CN116329824A - 一种吊装式智能焊接机器人及其焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于焊接设备技术领域，提供了一种吊装式智能焊接机器人及其焊接方法，设备包括工件支撑架、移动地轨、预处理端操作模块、执行端控制模块、全局扫描模块、焊接执行模块以及控制电箱，移动地轨上滑动设置有设备移动支架，全局扫描模块以及焊接执行模块设置在设备移动支架上，焊接方法分为几个步骤：S1、预处理端，在焊接预处理软件中进行工作面配置然后对焊缝进行工艺参数设置；S2、执行端，通过双目3D相机对待焊接工件进行全局推扫，经过结算得到待焊接H型钢工件的点云图，经过与预存的三维模型匹配成功后计算生产焊接任务序列；S3、焊接执行，根据焊接任务序列的焊接路径，首先通过焊缝传感器精确定位焊点，然后有焊枪完成焊接。
Description
技术领域
本发明适用于焊接设备技术领域，提供了一种吊装式智能焊接机器人及其焊接方法。
背景技术
目前各大钢结构厂的焊接订单数量巨大，H型钢加劲板的焊接需求不断增加，焊接质量的要求越来越严格，目前人力焊接招工难、人力成本高、焊接技术良莠不齐，无法满足高质量的焊接需求，而采用机器人焊接时传统的焊接机器人存在焊接作业精确性低、焊接任务需要人工示教智能化程度低，同时传统的焊接机器人为固定设置，机械臂可以完成的作业空间有限，进而对焊接工件的尺寸要求比较苛刻，较难满足H型钢加劲板这种长条状产品的焊接，因此，针对大型钢厂热轧H型钢加筋板的智能焊接，提出一种吊装式智能焊接机器人及其焊接方法。
发明内容
为此，本发明提供一种吊装式智能焊接机器人及其焊接方法，由移动地轨作为焊接机器人的第七轴负责搭载焊接执行模块以及全局扫描模块等主要执行件沿待焊接H型钢工件做直线运动，通过全局扫描模块预扫描工件得到点云图并与存储中的工件三维图做匹配并计算得出焊接路径，并最终由焊接执行模块按照预设路径进行分区焊接，从而实现了热轧H型钢加筋板的智能焊接。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种吊装式智能焊接机器人，包括工件支撑架、移动地轨、预处理端操作模块、执行端控制模块、全局扫描模块、焊接执行模块以及控制电箱，前述移动地轨设置在工件支撑架一侧，移动地轨上滑动设置有设备移动支架，前述全局扫描模块以及焊接执行模块均固定设置在设备移动支架上，前述全局扫描模块包括双目3D相机，前述双目3D相机设置在工件支撑架上方，前述焊接执行模块包括机械臂、机械臂控制柜、焊枪、焊机以及送丝桶，前述机械臂包括固定端以及作动端，机械臂的固定端与设备移动支架固定连接，前述焊枪固定设置在机械臂的作动端上，前述执行端控制模块与预处理端操作模块电性连接，前述全局扫描模块、焊接执行模块、移动地轨均与执行端控制模块电性连接，前述预处理端操作模块、执行端控制模块、全局扫描模块、焊接执行模块、移动地轨均与控制电箱电性连接。
进一步的，所述焊接执行模块还包括焊缝传感器，前述焊缝传感器与机械臂的作动端固定连接。
进一步的，所述焊缝传感器设置有自动挡板。
进一步的，所述机械臂为六轴数控机械臂。
一种吊装式智能焊接机器人的焊接方法，依次包括如下步骤：
S1、预处理端操作过程，所述预处理端操作模块中设置有焊接预处理软件，首先将待焊接H型钢工件放置在工件支撑架，然后在焊接预处理软件中进行工作面配置，选定工作面A和工作面B并保存配置，然后加载模型，加载完成后创建新任务，选定需要加工焊缝的工作面，删除未加工工作面，接下来对平焊缝和立焊缝分别进行工艺参数配置，最后保存任务完成预处理端操作过程；
