CN113427103A - 一种打包机制造用自适应焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种打包机制造用自适应焊接方法，它涉及打包机制造技术领域，包括以下步骤：在制造的打包机的焊缝处设置工艺色标线标识，在控制系统中的CAD图像中输入工艺色标线标识；基于视觉识别方法与CAD图像技术结合进行焊接工艺调节，控制系统调用相应的焊接工艺参数；通过四轴变位进行相应焊接角度的调整，根据焊接工艺参数对打包机进行起弧焊接；焊缝追踪和纠偏，电弧中心偏移及时进行纠偏。本发明的优点在于：利用四轴变位焊接单元与提供双变位行走龙门架机构相结合组成三个六轴变位焊接机器人系统，结合视觉识别与CAD图像技术，以及焊缝追踪与纠偏系统，实现打包机生产制造过程中的焊接工艺自适应、自调整的高度智能运行焊接。

Description

一种打包机制造用自适应焊接方法

技术领域

本发明涉及打包机制造技术领域，具体涉及一种打包机制造用自适应焊接方法。

背景技术

自适应焊接机器人设备是一种新的焊接工艺设备，专注于打包机制作焊接过程自动化、柔性化与智能化。随我国劳动力成本的逐渐升高，以廉价劳动力为支撑的传统制造难以为继。现有焊接机器人在投入工作之前，需要将焊接电流、焊缝轨迹、焊缝宽度（摆枪幅度）、焊接速度等参数逐一输入，才能启动运行，这类焊接方式存在着工艺参数单一、操作准备量大、易于产生焊缝偏差影响焊接质量等缺陷，影响机器人焊接效率。

学术技术界关于焊接机器人的研究比较宽泛，特别用于汽车制造过程中的焊接机器人点焊技术十分成熟，但对于一般机械制造过程中的机器人焊接工艺调整一次，只能满足一种焊接工艺特征要求，遇有焊缝、材料等其中一个参数改变就要重新调整参数，且现有焊接方法焊接时焊缝容易有偏差、焊接质量差。

本发明主要提供一种针对废弃物收集打包机制造时焊缝变化多、焊接轨迹复杂等情况的自适应智能焊接方法，能够实现自动跟踪焊缝、自动调节焊接参数、智能运行、适应打包机复杂焊接要求，该焊接技术能够有效弥补现有机器人焊接技术存在的不足；工艺参数一次建库无限调用，极大的缩短了工艺参数调整时间；有效避免手工输入工艺参数可能出现的错误；最大限度的提高机器人的焊接工作效率和焊接质量的稳定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种打包机制造用自适应焊接方法，能够解决现有技术中人工焊接成本高且质量不稳、已有机器人焊接需要操作人员不断调节焊接参数代码、焊缝容易有偏差、焊接质量差的现有缺陷。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：包括以下步骤：

S1、工艺色标线标识的增设：在制造的打包机的焊缝处设置工艺色标线标识，在控制系统中的CAD图像中输入工艺色标线标识，工艺色标线是以不同颜色不同线宽的图像元素表现焊缝路径、焊缝规格、接头形式、焊接材料的不同工艺参数；

S2、基于视觉识别方法与CAD图像技术结合的焊接工艺调节：焊接机器人通过视觉识别系统和色标传感器顺序获取打包机焊缝处的工艺色标线标识的图像元素，识别当前焊缝的焊接材料、接头形式、焊缝规格、焊缝路径的色标代码，并与控制系统中的CAD图像中的标识进行比对，两者完全符合后，控制系统调用焊接材料、焊接电流、摆枪幅度、焊接速度、焊缝路径相应的焊接工艺参数；

S3、根据焊接工艺参数进行焊接：控制系统选择好焊接工艺参数后，将信息传递给控制器，控制器控制焊接机器人的行走龙门架机构、焊接变位机构移动至焊缝附近，进行初始焊缝寻位，焊接机器人的设于焊接变位机构上的焊接单元通过安装臂直线变位、肘关节带动摆臂摆动变位、摆臂滚摆变位、焊枪夹摆动变位四轴变位进行相应焊接角度的调整，然后对打包机进行起弧焊接；

