CN208743994U - 一种自动焊接装置及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种自动焊接装置及控制系统，包括机械本体与控制系统，机械本体包括履带车、履带驱动直流电机、升降架、机械臂、摄像头、导向架、焊枪。控制系统包括单片机、履带主动轮驱动模块、转台步进电机驱动模块、小臂步进电机驱动模块、大臂步进电机驱动模块、红外检测模块、CCD图像检测模块，无线控制模块、超声波测距模块、气体湿度检测模块、继电器、焊枪电源模块、电源模块、报警模块、晶振模块。本实用新型通过对机械本体的设计能够有效可实现六个自由度的运动，提高焊枪定位精度及机构的稳定与抗振性。
Description
技术领域
本实用新型涉及焊接技术领域，具体是指一种自动焊接装置及控制系统。
背景技术
焊接技术广泛应用于机器制造、造船工业、建筑工程、电力设备生产、航空及航天工业等领域。随着机械设备高速化和重型化的发展，对焊接质量的要求越来越高，尤其是对于一些特殊情况例如异形焊接、有毒工况、狭窄空间，焊接装置自动化程度要求更高。目前大多数焊接机械装置采用底盘固定式结构，设置在生产流水线的固定位置完成特定的焊接任务，通过示教程序进行编程控制，然而在特殊工况下，常规的焊接机械装置已无法快速、精确地完成焊接任务。因此，研出一种自动化程度高、加工柔性强、操作便捷、成本低廉、高效率、高精度、高可靠性的焊接机械装置具有重要的应用价值。
发明内容
针对以上问题，本实用新型研发了一种自动焊接装置及控制系统，该系统具有多自由度，能够实现对焊枪的灵活转动及移动，在作业过程中对零件实现一次装夹后，可完成对不同部位的焊接任务，能够通过无线控制模块完成人机互动，利用超声波测距模块及CCD摄像头实现焊枪工位的准确，通过红外检测模块可不断修正焊枪姿态，确保焊接轨迹与实际焊缝吻合，本实用新型通过对机械本体的设计能够有效可实现六个自由度的运动，提高焊枪定位精度及机构的稳定与抗振性。
一种自动焊接装置及控制系统包括机械本体与控制系统，所述的机械本体包括履带车、履带驱动直流电机、升降架、机械臂、摄像头、导向架、焊枪，其中摄像头包括CCD图像摄像头与红外图像摄像头，机械臂包括机座、转台、转台驱动电机、大臂、小臂驱动电机、小臂、大臂驱动电机，履带车为本焊接装置的行走机构，履带驱动直流电机通过螺栓固定在履带车平台上并通过带动履带车主动轮驱动履带车前进或后退，升降架底端通过销钉与履带车平台上焊接的支座固连，顶端与机座通过销钉固连，可实现焊枪的升降动作，转台通过螺钉固定在机座的上表面，转台驱动电机通过螺栓固定在转台上并驱动转台绕该电机主轴转动，大臂驱动电机可驱动大臂绕此电机主轴转动。大臂与小臂通过转轴连接，小臂驱动电机与转轴通过牙嵌式联轴器连接，可驱动小臂的旋转并带动焊枪转动，所述的控制系统包括单片机、履带主动轮驱动模块、转台步进电机驱动模块、小臂步进电机驱动模块、大臂步进电机驱动模块、红外检测模块、CCD图像检测模块，无线控制模块、超声波测距模块、气体湿度检测模块、继电器、焊枪电源模块、电源模块、报警模块、晶振模块，所述的单片机为控制系统的中央处理器，电源模块向单片机供电，晶振模块为控制系统提供机器时钟，无线控制模块与单片机通过IO端口连接，通过nRF24L01芯片实现人机交互以控制机械本体的移动方向与速度，超声波测距模块安装在履带车的车头挡板上，辅助CCD图像检测模块来判断履带车距离焊接部位的空间位置，在可见度较差的工况下，车头与被焊接工件间距小于安全距离时将通过单片机触发报警器模块及控制履带主动轮驱动模块发出后退指令，CCD图像检测模块与单片机通过IO口连接，一方面可以通过三角法计算焊枪与焊接部位的空间距离，另一方面可以采集焊接部位轮廓图像为后续焊接工序提供参照数据，红外检测模块在焊接过程中对焊接轨迹进行实时跟踪，通过对比焊接前与焊接后的轮廓线的中心线的位置差异，利用单片机发出调节焊枪位置的指令以防止偏焊，气体湿度检测模块模块安装于焊枪头部用于检测气体湿度，首先在焊接进行前检测环境空气湿度，焊接进行中检测二氧化碳保护气体湿度，通过单片机调整二氧化碳保护气体的流量以减少焊缝气孔缺陷。
进一步，作为一种具体的结构形式，本实用新型所述的机械本体包括履带车、履带驱动直流电机、升降架、机械臂、摄像头、导向架、焊枪。
