CN201511216U - 具有自动识别焊道功能的自动化焊接装置 - Google Patents

具有自动识别焊道功能的自动化焊接装置 Download PDF

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Abstract

一种具有自动识别焊道功能的自动化焊接装置,是于工作台设有以X轴、Y轴与Z轴定位承载滑台组成构造所驱动的焊接器、高度传感器以及数字摄相机,对应焊接器下方设有可固定高尔夫球头的夹治具,其以A轴伺服马达透过减速箱驱动而可旋转,又于工作台旁设有控制各部的控制计算机组;如此,本实用新型以数字摄相机、高度传感器配合控制计算机组作图像识别,对球头的焊道做精准定位后,再控制焊接器对球头进行自动焊接的工作,以自动化焊接代替手工,使焊接的结果趋于一致且大幅提升产品质量。

Description

具有自动识别焊道功能的自动化焊接装置
技术领域
本实用新型涉及一种自动化的焊接装置,尤指一种具有自动识别焊道功能的自动化焊接装置。
背景技术
目前在高尔夫球头焊接工艺制程上,主要还是采取以人力或机器手臂的方式进行焊接,虽然人力的焊接成本较为低廉,但由于焊接的工作环境高温,且焊接设备很重,人在进行多次焊接后,容易产生疲劳倦怠,导致生产力下降,且无法确保产品的质量水平,而机器手臂焊接的投资成本则相当巨大,虽然该方式可以解决人力焊接的疲倦,且能达到焊接器移动轨迹的重复准确性,但却无法解决工件因变形或装夹误差而导致的焊道偏移,造成焊接点不准确的问题,因此有必要设计一种自动化的焊接设备,以能够保持焊接器精确轨迹移动,并能准确辨识焊道实际定位,以重复高质量水平焊接的方式对高尔夫球头进行焊接,确保高尔夫球头生产的质量水平。
实用新型内容
由于既有高尔夫球头在焊接时是以人工或机器手臂进行,因此产生生产效率降低、无法精准焊道定位,导致无法有效确保产品质量的问题。为解决前述问题,本实用新型主要目的在于,设计一种自动化的焊接设备以代替传统人力或机器手臂焊接的工作,藉此达到提升生产效率、良率及改善焊接质量的目的。
为达到上述目的,本实用新型提供一种具有自动识别焊道功能的自动化焊接装置,包括:
一工作台,其于顶面形成一装设面;
一识别焊接构造,其于该装设面的一侧结合一沿前、后方向延伸设置的Y轴定位承载滑台,其于顶部设有一Y轴滑座,于Y轴定位承载滑台的后端结合一驱动Y轴滑座的Y轴伺服马达,于Y轴滑座以朝上垂直延伸的形态固设一Z轴定位承载滑台,其设有一Z轴滑座,于Z轴定位承载滑台的顶端结合一驱动Z轴滑座的Z轴伺服马达,于Z轴滑座结合一横向朝旁延伸的延伸臂,于该延伸臂的外端结合一装设座,于该装设座以前、后间隔的形态结合一焊接器、一高度传感器以及一数字摄相机;
一夹治具旋转装置,是于该装设面的另一侧结合一沿左、右方向延伸设置的X轴定位承载滑台,其于顶部设有一X轴滑座,于X轴定位承载滑台的端部结合一驱动X轴滑座的X轴伺服马达,于X轴滑座上结合一减速箱底座,于该减速箱底座上结合一减速箱,于该减速箱前面朝前伸设一转轴,又于该减速箱底座结合一A轴伺服马达座,于A轴伺服马达座结合一A轴伺服马达,以A轴伺服马达联结该减速箱,于该转轴的前端结合一夹治具,该夹治具位于该焊接器、该高度传感器以及该数字摄相机的下方;以及
一控制计算机组,设于该工作台旁并电连结该识别焊接构造以及该夹治具旋转装置。
进一步,本实用新型所述的数字摄相机是于所述装设座结合一摄相机体,该摄相机体是朝下摄影的形态,于该摄相机体底端的周围以环绕的形态结合一LED照明灯具。
更进一步,本实用新型所述的控制计算机组是于所述工作台旁设有一控制计算机,以该控制计算机电连接所述识别焊接构造以及所述夹治具旋转装置,又于该控制计算机电连接一急停按钮、一手轮以及一显示屏幕。较佳的,本实用新型于所述Y轴定位承载滑台与所述装设面之间设有一底座,藉由底座的设置将Y轴定位承载滑台以及其上各构造的位置垫高。
本实用新型是于控制计算机组安装自动化焊道位置及高度辨识软件,其为一种焊道捕捉技术,透过外部的数字摄相机,把实际的焊道现状图坐标位置,再利用高度传感器标示出焊道其弧面曲面的实际高度,然后将焊道实际修正后的轨迹坐标存入数据库中,作为实际焊接时的真实轨迹,用来指挥机构运动、修正焊道轨迹、控制焊接器运动并完成整个焊接动作。
本实用新型在使用前先设定工件的原点以及焊接器、高度传感器与数字摄相机的相对距离,将高尔夫球头夹合固定于夹治具上后,操作者利用控制计算机组在高尔夫球头的焊接曲面上标定5至20个以上的定位点标定的点数目视曲面的复杂程度而定,曲面愈复杂,标定的点要愈多。由控制计算机组安装的自动化焊道位置及高度辨识软件依据操作者标定的定位点计算出初步轨迹,并利用该轨迹开始进行焊道水平位置与高度位置的学习,过程中以控制计算机组驱动X轴、Y轴、Z轴伺服马达依次带动数字摄相机以及高度传感器靠近高尔夫球头的顶点,同时以A轴伺服马达驱动夹治具与高尔夫球头一同旋转。
