CN114406563B - 一种自动化焊接系统及焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动化焊接系统及焊接方法，所述自动焊接系统包括PLC、工控机、变位器、工业机器人系统和视觉引导系统，所述工控机与所述PLC、所述工业机器人系统、所述视觉引导系统进行通讯连接，所述PLC还与所述工业机器人系统通讯连接；所述工控机能够将需要拼缝的焊缝对应到相应的拼缝组，并将所述全部焊缝数据、拼缝组数据发送给所述PLC；所述PLC能够对拼缝组进行重新排序，当所述PLC发送引导启动信号时，所述工业机器人系统、所述激光相机和所述工控机能够完成拼缝组的引导，当单缝和拼缝切换时，所述PLC会告诉所述工业机器人系统。本发明所述的自动焊接系统具有拼缝功能，对于直角焊缝或者立角焊缝，可实现一次性焊接。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种自动化焊接系统及焊接方法。
背景技术
申请号为CN201911304192.4的专利申请公开了一种基于风机叶轮的六轴焊接系统及焊接方法，该基于风机叶轮的六轴焊接系统包括工控机，所述工控机分别与可编程控制器、六轴机器人系统和激光引导器连接，所述可编程控制器还与变位器连接，所述变位器上连接有工作台；所述六轴机器人系统包括示教器、机械手、焊接系统和清枪系统；所述激光引导器安装于所述机械手，包括智能相机和线激光；通过所述可编程控制器调整所述变位器的位置，通过所述示教器调整所述机械手位姿，确定焊接起点、终点和中间控制点数据信息；通过所述智能相机连续采集图像数据信息；将上述操作获取的数据信息成焊接路径，并传送至所述工控机保存，所述工控机将所述焊接路径生成指令传送至所述可编程控制器和所述焊接系统，通过所述可编程控制器对放有待焊接叶轮的工作台进行变位控制；通过所述焊接系统对工作台上的待焊叶轮进行焊接工作，并通过所述激光引导器对焊接进度进行实时数据更新，并将实时数据传送至所述工控机进行状态判断：（1）若焊接完成，则所述工控机向所述可编程控制器和所述焊接系统发出停止指令，系统处于待机状态；（2）若焊接未完成，则焊接继续。
该现有技术采用智能相机和线激光做引导，保证焊缝检测的高精度；采用六轴机器人系统精准定位，每条焊缝的焊接参数稳定；但是对于拼缝，仍然是通过两次焊接操作，中间连接处需要人工补焊，自动化程度仍需提高。
发明内容
本发明提供了一种自动化焊接系统，对于直角焊缝或者立角焊缝，可实现一次性焊接，中间连接处不需要人工补焊；具体采用的技术方案如下：
一种自动化焊接系统，包括 PLC、工控机、变位器、工业机器人系统和视觉引导系统，所述工业机器人系统包括机械手、示教器、焊机系统和清枪系统，所述PLC控制所述变位器的变位，所述焊机系统包括焊枪，所述视觉引导系统包括激光相机，所述焊枪和所述激光相机固定于所述机械手；所述工控机与所述PLC、所述工业机器人系统、所述视觉引导系统进行通讯连接，所述PLC还与所述工业机器人系统通讯连接；
所述示教器或所述视觉引导系统用于完成单个待焊工件的全部焊缝数据，并发送给所述工控机；所述工控机能够将需要拼缝的焊缝对应到相应的拼缝组，并将所述全部焊缝数据、拼缝组数据发送给所述PLC；所述PLC能够对拼缝组进行重新排序，当所述PLC发送引导启动信号时，所述工业机器人系统、所述激光相机和所述工控机能够完成拼缝组的引导，当单缝和拼缝切换时，所述PLC会告诉所述工业机器人系统。
本发明所述的自动化焊接系统还集成有工位预约功能，当一工位处于非运行状态时，可以预约所述自动化焊接系统在该工位的作业。
所述工业机器人可以是ABB机器人。
本发明还提供了一种自动焊接方法，包含如下步骤：
S1、所述工控机获取待焊工件的全部焊缝数据，将焊缝对应到相应的拼缝组；
S2、所述工控机将所述全部焊缝数据、拼缝组数据发送给所述PLC，所述PLC对拼缝组进行重新排序，形成新的拼缝组数据；
S3、所述PLC发送启动信号，所述工控机和所述工业机器人系统接收启动信号，所述工控机发送指令软触发所述视觉引导系统，所述工控机结合所述工业机器人系统发送的点位信息和所述激光相机采集的图片信息，通过三维重建形成拼缝组的焊缝数据，并发送拼缝组的焊缝数据至所述工业机器人系统，完成当前拼缝组的引导；
