CN208033959U - 一种波纹板焊接系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种波纹板焊接系统，属于自动焊接控制领域，包括视觉检测模块、工控机、人机交互界面、运动控制器、驱动模块和焊机；所述视觉检测模块与所述工控机连接，所述工控机、所述人机交互界面和所述焊机，分别与所述运动控制器连接，所述运动控制器与所述驱动模块连接，所述驱动模块分别与所述焊机和所述视觉检测模块连接。本系统不仅自动化程度高、焊接精度高，而且焊缝成型质量比人为焊接好，同时解决了焊接行业工人匮乏的问题，并提高了工人的工作环境和安全作业问题。

Description

一种波纹板焊接系统

技术领域

本实用新型涉及自动焊接控制领域，尤其涉及一种波纹板焊接系统。

背景技术

新型建筑用材料波形腹板H型钢具有承重梁大，节约钢材，外形美观，跨度大、用途广泛的特点。波形腹板结构（波纹板）有较好的力学性能，现已广泛应用于桥梁、柱，单跨、多跨框架结构建筑或大型的集装箱生产，符合现如今节能降耗要求，是未来的发展趋势。

波纹板焊接是劳动密集型产业需要大量的焊接工人，且工作环境恶劣人力成本高，所以实现波纹板焊接自动化是亟需解决的问题。目前波纹板焊接主要是以手工焊接、机械仿形半自动焊接为主，工人工作环境差，劳动强度高，焊接效率低且焊接质量难以控制，波纹板焊缝成型质量不高，同时由于焊接过程焊接规范无法实现有效跟踪调整，使波纹板的上坡段与下坡段以及直线段的焊缝成型质量有明显的不同，难以满足对波纹板焊接质量一致性的要求；少数半自动焊接的生产线，焊接设备各个功能部件的控制系统独立，通信方式冗杂，可靠性低；而自动焊接功能多采用六自由度的关节机器人焊接，控制成本高，维护不便，操作门槛高。这些问题在我国波纹板焊接中长期存在又一直未得到解决的难题，以至于影响了我国建筑等行业的制造技术的进步和行业增长模式的转变。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的问题，提供了一种波纹板焊接系统，采用光学原理检测焊接轨迹，保证轨迹检测的高精度，使用线激光源，特征明显，光环境稳定，多轴机械结构克服了大尺寸焊件的连续焊接作业难题。

上述目的是通过以下技术方案来实现：

一种波纹板焊接系统，包括视觉检测模块、工控机、人机交互界面、运动控制器、驱动模块和焊机；所述视觉检测模块与所述工控机连接，所述工控机、所述人机交互界面和所述焊机，分别与所述运动控制器连接，所述运动控制器与所述驱动模块连接，所述驱动模块分别与所述焊机和所述视觉检测模块连接。

进一步地，所述驱动模块分别包括相互连接的VZ轴伺服驱动器和VZ轴伺服电机、相互连接的X轴伺服驱动器和X轴伺服电机、相互连接的Y轴伺服驱动器和Y轴伺服电机、相互连接的Z轴伺服驱动器和Z轴伺服电机、相互连接的RY轴伺服驱动器和RY轴伺服电机；所述VZ轴伺服驱动器、所述X轴伺服驱动器、所述Y轴伺服驱动器、所述Z轴伺服驱动器和所述RY轴伺服驱动器分别与所述运动控制器连接；所述VZ轴伺服电机和所述X轴伺服电机分别与所述视觉检测模块连接；

所述焊机包括焊枪，所述X轴伺服电机、所述Y轴伺服电机、所述Z轴伺服电机和所述RY轴伺服电机，分别与所述焊枪连接。

进一步地，所述视觉检测模块包括左相机、线激光和右相机。

进一步地，所述人机交互界面为触摸屏，以串口方式与所述运动控制器连接。

进一步地，所述视觉检测模块与所述工控机以以太网连接，所述工控机以串口方式与所述运动控制器连接。

工作原理：操作前将波纹板放置的作业平面平行于XOZ平面，所述视觉检测模块垂直于所述XOZ平面，包括如下步骤：

（1）在所述人机交互界面设置运动模式、初始参数和相关位置，并将数据通过串口发送给所述运动控制器；

（2）所述视觉检测模块中所述左相机和所述右相机拍摄所述线激光照射在波纹板上的光线条，并通过以太网将图像信息传输至所述工控机；

（3）所述工控机对步骤（2）中所述图像信息进行滤波增强处理，将预处理后的光条细化，根据光条在上坡处、波峰、下坡处和波谷呈现特点不同提取焊缝轨迹特征点，所述左相机和所述右相机在移动过程中拍摄n幅图像，可获得n个特征点，将得到的n个特征点拟合平滑处理，得到新的焊缝轨迹；

