CN112775575A - 一种智能柔性组对拼焊机器人系统及方法 - Google Patents

一种智能柔性组对拼焊机器人系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智能柔性组对拼焊机器人系统及方法，包括组对机器人上连接的精定位视觉单元，与全局视觉单元构成粗精两级定位系统；组对机器人通过机器人快换工具连接拾取拼焊工装和组对拼焊工装，通过电控系统控制拾取拼焊工装和组对拼焊工装的磁性的有无，磁吸完成焊接结构件的拾取、精确定位和组对拼装；焊接机器人通过智能焊缝传感器对焊接构件上焊缝进行寻位，实现点焊和满焊作业。相比于传统定位组对拼焊工装节省了大量的人力和时间，智能化程度高。利用组对机器人与焊接机器人配合协同，柔性化程度高，有效提高系统内机器人的使用效率和焊接生产效率，保证焊接生产的质量。

Description

一种智能柔性组对拼焊机器人系统及方法
技术领域
本发明涉及机器人焊接自动化生产领域，特别是涉及一种智能柔性组对拼焊机器人系统及方法，可实现焊接结构件的组对及后续的焊接生产。
背景技术
焊接作为与制造业密切相关的重要生产方式，随着工业生产的现代化发展逐步深入，使焊接结构件的应用范围不断扩大，广泛应用于交通、化工、建筑和通用机械等。这些焊接结构件都是由一个或若干个不同的零部件焊接而成。传统生产焊接结构件是人工进行各零部件的定位组对点焊，然后再进行手工焊接，焊接质量和一致性难以保证的同时人工劳动强度大，工作环境恶劣；近些年随着自动化技术的发展，焊接机器人也被应用在焊接结构件的生产中，虽然能提高焊接生产柔性，提高生产效率；但是焊接结构件前期的定位组对点焊的工作仍然由人工手工焊接完成。难以满足现代化焊接生产的连续高度生产和精细制造的要求。
因此，设计一种可自动对焊接结构件组对拼焊的智能柔性系统成为了高效焊接生产的关键。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种智能柔性、结构简单及通用性强的组对拼焊机器人焊接系统，利用组对机器人与焊接机器人配合协同，有效提高系统内机器人的使用效率和焊接生产效率，保证焊接质量。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
本发明给出了一种智能柔性组对拼焊机器人系统，包括焊接平台、组对机器人、拾取拼焊工装、全局视觉单元、焊接机器人、电控系统、定位组对拼焊工装、物料区和精定位视觉单元；
所述组对机器人和焊接机器人分别设于焊接平台侧，全局视觉单元设于物料区和焊接平台视场范围内；
所述组对机器人上连接有精定位视觉单元，与全局视觉单元构成粗精两级定位系统；组对机器人通过机器人快换工具连接拾取拼焊工装和定位组对拼焊工装，通过电控系统控制拾取拼焊工装和定位组对拼焊工装的磁性的有无，磁吸完成焊接结构件的拾取、精确定位和组对拼装；
所述焊接机器人上连接有焊枪和智能焊缝传感器，对焊接构件上焊缝进行寻位、点焊和满焊作业。
作为进一步优选，所述电控系统包括焊接机器人电控器、总控器和组对机器人电控器。
作为进一步优选，所述精定位视觉单元设于组对机器人顶部，并与设于组对机器人端部的定位组对拼焊工装同向。
作为进一步优选，所述定位组对拼焊工装包括机器人快换工具、上电永磁吸盘和下电永磁吸盘，机器人快换工具设在支架尾部与组对机器人连接，上电永磁吸盘和下电永磁吸盘分别设于支架前部和底部。
所述上电永磁吸盘和下电永磁吸盘通过电控系统程序控制其正常工作时带有磁性，不工作时不带磁性。
作为进一步优选，所述上电永磁吸盘垂直设置或向上倾斜设置。
作为进一步优选，所述拾取拼焊工装包括机器人快换工具和通过连接管连接的电永磁吸盘，电永磁吸盘垂直设置。
作为进一步优选，所述焊接机器人端部连接焊枪，智能焊缝传感器设于焊枪顶部。
作为进一步优选，所述焊接平台为平台或转台，所述焊接机器人和组对机器人架设在地轨上。
相应地，本发明还给出了一种所述系统的智能柔性组对拼焊机器人对拼焊方法，包括：
1)将焊接成品的三维模型导入组对机器人系统中；
2)将定位组对拼焊工装连接在组对机器人上，将定位组对拼焊工装放置到焊接平台上；通过总控器控制使定位组对拼焊工装的下电永磁吸盘磁吸在焊接平台上；