S4、所述工业机器人系统接收所述拼缝组的焊缝数据，从焊接起点沿焊缝数据运动，以带动所述焊枪进行焊接，当完成当前焊缝焊接时，所述工业机器人系统发送当前焊缝焊接完成信号至所述工控机，所述工控机接收并传输信号至所述PLC，所述PLC判断是否完成该工件的全部焊接，若完成全部焊接，进入待机状态；否则所述PLC控制所述变位器旋转到该工件的下一拼缝组位置，所述PLC发送启动信号，进入引导状态，重复上述引导操作、焊接操作，直到完成全部焊接。
当所述PLC发送启动信号时，所述工控机和所述工业机器人系统接收启动信号，所述工业机器人系统接收启动信号并到达预设开始点位，所述工控机接收所述工业机器人到达预设开始点位信息，发送软触发所述激光相机的指令，所述激光相机接收指令，采集图片并发送采集图片信息，传输至所述工控机，所述工业机器人系统从预设开始点位沿预设点位运动到达终点点位，所述工业机器人系统将当前位姿信息和到达终点点位信息传输至所述工控机，所述工控机结合所述激光相机采集的图片信息和所述工业机器人系统传输的开始点位信息、当前位姿信息和到达终点点位信息，进行手眼标定转换处理，通过三维重建形成焊缝数据，并发送焊缝数据至所述工业机器人系统，完成当前拼缝组的引导；当单缝和拼缝切换时，所述PLC会告诉所述工业机器人系统；所述拼缝组包含只有一条单缝的拼缝组，也包含至少有2条单缝组成的拼缝组。
本发明所述的自动焊接方法，还包括工位预约操作，当一工位处于非运行状态时，可以预约所述自动化焊接系统在该工位的作业。
本发明的有益效果：
1）本发明所述的自动焊接系统具有拼缝功能，对于直角焊缝或者立角焊缝，可实现一次性焊接；中间连接处不需要人工补焊；
2）本发明所述的自动焊接系统具有工位预约功能，当一个工位正在焊接时，可在另一工位上料后预约，前一个工位焊接完成后，会自动去下一个预约工位，提高焊接效率。
附图说明
图1是本发明所述的自动焊接系统的框图。
具体实施方式
实施例1
结合图1对本发明所述的自动焊接系统作进一步说明，包括 PLC、工控机、变位器、工业机器人系统和视觉引导系统，所述工业机器人系统包括机械手、示教器、焊机系统和清枪系统，所述PLC控制所述变位器的变位，所述焊机系统包括焊枪，所述视觉引导系统包括激光相机，所述焊枪和所述激光相机固定于所述机械手；所述工控机与所述PLC、所述工业机器人系统、所述视觉引导系统进行通讯连接，所述PLC还与所述工业机器人系统通讯连接；
所述示教器用于完成单个待焊工件的全部焊缝数据，并发送给所述工控机；所述工控机能够将需要拼缝的焊缝对应到相应的拼缝组，并将所述全部焊缝数据、拼缝组数据发送给所述PLC；所述PLC能够对拼缝组进行重新排序，当所述PLC发送引导启动信号时，所述工业机器人系统、所述激光相机和所述工控机能够完成拼缝组的引导，当单缝和拼缝切换时，所述PLC会告诉所述工业机器人系统。
本专利申请中的PLC为可编程控制器。
实施例2
在实施例1的基础上，本发明所述的自动化焊接系统还集成有工位预约功能，当一工位处于非运行状态时，可以预约所述自动化焊接系统在该工位的作业。
实施例3
一种自动化焊接方法，包含如下步骤：
所述工控机获取待焊工件的全部焊缝数据，将焊缝对应到相应的拼缝组；
所述工控机将所述全部焊缝数据、拼缝组数据发送给所述PLC，所述PLC对拼缝组进行重新排序，形成新的拼缝组数据；
所述PLC发送启动信号，所述工控机和所述工业机器人系统接收启动信号，所述工控机发送指令软触发所述视觉引导系统，所述工控机结合所述工业机器人系统发送的点位信息和所述激光相机采集的图片信息，通过三维重建形成拼缝组的焊缝数据，并发送拼缝组的焊缝数据至所述工业机器人系统，完成当前拼缝组的引导；
所述工业机器人系统接收所述拼缝组的焊缝数据，从焊接起点沿焊缝数据运动，以带动所述焊枪进行焊接，当完成当前焊缝焊接时，所述工业机器人系统发送当前焊缝焊接完成信号至所述工控机，所述工控机接收并传输信号至所述PLC，所述PLC判断是否完成该工件的全部焊接，若完成全部焊接，进入待机状态；否则所述PLC控制所述变位器旋转到该工件的下一拼缝组位置，所述PLC发送启动信号，进入引导状态，重复上述引导操作、焊接操作，直到完成全部焊接。