S4、焊缝追踪：焊接机器人上设有电弧电压传感器或电弧电流传感器，电弧电压传感器或电弧电流传感器将数据传输给数据采集系统，实时测量到的电弧电流或电弧电压值与正常焊接指标值对比，利用焊接过程中电弧电压或电弧电流的变化量判断电弧中心是否偏移焊缝中心，同时通过视觉识别系统识别焊缝宽度与设定值是否一致；

S5、焊缝纠偏：判断电弧中心是否偏移焊缝中心后，若偏移，根据变化幅度进行焊缝纠偏，控制器控制调节焊接机器人的行走龙门架机构、焊接变位机构以及焊接单元的位置和角度，使焊炬始终追踪住焊缝；若因材料、焊接角度因素使相邻焊缝宽度不一致时，焊接机器人读取开始改变的位置的工艺色标线后，即时自动调取调整焊接。

进一步地，所述焊接机器人包括行走龙门架机构，所述行走龙门架机构包括两侧的立柱和顶横梁，行走龙门架机构通过底部的行走轮跨骑于打包机两侧的行走轨道上，实现水平行走；

还包括安装于行走龙门架机构上的焊接变位机构，所述焊接变位机构设有数个，分别安装于行走龙门架机构两侧立柱的内侧和顶横梁的底部，焊接变位机构分别沿着两侧立柱实现上下变位、沿着顶横梁实现垂直于行走笼门架机构行走方向的水平变位；

还包括安装于焊接变位机构上的焊接单元，所述焊接单元具备安装臂直线变位、肘关节带动摆臂摆动变位、摆臂滚摆变位、焊枪夹摆动变位四轴变位。

进一步地，所述行走轨道全长外侧板上设置有直齿条，所述行走龙门架机构两侧的立柱上设有伺服电机，所述伺服电机驱动齿轮转动，所述齿轮与直齿条啮合，齿轮沿直齿条往返运动带动行走龙门架机构水平移动。

进一步地，所述焊接变位机构设有三个，焊接变位机构包括焊接变位座、滚珠丝杠和丝杠螺母，所述滚珠丝杠分别布置在行走龙门架机构两侧的立柱的内侧和顶横梁的底部，所述滚珠丝杠上配设有丝杠螺母，滚珠丝杠的端部设有带座轴承，滚珠丝杠通过变位电机驱动旋转，丝杠螺母沿着滚珠丝杠直线移动，丝杠螺母上连接有焊接变位座，所述焊接变位座上设有直线轴承，所述滚珠丝杠的两侧设有直线轴承导轨，所述丝杠螺母带动焊接变位座直线移动时，所述直线轴承沿着直线轴承导轨移动。

进一步地，所述焊接单元包括安装臂、肘关节、摆臂和焊枪夹，所述安装臂安装于焊接变位座上，所述焊接变位座侧面设有伺服电机，安装臂的侧边设有齿条，所述伺服电机驱动齿轮转动，所述齿轮与齿条啮合，齿条实现直线移动，焊接变位座上还设有直线导轨，所述安装臂上设有相对应的滑块，安装臂随着齿条的移动沿着直线导轨直线移动；

所述安装臂的一端设有肘关节，所述肘关节穿过安装臂设置，肘关节通过关节电机伺服驱动转动，肘关节带动摆臂摆动变位；

所述肘关节的内部轴向设有转轴，所述转轴伸出肘关节的端部连接有摆臂，所述转轴设于肘关节内的端部套设有齿轮，所述肘关节上安装有摆臂滚摆电机，所述摆臂滚摆电机的输出轴上设有齿轮，齿轮之间啮合，摆臂滚摆电机驱动齿轮转动，带动转轴转动，转轴带动摆臂实现滚摆变位；

