CN116652335A - 一种波纹板焊接的工作方法及焊接机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种波纹板焊接的工作方法及焊接机器人，涉及波纹板焊接领域，采用的方案是：包括以下步骤：S01：在焊接第一块波纹板时，手动控制焊接机器人带着焊枪沿焊缝所在直线段移动，激光焊缝追踪器对焊点位置坐标的进行采集；S02：控制器根据焊点位置坐标确定焊接路径存储；S03：焊接机器人带动焊枪回位到焊缝的起始位置；S04：机器人按照存储的焊接路径进行移动和焊接，控制器控制机器人在相邻两段直线段的交点处，对焊枪的姿态进行变换；S05：更换待焊接波纹板后，循环步骤S03和S04，直到波纹板焊接完成。本发明能够避免机器人姿态变化对激光焊缝追踪器焊缝搜索定位的影响，保证激光焊缝跟踪器正常扫描。
Description
技术领域
本发明涉及波纹板焊接领域，尤其涉及一种波纹板焊接的工作方法及焊接机器人。
背景技术
焊接机器人具有焊接效率高、成本低的优势，正是凭借这些优势，集装箱及除尘器外壳等波纹板焊接正逐步采用机器人进行焊接，同时利用激光焊缝跟踪器的搜索定位功能，在焊接时，调整焊枪使其对准焊缝中心，激光焊缝跟踪器实时采集图像，并启动一个定时器，根据焊接速度的要求，调节定时器的时间间隔，每隔一定的时间抓拍图像，通过程序对图像进行实时处理，得到图像的焊缝中心位置，以当前焊缝中心位置相对于初始焊缝中心位置的偏差量为检测量，机器人控制器获得焊枪的调整量，调整机械手指引焊枪运行，实现自动跟踪。
此方法虽然能够识别焊缝，但由于现有技术中，激光焊缝追踪器设置在机器人的行走轴上，其覆盖范围较小，无法识别焊缝，为解决此问题，将激光焊缝追踪器安装在机器人第六轴法兰盘上，其行程范围能够覆盖整个波纹板的焊接范围。
但由于波纹板为波浪结构，与方管焊接时，如附图1所示，焊缝并非为直线，波纹板水平放置时，存在上下坡的倾斜直线与水平直线交替的特点，为了保证焊接质量，与机器人第六轴连接的焊枪尽量在垂直于波纹板平面的角度进行焊接，即需要机器人进行姿态调整，但由于激光焊缝追踪器也安装在机器人第六轴法兰盘上，导致机器人在变换焊接姿态时，焊枪和激光焊缝追踪器一起变换姿态，姿态变化后，激光焊缝追踪器发出的光带扫描位置改变，无法保证能扫描到焊缝位置，造成识别失败，无法保证准确焊接。
发明内容
为了克服上述现有技术中的激光焊缝追踪器无法准确扫描到焊接位置的问题，本发明提供了一种波纹板焊接的工作方法及焊接机器人，能够避免机器人姿态变化对激光焊缝追踪器焊缝搜索定位的影响，保证激光焊缝跟踪器正常扫描。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种波纹板焊接的工作方法，包括以下步骤：
S01：在焊接第一块波纹板时，手动控制焊接机器人带着焊枪沿焊缝所在直线段移动，激光焊缝追踪器对焊点位置坐标的进行采集；
S02：控制器根据焊点位置坐标确定焊接路径存储；
S03：焊接机器人带动焊枪回位到焊缝的起始位置；
S04：焊接机器人按照焊接路径进行移动和焊接，焊接机器人在相邻两段直线段的交点处，对焊枪的姿态进行变换；
S05：更换待焊接波纹板后，循环步骤S03和S04，直到波纹板焊接完成。
通过此方法，能够在焊接前，先通过激光焊缝追踪器确定焊接的路径存储，使焊接机器人在焊接时直接按照存储的路径进行移动和焊接，不再进行扫描定位，避免焊接和定位同时进行，在姿势变换时影响激光焊缝追踪器扫描定位。
