CN113909778A - 一种焊缝识别与焊接组合装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种焊缝识别与焊接组合装置，包括焊接平台；焊接平台上设有平台推进机构，平台推进机构上设有传感器组件与焊枪组件转换机构，用于传感器组件和焊枪组件的切换；所述平台推进机构用于带动传感器组件的水平移动以完成焊缝检测，结合传感器组件，完成焊缝在工件表面的位置和深度信息的采集；焊缝检测完成后，传感器组件与焊枪组件转换机构转动将焊枪对准工件；所述平台推进机构用于带动焊枪组件的水平移动，并结合焊枪组件的十字滑台控制焊枪三维方向的位置。本发明相对于传统焊缝识别方法有着焊缝识别成本低的优点。

Description

一种焊缝识别与焊接组合装置
技术领域
本发明属于自动焊接技术领域，特别是一种焊缝识别与焊接组合装置。
背景技术
无人焊接技术相对于传统人工焊接有着诸多的优点，随着无人焊接技术的成熟，无人焊接机器人的应用在一些重要领域得到了快速普及，焊缝识别作为无人焊接领域的重要核心技术，随着无人焊接技术的不断发展，探索出了诸多焊缝识别的方法，其中基于视觉、红外线、电磁场的焊缝识别技术最为常见，这些技术根据自身的优缺点来划分，都有着特定的适用场景，总体上可以划分为基于接触的焊缝识别和基于非接触的焊缝识别，其中视觉、红外线属于非接触的焊缝识别方法，这种方法难以适用于水下等空间内固-液两相耦合环境下视觉识别能力较差的环境，红外线依靠障碍物反射红外线波的原理来实现焊缝识别，基于接触式的焊缝识别方法电磁场耦合识别方法能很好的克服相关缺点，但是实现方法过于复杂且需要消耗交大的电能来驱动电磁场，因此现阶段的焊缝识别技术，基于适用性和经济性考虑，还有较大的探索空间。
发明内容
针对上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种焊缝识别与焊接组合装置。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种焊缝识别与焊接组合装置，包括：
焊接平台，用于放置工件；
传感器组件，用于对工件的焊缝进行检测；
焊枪组件，用于对焊缝进行焊接；
所述焊接平台上设有平台推进机构，所述平台推进机构上设有传感器组件与焊枪组件转换机构；
所述传感器组件和焊枪组件均设置在传感器组件与焊枪组件转换机构上；
所述传感器组件与焊枪组件转换机构上设有两个安装位，且两个安装位呈90°布置，其中一个安装位用于安装焊枪组件，另一个安装位用于安装传感器组件；所述传感器组件与焊枪组件转换机构用于正反旋转90°完成传感器组件和焊枪组件的切换；
所述传感器组件设有一排可波动的多个传感器，用于横向覆盖并接触工件表面；
所述平台推进机构用于带动传感器组件的水平移动以完成焊缝检测，结合传感器组件，完成焊缝在工件表面的位置和深度信息的采集；焊缝检测完成后，传感器组件与焊枪组件转换机构转动将焊枪对准工件；所述平台推进机构用于带动焊枪组件的水平移动，并结合焊枪组件的十字滑台控制焊枪三维方向的位置。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
本发明相一种焊缝识别与焊接组合装置，通过传感器组件与焊枪组件转换机构一套驱动机构，可传感器组件与焊枪组件的自动切换，在焊缝信息采集后，自动完成焊接工艺的切换，相对于传统焊缝识别方法(视觉、红外线、电磁场等)有着焊缝识别成本低的优点。
附图说明
图1为焊接平台设置平台推进机构连接示意图。
图2为焊缝识别与焊接组合装置整体布置(焊缝组件分离)图。
图3为传感器组件与焊枪组件转换机构结构示意图。
图4为焊枪组件结构示意图。
图5为传感器组件与焊枪组件转换机构与传感器组件、焊枪组件连接示意图。
图6为焊缝识别与焊接组合装置局部爆炸示意图。
图7为传感器组件正对工件及局部放大图。
图8为焊枪组件正对工件及局部放大图。
图9为焊缝识别及焊接流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