S2、执行端操作过程，所述执行端控制模块内设置有执行端操作软件，首先在执行端操作软件中更新任务，前述S1步骤中预处理操作模块内保存的任务会显示在执行端操作软件中，接下来执行端控制模块执行全局推扫，执行端控制模块控制设备移动支架移动至初始位置，然后设备移动支架沿移动地轨开始移动，以此带动设备移动支架上的双目3D相机对工件支撑架上的待焊接H型钢工件进行全局双目线激光三维扫描，扫描完成后，与执行端操作软件中预先储存的待焊接H型钢工件的三维模型进行焊缝比对，解算之后生成点云图，之后进行工作面匹配，在S1步骤中选定的工作面A以及工作面B每个工作面上依次选定至少三个特征点，然后与前述点云图上的对应点位进行匹配，匹配误差满足标准视为合格，合格后完成焊接前准备，根据点云图得出的待焊接H型钢工件结构从而计算得到焊接规划路径并据此生成焊接任务序列；
S3、焊接执行过程，设备移动支架配合机械臂驱动焊枪按照S2步骤中焊接任务序列的焊接规划路径进行移动并进行焊接，最终完成整个焊接过程。
进一步的，所述S2步骤中，焊接任务序列有多个，所述S2步骤与S3步骤之间增加局部推扫过程，该过程中设备移动支架配合机械臂驱动焊缝传感器按照该焊接任务序列的焊接规划路径对该部分的待焊接H型钢工件进行局部推扫，得到扫描区域内焊点位置信息。
进一步的，所述S3步骤完成后，增加质检返工过程，该过程中首先对完成焊接的工件进行去药皮处理，然后通过肉眼检查焊接质量，对检查不合格的位置进行人工补焊修正。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过双目线激光三维扫描并解算得到待焊接H型钢工件扫描点云轮廓图，通过与预先储存的三维模型进行匹配的方式来自行判断点云图的误差是否符合要求，如果符合要求即可按预设三维模型的焊接路径自动生成实际生产时焊接执行模块的焊接任务序列，全程作业者无需人工操作，只需在预存的三维模型中确认焊接任务后续就可以由预设程序执行焊接任务；
2、本发明中焊接执行模块在执行每一个焊接任务序列前，首先通过焊缝传感器对该焊接任务序列进行局部扫描对焊缝进行精准识别并定位，焊接过程闭环控制，利用光学传播和成像原理，得到扫描区域内焊点位置信息，通过软件算法完成对常见焊缝在线实时检测，据此焊接执行模块可以自动校正焊接轨迹。
3、本发明中通过移动地轨作为第七轴，可以搭载焊接执行模块以及全局扫描模块等主要执行件沿待焊接H型钢工件做直线运动，相较传统焊接机器人更适应对较长的待焊接H型钢工件执行焊接作业。
附图说明
图1为本发明中提及的一种吊装式智能焊接机器人的结构示意图；
图2为图1中设备移动支架装配全局扫描模块以及焊接执行模块的结构示意图。
图中：1、工件支撑架，2、移动地轨，3、预处理端操作模块，4、执行端控制模块，5、全局扫描模块，6、焊接执行模块，601、机械臂，602、焊枪，603、焊缝传感器，604、机械臂控制柜，605、焊机，606、送丝桶，7、控制电箱，8、设备移动支架，9、待焊接H型钢工件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例，参照附图1～附图2，本发明提供的一种吊装式智能焊接机器人，其特征在于，包括工件支撑架1、移动地轨2、预处理端操作模块3、执行端控制模块4、全局扫描模块5、焊接执行模块6以及控制电箱7，前述移动地轨2设置在工件支撑架1一侧，移动地轨2上滑动设置有设备移动支架8，前述移动地轨2可以通过伺服电机配合齿轮齿条等方式驱动设备移动支架8沿移动地轨2往复运动，前述全局扫描模块5以及焊接执行模块6均固定设置在设备移动支架8上，前述全局扫描模块5包括面向控制电箱7设置的双目3D相机，前述双目3D相机设置在工件支撑架1上方，前述焊接执行模块6包括机械臂601、机械臂控制柜604、焊枪602、焊机605以及送丝桶606，前述机械臂601为六轴数控机械臂601，包括固定端以及作动端，机械臂601的固定端与设备移动支架8固定连接，前述焊枪602固定设置在机械臂601的作动端上，前述执行端控制模块4与预处理端操作模块3电性连接，前述全局扫描模块5、焊接执行模块6、移动地轨2均与执行端控制模块4电性连接，前述预处理端操作模块3、执行端控制模块4、全局扫描模块5、焊接执行模块6、移动地轨2均与控制电箱7电性连接。