当所述PLC发送启动信号时，所述工控机和所述工业机器人系统接收启动信号，所述工业机器人系统接收启动信号并到达预设开始点位，所述工控机接收所述工业机器人到达预设开始点位信息，发送软触发所述激光相机的指令，所述激光相机接收指令，采集图片并发送采集图片信息，传输至所述工控机，所述工业机器人系统从预设开始点位沿预设点位运动到达终点点位，所述工业机器人系统将当前位姿信息和到达终点点位信息传输至所述工控机，所述工控机结合所述激光相机采集的图片信息和所述工业机器人系统传输的开始点位信息、当前位姿信息和到达终点点位信息，进行手眼标定转换处理，通过三维重建形成焊缝数据，并发送焊缝数据至所述工业机器人系统，完成当前拼缝组的引导；当单缝和拼缝切换时，所述PLC会告诉所述工业机器人系统；所述拼缝组包含只有一条单缝的拼缝组，也包含至少有2条单缝组成的拼缝组。
拼缝焊接的实现具体包括如下操作：
1、创建工程，焊缝对应到相应的拼缝组里，需要拼接的焊缝中间不能错开的；
2、打开工程后，工控机将焊缝有效值（0无效值）一一对应放入到HD500-HD599寄存器中，拼缝有效值放入到HD700-HD799中（例如：一二号拼缝，则HD500=1，HD501=1；HD700=1，HD701=1；三号单缝，则HD502=1，HD702=0； 四五拼缝，则HD502=1，HD503=1；HD702=2，HD703=2；依次类推）
3、数据处理
（1）工控机给出数据后，PLC通过计算，先将所有焊缝排序（有五条缝就将1-5依次放入HD600-HD699中）。
（2）判断当前焊缝是否拼缝，如果是拼缝，则将拼缝组重新排序（以上面五条缝为例：依次将1-3放入寄存器中，其中1对应原来的1、2；2对应原来的3；3对应原来的4、5。）
（3）当拼缝中执行到最后一条拼缝时，断开引导，告诉工控机，已经引导结束，准备进入焊接。
（4）拼缝和单缝切换时，要告诉工业机器人系统，当前焊缝类型。
实施例4
在实施例3的基础上，本发明所述的自动焊接方法还包括工位预约操作，当一工位处于非运行状态时，可以预约所述自动化焊接系统在该工位的作业。
工位预约具体包括如下步骤：
1、编辑工位：将工位与工程对应，确定后下发有效值；
2、打开工位（工位对应很多个工程，每个工程后面在软件上显示对应的工位）
初始化下发，工控机下发寄存器HD400—HD401，有几个工位（工位1：HD400=1；工位2：HD401=1，依次类推）；
工程打开时，默认下发工位一数据（初始上电时，HD300=1），如果工位1无效，打开工位2。
3、工位预约 该工位空闲状态下可预约。（非运行状态）
4、位预约成功后，进入工位运行
两个工位形成互锁，保证只有一个工位处于运行状态，进入到工位运行时，取消相对应的预约信号，并给工控机信号，让他读寄存器中的值（HD300=1：下发工位一的数据；HD300=2；下发工位二的数据）。
5、数据下发
（1）通知工控机，工位准备就绪，并给所述工控机信号，让他读寄存器中的值，HD300=1：下发工位一的数据；HD300=2；下发工位二的数据；
（2）下发数据对应工位数据。
（3）下发数据后，将所下发的工位数据（HD410）放入寄存器中，与正在运行的工位（HD300）中的值进行校验。
6、引导焊接
（1）有工位预约启动信号，并数据校验完成后，可进入正常单工位引导模式；
（2）当中间过程中，有暂停信号时，系统暂停，复位后，前往该工位的待机点；如果清楚数据回零点，则回到home点，执行下一个预约信号。
7、焊接完成
（1）一件叶轮焊接完成，工业机器人系统回到home点，提取缓存寄存器中的工位数值；（预约锁存信号）
（2）若有预约信号，则当一件焊接完成后，继续去下一个工位；（回到工位待机点，再回HOME点）
（3）将缓存作用的寄存器器（HD301）的数值发放到正在用的寄存器（HD300）中，有工位准备焊接和校验完成的信号后，触发下一个工位引导焊接。
Claims (5)