（4）所述工控机将步骤（3）中所述新的焊缝轨迹发送到所述运动控制器，所述运动控制器控制所述驱动模块驱动所述焊枪按照轨迹运动。

有益效果

本实用新型提供了一种波纹板焊接系统，采用光学原理检测焊接轨迹，保证轨迹检测的高精度；使用线激光源，使波纹板焊接轨迹特征明显，光环境稳定；多轴机械结构克服了大尺寸焊件的连续焊接作业难题，延长了焊接行程，减少焊接连接处，使整个过程更智能化、自动化；该设备焊缝成型质量比人工焊接好，解决了焊接行业工人匮乏的问题，并提高了工人的工作环境和安全作业问题。

附图说明

图1为本实用新型所述一种波纹板焊接系统的结构示意图；

图2为本实用新型所述一种波纹板焊接系统的立体图；

图3为本实用新型所述一种波纹板焊接系统的局部立体图；

图4为本实用新型所述一种波纹板焊接系统的轨迹处理控制方法流程图；

图5为本实用新型所述一种波纹板焊接系统的焊接轨迹特征点分布说明图。

具体实施方式

应当指出，本部分中对具体结构的描述及描述顺序仅是对具体实施例的说明，不应视为对本实用新型的保护范围有任何限制作用。此外，在不冲突的情形下，本部分中的实施例以及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合附图对本实用新型实施例作详细说明。

如图1所示，一种波纹板焊接系统，包括视觉检测模块1、工控机2、人机交互界面6、运动控制器3、驱动模块4和焊机5；所述视觉检测模块1与所述工控机2连接，所述工控机2、所述人机交互界面6和所述焊机5，分别与所述运动控制器3连接，所述运动控制器3与所述驱动模块4连接，所述驱动模块4分别与所述焊机5和所述视觉检测模块1连接。

具体的，所述驱动模块4分别包括相互连接的VZ轴伺服驱动器415和VZ轴伺服电机425、相互连接的X轴伺服驱动器411和X轴伺服电机421、相互连接的Y轴伺服驱动器412和Y轴伺服电机422、相互连接的Z轴伺服驱动器413和Z轴伺服电机423、相互连接的RY轴伺服驱动器414和RY轴伺服电机424；所述VZ轴伺服驱动器415、所述X轴伺服驱动器411、所述Y轴伺服驱动器412、所述Z轴伺服驱动器413和所述RY轴伺服驱动器414分别与所述运动控制器3连接；所述VZ轴伺服电机425和所述X轴伺服电机421分别与所述视觉检测模块1连接；所述焊机5包括焊枪51，所述X轴伺服电机421、所述Y轴伺服电机422、所述Z轴伺服电机423和所述RY轴伺服电机424，分别与所述焊枪51连接。

所述视觉检测模块1包括左相机11、线激光12和右相机13。具体的，所述视觉检测模块1的所述左相机11和所述右相机13分别对波纹板焊缝拍摄，拍摄图像经所述工控机2处理获得焊缝轨迹发送给所述运动控制器3，进而控制所述驱动模块4，使视觉检测模块1和焊机5移动完成焊接。