结合图1、图2，本实施例的一种焊缝识别与焊接组合装置，包括焊接平台32，设置在焊接平台32上的平台推进机构相连，所述平台推进机构相连包括平行设置在焊接平台32左右两侧的第一导轨2、与第一导轨2配合的第一滑块3、固定在两个第一滑块3之间的滑动支架25、与滑动支架25相连的直线驱动机构。两个第一导轨2的前后两端之间分别固定有第一安装板5和第二安装板31，第一安装板5和第二安装板31的两端均通过固定板24、螺栓38固定在第一导轨2上；所述第一安装板5上固定有减速器27，减速器27上固定有第一驱动电机28，第一驱动电机28通过螺栓38与减速器27连接，第一丝杆26穿过减速器27并与平台推进机构相连。所述滑动支架25的两端通过螺栓38固定有第一滑块3，两个第一滑块3分别与两个第一导轨2配合，第一丝杆26与滑动支架25中间连接，可带动滑动支架25沿第一导轨2直线滑动。第一驱动电机28通过减速器27带动第一丝杆26转动，第一丝杆26带动滑动支架25沿第一导轨2直线滑动，构成平台推进机构的直线驱动机构。
结合图3，所述平台推进机构上设有传感器组件与焊枪组件转换机构，所述传感器组件与焊枪组件转换机构包括第三安装板20、第二驱动电机29、转轴22、桁架23；所述第三安装板20固定在两个第一滑块3之间；所述第二驱动电机29通过螺栓38固定在第三安装板20上；所述转轴22两端通过轴承座21支撑在第三安装板20上，转轴22的一端通过联轴器30与第二驱动电机29相连，所述桁架23同轴的固定在转轴22上，所述桁架23上设有两个安装位，两个安装位呈90°布置，其中一个安装位用于安装焊枪组件，另一个安装位用于安装传感器组件；第二驱动电机29正反转动90°，通过转轴22带动桁架23正反转动90°，实现焊枪组件和传感器组件的切换。首先平台推进机构带动传感器组件移动，对工件表面进行检测，完成焊缝检测，传感器组件与焊枪组件转换机构转动90°，将焊枪组件对准工件，所述焊枪组件设有十字滑台，十字滑台的一个方向(Y方向)为水平方向且垂直于第一导轨2的滑动方向(X方向)，十字滑台的另一个方向为竖直方向(Z方向)，十字滑台结合平台推进机构共同控制焊枪三维方向的位置。
结合图5，所述传感器组件包括传感器安装板1、位移传感器19，；所述安装板1安装在桁架23其中的一个安装位，安装板1上沿一排均布有多个卡槽，多个位移传感器19通过弹簧依次安装在卡槽内，在弹簧作用下，在竖直方向有一定位移量，当检测焊缝时，多个位移传感器19垂直于工件表面，且能够多点线性的横向覆盖工件的表面，平台推进机构带动位于传感器19与工件36接触滑行至覆盖工件36整个表面，当需要检测焊缝时位移传感器19在工件表面滑动，当检测完焊缝需要焊接时，第二驱动电机29驱动桁架23逆时针旋转90°，使得焊枪37正对工件表面。
结合图4-图8，所述焊枪组件包括焊枪安装板10、十字滑台、焊枪37；所述焊枪安装板10安装在桁架23的另一个安装位，所述焊枪37通过十字滑台连接在焊枪安装板10上。所述十字滑台包括第二导轨6、第二滑块7、第二丝杆9、第三驱动电机11、第三导轨13、第三滑块14、第三丝杆17、第四驱动电机16；所述第二导轨6和第三驱动电机11固定在焊枪安装板10上，所述第二丝杆9两端通过轴承座4支撑在第二导轨6上，第二滑块7与第二导轨6配合；第二丝杆9的丝母与第二滑块7连接，并通过联轴器12与第三驱动电机11转轴相连。第二滑块7的滑动方向垂直于第一滑块3的滑动方向。所述第三导轨13与第二滑块7相连，第三滑块14与第三导轨13配合；所述第四驱动电机16通过电机支架35固定在第三导轨13上，所述第三丝杆17两端通过轴承座15支撑在第三导轨13上，并通过联轴器18与第四驱动电机16的转轴相连。第三滑块14的滑动方向垂直于第二滑块7的滑动方向。所述焊枪37固定在第三滑块14上。
结合图9，进一步的，上述电机均设有编码器，通过丝杆传动，可精确控制并获得相应运动机构的运动位置。所述位移传感器19为一组多个，在其沿着工件表面滑动的检测焊缝过程中，位移传感器19遇到焊缝时会形成上下波动，对比没有焊缝的地方，波动点加上平台推进系统的匀速推动速度和波动点对应单个位移传感器19高度方向上的位置以及位移传感器19采集到的位移偏量，可以确定焊缝在平面/曲面(当工件为曲面时)内的位置和深度信息。位移传感器19采集到的数据会有大量干扰信息，但由于焊缝是连续的，反映焊缝特征的信息将也是连续的，而干扰信息通常为离散分布，因此，焊接系统的控制单元在对采集到的信息进行分析时才用聚类-均值算法将离散分布的点过滤掉，对连续的点进行聚类从而形成形状，获得图像信息，再进一步使用卷积神经网络对图像信息进行识别，即，完成对焊缝的识别，获得焊缝形状及其位于两个第一滑轨2之间X-Y(平面焊缝)\X-Y-Z(曲面焊缝)坐标的位置信息。焊缝识别完成后所获得的X-Y(平面焊缝)\X-Y-Z(曲面焊缝)坐标位置信息转换成驱动十字滑台上第三驱动电机11和第四驱动电机16驱动旋转信息，旋转的第三驱动电机11和第四驱动电机16分别带动第二丝杆9和第三丝杆17旋转，第二丝杆9和第三丝杆17分别推动对应第二滑块7和第三滑块14移动，即在所获得的X-Y(平面焊缝)\X-Y-Z(曲面焊缝)坐标位置信息的基础上通过十字滑台来驱动焊枪37焊接点在两个第一滑轨2之间的X-Y(平面)\X-Y-Z(曲面)移动来复现平面\曲面焊缝的位置信息从而实现焊接。