所述摆臂远离肘关节的一端设有焊枪夹和腕关节，所述焊枪夹与腕关节连接，焊枪夹上固定有焊炬，所述腕关节穿设于摆臂上，摆臂上安装有焊炬电机，所述焊炬电机驱动腕关节转动带动焊枪夹和焊炬实现摆动变位。

本发明的优点在于：利用四轴变位焊接单元与提供双变位行走龙门架机构相结合组成三个六轴变位焊接机器人系统，结合视觉识别与CAD图像技术，以及焊缝追踪与纠偏系统，实现打包机生产制造过程中的焊接工艺自适应、自调整的高度智能运行焊接。

附图说明

图1为本发明的运行逻辑图；

图2为本发明的焊接机器人整体结构示意图；

图3为本发明的焊接机器人侧视图；

图4为本发明的焊接机器人的行走龙门架机构的结构示意图；

图5为本发明的焊接机器人的焊接变位机构的结构示意图；

图6为本发明的焊接机器人的焊接单元的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

本具体实施方式采用如下技术方案：如图1所示，包括以下步骤：

S1、工艺色标线标识的增设：在制造的打包机的焊缝处设置工艺色标线标识，工艺色标线标识可打印后进行粘贴，在控制系统中的CAD图像中输入工艺色标线标识，工艺色标线是以不同颜色不同线宽的图像元素表现焊缝路径、焊缝规格、接头形式、焊接材料的不同工艺参数，工艺色标线除了在CAD图像中标识之外，打包机表面同样进行标识，以供对比识别，进而调用相应的焊接电流、焊接速度、焊炬摆动幅度等焊接工艺参数，焊接前先对系统进行自检。

工艺色标线的焊缝接头形式和焊缝规格、焊缝路径的图像元素如下表所示：

S2、基于视觉识别方法与CAD图像技术结合的焊接工艺调节：焊接机器人通过视觉识别系统和色标传感器顺序获取打包机焊缝处的工艺色标线标识的图像元素，识别当前焊缝的焊接材料、接头形式、焊缝规格、焊缝路径的色标代码，并与控制系统中的CAD图像中的标识进行比对，两者完全符合后，控制系统调用焊接材料、焊接电流、摆枪幅度、焊接速度、焊缝路径相应的焊接工艺参数。

S3、根据焊接工艺参数进行焊接：控制系统选择好焊接工艺参数后，将信息传递给控制器，控制器控制焊接机器人的行走龙门架机构1、焊接变位机构2移动至焊缝附近，进行初始焊缝寻位，焊接机器人的设于焊接变位机构2上的焊接单元3通过安装臂31直线变位、肘关节32带动摆臂33摆动变位、摆臂33滚摆变位、焊枪夹34摆动变位四轴变位进行相应焊接角度的调整，通过六轴变位对打包机进行起弧焊接。

焊接机器人包括行走龙门架机构1，行走龙门架机构1包括两侧的立柱11和顶横梁12，行走龙门架机构1通过底部的行走轮跨骑于打包机两侧的行走轨道13上，行走轨道13全长外侧腹板上设置有直齿条，行走龙门架机构1两侧的立柱11上设有伺服电机，伺服电机驱动齿轮转动，齿轮与直齿条啮合，齿轮沿直齿条往返运动带动行走龙门架机构1水平移动，实现水平行走，行走龙门架机构1可沿着行走轨道13水平移动，实现打包机不同位置的焊缝焊接，如图2和图3所示。