前述过程在四轴同动的移动过程中,动态地以数字摄相机摄影拍摄高尔夫球头周围预定焊接焊道之处,控制计算机组安装的自动化焊道位置及高度辨识软件将捕抓到的图像读入后,令控制计算机组以图像识别算法进行焊道定位的学习,以修正目前焊道与实际运行轨迹的偏差值,作为真实焊接时焊接器轨迹移动到正确位置的依据,另外高度传感器侦测的数据则用于识别焊接器与高尔夫球头顶点之间的距离,也是用以修正焊接器与高尔夫球头的距离,以作为等高度的定位控制,最后将学习后的焊道位置及高度值记录到数据库中,提供控制计算机组控制后续焊接器焊接高尔夫球头时,焊接器轨迹移动的依据。
在控制计算机组的初次学习过程中,仅由操作者很简单的作定位点标示,其它则完全依据软件的自动学习能力,无需使用CAD/CAM软件产生的高尔夫球头曲面轨迹程序,可以简单的使用该系统独特的智能辨识能力,而无需太复杂的人力培训及教育训练。
控制计算机组学习焊接时水平的位置以及高度的位置之后,控制计算机依据定位的结果控制X轴、Y轴、Z轴伺服马达带动焊接器移动至高尔夫球头的上方,配合A轴伺服马达驱动夹治具并高尔夫球头一同旋转的动作,于高尔夫球头的周围进行焊接的操作。
每一种高尔夫球头产品,只有第一次初次学习需要标定定位点,第二支高尔夫球头不需再标定定位点,控制计算机组会记录上次学习的轨迹程序作为标准进行第二支球头的焊接作业,然后控制计算机安装的自动化焊道位置及高度辨识软件仍然会作位置及高度的修正后,完成下一支高尔夫球头产品的焊接。重复同样的程序,直到同一种类的高尔夫球头产品全数焊接完成。
由于本实用新型是先对高尔夫球头的焊道做精准定位后,再控制焊接器对高尔夫球头的周围进行自动焊接的工作,以自动化焊接的手段代替手工焊接的人工,也以自动化侦测位置的能力代替了机器手臂的眼睛,如此使得每次焊接的结果趋于一致,避免人工的疲劳,也避免了工件变形及装夹变异的误差而能够生产具有较高以及稳定质量的高尔夫球头。
附图说明
图1为本实用新型较佳实施例的立体图。
图2为本实用新型较佳实施例的立体图。
图3为本实用新型较佳实施例的立体图。
图4为本实用新型较佳实施例的操作步骤流程图。
图5为本实用新型较佳实施例数字摄相机动作的实施示意图。
图6为本实用新型较佳实施例高度传感器动作的实施示意图。
图7为本实用新型较佳实施例焊接器动作的实施示意图。
主要组件符号说明
10  作台                 11  装设面
20  识别焊接构造         201 底座
21  Y轴定位承载滑台      211 Y轴滑座
212 Y轴伺服马达          22  Z轴定位承载滑台
221 Z轴滑座              222 Z轴伺服马达
23  延伸臂               231 装设座
24  焊接器               25  高度传感器
26  数位摄相机           261 摄相机体
262 LED照明灯具          30  夹治具旋转装置
31  减速箱底座           32  减速箱
321 转轴                 33  A轴伺服马达座
34  A轴伺服马达        35  夹治具
36  X轴定位承载滑台    361 X轴滑座
362 X轴伺服马达        40  控制计算机组
41  控制计算机         42  急停按钮
43  手轮               50  高尔夫球头
具体实施方式
本实用新型一种具有自动识别焊道功能的自动化焊接装置,请参看图1至图3的较佳实施例,其包括:
一工作台10,其为座体并且于顶面形成一装设面11。
一识别焊接构造20,其于装设面11的右侧结合一底座201,又于底座201的顶面结合一Y轴定位承载滑台21,其是沿前、后方向延伸的形态设置,并且其顶部设有一可沿前、后方向滑动的Y轴滑座211,于Y轴定位承载滑台21的后端并结合一Y轴伺服马达212,以Y轴伺服马达212驱动Y轴滑座211前、后进退动作;
于Y轴定位承载滑台21的Y轴滑座211以朝上垂直延伸的形态固设一Z轴定位承载滑台22,Z轴定位承载滑台22设有可沿上、下方向滑动的Z轴滑座221,又于Z轴定位承载滑台22的顶端结合一Z轴伺服马达222,以Z轴伺服马达222驱动Z轴滑座221作上、下滑动的动作;
于Z轴滑座221结合一延伸臂23,其为横向朝左延伸的长条形臂体,于延伸臂23的左端结合一装设座231,装设座231为沿前、后方向延伸的板座,于装设座231的外面以前、后依序排列的形态结合一焊接器24、一高度传感器25以及一数字摄相机26,其中数字摄相机26于装设座231结合一摄相机体261,摄相机体261以朝下摄影的形态设置,于摄相机体261底端的周围以环绕的形态结合一LED照明灯具262。一夹治具旋转装置30,于装设面11左侧结合一X轴定位承载滑台36,其是沿左、右方向延伸的形态设置,并且其顶部设有一可沿左、右方向滑动的X轴滑座361,于X轴定位承载滑台36的左端并结合一X轴伺服马达362,以X轴伺服马达362驱动X轴滑座361左、右进退移动,于X轴滑座361上结合一减速箱底座31,于减速箱底座31上结合一减速箱32,减速箱32于前面的中间朝前伸设一转轴321,对应减速箱32的侧旁于减速箱底座31结合一A轴伺服马达座33,于A轴伺服马达座33结合一A轴伺服马达34,以A轴伺服马达34联结减速箱32,令A轴伺服马达34透过减速箱32减速后驱动转轴321旋转,于转轴321的前端结合一夹治具35,夹治具35位于装设座231、焊接器24、高度传感器25以及数字摄相机26的下方,并且为可配合夹固高尔夫球头的夹具形态。
