CN208155942U - 一种基于plc的超声波自动化检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于PLC的超声波自动化检测系统，该检测系统包括传感器、上位机和执行机构；传感器包括超声波探头、二维视觉装置、激光测距仪；超声波探头对焊点进行超声波检测；二维视觉装置检测焊点在平面方向的偏差值；激光测距仪检测焊点深度方向的偏差值；传感器将检测信息传输至上位机；执行机构包括机器人、寄存器、示教器；寄存器储存上位机传输的焊点平面方向和深度方向的偏差值；示教器用于机器人的末端执行器运动轨迹和姿态的示教，机器人驱动超声波探头以近似垂直于焊点表面的姿态运动至焊点附近，并引导超声波探头覆盖住焊点表面进行检测。本实用新型实现了生产线自动检测，提高了检测效率，降低了批量焊点检测的成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种焊点自动化检测系统，尤其涉及一种基于PLC的超声波自动化检测系统。
背景技术
现有的基于超声波探伤仪的检测系统检测汽车焊点时，只能以人工方式检测，需要手持超声波探头对准焊点位置，且需保证与焊点表面垂直，然后才能进行焊点质量检测。此检测系统依赖于人工检测，无法实现自动化检测，检测效率低下，准确性和稳定性差；且人工检测只能抽检一部分焊点，不能保证所有关键焊点的质量，而且检测质量严重依赖检测者的经验，人为因素对焊点质量干扰较大；人工检测方式批量检测成本较高，集成度、实用性低下，无法批量应用于生产线；焊接过程中对焊点的质量不能实时反馈，致使检测迟滞性严重，无法及时对焊接过程起到指导作用，无法提高车身生产工艺的稳定性。
实用新型内容
针对上述汽车焊点检测中存在的问题，本实用新型提供了一种基于PLC的超声波自动化检测系统。该检测系统可批量应用于生产线上，实现高效率、低成本的自动化检测，保证所有关键焊点的质量。
为实现上述目的，本实用新型的具体技术方案如下：
一种基于PLC的超声波自动化检测系统，其特征在于，所述检测系统包括传感器、上位机和执行机构；
所述传感器安装在所述执行机构上，并与所述上位机相连，所述传感器包括超声波探头、二维视觉装置、激光测距仪；所述超声波探头对待检体上的焊点进行超声波检测；所述二维视觉装置检测焊点在平面方向的偏差值；所述激光测距仪检测焊点深度方向的偏差值；所述传感器将检测信息传输至所述上位机；
所述执行机构包括机器人、寄存器、示教器；所述机器人端部设有末端执行器，所述传感器装夹在所述末端执行器上；所述寄存器与所述上位机相连，储存所述上位机传输的所述焊点平面方向的偏差值和所述焊点深度方向的偏差值；所述示教器分别与所述机器人和所述寄存器相连；所述示教器用于所述机器人的末端执行器运动轨迹和姿态的示教，所述机器人驱动所述超声波探头以近似垂直于焊点表面的姿态运动至焊点附近，并根据平面偏差值和深度偏差值引导所述超声波探头覆盖住焊点表面进行检测。
进一步地，所述检测系统包括多个所述执行机构，多个机器人构成群机器人，所述群机器人分别安装有所述传感器，同时对不同焊点进行检测；多个所述执行机构分别与所述上位机相连。
进一步地，所述执行机构还包括机器人控制柜，所述示教器和所述寄存器安装在所述机器人控制柜中。
进一步地，所述检测系统还包括电控装置，所述电控装置通过所述示教器与所述机器人数据相连，所述电控装置监控所述检测系统的安全信息，保证所述机器人安全运行。
进一步地，所述电控装置包括安全门、HMI和PLC，所述PLC分别与所述示教器、所述安全门和所述HMI相连，所述PLC通过所述示教器与所述机器人数据相连；所述安全门用于保护所述检测系统安全运行和操作人员的人身安全；所述HMI用于实时显示所述检测系统的工位信息；所述PLC实时监控所述安全门，并控制所述机器人的动作、所述安全门的报警和所述HMI的显示情况。
进一步地，所述检测系统还包括工业以太网线，所述上位机通过所述工业以太网线与所述寄存器相连，所述PLC通过所述工业以太网线分别与所述示教器、所述安全门和所述HMI相连。
进一步地，所述传感器末端还设有底层硬件装置，所述传感器通过所述底层硬件装置与所述上位机相连，将焊点检测信息传输至所述上位机。