进一步的，在所述S01中，激光焊缝追踪器在每段水平焊缝、上坡倾斜焊缝和下坡倾斜焊缝所在的直线段上，对多个不同焊点位置坐标进行采集，相邻两个焊点沿焊缝长度方向的坐标差值为a，15mm＜a＜20mm，激光焊缝追踪器还采集不同直线段交点的空间坐标，在所述S02中，控制器将同段直线上相邻两个点、相邻直线段的交点形成的连线作为焊接路径存储。通过描点确定直线位置的形式能够确定每段焊缝的路径，使机器人沿焊缝的变化而做出相应的调整，满足波纹板的焊接要求。
进一步的，在所述S01中，激光焊缝追踪器在每段水平直线、上坡倾斜直线和下坡直线段位置处，均对两个不同焊点位置坐标进行采集，在所述S02中，控制器根据同段直线上的两个焊点位置坐标确定相应直线段的数字表达式，并作为焊接路径存储，控制器还根据数字表达式计算出相邻两个直线段交点坐标并存储。根据两点确定一条直线的原理能够准确地确定每段焊缝所在直线，并且在工作过程中减少数据调用，机器人控制器工作和控制更加方便。
进一步的，在所述S05中，包括以下步骤：
A、更换待焊接波纹板后，重复S03；
B、进行路径修正，包括以下小步骤：a、焊接机器人按照焊接路径进行移动；b、在按照焊接路径确定的每段直线段处，激光焊缝追踪器均对两个实际焊点的位置坐标进行确定；c、控制器根据实际焊点位置坐标重新确定对应直线段的数学表达式并作为焊接路径覆盖原有路径，控制器还计算出相邻两个直线段交点坐标并存储；e、焊接机器人带动焊枪回位到焊缝的起始位置；
C、重复S04；
D、循环步骤A至C，直到波纹板焊接完成。
通过路径修正，在后续的波纹板焊接前再进行一次路径扫描模拟，能够对焊接路径进行调整，减少因为波纹板上料误差、尺寸误差以及铆焊误差等造成的焊缝与同批次第一块波纹板焊缝位置的偏差，保证机器人进行批量焊接的准确性。
进一步的，在所述S04中，焊接水平直线段时，焊接电流为190A~220A，焊接电压为20V~22V，焊接速度6mm/s~7mm/s，摆焊类型为圆型；焊接上坡直线段时，焊接电流为150A~160A，焊接电压为17V~19V，焊接速度2mm/s~3mm/s，摆焊类型为正弦；焊接下坡直线段时，焊接电流为190A~220A，焊接电压为20V~22V，焊接速度8mm/s~9mm/s，摆焊类型为圆型。通过焊接参数设置，能够在上坡焊接时保证焊接质量，在直线焊接和下坡焊接时提升焊接效率，满足波纹板焊接的质量和效率要求。
进一步的，在所述S04中，在焊接水平直线段、上坡直线段和下坡直线段时，焊枪与对应的波纹板夹角为b，75°≤b≤90°。能够利于提升焊接质量。
进一步的，在所述S01中，在进行坐标采集前，调整激光焊缝追踪器的角度，使得激光焊缝追踪器发出的光带能够照射在焊缝两侧的工件表面上。能够保证激光焊缝追踪器准确找到焊点位置。
本发明还提供了一种用于波纹板焊接机器人，用于上述的波纹板焊接的工作方法，包括行走轴，所述行走轴上设置有焊接机器人本体，所述焊接机器人本体包括控制器，所述行走轴能够带动焊接机器人本体移动，所述焊接机器人本体的第六轴依次连接有连接件和焊枪，所述连接件呈L型，所述连接件包括安装部和连接部，所述安装部外侧可拆卸连接有支座，所述支座安装有激光焊缝追踪器，所述激光焊缝追踪器和所述焊枪均与所述控制器电连接。
进一步的，所述支座包括安装臂，所述安装臂一端与所述安装部连接，所述安装臂的另一端可摆动地连接有调整臂，所述调整臂与激光焊缝追踪器连接。能够通过支座独立调整激光焊缝追踪器的照射角度，无需通过机器人进行调整，不影响焊枪的姿态。