本系统中所述人机交互界面2为触摸屏，以串口方式与所述运动控制器3连接。

所述视觉检测模块1与所述工控机2以以太网连接，所述工控机2以串口方式与所述运动控制器3连接。

如图1—3所示，波纹板放置的作业平面平行于XOZ平面，所述视觉检测模块1和所述焊枪51垂直于所述XOZ平面。所述运动控制器3、所述VZ轴伺服驱动器415、所述X轴伺服驱动器411、所述Y轴伺服驱动器412、所述Z轴伺服驱动器413和所述RZ轴伺服驱动器414集成于控制柜7中。VZ方向平行于Z轴，所述VZ轴伺服电机425用于控制所述视觉检测模块1在VZ向的运动，所述X轴伺服驱电机421通过控制丝杆的传动来控制所述焊机5、所述控制柜7和所述视觉检测模块1沿X方向移动，X方向为待焊波纹板的焊缝轨迹方向，使整体作业机构跟随焊缝轨迹移动，适应于各种长度的轨迹跟踪焊接；Y方向为焊枪51与波纹板平面的距离，所述Y轴伺服电机422通过控制皮带的传动来控制所述焊枪51沿Y方向移动；Z方向为所述焊枪51与地面高度，所述Z轴伺服电机423通过控制丝杆的传动来控制所述焊枪51沿Z方向移动；所述RY轴伺服电机控制所述焊枪51旋转，使焊枪随焊缝轨迹摆动，调整焊接姿态。所述焊枪51（作业终端）可通过驱动模块4的控制沿X方向、Y方向、Z方向移动，并可以在Y方向上旋转。所述视觉检测模块1可通过驱动模块4的控制沿X方向、VZ方向移动，并通过微调装置8来调节Y方向距离，使焊缝处在视觉最佳成像范围。

工作原理：操作前将波纹板放置的作业平面平行于XOZ平面，所述视觉检测模块1垂直于所述XOZ平面，包括如下步骤：

（1）在所述人机交互界面6设置运动模式、初始参数和相关位置，并将数据通过串口发送给所述运动控制器3；

（2）所述视觉检测模块1中所述左相机11和所述右相机13拍摄所述线激光12照射在波纹板上的光线条，并通过以太网将图像信息传输至所述工控机2；

（3）所述工控机2对步骤（2）中所述图像信息进行滤波增强处理，将预处理后的光条细化，根据光条在上坡处、波峰、下坡处和波谷呈现特点不同提取焊缝轨迹特征点，所述左相机11和所述右相机12在移动过程中拍摄n幅图像，可获得n个特征点，将得到的n个特征点拟合平滑处理，得到新的焊缝轨迹；

（4）所述工控机2将步骤（3）中所述新的焊缝轨迹发送到所述运动控制器3，所述运动控制器3控制所述驱动模块4驱动所述焊枪51按照轨迹运动。

上述步骤（2）和步骤（3）如图5所示，在焊接作业时，采用左右两台相机同时拍摄，避免了波峰与波谷处视觉盲点；线激光12照射波纹板，由左相机11和右相机13拍摄图像，并发送至所述工控机2，工控机2处理图像，获得P1···Pn个特征点，并将所述n个点拟合平滑，最终得到焊接轨迹。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，均可想到的变化或替换都涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求保护的范围为准。

Claims (3)

1.一种波纹板焊接系统，其特征在于,包括视觉检测模块、工控机、人机交互界面、运动控制器、驱动模块和焊机；所述视觉检测模块与所述工控机连接，所述工控机、所述人机交互界面和所述焊机，分别与所述运动控制器连接，所述运动控制器与所述驱动模块连接，所述驱动模块分别与所述焊机和所述视觉检测模块连接；

所述驱动模块分别包括相互连接的VZ轴伺服驱动器和VZ轴伺服电机、相互连接的X轴伺服驱动器和X轴伺服电机、相互连接的Y轴伺服驱动器和Y轴伺服电机、相互连接的Z轴伺服驱动器和Z轴伺服电机、相互连接的RY轴伺服驱动器和RY轴伺服电机；所述VZ轴伺服驱动器、所述X轴伺服驱动器、所述Y轴伺服驱动器、所述Z轴伺服驱动器和所述RY轴伺服驱动器分别与所述运动控制器连接；所述VZ轴伺服电机和所述X轴伺服电机分别与所述视觉检测模块连接；

所述焊机包括焊枪，所述X轴伺服电机、所述Y轴伺服电机、所述Z轴伺服电机和所述RY轴伺服电机，分别与所述焊枪连接；

所述视觉检测模块包括左相机、线激光和右相机。

2.根据权利要求1所述的一种波纹板焊接系统，其特征在于，所述人机交互界面为触摸屏，以串口方式与所述运动控制器连接。

3.根据权利要求1所述的一种波纹板焊接系统，其特征在于，所述视觉检测模块与所述工控机以以太网连接，所述工控机以串口方式与所述运动控制器连接。