如图4和图5所示，焊接机器人还包括安装于行走龙门架机构1上的焊接变位机构2，焊接变位机构2设有数个，分别安装于行走龙门架机构1两侧立柱11的内侧和顶横梁12的底部，焊接变位机构2分别沿着两侧立柱11实现上下变位、沿着顶横梁12实现垂直于行走笼门架机构1行走方向的水平变位；焊接变位机构2设有三个，焊接变位机构2包括焊接变位座21、滚珠丝杠22和丝杠螺母23，滚珠丝杠22分别布置在行走龙门架机构1两侧的立柱11的内侧和顶横梁12的底部，滚珠丝杠22上配设有丝杠螺母23，滚珠丝杠22的端部设有带座轴承24，滚珠丝杠22通过变位电机27驱动旋转，丝杠螺母23沿着滚珠丝杠22直线移动，丝杠螺母23上连接有焊接变位座21，焊接变位座21上设有直线轴承25，滚珠丝杠22的两侧设有直线轴承导轨26，丝杠螺母23带动焊接变位座21直线移动时，直线轴承25沿着直线轴承导轨26移动，焊接单元3可随着焊接变位座21在行走龙门架机构1两侧的立柱11上上下移动，或随着焊接变位座21在行走龙门架机构1顶横梁12上水平移动。

如图6所示，焊接机器人还包括安装于焊接变位机构2上的焊接单元3，焊接单元3具备安装臂31直线变位、肘关节32带动摆臂33摆动变位、摆臂33滚摆变位、焊枪夹34摆动变位四轴变位，焊接单元3包括安装臂31、肘关节32、摆臂33和焊枪夹34，安装臂31安装于焊接变位座21上，焊接变位座21侧面设有伺服电机，安装臂31的侧边设有齿条，伺服电机驱动齿轮转动，齿轮与齿条啮合，齿条实现直线移动，焊接变位座21上还设有直线导轨22，安装臂31上设有相对应的滑块，安装臂31随着齿条的移动沿着直线导轨21直线移动，行走龙门架机构1两侧的立柱11上的焊接单元3的安装臂31可在焊接变位座21上沿垂直于行走龙门架机构1行走的方向水平移动，行走龙门架机构1顶横梁12上的焊接单元3的安装臂31可在焊接变位座21上上下移动，以适应不同大小尺寸系列的打包机。

安装臂31的一端设有肘关节32，肘关节32穿过安装臂31设置，肘关节通过关节电机伺服驱动转动带动摆臂33摆动变位，两侧立柱11上的焊接单元3的摆臂33随着肘关节32上下摆动变位、顶横梁12上的焊接单元3的摆臂33随着肘关节32水平摆动变位，以适应打包机侧面和顶部焊缝对焊矩35的位置和角度要求。

肘关节32的内部轴向设有转轴，转轴伸出肘关节32的端部连接有摆臂33，转轴设于肘关节32内的端部套设有齿轮，肘关节32上安装有摆臂滚摆电机36，摆臂滚摆电机36的输出轴上连接有齿轮，转轴齿轮与摆臂滚摆电机36齿轮啮合，摆臂滚摆电机36驱动齿轮转动，带动转轴转动，转轴带动摆臂33实现滚摆变位，焊接单元3的摆臂33可随着转轴转动进行滚摆变位，以控制焊炬35与焊缝的位置和角度。

摆臂33远离肘关节32的一端设有焊枪夹34和腕关节，焊枪夹34与腕关节连接，焊枪夹35上固定有焊炬35，腕关节穿设于摆臂33上，摆臂33上安装有焊炬电机，焊炬电机驱动腕关节转动带动焊枪夹34和焊炬35实现摆动变位，焊接单元3的焊枪夹34随着腕关节摆动带动焊炬35摆动，以适应焊缝宽度摆焊要求。

六轴变位原理：利用行走龙门架机构1行走、行走龙门架机构1两侧及顶部焊接变位机构2位移实现三个焊接单元3的两轴大范围变位，适应打包机全面积焊接范围要求；利用焊接单元3安装臂31结构沿直线轨道21的平移伸缩变位，实现适应不同规格打包机的尺寸调整；利用肘关节32带动摆臂33的摆动、摆臂33绕自身轴线的转动，适应焊炬35对焊缝的角度变化和焊炬35与焊缝的距离要求，利用焊枪夹34绕腕关节的摆动变位，适应焊缝宽度变化的焊接要求。