所述安装臂上设置有锁定孔一和导向柱，所述调整臂上对应安装孔一设置有锁定孔二，所述锁定孔二和所述锁定孔一内设置有锁定螺栓，所述锁定螺栓上设置有锁定螺母，所述调整臂上相对导向柱设置有调整孔，所述导向柱能够从所述调整孔内伸出，所述导向柱的伸出端设置有锁螺母，所述导向柱能够相对所述调整孔移动，所述调整孔为弧形孔。方便操作调整。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本方案提供了一种波纹板焊接的工作方法及焊接机器人，通过本方法能够在焊接前，先通过激光焊缝追踪器确定焊接的路径并存储，使焊接机器人在焊接时直接按照存储的路径进行移动和焊接，不再进行扫描定位，避免焊接和定位同时进行，在姿势变换时影响激光焊缝追踪器扫描定位；根据两点确定一条直线的原理能够准确地确定每段焊缝所在直线，并且在工作过程中减少数据调用，机器人控制器工作和控制更加方便；通过扫面每段直线段上的多个点能够确定每段直线的路径，使机器人沿焊缝的变化而做出相应的位置调整，满足波纹板的焊接要求；通过路径修正，在后续的波纹板焊接前再进行一次路径扫描模拟，能够对焊接路径进行微调整，减少因为波纹板上料误差、尺寸误差以及铆焊误差等造成的实际焊缝与同批次第一块波纹板焊缝位置的偏差，保证机器人进行批量焊接的准确性；通过焊接参数设置，能够在上坡焊接时保证焊接质量，在直线焊接和下坡焊接时提升焊接效率，满足波纹板焊接的质量和效率要求；调整激光焊缝追踪器的角度，能够保证激光焊缝追踪器准确找到焊点位置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为波纹板与方管装配结构示意图。
图2为本发明具体实施方式四中波纹板焊接机器人的结构示意图。
图3为本发明具体实施方式四中焊接机器人本体、焊枪和激光焊缝追踪器的装配结构示意图。
图4为图3中A处放大图。
图5为本发明具体实施方式四中连接件和支座的装配结构示意图。
图6为本发明具体实施方式四中波纹板焊接机器人定位扫描状态图。
图中，1、方管，2、波纹板，3、激光焊缝追踪器，4、焊枪，5、第六轴，7、行走轴，8、焊接机器人本体，9、连接件，10、安装臂，11、锁定螺栓，12、调整臂，13、调整孔，14、导向柱。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。
具体实施方式一
本具体实施方式提供了一种波纹板焊接的工作方法，包括以下步骤：
S01：在焊接第一块波纹板时，手动控制焊接机器人带着焊枪沿焊缝所在直线段移动，激光焊缝追踪器对焊点位置坐标的进行采集；
S02：控制器根据焊点位置坐标确定焊接路径存储；
S03：焊接机器人带动焊枪回位到焊缝的起始位置；
S04：焊接机器人按焊接路径进行移动和焊接，控制器控制机器人在相邻两段直线段的交点处，对焊枪的姿态进行变换；
S05：更换待焊接波纹板后，循环步骤S03和S04，直到波纹板焊接完成。
本方法通过在焊接前进行焊接路径扫描并储存，在焊接时，焊接机器人按照存储的路径移动即可，无需在焊接时同时进行位置搜寻扫描，避免了在焊接波纹板时，焊枪姿态变换导致激光焊缝追踪器的扫描角度方向变化无法准确定位的技术问题。