进一步，作为一种具体的结构形式，本实用新型所述的机械臂包括机座、转台、转台驱动电机、大臂、小臂驱动电机、小臂、大臂驱动电机。
进一步，作为一种具体的结构形式，本实用新型所述的升降架底端通过销钉固定与履带车平台上焊接的支座固连，顶端与机座，采用液压驱动完成焊枪的升降动作。
进一步，作为一种具体的结构形式，本实用新型所述的转台通过螺钉固定在机座上表面，转台驱动电机通过螺栓固定在转台上并驱动转台绕该电机主轴转动，大臂驱动电机可驱动大臂绕此电机主轴转动。
进一步，作为一种具体的结构形式，本实用新型所述的大臂与小臂通过转轴连接，小臂驱动电机与转轴通过牙嵌式联轴器连接，可驱动小臂的旋转从而带动焊枪转动。
作为优选，所述的控制系统包括单片机、履带主动轮驱动模块、转台步进电机驱动模块、小臂步进电机驱动模块、大臂步进电机驱动模块、红外检测模块、CCD图像检测模块，无线控制模块、继电器、焊枪电源模块、超声波测距模块、报警模块、气体湿度检测模块。
作为优选，所述的所述的单片机选用STM32F103ZET6芯片为系统微处理器，移植STemWin图形库和FreeROTS操作系统，单片机通过IO接口分别与时钟频率为11.0592MHz晶振模块、履带主动轮驱动模块、转台步进电机驱动模块、小臂步进电机驱动模块、大臂步进电机驱动模块、红外检测模块、CCD图像检测模块，无线控制模块、超声波测距模块、气体湿度检测模块、继电器、焊枪电源模块、电源模块、报警模块、晶振模块连接，所述的无线控制模块采用nRF24L01 芯片，输入电压为3.3V，所述的电源模块采用的MP2359直流降压转换器与 AMS1117-3.3降压转换器对电源进行供电，通过MP2359转换器将12V电压转换为5V电压，再利用AMS1117-3.3转换器将5V降压到3.3V对单片机进行供电，经过两次降压可以降低电量损失与器件发热，所述的履带主动轮驱动模块采用 DRV8804步进电机驱动器，该驱动器是单极步进电机驱动器，所述的转台步进电机驱动模块采用DRV8804步进电机驱动器，所述的小臂步进电机驱动模块采用 DRV8806步进电机驱动器，所述的大臂步进电机驱动模块采用DRV8806步进电机驱动器，所述的红外检测模块采用R2868红外传感器芯片，接收焊接轨迹发出的红外线信号，经放大与滤波电路，通过外部中断电路与计时器对信号进行编码再通过单片机解码控制步进电机转动，所述的气体湿度检测模块采用RS485模块利用湿敏电阻检测二氧化碳保护气体的湿度，CCD图像检测模块采用TSL1401CL线性CCD图像传感器获取焊缝的轮廓形状及空间位置信息，超声波测距模块采用 HC-SR04模块获取车体与被焊接工件的距离。
附图说明
下面利用附图来对本实用新型作进一步的说明，但是附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制。
图1为本实用新型的一种自动焊接装置及控制系统的机械本体的总装图的主视图；
图2为本实用新型的一种自动焊接装置及控制系统的机械臂的部装图的主视图；
图3为本实用新型的一种自动焊接装置及控制系统的电路原理示意图；
图4为本实用新型的一种自动焊接装置及控制系统的无线控制模块的原理示意图；
图5为本实用新型的一种自动焊接装置及控制系统的MP2359直流降压转换器模块的原理示意图；
图6为本实用新型的一种自动焊接装置及控制系统的AMS1117-3.3降压转换器模块的原理示意图；
图7为本实用新型的一种自动焊接装置及控制系统的红外检测模块的原理示意图。
具体实施方式