进一步地，所述底层硬件装置包括多通道超声波信号激励与接收板卡和多通道数据采集卡，所述超声波探头通过所述超声波信号激励与接收板卡与所述数据采集卡相连，所述超声波探头通过所述超声波信号激励与接收板卡产生超声波脉冲信号，对焊点质量进行检测，接收并向所述数据采集卡传送超声波检测信息；所述二维视觉装置和所述激光测距仪分别与所述数据采集卡相连；所述数据采集卡与所述上位机相连，所述数据采集卡采集所述传感器对焊点的检测信息，并将所述检测信息传输到所述上位机。
进一步地，所述上位机包括显示器和工控机，所述显示器连接在所述工控机上，为所述工控机的操作界面，用于显示操作信息和结果；所述工控机与所述传感器和所述寄存器分别相连，接收所述传感器采集的焊点信息获得焊点偏差值，并将焊点偏差值传输至所述寄存器中。
进一步地，所述二维视觉装置包括工业相机、镜头和光源，所述工业相机和所述镜头对焊点进行拍照，所述光源照射拍摄的焊点部位。
本实用新型的有益效果：
本实用新型具有操作简单、速度快、精度高、检测效率高等优点，通过激光测距仪测量焊点深度信息，二维视觉装置测量焊点平面信息，示教器示教末端执行器的姿态且模拟超声波探头手动检测的过程，能够使超声波探头自动对准待检测焊点，实现了对焊点质量的在线自动检测，解决了现有人工检测效率低，受人为因素干扰大，焊点检测的准确性和稳定性难以保障等问题，也大大降低对人工检测的依赖；当检测到缺陷焊点成批出现时，本实用新型可进行实时反馈，以便操作人员更改焊接参数或修整电极帽，提高了车身生产工艺的稳定性。
本实用新型通过群机器人，可以实现关键焊点检测的全覆盖，可以提高焊点检测的效率，也解决了批量检测成本较高的问题，保证所投入市场的汽车质量。
本实用新型中一台工控机控制多台机器人，系统集成度、实用性高，同时本实用新型与PLC结合，使得超声波检测可以实现生产线批量自动检测，大大提高了检测效率，提高了车间的自动化水平，大大降低了批量焊点检测的成本。
附图说明
图1为本实用新型基于PLC的超声波自动化检测系统结构示意图；
图2为本实用新型基于PLC的超声波自动化检测系统组成框图。
图中：1-白车身，2-超声波探头，3-二维视觉装置，4-激光测距仪，5-传感器管线包，6-显示器，7-工控机，8-机器人，9-机器人控制柜，10-工业以太网线，11-示教器，12-动力线缆，13-滚床，14-安全门，15-HMI，16-PLC。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
本实用新型中，术语“安装”、“相连”、“相接”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接，也可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信，也可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元器件内部的联通，也可以是两个元器件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
本实施例记载了一种基于PLC的超声波自动化检测系统，该检测系统如图1和图2所示，该检测系统包括超声波探头2、二维视觉装置3、激光测距仪4、传感器管线包5、显示器6、工控机7、机器人8、机器人控制柜9、工业以太网线10、示教器11、动力线缆12、安全门14、HMI(人机界面)15、PLC(可编程逻辑控制器)16。通过该检测系统对滚床13上的白车身1的焊点进行检测。
超声波探头2、二维视觉装置3和激光测距仪4构成本系统的传感器，用于焊点检测，传感器装夹在机器人8本体的末端执行器上，并通过传感器管线包5与工控机7相连，传感器末端还设有底层硬件装置，通过底层硬件装置传感器将焊点检测信息传输至工控机7。底层硬件装置由多通道超声波信号激励与接收板卡和多通道数据采集卡组成。