一控制计算机组40,是于工作台10旁设有一控制计算机41,以控制计算机41电连接识别焊接构造20以及夹治具旋转装置30,又于控制计算机41电连接一急停按钮42、一手轮43以及一显示屏幕44,藉由急停按钮42的设置可控制识别焊接构造20与夹治具旋转装置30停止运作,以手轮43可以手动的方式控制调整识别焊接构造20与夹治具旋转装置30,而显示屏幕44则是当数字摄相机26摄影拍摄高尔夫球头周围预定焊接焊道之处时,能动态实时地将拍摄到的画面显示出来,便于操作者观看焊道的现状。
本实用新型使用时,会于控制计算机41安装自动化焊道位置及高度辨识软件,以识别焊接构造20搭配控制计算机41的自动化焊道位置及高度辨识功能确认焊接的坐标位置后,再控制识别焊接构造20与夹治具旋转装置30,以自动化的方式焊接高尔夫球头,请参看图4所示的本实用新型操作步骤流程图,其步骤包括:
A、识别焊接构造以及夹治具旋转装置初始化作业:请参看图1至图3,是设定焊接器24、高度传感器25与数字摄相机26的相对距离,调整数字摄相机26对焦的焦距,同时设定工件的原点。
B、将高尔夫球头放上夹治具:将高尔夫球头50夹合固定于夹治具旋转装置30的夹治具35上。
C、进行焊道轨迹的标定:利用手轮43控制识别焊接构造20,将高度传感器25移到高尔夫球头50的焊道起始处的正上方,以控制计算机41安装的自动化焊道位置及高度辨识软件作第一点的标示,此时控制计算机41会记录该点的X、Y、Z、A四轴的坐标,接着利用手轮43再移动或旋转识别焊接构造20或夹治具旋转装置30的各轴,令高度传感器25沿高尔夫球头50的焊道陆续移到下一个例如第二、第三等依此类推的标示点,再分别记录各标示点的标示坐标,如此依次重复动作5至20次,直到高尔夫球头50焊道的最末点。
D、焊道曲面轨迹生成:经由C步骤标定高尔夫球头50焊道各点的坐标完成后,控制计算机41安装的自动化焊道位置及高度辨识软件依据操作者标定的5至20个坐标点,自动生成初步移动轨迹的方程式,依此控制焊接构造20与夹治具旋转装置30作相应的轨迹运动。
E、进行焊道水平位置与高度位置学习:启动控制计算机41,利用C、D步骤所生成的初步轨迹,以Y轴伺服马达212与Z轴伺服马达222带动装设座231移动至高尔夫球头50的上方,配合A轴伺服马达34驱动夹治具35并高尔夫球头50旋转,藉由依次进行的方式,以数字摄相机26摄取高尔夫球头50周围的数字影像,进行实际焊道辨识,如图5所示,又以高度传感器25侦测高尔夫球头50顶端位置的高度,如图6所示;
数字摄相机26摄取高尔夫球头50周围的数字影像时,能以LED照明灯具262的照明辅助而摄取清晰的影像,摄取的高尔夫球头50周面的焊道影像会输入控制计算机41,通过图像辨识之后,令控制计算机41学习焊接时的水平位置;高度传感器25侦测的高度输入控制计算机41后则是令控制计算机41学习焊接时高度的位置。
F、进行自动焊接作业:自动化焊道位置及高度辨识软件令控制计算机41学习焊道水平位置以及高度位置之后,控制计算机41以此为轨道坐标控制X轴伺服马达362、Y轴伺服马达212与Z轴伺服马达222带动焊接器24移动至高尔夫球头50的上方,配合A轴伺服马达34驱动夹治具35并高尔夫球头50旋转,完成整个焊道的轨迹运动,并在运动中启动焊接器24进行焊接动作,整个运动过程完成后,将于高尔夫球头50的周围焊接形成焊道,如图7所示,当焊接高尔夫球头50周围完毕后,取下完成的工件再由B步骤重复进行操作,即可令本实用新型不断地以自动化的方式焊接生产高尔夫球头50,由于本实用新型焊接过程自动化,因此能够重复高质量的焊接过程,大幅提升产品的质量。
本实用新型前述各步骤进行的同时,如图1、3所示,若有意外事故发生可按下急停按钮42,即会命令控制计算机41停止识别焊接构造20或夹治具旋转装置30动作,以防止撞机等意外发生,当需要对高度传感器25、数字摄相机26或者焊接器24作用在高尔夫球头50周围的位置作微调时,则是以手动的方式扭转手轮43,藉此补正摄影、侦测、焊接手段配合夹治具35并高尔夫球头50旋转的位置。
以上所述,仅是本实用新型的较佳实施例,并非对本实用新型作任何形式上的限制,任何所属技术领域中具有通常知识者,若在不脱离本实用新型所提技术特征的范围内,利用本实用新型所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例,并且未脱离本实用新型的技术特征内容,均仍属于本实用新型技术特征的范围内。