如图1至图7所示，一种自动焊接装置及控制系统包括机械本体(1) 与控制系统(2)，所述的机械本体(1)包括履带车(101)、履带驱动直流电机(102)、升降架(103)、机械臂(104)、摄像头(105)、导向架(106)、焊枪(107)，其中摄像头(105)包括CCD图像摄像头与红外图像摄像头，机械臂(104)包括机座(1041)、转台(1042)、转台驱动电机(1043)、大臂(1044)、小臂驱动电机(1045)、小臂(1046)、大臂驱动电机(1047)，履带车(101) 为本焊接装置的行走机构，履带驱动直流电机(102)通过螺栓固定在履带车平台上并通过带动履带车主动轮驱动履带车前进或后退，升降架(103)底端通过销钉与履带车平台上焊接的支座固连，顶端与机座(1041)通过销钉固连，可实现焊枪的升降动作，转台(1042)通过螺钉固定在机座(1041)的上表面，转台驱动电机(1043)通过螺栓固定在转台(1042)上并驱动转台(1042)绕该电机主轴转动，大臂驱动电机(1047)可驱动大臂(1044)绕此电机主轴转动。大臂 (1044)与小臂(1046)通过转轴连接，小臂驱动电机(1045)与转轴通过牙嵌式联轴器连接，可驱动小臂(1046)的旋转并带动焊枪转动，所述的控制系统(2) 包括单片机(201)、履带主动轮驱动模块(202)、转台步进电机驱动模块(203)、小臂步进电机驱动模块(204)、大臂步进电机驱动模块(205)、红外检测模块 (206)、CCD图像检测模块(207)，无线控制模块(208)、超声波测距模块 (209)、气体湿度检测模块(210)、继电器(211)、焊枪电源模块(212)、电源模块(213)、报警模块(214)、晶振模块(215)，所述的单片机(201) 为控制系统(2)的中央处理器，电源模块(213)向单片机(201)供电，晶振模块(215)为控制系统提供机器时钟，无线控制模块(208)与单片机(201) 通过IO端口连接，通过nRF24L01芯片实现人机交互以控制机械本体(1)的移动方向与速度，超声波测距模块(209)安装在履带车(101)的车头挡板上，辅助CCD图像检测模块(207)来判断履带车(101)距离焊接部位的空间位置，在可见度较差的工况下，车头与被焊接工件间距小于安全距离时将通过单片机 (201)触发报警器模块(214)及控制履带主动轮驱动模块(202)发出后退指令，CCD图像检测模块(207)与单片机(201)通过IO口连接，一方面可以通过三角法计算焊枪与焊接部位的空间距离，另一方面可以采集焊接部位轮廓图像为后续焊接工序提供参照数据，红外检测模块(206)在焊接过程中对焊接轨迹进行实时跟踪，通过对比焊接前与焊接后的轮廓线的中心线的位置差异，利用单片机(201)发出调节焊枪位置的指令以防止偏焊，气体湿度检测模块(210)模块安装于焊枪(107)头部用于检测气体湿度，首先在焊接进行前检测环境空气湿度，焊接进行中检测二氧化碳保护气体湿度，通过单片机(201)调整二氧化碳保护气体的流量以减少焊缝气孔缺陷。
工作原理：通过无线控制模块(208)由人工发出指令使装置靠近焊接工位，再由CCD图像检测模块(207)对装置与工位的相对位置进行微调，同时利用超声波测距模块(209)检测装置与工位的安全距离，并及时通过报警器模块(214)发出报警信号，并通过单片机(201)控制继电器(211)，进而驱动焊枪电源模块(212)的开关，焊接过程中通过红外检测模块(206)获取焊缝轮廓形状通过与焊接前储存于单片机(201)内的焊缝轮廓线进行对比，调整焊枪 (108)的姿态，同时通过气体湿度检测模块(210)获取保护气体的湿度参数以调节保护气体流量，单片机(201)通过无线控制模块(208)与上述传感器模块的配合，能够实现对本装置六自由度的闭环控制，使运动更为灵活、适应性更强，具有自动校正焊缝偏移的功能，能够根据环境湿度自动调整保护气体流量降低焊缝气孔的发生率，机械本体中采用液压驱动升降架(103)可以起到抗振、增加装置整体稳定性的作用。
以上所述，仅为本实用新型较佳实施例而已，故不能依次限定本实用新型实施的范围，即依本实用新型专利范围及说明书内容所做的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖的范围内。
Claims (8)