3)组对机器人连接拾取拼焊工装，然后移动至物料区的物料处，通过全局视觉单元和组对机器人携带的精定位视觉单元对焊接结构件进行识别定位；然后通过总控器控制使拾取拼焊工装的电永磁吸盘磁吸拾取焊接结构件；
4)通过全局定位视觉单元和精定位视觉单元对定位组对拼焊工装进行识别和定位，组对机器人拾取焊接结构件准确摆放至焊接平台上的定位组对拼焊工装处，然后通过总控器控制使定位组对拼焊工装的上电永磁吸盘产生磁吸焊接结构件；
5)重复步骤2)-4)，直到所有的焊接结构件被定位组对拼装完成；
6)焊接机器人携带智能焊缝传感器对焊接结构件焊缝进行寻位，通过焊枪对焊接结构件进行点焊及满焊作业；
7)满焊完成，组对机器人在全局视觉单元和精定位视觉单元的引导下移动至焊接成品位置，通过总控器控制使拾取拼焊工装的电永磁吸盘磁吸拾取焊接结构件，并将其放置在物料区；以此循环进行拼装焊接作业。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
1、本发明通过组对机器人与粗精两级视觉单元配合，固连不同的组对定位工装，通过程序控制可完成焊接结构件的精确定位组对，相比于传统定位组对拼焊工装节省了大量的人力和时间，智能化程度高。
2、本发明通过焊接机器人与智能焊缝传感器配合，可对焊接结构件焊缝进行寻位及焊接作业，自动化程度高；
3、本发明利用组对机器人与焊接机器人配合协同，柔性化程度高，组对精确可有效提高系统内机器人的使用效率和焊接生产效率，保证焊接生产的质量。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为本发明一种智能柔性组对拼焊机器人系统及方法的应用场景示意图；
图2为本发明组对机器人固连定位组对拼焊工装Ⅰ示意图；
图3为本发明定位组对拼焊工装Ⅰ结构示意图；
图4为本发明定位组对拼焊工装Ⅱ结构示意图；
图5为本发明组对机器人固连拾取拼焊工装示意图；
图6为本发明拾取拼焊工装结构示意图；
图7为本发明焊接机器人端部结构示意图；
图8为本发明具备地轨和转台的场景示意图。
图中：1、焊接机器人电控器；2、焊接平台；3、组对机器人；4、拾取拼焊工装；5、全局视觉单元；6、焊接机器人；7、焊接电源；8、总控器；9、组对机器人电控器；10、焊接成品；11、物料区；12、视觉固定杆；13、定位组对拼焊工装Ⅰ；14、焊接结构件；15、定位组对拼焊工装Ⅱ；16、快换系统支架；17、精定位视觉单元；18、机器人快换工具；19、上电永磁吸盘；20、下电永磁吸盘；21、电永磁吸盘；22、智能焊缝传感器；23、焊枪；24、转台；25、地轨。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明实施例提供了一种智能柔性组对拼焊机器人系统，包括焊接机器人电控器1、焊接平台2、组对机器人3、拾取拼焊工装4、全局视觉单元5、焊接机器人6、焊接电源7、总控器8、组对机器人电控器9、物料区11、视觉固定杆12、定位组对拼焊工装Ⅰ13、焊接结构件14、定位组对拼焊工装Ⅱ15以及快换系统支架16。
组对机器人3和焊接机器人6分别设于焊接平台2侧，全局视觉单元5设于物料区11和焊接平台2视场范围内。组对机器人3上连接有精定位视觉单元17，与全局视觉单元5构成粗精两级定位系统；组对机器人3通过快换工具连接拾取拼焊工装4和定位组对拼焊工装Ⅰ13、Ⅱ15，通过电控系统(焊接机器人电控器1、总控器8和组对机器人电控器9)控制拾取拼焊工装4和定位组对拼焊工装Ⅰ、Ⅱ的磁性的有无，磁吸完成焊接结构件14的拾取、精确定位和组对拼装；焊接机器人6上连接有焊枪23和智能焊缝传感器22，对焊接构件14上焊缝进行寻位、点焊和满焊作业。
如图2所示，组对机器人3端部安装精定位视觉单元17通过机器人快换工具18固连定位组对拼焊工装Ⅰ13。精定位视觉单元17设于组对机器人3顶部，并与设于组对机器人3端部的定位组对拼焊工装Ⅰ13同向。精定位视觉单元17与全局视觉单元5构成粗精两级定位系统。全局视觉单元5的视场可覆盖物料区11以及焊接平台2，并配合精定位视觉单,17完成对焊接结构件14的识别和定位。