Claims (9)

1.一种焊缝识别与焊接组合装置，包括：
焊接平台，用于放置工件；
传感器组件，用于对工件的焊缝进行检测；
焊枪组件，用于对焊缝进行焊接；其特征在于，
所述焊接平台上设有平台推进机构，所述平台推进机构上设有传感器组件与焊枪组件转换机构；
所述传感器组件和焊枪组件均设置在传感器组件与焊枪组件转换机构上；
所述传感器组件与焊枪组件转换机构上设有两个安装位，且两个安装位呈90°布置，其中一个安装位用于安装焊枪组件，另一个安装位用于安装传感器组件；所述传感器组件与焊枪组件转换机构用于正反旋转90°完成传感器组件和焊枪组件的切换；
所述传感器组件设有一排可波动的多个传感器，用于横向覆盖并接触工件表面；
所述平台推进机构用于带动传感器组件的水平移动以完成焊缝检测，结合传感器组件，完成焊缝在工件表面的位置和深度信息的采集；焊缝检测完成后，传感器组件与焊枪组件转换机构转动将焊枪对准工件；所述平台推进机构用于带动焊枪组件的水平移动，并结合焊枪组件的十字滑台控制焊枪三维方向的位置。
2.根据权利要求1所述的焊缝识别与焊接组合装置，其特征在于，所述平台推进机构包括平行设置在焊接平台左右两侧的第一导轨、与第一导轨配合的第一滑块、固定在两个第一滑块之间的滑动支架、与滑动支架相连的直线驱动机构；所述直线驱动机构用于驱动滑动支架沿第一导轨水平滑动。
3.根据权利要求2所述的焊缝识别与焊接组合装置，其特征在于，所述直线驱动机构包括第一驱动电机、第一丝杆；所述第一驱动电机通过减速器带动第一丝杆转动，第一丝杆带动滑动支架沿第一导轨直线滑动。
4.根据权利要求1所述的焊缝识别与焊接组合装置，其特征在于，所述传感器组件与焊枪组件转换机构包括第三安装板、第二驱动电机、转轴、桁架；所述第三安装板固定在平台推进机构上，所述第二驱动电机固定在第三安装板上；所述转轴两端支撑在第三安装板上，转轴与第二驱动电机相连；所述桁架同轴的固定在转轴上，所述桁架上设有两个安装位，两个安装位呈90°布置，其中一个安装位用于安装焊枪组件，另一个安装位用于安装传感器组件。
5.根据权利要求4所述的焊缝识别与焊接组合装置，其特征在于，所述传感器组件包括传感器安装板、位移传感器；所述安装板安装在桁架其中的一个安装位，安装板上沿一排均布有多个卡槽，多个位移传感器通过依次安装在卡槽内。
6.根据权利要求4所述的焊缝识别与焊接组合装置，其特征在于，所述焊枪组件包括焊枪安装板、十字滑台、焊枪；所述焊枪安装板安装在桁架的另一个安装位，所述焊枪通过十字滑台连接在焊枪安装板上。
7.根据权利要求6所述的焊缝识别与焊接组合装置，其特征在于，所述十字滑台包括第二导轨、第二滑块、第二丝杆、第三驱动电机、第三导轨、第三滑块、第三丝杆、第四驱动电机；所述第二导轨和第三驱动电机固定在焊枪安装板上，所述第二丝杆两端支撑在第二导轨上，第二滑块与第二导轨配合；第二丝杆的丝母与第二滑块连接，并通过联轴器与第三驱动电机相连；第二滑块的滑动方向垂直于平台推进机构的移动方向；所述第三导轨与第二滑块相连，所述第四驱动电机固定在第三导轨上，所述第三丝杆两端支撑在第三导轨上，第三滑块与第三导轨配合；所述第三丝杆的丝母与第三滑块相连，并通过联轴器与第四驱动电机相连；第三滑块的滑动方向垂直于第二滑块7的滑动方向；所述焊枪固定在第三滑块上。
8.根据权利要求1所述的焊缝识别与焊接组合装置，其特征在于，所述传感器遇到焊缝时形成上下波动，对比没有焊缝的地方，波动点加上平台推进系统的匀速推动速度和波动点对应单个传感器高度方向上的位置以及传感器采集到的位移偏量，用于确定焊缝在平面/曲面内的位置和深度信息。
9.根据权利要求1所述的焊缝识别与焊接组合装置，其特征在于，对传感器采集的信息采用聚类-均值算法将离散分布的点过滤掉，对连续的点进行聚类从而形成形状，获得图像信息，进一步使用卷积神经网络对图像信息进行识别，完成对焊缝的识别，在获得焊缝位置的基础上，控制平台推进机构和十字滑台移动来复现平面\曲面焊缝的位置信息从而实现焊接。
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