表面进行一次扫描，获取到焊接工件的坡口信息，并回传至控制中心；

获取坡口信息包括坡口宽度、坡口深度、坡口角度以及打底焊接起点和终点坐标。扫描完成后，视觉传感装置将坡口信息通过RS485现场总线回传至控制中心的PLC。

S3,所述控制中心对坡口信息进行分析处理，得到焊接参数，并将所述焊接参数发送至焊接装置；

PLC将坡口信息通过以太网传输至控制中心工业PC端并在上位界面显示。上位界面内置的焊接参数数据库查询脚本根据坡口信息中的坡口宽度、坡口深度、坡口角度查询焊接参数数据库，获得匹配的焊接参数，包括焊接电压、焊接电流、送丝速度、移动速度、焊枪夹角。工业PC将焊接参数查询结果显示于上位界面并同时传递至PLC，PLC再将焊接参数通过Profibus现场总线传递至焊接装置中的机器人控制器。机器人控制器保留焊接参数中的移动速度、焊枪夹角，并将焊接电压、焊接电流、送丝速度通过DeviceNet现场总线将焊接参数传输至焊机。PLC同时将获取的打底焊接起点和终点坐标通过Profibus现场总线传输至机器人控制器中。机器人控制器控制机械臂动作，将焊枪头引导至打底焊接起点处，实现焊缝寻位。

S4,所述焊接装置基于所述焊接参数，进行打底焊接，并在打底焊接结束后，向控制中心反馈结束信号；

PLC向焊接系统发送焊接启动指令，打底焊接开始，并同时启动外部设备中的除尘装置。起弧后，焊枪按照机器人控制器接收的移动速度由打底焊起点移动至打底焊终点。焊接过程中，焊机根据接收的焊接电压、焊接电流保证其持续的电源输出，同时保证送丝机13按照接收的送丝速度向焊枪12供给焊丝。在焊接过程中，焊接装置将实际焊接参数回馈至PLC，并在控制中心的PC端上位界面显示。打底焊接结束时，焊接装置向PLC回馈当前层焊接结束信号。PLC接收到信号后，将安全点坐标传输至机器人控制器，使弧焊机器人本体回归安全点。

S5,PLC通过RS485现场总线向药皮清除装置发送启动指令，执行清皮操作；

S6,清皮操作结束后，控制中心再次启动弧焊机器人本体和视觉传感装置进行工件坡口当前信息的扫描，重复步骤S2-S5的操作，在视觉传感装置采集到当前坡口深度小于设定距离时，控制中心反馈焊接完成的信号；

清皮操作结束后，PLC再次向机器人控制器发送指令，控制机械臂沿坡口移动一次，视觉传感装置执行扫描操作。由于先前焊道填充，此时视觉传感装置采集的特征信息为：当前层起焊侧坡口底端左右两侧坐标、终止侧坡口底端左右两侧坐标、坡口当前深度。PLC接收视觉传感装置当前采集的信息，计算出当前层的多条焊道起始点与终止点坐标，并依次传输至机器人控制器。焊接装置按照给出的焊道坐标焊接当前层。当前层焊接完毕后，焊接系统向PLC回馈当前层焊接结束信号。PLC指示弧焊机器人本体回归安全点，并重复步骤S2-S5的操作。并判断视觉传感装置采集的坡口当前深度是否小于2mm，若是，表示当前坡口已填充完毕，并向PLC传输工作结束信号。PLC接收到信号后，使弧焊机器人本体回到安全点并进行药皮清除操作，同时关闭视觉传感装置。除尘装置继续运行并于两分钟后停止。清皮操作完成后，PLC将工作结束的信息反馈至控制中心工业PC端的上位界面。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种弧焊机器人多层多道焊接的系统，其特征是，所述系统包括控制中心、焊接装置和视觉传感装置，所述视觉传感装置用于获取焊接工件的坡口信息和特征点坐标，并对获取的数据进行处理发送给控制中心，所述控制中心根据视觉传感装置发送的数据进行分析处理，得到焊接参数，并将所述焊接参数发送给焊接装置，所述焊接装置根据所述焊接参数，通过弧焊机器人，对焊接工件进行多层多道焊接。

2.根据权利要求1所述弧焊机器人多层多道焊接的系统，其特征是，所述系统还包括外部设备，所述外部设备包括除尘装置和药皮清除装置；所述除尘装置用于除去焊接过程中的烟尘；所述药皮清除装置在弧焊机器人每焊完一层后，对焊缝表面的焊渣进行清除。