为了按照波纹板的焊缝特点确定焊接路径，在S01中，激光焊缝追踪器在每段水平焊缝、上坡倾斜焊缝和下坡倾斜焊缝所在的直线段上，对多个不同焊点位置坐标进行采集，相邻两个焊点沿焊缝长度方向的坐标差值为a，15mm＜a＜20mm，在S02中，控制器将同段直线上相邻两个点、相邻直线段的交点形成的连线作为焊接路径存储；通过采用描点成线的方式确定波纹板上每段水平直线段、上坡倾斜直线段和下坡倾斜直线段的焊接路径，并将焊点位置的采集设置的较为密集，能够提升扫描生成的路径与实际焊接路径的契合度，保证机器人在相应的路段进行相应的姿态和焊接参数的调整，保证波纹板的焊接质量。
为了进一步提升激光焊缝追踪器寻位的准确性，在S01中，在进行坐标采集前，需要调整激光焊缝追踪器的角度，使得激光焊缝追踪器发出的光带能够照射在焊缝两侧的工件表面上。
为了提升焊接质量和焊接效果，根据不同焊缝直线段采用不同的焊接参数，在S04中，焊接水平直线段时，焊接电流为190A~220A，焊接电压为20V~22V，焊接速度6mm/s~7mm/s，摆焊类型为圆型；焊接上坡直线段时，焊接电流为150A~160A，焊接电压为17V~19V，焊接速度2mm/s~3mm/s，摆焊类型为正弦；焊接下坡直线段时，焊接电流为190A~220A，焊接电压为20V~22V，焊接速度8mm/s~9mm/s，摆焊类型为圆型，能够在上坡焊接时保证焊接质量，在直线焊接和下坡焊接时提升焊接效率，满足波纹板焊接的质量和效率要求；在焊接水平直线段、上坡直线段和下坡直线段时，焊枪与对应的波纹板夹角为b，75°≤b≤90°。
具体实施方式二
本具体实施方式与具体实施方式一的步骤基本相同，区别在于确定焊接路径的方法不同：激光焊缝追踪器在每段水平直线、上坡倾斜直线和下坡直线段位置处，均对两个不同焊点位置坐标进行采集，在S02中，控制器根据同段直线上的两个焊点位置坐标确定相应直线段的数字表达式，并作为焊接路径存储，控制器还根据数字表达式计算出相邻两个直线段交点坐标并存储。
本方法采用通过两点坐标能够确定一条直线的数学表达式的形式确定焊缝所在路径，没有遗漏的焊点坐标，减少了焊缝追踪器扫描焊点坐标误差对焊接路径的影响，其模拟出的焊接路径更加接近实际的焊接路径，并且在工作过程中减少数据调用，焊接机器人控制器工作和控制更加方便。
具体实施方式三
本具体实施方式与具体实施方式二基本相同，区别在于：在S05中，增加在焊接后续波纹板的过程中，在焊接前进行路径修正的步骤，S05包括以下步骤：
A、更换待焊接波纹板后，重复S03；
B、进行路径修正，包括以下小步骤：a、机器人按照存储的焊接路径进行移动；b、在按照存储路径确定的每段直线段处，激光焊缝追踪器均对两个实际焊点的位置坐标进行确定；c、控制器根据实际焊点位置坐标重新确定对应直线段的数学表达式并作为新路径覆盖原有路径，控制器还计算出相邻两个直线段交点坐标并存储；e、机器人带动焊枪回位到焊缝的起始位置；
C、重复S04；
D、循环步骤A至C，直到波纹板焊接完成。
通过本方法，在后续的波纹板焊接前在进行一次路径扫描模拟，能够对焊接路径进行微调整，减少因为波纹板上料误差、尺寸误差以及铆焊误差等造成的焊缝与同批次第一块波纹板焊缝位置的偏差，保证机器人进行批量焊接的准确性，提升波纹板批量焊接的合格率。
具体实施方式四