Claims (4)

1.一种具有自动识别焊道功能的自动化焊接装置,其特征在于,包括:
一工作台,其于顶面形成一装设面;
一识别焊接构造,其于该装设面的一侧结合一沿前、后方向延伸设置的Y轴定位承载滑台,其于顶部设有一Y轴滑座,于Y轴定位承载滑台的后端结合一驱动Y轴滑座的Y轴伺服马达,于Y轴滑座以朝上垂直延伸的形态固设一Z轴定位承载滑台,其设有一Z轴滑座,于Z轴定位承载滑台的顶端结合一驱动Z轴滑座的Z轴伺服马达,于Z轴滑座结合一横向朝旁延伸的延伸臂,于该延伸臂的外端结合一装设座,于该装设座以前、后间隔的形态结合一焊接器、一高度传感器以及一数字摄相机;
一夹治具旋转装置,是于该装设面的另一侧结合一沿左、右方向延伸设置的X轴定位承载滑台,其于顶部设有一X轴滑座,于X轴定位承载滑台的端部结合一驱动X轴滑座的X轴伺服马达,于X轴滑座上结合一减速箱底座,于该减速箱底座上结合一减速箱,于该减速箱前面朝前伸设一转轴,又于该减速箱底座结合一A轴伺服马达座,于A轴伺服马达座结合一A轴伺服马达,以A轴伺服马达联结该减速箱,于该转轴的前端结合一夹治具,该夹治具位于该焊接器、该高度传感器以及该数字摄相机的下方;以及
一控制计算机组,设于该工作台旁并电连结该识别焊接构造以及该夹治具旋转装置。
2.如权利要求1所述的具有自动识别焊道功能的自动化焊接装置,其特征在于:所述数字摄相机是于所述装设座结合一摄相机体,该摄相机体是朝下摄影的形态,于该摄相机体底端的周围以环绕的形态结合一LED照明灯具。
3.如权利要求1或2所述的具有自动识别焊道功能的自动化焊接装置,其特征在于:所述控制计算机组是于所述工作台旁设有一控制计算机,以该控制计算机电连接所述识别焊接构造以及所述夹治具旋转装置,又于该控制计算机电连接一急停按钮、一手轮以及一显示屏幕。
4.如权利要求3所述的具有自动识别焊道功能的自动化焊接装置,其特征在于:于所述Y轴定位承载滑台与所述装设面之间设有一底座。
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