超声波探头2通过超声波信号激励与接收板卡与数据采集卡相连，超声波探头2通过超声波信号激励与接收板卡产生超声波脉冲信号，对焊点质量进行检测，接收超声波检测信息，并向数据采集卡传送超声波检测信息。二维视觉装置3和激光测距仪4分别与数据采集卡相连。二维视觉装置3检测焊点在平面方向的偏差值，其包括工业相机、镜头和光源，可通过工业相机和镜头对焊点进行拍照，通过光源照射可使拍摄的焊点部位图像更加清晰，通过拍摄的焊点图像可检测焊点在平面方向的偏差值。激光测距仪4检测白车身1焊点深度方向的偏差值，保证二维视觉装置3在同一高度进行拍照。数据采集卡与工控机7相连，数据采集卡采集传感器对焊点的检测信息，并将检测信息传输到工控机7。
显示器6和工控机7构成本系统的上位机，显示器6连接在工控机7上，显示器6为工控机7的操作界面，用于显示操作信息和结果；工控机7用接收的传感器采集的焊点信息获得焊点偏差值，工控机7还通过工业以太网线10与机器人控制柜9内的寄存器相连，工控机7将焊点偏差值传输至寄存器中。
由机器人8、机器人控制柜9和示教器11构成本系统的执行机构。机器人8端部安装有末端执行器，传感器装夹在末端执行器上；机器人控制柜9中设有寄存器，用于储存工控机7传输的检测信息；示教器11安装在机器人控制柜9中，与寄存器相连，并通过动力线缆12与机器人8相连，示教器11用于机器人8的末端执行器运动轨迹和姿态的示教，保证超声波探头2以近似垂直于焊点表面的姿态运动至焊点附近，为焊点精确定位提供前提。超声波探头2运动至焊点表面时，通过机器人8驱动超声波探头2模拟手持检测的动作，根据焊点的偏差值消除由于超声波探头2不垂直焊点表面造成的误检问题。
该执行机构可包括多个机器人8，构成群机器人，群机器人分别安装有传感器，同时对白车身1上不同的焊点进行检测，可加快检测效率。群机器人由多个机器人控制柜9控制，机器人8分别与机器人控制柜9中的示教器11相连。
由安全门14、HMI15、PLC16构成本检测系统的电控装置，PLC16通过工业以太网线10分别与示教器11、安全门14和HMI15相连。安全门14用于保护检测系统安全运行和操作人员的人身安全；HMI15用于实时显示该检测系统的工位信息。电控装置的PLC16通过工业以太网来实时监控安全门14，同时将监控信息显示在HMI15上便于操作人员查看，同时PLC16与执行机构中的群机器人通过示教器11数据相连，PLC16通过以太网反馈回来的信息，例如安全门14的安全信息、HMI15的状态控制信息，生产线上的白车身1到位信息，来控制群机器人的动作、安全门14的声光报警器和HMI15的显示情况，以保证机器人8的运行安全，进而确保整个检测系统处于安全可控的运行状态。
开始检测时，将白车身1放置在待检工位滚床13上，二维视觉装置3对焊点进行拍照，工控机7对二维视觉装置3反馈的焊点图像进行处理，获得平面偏差值，并通过激光测距仪4获得焊点深度偏差值，将平面偏差值和深度偏差值通过工业以太网线10传输至机器人控制柜9的寄存器中，示教器11根据平面偏差值和深度偏差值引导装夹在机器人8末端执行器的超声波探头2恰好覆盖住焊点表面。工控机7对反馈的超声波信息进行处理，显示出焊点的质量类型并生成报表，统计焊点缺陷类型分布，并指导焊接过程。
虽然上面结合本实用新型的优选实施例对本实用新型的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本实用新型的示意性实现方式的解释，并非对本实用新型包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本实用新型范围的限制，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本实用新型保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于PLC的超声波自动化检测系统，其特征在于，所述检测系统包括传感器、上位机和执行机构；
所述传感器安装在所述执行机构上，并与所述上位机相连，所述传感器包括超声波探头(2)、二维视觉装置(3)、激光测距仪(4)；所述超声波探头(2)对待检体上的焊点进行超声波检测；所述二维视觉装置(3)检测焊点在平面方向的偏差值；所述激光测距仪(4)检测焊点深度方向的偏差值；所述传感器将检测信息传输至所述上位机；