S4、焊缝追踪：焊接机器人上设有电弧电压传感器或电弧电流传感器，电弧电压传感器或电弧电流传感器将数据传输给数据采集系统，实时测量到的电弧电流或电弧电压值与正常焊接指标值对比，利用焊接过程中电弧电压或电弧电流的变化量判断电弧中心是否偏移焊缝中心，同时通过视觉识别系统识别焊缝宽度与设定值是否一致。

S5、焊缝纠偏：判断电弧中心是否偏移焊缝中心后，若偏移，根据变化幅度进行焊缝纠偏，控制器控制调节焊接机器人的行走龙门架机构、焊接变位机构以及焊接单元的位置和角度，使焊炬始终追踪住焊缝；若因材料、焊接角度因素使相邻焊缝宽度不一致时，焊接机器人读取开始改变的位置的工艺色标线后，即时自动调取调整焊接。

数据采集系统与控制器连接，控制器分别与龙门架伺服电机、变位电机27、关节电机、摆臂滚摆电机36、焊炬电机电连接，电弧电压传感器或电弧电流传感器、数据采集系统与控制器形成焊缝纠偏系统，控制器为可编程控制器，控制设备按既定的程序自动运行，若判断电弧中心偏移焊缝中心，控制器根据变化趋势控制各伺服电机、变位电机27、关节电机、摆臂滚摆电机36、焊炬电机的转动，以调节焊接变位座21、焊接单元3的安装臂31、肘关节32、摆臂33和焊枪夹34的位置，使焊炬35始终追踪住焊缝，实现对打包机生产制造过程中焊接参数自动调用、焊接路径自动追踪、焊缝偏移自动纠正的高度智能运行。利用局域网通讯协议或组态工具借用通讯平台（wifi或intelnet）可实现对设备的远程画面监控。

以上所述的控制系统、视觉识别系统、色标传感器、电弧电压传感器、电弧电流传感器、数据采集系统、控制器、伺服电机、变位电机27、关节电机、摆臂滚摆电机36、焊炬电机等部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本领域技术人员可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知的，不再阐述。

本具体实施方式利用四轴变位焊接单元与提供双变位行走龙门架机构相结合组成三个六轴变位焊接机器人系统，结合视觉识别与CAD图像技术，以及焊缝追踪与纠偏系统，实现打包机生产制造过程中的焊接工艺自适应、自调整的高度智能运行焊接。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种打包机制造用自适应焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、工艺色标线标识的增设：在制造的打包机的焊缝处设置工艺色标线标识，在控制系统中的CAD图像中输入工艺色标线标识，工艺色标线是以不同颜色不同线宽的图像元素表现焊缝路径、焊缝规格、接头形式、焊接材料的不同工艺参数；

S2、基于视觉识别方法与CAD图像技术结合的焊接工艺调节：焊接机器人通过视觉识别系统和色标传感器顺序获取打包机焊缝处的工艺色标线标识的图像元素，识别当前焊缝的焊接材料、接头形式、焊缝规格、焊缝路径的色标代码，并与控制系统中的CAD图像中的标识进行比对，两者完全符合后，控制系统调用焊接材料、焊接电流、摆枪幅度、焊接速度、焊缝路径相应的焊接工艺参数；

S3、根据焊接工艺参数进行焊接：控制系统选择好焊接工艺参数后，将信息传递给控制器，控制器控制焊接机器人的行走龙门架机构、焊接变位机构移动至焊缝附近，进行初始焊缝寻位，焊接机器人的设于焊接变位机构上的焊接单元通过安装臂直线变位、肘关节摆动变位、摆臂滚摆变位、焊枪夹摆动变位四轴变位进行相应焊接角度的调整，然后对打包机进行起弧焊接；

S4、焊缝追踪：焊接机器人上设有电弧电压传感器或电弧电流传感器，电弧电压传感器或电弧电流传感器将数据传输给数据采集系统，实时测量到的电弧电流或电弧电压值与正常焊接指标值对比，利用焊接过程中电弧电压或电弧电流的变化量判断电弧中心是否偏移焊缝中心，同时通过视觉识别系统识别焊缝宽度与设定值是否一致；

