CN1223188A - 控制焊接机器人的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于控制焊接机器人的方法和装置。方法包括:焊件和焊炬沿一预定焊道相对移动时,在初始焊接条件下进行焊接;确定一至少有一焊接条件修改的改变点,确定该焊接条件的修改数值;焊接作业及相对运动继续时,焊接条件改变成改变点处的修改值。当焊接条件如焊接电压,焊接电流,焊接速度等作实时地改变时,焊接作业不停顿。焊接效率和焊接质量提高,避免焊缝的不连续性。

Description

控制焊接机器人的方法和装置

本发明涉及一种控制焊接机器人的方法和装置，该机器人有一个支承被焊接工件的托架和至少一个能与焊件作相对运动的焊炬。更确切地说，本发明涉及到在一条焊道上采用若干不同的焊接条件时能实时地改变这种焊接条件的控制焊接机器人的方法和装置。

焊接机器人，特别是电弧焊机器人，将焊炬移向固定在焊接夹具上的被焊接的工件(以下简称为“焊件”)，当焊件移动和(或)焊炬移动时对焊件进行焊接加工。

一个控制部分使得焊接操作在预定的焊接条件下进行。

该控制部分根据输入的参数来确定用于焊接部分的焊接条件，这些参数例如是：焊件的类型，焊接部分的几何数据，焊缝的熔深，焊接的起始点和焊接的终止点等。焊接条件包括焊接电流，焊接电压，焊炬与焊件之间的距离，焊条送进速度，焊炬与焊件的相对速度等。

传统的焊接机器人中，在焊接一条焊道时采用预先确定好的焊接条件而没有任何变化。通常，在一条直线焊道中，焊接环境如焊接部位的几何形状，焊缝熔深以及焊件的温度等在焊道的全长上是不变的。因此，对于这种直线焊道在焊接过程中改变焊接条件就没有必要。

但是，象焊接电流，焊接电压和焊接速度等焊接条件必须改变的情况有时不可避免地要发生。例如，当沿着一条圆形路径焊接一个随焊接夹具旋转的焊件时，由于热传导的原因焊件的温度会逐渐升高。在这种情况下，如果焊接作业仍按初始的焊接条件(即在焊件温度较低时确定的焊接条件)继续进行，焊件可能会过度熔化而导致焊接缺陷。另外，即使是在直线焊道的情况下，如果焊接部位的几何形状或任何其他因素发生改变时焊缝的熔深也应当作相应的修改。

图8是一示意图，用来图解说明在传统的焊接机器人加工过程中焊接条件发生改变的情况。焊炬51沿着焊道53从焊接始点P0移向焊接终点P2进行焊接作业。焊道53由应在第一种焊接条件下进行焊接作业的第一焊段53a和应在第二种焊接条件下进行作业的第二焊段53b组成。在传统的焊接机器人加工过程中，第一焊段53a在与其对应的初始焊接条件下进行焊接，当焊炬51移动到第一焊段53a与第二焊段53b之间的焊接条件改变点P1时，为了暂时停止焊接操作而断开电源。随后将焊接条件改变到与第二焊段53b相对应的第二种焊接条件，再继续焊接加工以便完成第二焊段53b的焊接。

由于暂停焊接加工和重新设定焊接条件要消耗许多时间，从而使得焊接效率降低。另外，在焊接条件变更点P1，即第一焊段53a与第二焊段53b之间的交界处，会出现焊接的不连续性，从而有可能引起焊缝的突然变化。为了消除这种不连续性，操作者必须进行一些事后处理工作如采用打磨或其他类似的措施，但这是一项非常麻烦费事的事情。

本发明打算解决传统焊接技术中存在的上述问题。因此，本发明的目的就是要提供一种控制焊接机器人的方法和装置，使得在一条焊道的焊接过程中，焊接作业无须作任何停顿就能实时地改变如焊接电压，焊接电流，焊接速度等焊接条件，从而使焊接效率和焊接质量得到提高。