如图3所示，定位组对拼焊工装Ⅰ13由机器人快换工具18、上电永磁吸盘19和下电永磁吸盘20组成；快换工具18设在支架尾部与组对机器人3连接，上电永磁吸盘19和下电永磁吸盘20分别设于支架前部和底部。上电永磁吸盘19垂直设置。其中上电永磁吸盘19和下电永磁吸盘20磁性吸力通过不同程序控制有无；正常工作时带有磁性，不工作时不带磁性。程序控制可采用目前成熟的工业自动控制系统(机器人携带工装到位后，通过I/O信号控制电永磁吸盘的接通和断开达到磁性的有无)。电永磁吸盘通过通电或断电使其瞬间充磁或退磁，即使突然断电也不失磁，能够形成较好的掉电保护。
为适应不同类型焊接结构件14的拼装要求，可制作包含多种角度类型的定位组对拼焊工装，如图4所示的定位组对拼焊工装Ⅱ15。上电永磁吸盘19向上倾斜设置。
进一步地，如图5所示，为方便拾取焊接结构件14，组对机器人3端部安装精定位视觉单元17并通过机器人快换工具18安装拾取拼焊工装4来拾取工件。为牢固拾取焊接结构件14，组对机器人3根据全局视觉单元5和精定位视觉单元17识别工件位置及大小，然后携带拾取拼焊工装4自动定位至焊接结构件14的重心处进行拾取。
如图6所示，拾取拼焊工装4包括机器人快换工具18和通过连接管连接的电永磁吸盘21，电永磁吸盘21垂直设置。其磁性吸力也是通过程序控制有无，正常工作时带有磁性，不工作时不带磁性。
如图7所示，焊接机器人6端部安装有智能焊缝传感器22和焊枪23，智能焊缝传感器22设于焊枪23顶部。
组对机器人3和焊接机器人6为六自由度工业机器人.
通过提前导入焊接成品10的三维模型，使组对机器人3可根据焊接结构件14的结构特征，在全局视觉单元5和精定位视觉单元17引导下，固连不同的定位组对拼焊工装Ⅰ13和拾取拼焊工装4在焊接平台2上利用程序控制各工装上电永磁吸盘的磁性吸力来完成焊接结构件14的拾取、精确定位并组对拼装；快换系统支架16可放置不同的工装供组对机器人3调用。焊接结构件14定位组对拼装完成后，焊接机器人6在智能焊缝传感器22的引导下对焊接构件14上焊缝进行寻位，然后进行点焊及满焊作业；待焊接完成，组对机器人3拾取拼焊工装4，通过程序控制其电永磁吸盘21产生的磁性吸力将焊接成品10拾取并放置在物料区11上。
如图8所示，在另一个实施例中，考虑焊接结构件14的形式各异，类型较多。为适应不同类型的焊接结构件14，可将焊接平台2换成转台24，同时为了扩大焊接机器人6和组对机器人3的工作范围，分别为两个机器人增加地轨25。使整个组对拼装及焊接作业柔性化、自动化程度更高。
下面给出采用上述系统的智能柔性组对拼焊机器人对拼焊方法，包括：
1)提前将焊接成品10的三维模型导入组对机器人3系统中；
2)组对机器人3从快换系统支架16上配合连接定位组对拼焊工装Ⅰ13放置到焊接平台2上；通过程序控制使定位组对拼焊工装Ⅰ13的下电永磁吸盘20产生磁性吸力，固定在焊接平台2上；
3)组对机器人3从快换系统支架16上配合连接拾取拼焊工装4，然后移动至物料区11的物料处，通过全局视觉单元5和其携带的精定位视觉单元17对焊接结构件14进行识别定位，然后移动至焊接结构件14所在的位置并调整拾取姿态后，通过程序控制使拾取拼焊工装4的电永磁吸盘21产生磁性吸力拾取焊接结构件14；
4)组对机器人3拾取焊接结构件14移动至焊接平台2上的定位组对拼焊工装Ⅰ13附近，通过全局定位视觉单元5和精定位视觉单元17对定位组对拼焊工装Ⅰ13进行识别和定位后，准确摆放焊接结构件14至定位组对拼焊工装Ⅰ13处，然后通过程序控制使定位组对拼焊工装Ⅰ13的上电永磁吸盘19产生磁性吸力固定焊接结构件14；
5)重复步骤2、步骤3和步骤4，直到所有的焊接结构件14被定位组对拼装完成；
6)焊接机器人6携带智能焊缝传感器22对焊接结构件14的焊缝进行寻位，寻位完成后焊接机器人6通过焊枪23对焊接结构件14进行点焊及满焊作业；
7)待焊接结构件14满焊完成，组对机器人3在全局视觉单元5和精定位视觉单元17的引导下移动至焊接成品10所在的位置并调整好位置姿态后，通过程序控制使拾取拼焊工装4的电永磁吸盘21产生磁性吸力拾取焊接结构件14，并将其放置在物料区11处；以此循环进行拼装焊接作业。