如图2至如6所示，本具体实施方式提供了一种用于波纹板焊接机器人，用于实现具体实施方式一、二和三中的波纹板焊接的工作方法，包括行走轴7，行走轴7与波纹板2的长度或者宽度方向平行，行走轴7上设置有焊接机器人本体8，行走轴7能够带动焊接机器人本体8移动，焊接机器人本体8的第六轴5依次连接有连接件9和焊枪4，连接件9呈L型，连接件9包括安装部和连接部，连接部用于与焊接机器人本体8连接，安装部外侧可拆卸连接有支座，支座安装有激光焊缝追踪器3，激光焊缝追踪器3与控制器电连接，控制器能够控焊接制机器人本体进行姿态调整和焊接参数的变化；为了实现独立对激光焊缝追踪器3照射角度的调整，保证光带落在焊缝两侧的工件表面上，支座包括安装臂10，安装臂10一端与安装部连接，安装臂10的另一端可摆动地连接有调整臂12，安装臂10上设置有锁定孔一和导向柱14，调整臂12上对应安装孔一设置有锁定孔二，锁定孔二和锁定孔一内设置有锁定螺栓11，锁定螺栓11两端设置有锁定螺母，调整臂12上相对导向柱14设置有调整孔13，导向柱14能够从调整孔13内伸出，导向柱14的伸出端设置有锁螺母，导向柱14能够相对调整孔13移动，调整孔13为弧形孔，调整臂12与激光焊缝追踪器3连接。
在调整角度时，打开激光焊缝追踪器3，将锁螺母和锁定螺母旋松，使得调整臂12能够以锁定螺栓11为中心进行摆动，直到激光焊缝追踪器3发出的光带落在焊缝两侧的工件上，然后依次锁紧锁螺母和锁定螺母。
从以上具体实施方式中可以看出本发明具有以下有益效果：
1、能够在焊接前，先通过激光焊缝追踪器3确定焊接的路径并存储，使焊接机器人在焊接时直接按照存储的路径进行移动和焊接，不再进行扫描定位，避免焊接和定位同时进行，在姿势变换时影响激光焊缝追踪器3扫描定位；
2、根据两点确定一条直线的原理能够准确地确定每段焊缝所在直线，并且在工作过程中减少数据调用，机器人控制器工作和控制更加方便；
通过扫面每段直线段上的多个点能够确定每段直线的路径，使机器人沿焊缝的变化而做出相应的位置调整，满足波纹板2的焊接要求；
3、通过路径修正，在后续的波纹板2焊接前再进行一次路径扫描模拟，能够对焊接路径进行微调整，减少因为波纹板2上料误差、尺寸误差以及铆焊误差等造成的实际焊缝与同批次第一块波纹板2焊缝位置的偏差，保证焊接机器人进行批量焊接的准确性；
4、通过焊接参数设置，能够在上坡焊接时保证焊接质量，在直线焊接和下坡焊接时提升焊接效率，满足波纹板2焊接的质量和效率要求；
调整激光焊缝追踪器3的角度，能够保证激光焊缝追踪器3准确找到焊点位置。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“上”、“下”、“外侧”、“内侧”等（如果存在）是区别位置上的相对关系，而不必给予定性。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种波纹板焊接的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：在焊接第一块波纹板时，手动控制焊接机器人带着焊枪沿焊缝所在直线段移动，激光焊缝追踪器对焊点位置坐标的进行采集；
S02：控制器根据焊点位置坐标确定焊接路径存储；
S03：焊接机器人带动焊枪回位到焊缝的起始位置；
S04：焊接机器人按照焊接路径进行移动和焊接，焊接机器人在相邻两段直线段的交点处，对焊枪的姿态进行变换；
S05：更换待焊接波纹板后，循环步骤S03和S04，直到波纹板焊接完成。
2.如权利要求1所述的波纹板焊接的工作方法，其特征在于，在S01中，激光焊缝追踪器在每段水平焊缝、上坡倾斜焊缝和下坡倾斜焊缝所在的直线段上，对多个不同焊点位置坐标进行采集，相邻两个焊点沿焊缝长度方向的坐标差值为a，15mm＜a＜20mm，在S02中，控制器将同段直线上相邻两个点、相邻直线段的交点形成的连线作为焊接路径存储。