为了达到上述目的，本发明提供了一种控制焊接机器人的方法，该机器人有一个支承被焊接工件的托架和至少一个能够与焊件作相对运动的焊炬，该方法包含的步骤有：当焊件和焊炬沿着一条预定的焊道彼此作相对运动时，在预先确定的初始焊接条件下对焊件进行焊接；在焊道上确定一个焊接条件改变点，在该改变点处至少有一个焊接条件应当改变，并确定焊接条件的改变数值；当焊接作业和焊件的相对运动继续时，用改变点的改变数值去改变焊接条件。

这里，焊接条件至少包括从一组包括焊接电压，焊接电流以及相对运动速度的参数群中选取的一个。

优选，按照本发明的控制焊接机器人的方法还包括测定焊件上的一个被焊接部分的温度的步骤。当温度高于某预定数值时，应将焊接电压和焊接电流中的至少一个降低一预定的数量。而且，随着温度的增加，相对运动速度也增加。

按照本发明的控制焊接机器人的方法特别适合于对那些支承在工件托架上可绕托架中心轴线旋转并具有圆柱形状焊件的焊接加工。在这种情况下，焊道是一条环绕中心轴线的圆周线。优选，在该焊件的至少一个旋转区段上，该焊件的旋转速度随着焊件的旋转角度呈线性地增加或减少。此外，在预定的初始旋转区段内和在预定的最终旋转区段内，焊件的旋转速度保持不变。

另外，本发明还提供了一种专门适合于实施上述方法的控制焊接机器人的装置。

本发明的上述目的和其他优点将会通过参照附图对本发明的优选实施例作详细说明而变得更加明显，其中：

图1是一种焊接机器人系统的示意图；

图2是按照本发明的焊接机器人的方框图；

图3是一个焊件实例的透视图；

图4是图3所示焊件的断面图；

图5是图3和图4所示焊件焊接过程的图解流程图；

图6是焊接电压和焊接电流随焊件转角变化的图；

图7是焊件旋转速度随焊接部位温度的变化而变化的图；以及

图8是在传统的焊接机器人加工过程中焊接条件发生改变的例子的图解示意图。

图1是一种焊接机器人系统1的示意图，图2是图1所示焊接机器人系统的方框图。

如图所示，焊接机器人系统1包括：安装在底板3上彼此面向的第一和第二焊接机器人5a和5b，以及一个安装在焊接机器人5a和5b之间的用来固定焊件的焊接夹具15。每一个焊接机器人5a和5b包括拥有六个驱动马达的六轴垂直连接机器人组成。焊炬7a和7b安装在每一个焊接机器人5a和5b的头部，可以在自由空间内任意移动。为了实施气体保护电弧焊，焊炬7a和7b由焊条供给装置9a和9b供给焊条，并通过供气管路17得到焊接保护气体。焊接夹具15支承着焊件并将它固定，或者按照预定的控制程序使它作直线或旋转运动。

控制部分21按照预定的控制程序控制焊接机器人5a和5b，焊接夹具15，气体供应管路17，焊条供给装置9a和9b，以及供电电源31等。控制部分21按照预先存储的焊接条件或者按照各种参数如焊件的类型，焊接部位的几何数据，焊缝熔深，焊接起点，焊接终点等所确定的焊接条件来控制各个功能部件，因此一个理想的焊接工序便能得以完成。

另外，控制部分21与温度传感器19相连接。温度传感器19检测焊件的温度并将检测到的有关温度的数据通知控制部分21。控制部件21根据来自温度传感器19的信号调整焊接条件来控制各功能部件，因此焊接作业能够在适应焊件温度的焊接条件下完成。另外，控制部分21接收由激光传感器(图中未表示出)测得的关于焊道的数据，因此焊接作业能够精确地完成。