3.根据权利要求2所述弧焊机器人多层多道焊接的系统，其特征是，所述除尘装置包括轮式移动推车和固定于所述轮式移动推车上的柔性吸气臂，所述柔性吸气臂从所述轮式移动推车延伸值焊接工位，所述轮式移动推车内设置继电接触控制器，所述控制中心通过所述继电接触控制器控制除尘装置的工作。

4.根据权利要求2所述弧焊机器人多层多道焊接的系统，其特征是，所述药皮清除装置包括双道滑轨和和通过所述双道滑轨移动的滑车，所述双道滑轨安装在焊接工件的两侧，所述滑车上设有梁臂、钢丝轮和高压气动吹尘枪，所述高压气动吹尘枪通过金属支架固定在所述梁臂上，且所述高压气动吹尘枪的枪口朝向焊接工件方向，所述钢丝轮安装在所述梁臂上，所述钢丝轮转动时接触焊缝表面。

5.根据权利要求4所述弧焊机器人多层多道焊接的系统，其特征是，所述药皮清除装置还包括限位开关组A和限位开关组B，所述限位开关组A包括两个限位开关，分别设置在双道滑轨的一端，所述限位开关组B包括两个限位开关，分别设置在双道滑轨的另一端。

6.根据权利要求1所述弧焊机器人多层多道焊接的系统，其特征是，所述系统还包括固定件，所述固定件用于焊接工件的固定，所述固定件包括第一固定块、第二固定块、第三固定块、螺纹孔和固定感应件，所述第一固定块平行于工作台，且其上设置若干所述螺纹孔；所述第二固定块垂直于所述第一固定块，且一端与第一固定块固定连接；所述第三固定块垂直于第二固定块，一端与第二固定块固定连接，且第三固定块平行于焊接工件的表面；所述固定感应件设置在所述第一固定块上，包括接近开关，所述接近开关的探头朝向工作台方向，通过探测与工作台的距离判断螺栓的拧紧效果。

7.根据权利要求1所述弧焊机器人多层多道焊接的系统，其特征是，所述焊接装置包括弧焊机器人本体、机器人控制柜、焊机、焊枪和送丝机；所述弧焊机器人本体包括六自由度机械臂；所述送丝机固定安装在其一机械臂上，焊机通过通信线缆连接送丝机；所述焊枪固定安装在弧焊机器人本体机械臂的第六轴上，并通过线缆连接送丝机；所述机器人控制柜分别连接控制中心与弧焊机器人本体。

8.根据权利要求7所述弧焊机器人多层多道焊接的系统，其特征是，所述焊机通过DeviceNet现场总线与弧焊机器人通信，所述控制中心包括PLC，PLC通过Profibus-DP现场总线与弧焊机器人通信。

9.根据权利要求8所述弧焊机器人多层多道焊接的系统，其特征是，所述视觉传感装置固定安装与弧焊机器人本体机械臂的第五轴与第六轴之间，包括摄像机、线激光发生器和图像处理控制器；所述图像处理控制器与控制中心连接，用于接收控制中心的指令，并控制摄像机和线激光发生器的工作；所述线激光发生器发射一字线结构光，并投射于工件焊接表面；摄像机采集工件焊接表面的结构光条纹，并将采集的图像传输至图像处理控制器。

10.一种弧焊机器人多层多道焊接的方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：

S1,将待焊接工件固定于工作台上；

S2,启动系统，控制中心分别向视觉传感装置和焊接装置发送工作指令，焊接装置通过控制弧焊机器人本体机械臂的运动，使视觉传感装置对工件焊接表面进行一次扫描，获取到焊接工件的坡口信息，并回传至控制中心；

S3,所述控制中心对坡口信息进行分析处理，得到焊接参数，并将所述焊接参数发送至焊接装置；

S4,所述焊接装置基于所述焊接参数，进行打底焊接，并在打底焊接结束后，向控制中心反馈结束信号；

S5,控制中心向药皮清除装置发送启动指令，执行清皮操作；

S6,清皮操作结束后，控制中心再次启动弧焊机器人本体和视觉传感装置进行工件坡口当前信息的扫描，重复步骤S2-S5的操作，在视觉传感装置采集到当前坡口深度小于设定距离时，控制中心反馈焊接完成的信号。

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