3.如权利要求1所述的波纹板焊接的工作方法，其特征在于，在S01中，激光焊缝追踪器在每段水平直线、上坡倾斜直线和下坡直线段位置处，均对两个不同焊点位置坐标进行采集，在S02中，控制器根据同段直线上的两个焊点位置坐标确定相应直线段的数字表达式，并作为焊接路径存储，控制器还根据数字表达式计算出相邻两个直线段交点坐标并存储。
4.如权利要求3所述的波纹板焊接的工作方法，其特征在于，在S05中，包括以下步骤：
A、更换待焊接波纹板后，重复S03；
B、进行路径修正，包括以下小步骤：a、焊接机器人按照焊接路径进行移动；b、在按照焊接路径确定的每段直线段处，激光焊缝追踪器均对两个实际焊点的位置坐标进行确定；c、控制器根据实际焊点位置坐标重新确定对应直线段的数学表达式并作为焊接路径覆盖原有路径，控制器还计算出相邻两个直线段交点坐标并存储；e、焊接机器人带动焊枪回位到焊缝的起始位置；
C、重复S04；
D、循环步骤A至C，直到波纹板焊接完成。
5.如权利要求1所述的波纹板焊接的工作方法，其特征在于，在S04中，焊接水平直线段时，焊接电流为190A~220A，焊接电压为20V~22V，焊接速度6mm/s~7mm/s，摆焊类型为圆型；焊接上坡直线段时，焊接电流为150A~160A，焊接电压为17V~19V，焊接速度2mm/s~3mm/s，摆焊类型为正弦；焊接下坡直线段时，焊接电流为190A~220A，焊接电压为20V~22V，焊接速度8mm/s~9mm/s，摆焊类型为圆型。
6.如权利要求1所述的波纹板焊接的工作方法，其特征在于，在S04中，在焊接水平直线段、上坡直线段和下坡直线段时，焊枪与对应的波纹板夹角为b，75°≤b≤90°。
7.如权利要求1所述的波纹板焊接的工作方法，其特征在于，在S01中，在进行坐标采集前，调整激光焊缝追踪器的角度，使得激光焊缝追踪器发出的光带能够照射在焊缝两侧的工件表面上。
8.一种用于波纹板焊接机器人，其特征在于，用于如权利要求1-7任一项所述的波纹板焊接的工作方法，包括行走轴（7），行走轴（7）上设置有焊接机器人本体（8），焊接机器人本体（8）包括控制器，行走轴（7）能够带动焊接机器人本体（8）移动，焊接机器人本体（8）的第六轴（5）依次连接有连接件（9）和焊枪（4），连接件（9）呈L型，连接件（9）包括安装部和连接部，安装部外侧可拆卸连接有支座，支座安装有激光焊缝追踪器（3），激光焊缝追踪器（3）和焊枪（4）均与控制器电连接。
9.如权利要求8所述的用于波纹板焊接机器人，其特征在于，支座包括安装臂（10），安装臂（10）一端与安装部连接，安装臂（10）的另一端可摆动地连接有调整臂（12），调整臂（12）与激光焊缝追踪器（3）连接。
10.如权利要求9所述的用于波纹板焊接机器人，其特征在于，安装臂（10）上设置有锁定孔一和导向柱（14），调整臂（12）上对应安装孔一设置有锁定孔二，锁定孔二和锁定孔一内设置有锁定螺栓（11），锁定螺栓（11）上设置有锁定螺母，调整臂（12）上相对导向柱设置有调整孔（13），导向柱（14）能够从调整孔（13）内伸出，导向柱（14）的伸出端设置有锁螺母，导向柱（14）能够相对调整孔（13）移动，调整孔（13）为弧形孔。
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