1.一种自动化焊接系统，其特征在于：包括 PLC、工控机、变位器、工业机器人系统和视觉引导系统，所述工业机器人系统包括机械手、示教器、焊机系统，所述PLC控制所述变位器的变位，所述焊机系统包括焊枪，所述视觉引导系统包括激光相机，所述焊枪和所述激光相机固定于所述机械手；所述工控机与所述PLC、所述工业机器人系统、所述视觉引导系统进行通讯连接，所述PLC还与所述工业机器人系统通讯连接；
所述示教器或所述视觉引导系统将单个待焊工件的全部焊缝数据发送给所述工控机；所述工控机能够将需要拼缝的焊缝对应到相应的拼缝组，并将所述全部焊缝数据、拼缝组数据发送给所述PLC；所述PLC能够对拼缝组进行重新排序，当所述PLC发送引导启动信号时，所述工业机器人系统、所述激光相机和所述工控机能够完成拼缝组的引导，当单缝和拼缝切换时，所述PLC会告诉所述工业机器人系统；
当所述PLC 发送启动信号时，所述工控机和所述工业机器人系统接收启动信号，所述工控机能够发送指令软触发所述视觉引导系统，所述工控机结合所述工业机器人系统发送的点位信息和所述激光相机采集的图片信息，能够通过三维重建形成拼缝组的焊缝数据，并发送拼缝组的焊缝数据至所述工业机器人系统，完成当前拼缝组的引导；
当所述工业机器人系统接收到所述拼缝组的焊缝数据时，所述工业机器人系统能够从焊接起点沿焊缝数据运动，以带动所述焊枪进行焊接，当完成当前焊缝焊接时，所述工业机器人系统能够发送当前焊缝焊接完成信号至所述工控机，所述工控机接收并传输信号至所述PLC，所述PLC能够判断是否完成该工件的全部焊接，若完成全部焊接，进入待机状态；否则所述PLC能够控制所述变位器旋转到该工件的下一拼缝组位置，所述PLC发送启动信号，进入引导状态，重复上述引导操作、焊接操作，直到完成全部焊接。
2.根据权利要求1所述的自动化焊接系统，其特征在于：还集成有工位预约功能，当一工位处于非运行状态时，可以预约所述自动化焊接系统在该工位的作业。
3.一种自动焊接方法，采用权利要求1所述的自动化焊接系统，其特征在于：包含如下步骤：
S1、所述工控机获取待焊工件的全部焊缝数据，将焊缝对应到相应的拼缝组；
S2、所述工控机将所述全部焊缝数据、拼缝组数据发送给所述PLC，所述PLC对拼缝组进行重新排序，形成新的拼缝组数据；
S3、所述PLC发送启动信号，所述工控机和所述工业机器人系统接收启动信号，所述工控机发送指令软触发所述视觉引导系统，所述工控机结合所述工业机器人系统发送的点位信息和所述激光相机采集的图片信息，通过三维重建形成拼缝组的焊缝数据，并发送拼缝组的焊缝数据至所述工业机器人系统，完成当前拼缝组的引导；
S4、所述工业机器人系统接收所述拼缝组的焊缝数据，从焊接起点沿焊缝数据运动，以带动所述焊枪进行焊接，当完成当前焊缝焊接时，所述工业机器人系统发送当前焊缝焊接完成信号至所述工控机，所述工控机接收并传输信号至所述PLC，所述PLC判断是否完成该工件的全部焊接，若完成全部焊接，进入待机状态；否则所述PLC控制所述变位器旋转到该工件的下一拼缝组位置，所述PLC发送启动信号，进入引导状态，重复上述引导操作、焊接操作，直到完成全部焊接。
4.根据权利要求3所述的自动焊接方法，其特征在于：所述步骤S3中，当所述PLC发送启动信号时，所述工业机器人系统接收启动信号并到达预设开始点位，所述工控机接收所述工业机器人到达预设开始点位信息，发送软触发所述激光相机的指令，所述激光相机接收指令，采集图片并发送采集图片信息，传输至所述工控机，所述工业机器人系统从预设开始点位沿预设点位运动到达终点点位，所述工业机器人系统将当前位姿信息和到达终点点位信息传输至所述工控机，所述工控机结合所述激光相机采集的图片信息和所述工业机器人系统传输的开始点位信息、当前位姿信息和到达终点点位信息，进行手眼标定转换处理，通过三维重建形成焊缝数据，并发送焊缝数据至所述工业机器人系统，完成当前拼缝组的引导；当单缝和拼缝切换时，所述PLC会告诉所述工业机器人系统。
5.根据权利要求4所述的自动焊接方法，其特征在于：还包括工位预约操作，当一工位处于非运行状态时，可以预约所述自动化焊接系统在该工位的作业。
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