进一步的方案中，焊接执行模块6还包括焊缝传感器603，前述焊缝传感器603与机械臂601的作动端固定连接，焊缝传感器603还设置有自动挡板，自动挡板可以在焊枪602执行焊接作业时关闭以保护焊缝传感器603，焊缝传感器603将激光束放大形成一条激光线投射到被检测物体表面上，反射光透过高质量光学系统，被投射到成像矩阵上边，经过计算得到传感器到被测表面距离(Z轴)和沿着激光线的位置信息(X轴)、移动被测物体或轮廓仪探头，就可以得到一组三维测量值，所获得的信息可用于焊接搜索定位，焊缝跟踪、自适应焊接参数控制、焊接检测并将信息实时传递到机械手单元、完成焊接。
同时本发明还提供一种依托上述吊装式智能焊接机器人的焊接方法，依次包括如下步骤：
S1、预处理端操作过程，所述预处理端操作模块3中设置有焊接预处理软件，首先将待焊接H型钢工件9放置到工件支撑架1上，然后在焊接预处理软件中进行工作面配置，选定工作面A和工作面B并保存配置，然后加载模型，加载完成后创建新任务，选定需要加工焊缝的工作面，删除未加工工作面，接下来对平焊缝和立焊缝分别进行工艺参数配置，平焊缝需要配置母材厚度、接头形式、坡口形式以及焊接位置，不需要摆焊；立焊缝与平焊缝不同的是需要摆焊，设定纵向距离、横向距离、角度以及行进角度等，最后保存任务完成预处理端操作过程；
S2、执行端操作过程，所述执行端控制模块4内设置有执行端操作软件，首先在执行端操作软件中更新任务，前述S1步骤中预处理操作模块内保存的任务会显示在执行端操作软件中，接下来执行端控制模块4执行全局推扫，执行端控制模块4控制设备移动支架8移动至初始位置，然后设备移动支架8沿移动地轨2开始移动，以此带动设备移动支架8上的双目3D相机对工件支撑架1上的待焊接H型钢工件9进行全局双目线激光三维扫描，通过向待焊接H型钢工件9投射单线条纹，地轨的移动带动激光条纹扫描整个待焊接H型钢工件9，扫描的同时立体视觉以指定帧射拍摄待焊接H型钢工件9，扫描完成后，与执行端操作软件中预先储存的待焊接H型钢工件9的三维模型进行焊缝比对，解算之后生成点云图，之后进行工作面匹配，在S1步骤中选定的工作面A以及工作面B每个工作面上依次选定四个特征点，然后与前述点云图上的对应点位进行匹配，匹配误差满足标准视为合格，合格后完成焊接前准备，根据点云图得出的待焊接H型钢工件9结构从而计算得到焊接规划路径并据此生成多个焊接任务序列；
S3、焊接执行过程，开始执行每一个焊接任务序列前，设备移动支架8配合机械臂601驱动焊缝传感器603按照该焊接任务序列的焊接规划路径对该部分的待焊接H型钢工件9进行局部推扫，推扫每个该任务序列要求的每一个平焊缝以及立焊缝，推扫完成后执行焊接，局部推扫过程是在执行每一个焊接任务序列的焊接前先进行焊缝的精准定位，以此提高焊接时的准确性，局部推扫完成后设备移动支架8配合机械臂601驱动焊枪602按照焊接任务序列的焊接规划路径进行移动并进行焊接，以此重复直到完成所有焊接任务序列的焊接过程。
S4、质检返工过程，首先对完成焊接的工件进行去药皮处理，然后通过肉眼检查焊接质量，对检查不合格的位置进行人工补焊修正。
本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制，方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