S5、焊缝纠偏：判断电弧中心是否偏移焊缝中心后，若偏移，根据变化幅度进行焊缝纠偏，控制器控制调节焊接机器人的行走龙门架机构、焊接变位机构以及焊接单元的位置和角度，使焊炬始终追踪住焊缝；若因材料、焊接角度因素使相邻焊缝宽度不一致时，焊接机器人读取开始改变的位置的工艺色标线后，即时自动调取调整焊接。

2.根据权利要求1所述的一种打包机制造用自适应焊接方法，其特征在于：所述焊接机器人包括行走龙门架机构，所述行走龙门架机构包括两侧的立柱和顶横梁，行走龙门架机构通过底部的行走轮跨骑于打包机两侧的行走轨道上，实现水平行走；

还包括安装于行走龙门架机构上的焊接变位机构，所述焊接变位机构设有数个，分别安装于行走龙门架机构两侧立柱的内侧和顶横梁的底部，焊接变位机构分别沿着两侧立柱实现上下变位、沿着顶横梁实现垂直于行走笼门架机构行走方向的水平变位；

还包括安装于焊接变位机构上的焊接单元，所述焊接单元具备安装臂直线变位、肘关节带动摆臂摆动变位、摆臂滚摆变位、焊枪夹摆动变位四轴变位。

3.根据权利要求2所述的一种打包机制造用自适应焊接方法，其特征在于：所述行走轨道全长外侧板上设置有直齿条，所述行走龙门架机构两侧的立柱上设有伺服电机，所述伺服电机驱动齿轮转动，所述齿轮与直齿条啮合，齿轮沿直齿条往返运动带动行走龙门架机构水平移动。

4.根据权利要求2所述的一种打包机制造用自适应焊接方法，其特征在于：所述焊接变位机构设有三个，焊接变位机构包括焊接变位座、滚珠丝杠和丝杠螺母，所述滚珠丝杠分别布置在行走龙门架机构两侧的立柱的内侧和顶横梁的底部，所述滚珠丝杠上配设有丝杠螺母，滚珠丝杠的端部设有带座轴承，滚珠丝杠通过变位电机驱动旋转，丝杠螺母沿着滚珠丝杠直线移动，丝杠螺母上连接有焊接变位座，所述焊接变位座上设有直线轴承，所述滚珠丝杠的两侧设有直线轴承导轨，所述丝杠螺母带动焊接变位座直线移动时，所述直线轴承沿着直线轴承导轨移动。

5.根据权利要求2所述的一种打包机制造用自适应焊接方法，其特征在于：所述焊接单元包括安装臂、肘关节、摆臂和焊枪夹，所述安装臂安装于焊接变位座上，所述焊接变位座侧面设有伺服电机，安装臂的侧边设有齿条，所述伺服电机驱动齿轮转动，所述齿轮与齿条啮合，齿条实现直线移动，焊接变位座上还设有直线导轨，所述安装臂上设有相对应的滑块，安装臂随着齿条的移动沿着直线导轨直线移动；

所述安装臂的一端设有肘关节，所述肘关节穿过安装臂设置，肘关节通过关节电机伺服驱动转动，肘关节带动摆臂摆动变位；

所述肘关节的内部轴向设有转轴，所述转轴伸出肘关节的端部连接有摆臂，所述转轴设于肘关节内的端部套设有齿轮，所述肘关节上安装有摆臂滚摆电机，所述摆臂滚摆电机的输出轴上设有齿轮，齿轮之间啮合，摆臂滚摆电机驱动齿轮转动，带动转轴转动，转轴带动摆臂实现滚摆变位；

所述摆臂远离肘关节的一端设有焊枪夹和腕关节，所述焊枪夹与腕关节连接，焊枪夹上固定有焊炬，所述腕关节穿设于摆臂上，摆臂上安装有焊炬电机，所述焊炬电机驱动腕关节转动带动焊枪夹和焊炬实现摆动变位。

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