所述执行机构包括机器人(8)、寄存器、示教器(11)；所述机器人(8)端部设有末端执行器，所述传感器装夹在所述末端执行器上；所述寄存器与所述上位机相连，储存所述上位机传输的所述焊点平面方向的偏差值和所述焊点深度方向的偏差值；所述示教器(11)分别与所述机器人(8)和所述寄存器相连；所述示教器(11)用于所述机器人(8)的末端执行器运动轨迹和姿态的示教，所述机器人(8)驱动所述超声波探头(2)以近似垂直于焊点表面的姿态运动至焊点附近，并根据平面偏差值和深度偏差值引导所述超声波探头(2)覆盖住焊点表面进行检测。
2.根据权利要求1所述的基于PLC的超声波自动化检测系统，其特征在于，所述检测系统包括多个所述执行机构，多个机器人(8)构成群机器人，所述群机器人分别安装有所述传感器，同时对不同焊点进行检测；多个所述执行机构分别与所述上位机相连。
3.根据权利要求2所述的基于PLC的超声波自动化检测系统，其特征在于，所述执行机构还包括机器人控制柜(9)，所述示教器(11)和所述寄存器安装在所述机器人控制柜(9)中。
4.根据权利要求1所述的基于PLC的超声波自动化检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括电控装置，所述电控装置通过所述示教器(11) 与所述机器人(8)数据相连，所述电控装置监控所述检测系统的安全信息，保证所述机器人(8)安全运行。
5.根据权利要求4所述的基于PLC的超声波自动化检测系统，其特征在于，所述电控装置包括安全门(14)、HMI(15)和PLC(16)，所述PLC(16)分别与所述示教器(11)、所述安全门(14)和所述HMI(15)相连，所述PLC(16)通过所述示教器(11)与所述机器人(8)数据相连；所述安全门(14)用于保护所述检测系统安全运行和操作人员的人身安全；所述HMI(15)用于实时显示所述检测系统的工位信息；所述PLC(16)实时监控所述安全门(14)，并控制所述机器人(8)的动作、所述安全门(14)的报警和所述HMI(15)的显示情况。
6.根据权利要求5所述的基于PLC的超声波自动化检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括工业以太网线(10)，所述上位机通过所述工业以太网线(10)与所述寄存器相连，所述PLC(16)通过所述工业以太网线(10)分别与所述示教器(11)、所述安全门(14)和所述HMI(15)相连。
7.根据权利要求1所述的基于PLC的超声波自动化检测系统，其特征在于，所述传感器末端还设有底层硬件装置，所述传感器通过所述底层硬件装置与所述上位机相连，将焊点检测信息传输至所述上位机。
8.根据权利要求7所述的基于PLC的超声波自动化检测系统，其特征在于，所述底层硬件装置包括多通道超声波信号激励与接收板卡和多通道数据采集卡，所述超声波探头(2)通过所述超声波信号激励与接收板卡与所述数据采集卡相连，所述超声波探头(2)通过所述超声波信号激励与接收板卡产生超声波脉冲信号，对焊点质量进行检测，接收并向所述数据采集卡传送超声波检测信息；所述二维视觉装置(3)和所述激光测距仪(4)分别与所述数据采集卡相连；所述数据采集卡与所述上位机相连，所述数据采集卡采集所述传感器对焊点的检测信息，并将所述检测信息传输到所述上位机。
9.根据权利要求1所述的基于PLC的超声波自动化检测系统，其特征在于，所述上位机包括显示器(6)和工控机(7)，所述显示器(6)连接在所述工控机(7)上，为所述工控机(7)的操作界面，用于显示操作信息和结果；所述工控机(7)与所述传感器和所述寄存器分别相连，接收所述传感器采集的焊点信息获得焊点偏差值，并将焊点偏差值传输至所述寄存器中。
10.根据权利要求1所述的基于PLC的超声波自动化检测系统，其特征在于，所述二维视觉装置(3)包括工业相机、镜头和光源，所述工业相机和所述镜头对焊点进行拍照，所述光源照射拍摄的焊点部位。
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