以上，仅是本发明的较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案对本发明加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种吊装式智能焊接机器人，其特征在于，包括工件支撑架、移动地轨、预处理端操作模块、执行端控制模块、全局扫描模块、焊接执行模块以及控制电箱，前述移动地轨设置在工件支撑架一侧，移动地轨上滑动设置有设备移动支架，前述全局扫描模块以及焊接执行模块均固定设置在设备移动支架上，前述全局扫描模块包括面向控制电箱设置的双目3D相机，前述双目3D相机设置在工件支撑架上方，前述焊接执行模块包括机械臂、机械臂控制柜、焊枪、焊机以及送丝桶，前述机械臂包括固定端以及作动端，机械臂的固定端与设备移动支架固定连接，前述焊枪固定设置在机械臂的作动端上，前述执行端控制模块与预处理端操作模块电性连接，前述全局扫描模块、焊接执行模块、移动地轨均与执行端控制模块电性连接，前述预处理端操作模块、执行端控制模块、全局扫描模块、焊接执行模块、移动地轨均与控制电箱电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种吊装式智能焊接机器人，其特征在于，所述焊接执行模块还包括焊缝传感器，前述焊缝传感器与机械臂的作动端固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种吊装式智能焊接机器人，其特征在于，所述焊缝传感器设置有自动挡板。
4.根据权利要求1所述的一种吊装式智能焊接机器人，其特征在于，所述机械臂为六轴数控机械臂。
5.根据权利要求1-4所述一种吊装式智能焊接机器人的焊接方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
S1、预处理端操作过程，所述预处理端操作模块中设置有焊接预处理软件，首先将待焊接H型钢工件放置在工件支撑架，然后在焊接预处理软件中进行工作面配置，选定工作面A和工作面B并保存配置，然后加载模型，加载完成后创建新任务，选定需要加工焊缝的工作面，删除未加工工作面，接下来对平焊缝和立焊缝分别进行工艺参数配置，最后保存任务完成预处理端操作过程；
S2、执行端操作过程，所述执行端控制模块内设置有执行端操作软件，首先在执行端操作软件中更新任务，前述S1步骤中预处理操作模块内保存的任务会显示在执行端操作软件中，接下来执行端控制模块执行全局推扫，执行端控制模块控制设备移动支架移动至初始位置，然后设备移动支架沿移动地轨开始移动，以此带动设备移动支架上的双目3D相机对工件支撑架上的待焊接H型钢工件进行全局双目线激光三维扫描，扫描完成后，与执行端操作软件中预先储存的待焊接H型钢工件的三维模型进行焊缝比对，解算之后生成点云图，之后进行工作面匹配，在S1步骤中选定的工作面A以及工作面B每个工作面上依次选定至少三个特征点，然后与前述点云图上的对应点位进行匹配，匹配误差满足标准视为合格，合格后完成焊接前准备，根据点云图得出的待焊接H型钢工件结构从而计算得到焊接规划路径并据此生成焊接任务序列；
S3、焊接执行过程，设备移动支架配合机械臂驱动焊枪按照S2步骤中焊接任务序列的焊接规划路径进行移动并进行焊接，最终完成整个焊接过程。
6.根据权利要求4所述一种吊装式智能焊接机器人的焊接方法，其特征在于，所述S2步骤中，焊接任务序列有多个，所述S2步骤与S3步骤之间增加局部推扫过程，该过程中设备移动支架配合机械臂驱动焊缝传感器按照该焊接任务序列的焊接规划路径对该部分的待焊接H型钢工件进行局部推扫，得到扫描区域内焊点位置信息。
7.根据权利要求4所述一种吊装式智能焊接机器人的焊接方法，其特征在于，所述S3步骤完成后，增加质检返工过程，该过程中首先对完成焊接的工件进行去药皮处理，然后通过肉眼检查焊接质量，对检查不合格的位置进行人工补焊修正。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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