图3是一个焊件实例的透视图，图4是图3所示焊件的断面图，它们显示了一个焊件的实例，用来图解说明按照本发明的控制焊接机器人的方法。

焊件35包括一个圆柱形管子37和一个欲焊接到管子37一端的法兰盘39。如图所示，管子37和法兰盘39在它们被传送到焊接机器人系统1之前已事先用点焊焊接连接在一起。焊件35有一个由管子37的外圆和法兰盘39的内孔棱边形成的外焊接部位，以及一个由管子37的内圆与法兰盘39的孔内表面形成的内焊接部位。这些焊接部位所形成的焊道都在环绕以管子37的轴线为中心的圆延伸。

图5是对图3和图4所示的焊件35按照本发明的控制焊接机器人的方法进行焊接加工的流程图。在焊接工序开始前，控制部分21接收确定焊件35焊接条件的各种数据，即各种不同的参数，如焊件的类型，焊接部位的几何数据，焊缝熔深，焊接起点和焊接终点等。根据输入的参数，控制部分21确定适合于焊件35的初始焊接条件(S1)。然后如图4所示的焊件35固定到焊接夹具15上(S2)。焊件35被固定后，焊接机器人5a和5b上的焊炬7a和7b分别移动，使各自的前端置于相应的焊接部位附近并如图4所示使其间有预定的间隙。

此后，焊接作业在步骤(S1)确定的初始焊接条件下从焊接始点开始进行(S3)。焊接作业是在控制部分21的控制下进行的。这就是说，当电能，气体和焊条11分别从电源供给部分31，气体供给管17和焊条供给装置9a和9b提供时，焊接夹具15便旋转起来，焊炬7a和7b便开始横摆运动进行焊接加工。例如，在初始焊接条件下，从电源供给部分31供应的电流设定为20伏/140安，焊件35在焊接夹具15上则以预定的匀旋转速度旋转。

在焊接作业进行时，从焊接部位传出的焊接热会使焊件35的温度升高，这种温度变化会被温度传感器19(S4)检测到。随后控制部分21将来自温度传感器19的信号与预先确定的参考温度进行比较(S5)。如果焊件35的温度低于参考温度，初始焊接条件保持不变。如果焊件35的温度高于参考温度，焊接条件就改变以补偿焊件的温度上升(S6)。焊接条件的改变以这样的方式进行，即焊接电压和焊接电流根据焊件35的温度情况逐渐地或逐级地降低。在本实施例中，当焊件35的温度超过预定的参考温度时，焊接电压和焊接电流便降低一级。例如，从初始值20伏/140安降到18伏/125安。

图6是焊接电压和焊接电流随焊件转角而变化的图。如图所示，在焊件35的一个转角位置点即焊接条件改变点Pa处，在该点焊件35的温度超过了预定的参考温度，初始焊接电压Vs和焊接电流Is分别降低为Vc和Ic。改变后的焊接电压Vc和焊接电流Ic将一直保持到焊接终点Pe。

当焊件35的温度超过预定的参考温度时，电压和电流降低一级，与此同时，检测焊件35的温度是否还继续不断上升。具体说，圆柱形焊件35的温度可能不断升高的，在这种情况下，仅仅靠降低电压和电流是不能保证焊接质量的，为此，应当增加焊件35的旋转速度以便对温度的上升作出反应(S8)。当焊炬7a和7b接近焊接终点Pe时，即焊件35的转角达到360度时，焊件35的温度将不再升高而达到一个平衡状态。在这种情况下，焊件的旋转速度将保持不变(S9)。当焊炬7a和7b抵达焊接终点Pe时(S10)，控制部分21结束焊接作业(S11)。

图7是焊件35的旋转速度变化曲线。焊件35的旋转速度在焊件条件改变点Pa以前一直保持不变，此后，旋转速度随着温度的逐渐升高而呈线性也增加。当焊炬7a和7b接近焊接终点Pe时，焊件35的温度达到了一个平衡状态而不再进一步升高。因此，焊件35的旋转速度从平衡点Pb直到焊接终点Pc将一直保持不变。