其中，在组对拼装步骤2)中，根据焊接结构件14的拼装需要，组对机器人3可随时调用定位组对拼焊工装Ⅱ15进行作业。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能柔性组对拼焊机器人系统，其特征在于，包括焊接平台(2)、组对机器人(3)、拾取拼焊工装(4)、全局视觉单元(5)、焊接机器人(6)、电控系统、定位组对拼焊工装Ⅰ、Ⅱ(13、15)、物料区(11)和精定位视觉单元(17)；
所述组对机器人(3)和焊接机器人(6)分别设于焊接平台(2)侧，全局视觉单元(5)设于物料区(11)和焊接平台(2)视场范围内；
所述组对机器人(3)上连接有精定位视觉单元(17)，与全局视觉单元(5)构成粗精两级定位系统；组对机器人(3)通过机器人快换工具连接拾取拼焊工装(4)和定位组对拼焊工装Ⅰ、Ⅱ(13、15)，通过电控系统控制拾取拼焊工装(4)和定位组对拼焊工装Ⅰ、Ⅱ的磁性的有无，磁吸完成焊接结构件(14)的拾取、精确定位和组对拼装；
所述焊接机器人(6)上连接有焊枪(23)和智能焊缝传感器(22)，对焊接构件(14)上焊缝进行寻位、点焊和满焊作业。
2.根据权利要求1所述的一种智能柔性组对拼焊机器人系统，其特征在于，所述电控系统包括焊接机器人电控器(1)、总控器(8)和组对机器人电控器(9)。
3.根据权利要求1所述的一种智能柔性组对拼焊机器人系统，其特征在于，所述精定位视觉单元(17)设于组对机器人(3)顶部，并与设于组对机器人(3)端部的定位组对拼焊工装Ⅰ、Ⅱ(13、15)同向。
4.根据权利要求1所述的一种智能柔性组对拼焊机器人系统，其特征在于，所述定位组对拼焊工装Ⅰ、Ⅱ(13、15)包括机器人快换工具(18)、上电永磁吸盘(19)和下电永磁吸盘(20)，机器人快换工具(18)设在支架尾部与组对机器人(3)连接，上电永磁吸盘(19)和下电永磁吸盘(20)分别设于支架前部和底部。
5.根据权利要求4所述的一种智能柔性组对拼焊机器人系统，其特征在于，所述上电永磁吸盘(19)和下电永磁吸盘(20)通过电控系统程序控制其正常工作时带有磁性，不工作时不带磁性。
6.根据权利要求4所述的一种智能柔性组对拼焊机器人系统，其特征在于，所述上电永磁吸盘(19)垂直设置或向上倾斜设置。
7.根据权利要求1所述的一种智能柔性组对拼焊机器人系统，其特征在于，所述拾取拼焊工装(4)包括机器人快换工具(18)和通过连接管连接的电永磁吸盘(21)，电永磁吸盘(21)垂直设置。
8.根据权利要求1所述的一种智能柔性组对拼焊机器人系统，其特征在于，所述焊接机器人(6)端部连接焊枪(23)，智能焊缝传感器(22)设于焊枪(23)顶部。
9.根据权利要求1所述的一种智能柔性组对拼焊机器人系统，其特征在于，所述焊接平台(2)为平台或转台(24)，所述焊接机器人(5)和组对机器人(3)架设在地轨(25)上。
10.一种基于权利要求1-9任一项所述系统的智能柔性组对拼焊机器人对拼焊方法，其特征在于，包括：
1)将焊接成品的三维模型导入组对机器人系统中；
2)将定位组对拼焊工装连接在组对机器人上，将定位组对拼焊工装放置到焊接平台上；通过总控器控制使定位组对拼焊工装的下电永磁吸盘磁吸在焊接平台上；
3)组对机器人连接拾取拼焊工装，然后移动至物料区的物料处，通过全局视觉单元和组对机器人携带的精定位视觉单元对焊接结构件进行识别定位；然后通过总控器控制使拾取拼焊工装的电永磁吸盘磁吸拾取焊接结构件；
4)通过全局定位视觉单元和精定位视觉单元对定位组对拼焊工装进行识别和定位，组对机器人拾取焊接结构件准确摆放至焊接平台上的定位组对拼焊工装处，然后通过总控器控制使定位组对拼焊工装的上电永磁吸盘产生磁吸焊接结构件；
5)重复步骤2)-4)，直到所有的焊接结构件被定位组对拼装完成；
6)焊接机器人携带智能焊缝传感器对焊接结构件焊缝进行寻位，通过焊枪对焊接结构件进行点焊及满焊作业；
7)满焊完成，组对机器人在全局视觉单元和精定位视觉单元的引导下移动至焊接成品位置，通过总控器控制使拾取拼焊工装的电永磁吸盘磁吸拾取焊接结构件，并将其放置在物料区；以此循环进行拼装焊接作业。
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