在上述实例中，焊接条件随着焊件35的温度的变化而改变。然而，焊接条件也可以根据试验结果确定的数据，或者由操作者输入焊接条件改变点的位置及改变数值来进行修改。被改变的焊接条件可以是焊接电压，焊接电流和焊接速度中的一个或者是它们中的某几个。另外，焊接条件的改变可以是分级地改变或逐渐地改变。

按照本发明，在进行焊接加工时，可以对焊接条件如焊接电压，焊接电流和焊接速度等作实时的修改。因此，焊接作业可以连续进行而焊接机器人不停操作。由此，焊缝的不连续性将不会发生，焊接质量将得到改善，清理不连续焊缝的后续处理工作就不再需要。

Claims (11)

1．一种用于控制焊接机器人的方法，该焊接机器人有一个支承被焊接工件的托架和一个能够与焊件作相对运动的焊炬，该方法包括的步骤有：

当焊件和焊炬沿着一条预定的焊道彼此作相对运动时，在预先确定的初始焊接条件下对焊件进行焊接；

在焊道上确定一个改变点，在该改变点处至少有一个焊接条件应当改变，并确定焊接条件的改变数值；

当焊接作业和焊件的相对运动还在继续时，用改变点的改变数值去修改焊接条件。

2．按照权利要求1所述的控制焊接机器人的方法，其特征在于，焊接条件至少包括从由焊接电压，焊接电流和相对运动速度组成的参数群中选取的一个。

3．按照权利要求2所述的控制焊接机器人的方法，其特征在于，还包括的步骤有：

测定焊件上的一个被焊接部分的温度；以及当温度高于某一预先确定的数值时，将焊接电压和焊接电流中的至少一个降低一预定的数量。

4．按照权利要求2所述的控制焊接机器人的方法，其特征在于，还包括一个测定焊件上的一个被焊接部分的温度的步骤，随着温度的增加，焊件相对运动速度也增加。

5．按照权利要求1所述的控制焊接机器人的方法，其特征在于，

焊件具有圆柱形状，被支承在工件托架上并可绕托架中心轴线旋转，

焊道是一条环绕中心轴线的圆周线，以及

在焊件的至少一个旋转区段上，焊件的旋转速度随着焊件的旋转角度呈线性地增加或减少。

6．按照权利要求5所述的控制焊接机器人的方法，其特征在于，焊件的旋转速度在预定的初始旋转区段内保持不变。

7．按照权利要求5所述的控制焊接机器人的方法，其特征在于，焊件的旋转速度在预定的最终旋转区段内保持不变。

8．一种用于控制焊接机器人的装置，该机器人有一个支承被焊接工件的托架和一个焊炬，焊炬在沿着一条预定的焊道上与焊件作相对运动时，在预定的焊接条件下对焊件进行焊接加工，该装置包括：

一个数值改变确定部分，用来确定焊道上改变点的位置，在该改变点上至少有一个焊接条件需要改变，并确定焊接条件的改变数值；以及

一个控制部分，它在焊接作业及焊件的相对运动还在继续时，用改变点处的改变数值去修改焊接条件。

9．按照权利要求8所述的控制焊接机器人的装置，其特征在于，焊接条件至少包括从由焊接电压，焊接电流和相对运动速度组成的参数群中选取的一个。

10．按照权利要求9所述的控制焊接机器人的装置，其特征在于，还包括一个测定焊件的一个被焊接部分的温度的温度传感器，当温度高于某预定值时，数值改变确定部分计算焊接电压和焊接电流中至少一个的改变数值。

11．按照权利要求9所述的控制焊接机器人的装置，其特征在于，还包括一个测定焊件的一个被焊接部分的温度的温度传感器，当温度逐渐增加时，数值改变确定部分计算相对运动速度的改变值。

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