1.一种自动焊接装置及控制系统,其特征在于：包括机械本体(1)与控制系统(2)，所述的机械本体(1)包括履带车(101)、履带驱动直流电机(102)、升降架(103)、机械臂(104)、摄像头(105)、导向架(106)、焊枪(107)，其中摄像头(105)包括CCD图像摄像头与红外图像摄像头，机械臂(104)包括机座(1041)、转台(1042)、转台驱动电机(1043)、大臂(1044)、小臂驱动电机(1045)、小臂(1046)、大臂驱动电机(1047)，履带车(101)为本焊接装置的行走机构，履带驱动直流电机(102)通过螺栓固定在履带车平台上并通过带动履带车主动轮驱动履带车前进或后退，升降架(103)底端通过销钉与履带车平台上焊接的支座固连，顶端与机座(1041)通过销钉固连，可实现焊枪的升降动作，转台(1042)通过螺钉固定在机座(1041)的上表面，转台驱动电机(1043)通过螺栓固定在转台(1042)上并驱动转台(1042)绕该电机主轴转动，大臂驱动电机(1047)可驱动大臂(1044)绕此电机主轴转动，大臂(1044)与小臂(1046)通过转轴连接，小臂驱动电机(1045)与转轴通过牙嵌式联轴器连接，可驱动小臂(1046)的旋转并带动焊枪转动，所述的控制系统(2)包括单片机(201)、履带主动轮驱动模块(202)、转台步进电机驱动模块(203)、小臂步进电机驱动模块(204)、大臂步进电机驱动模块(205)、红外检测模块(206)、CCD图像检测模块(207)，无线控制模块(208)、超声波测距模块(209)、气体湿度检测模块(210)、继电器(211)、焊枪电源模块(212)、电源模块(213)、报警模块(214)、晶振模块(215)，所述的单片机(201)为控制系统(2)的中央处理器，电源模块(213)向单片机(201)供电，晶振模块(215)为控制系统提供机器时钟，无线控制模块(208)与单片机(201)通过IO端口连接，通过nRF24L01芯片实现人机交互以控制机械本体(1)的移动方向与速度，超声波测距模块(209)安装在履带车(101)的车头挡板上，辅助CCD图像检测模块(207)来判断履带车(101)距离焊接部位的空间位置，在可见度较差的工况下，车头与被焊接工件间距小于安全距离时将通过单片机(201)触发报警器模块(214)及控制履带主动轮驱动模块(202)发出后退指令，CCD图像检测模块(207)与单片机(201)通过IO口连接，一方面可以通过三角法计算焊枪与焊接部位的空间距离，另一方面可以采集焊接部位轮廓图像为后续焊接工序提供参照数据，红外检测模块(206)在焊接过程中对焊接轨迹进行实时跟踪，通过对比焊接前与焊接后的轮廓线的中心线的位置差异，利用单片机(201)发出调节焊枪位置的指令以防止偏焊，气体湿度检测模块(210)模块安装于焊枪(107)头部用于检测气体湿度，首先在焊接进行前检测环境空气湿度，焊接进行中检测二氧化碳保护气体湿度，通过单片机(201)调整二氧化碳保护气体的流量以减少焊缝气孔缺陷。
2.根据权利要求1所述的一种自动焊接装置及控制系统，其特征在于所述的机械本体(1)包括履带车(101)、履带驱动直流电机(102)、升降架(103)、机械臂(104)、摄像头(105)、导向架(106)、焊枪(107)。
3.根据权利要求1所述的一种自动焊接装置及控制系统，其特征在于所述的机械臂(104)包括机座(1041)、转台(1042)、转台驱动电机(1043)、大臂(1044)、小臂驱动电机(1045)、小臂(1046)、大臂驱动电机(1047)。
4.根据权利要求1所述的一种自动焊接装置及控制系统，其特征在于所述的升降架(103)底端通过销钉固定与履带车平台上焊接的支座固连，顶端与机座(1041)，采用液压驱动完成焊枪的升降动作。
5.根据权利要求1所述的一种自动焊接装置及控制系统，其特征在于所述的转台(1042)通过螺钉固定在机座(1041)上表面，转台驱动电机(1043)通过螺栓固定在转台(1042)上，并驱动转台(1042)绕该电机主轴转动。
6.根据权利要求1所述的一种自动焊接装置及控制系统，其特征在于所述的大臂(1044)与小臂(1046)通过转轴连接，可驱动小臂(1046)的旋转，从而带动焊枪转动。
7.根据权利要求1所述的一种自动焊接装置及控制系统，其特征在于所述的控制系统(2)包括单片机(201)、履带主动轮驱动模块(202)、转台步进电机驱动模块(203)、小臂步进电机驱动模块(204)、大臂步进电机驱动模块(205)、红外检测模块(206)、CCD图像检测模块(207)，无线控制模块(208)、继电器(211)、焊枪电源模块(212)、超声波测距模块(209)、报警模块(214)、气体湿度检测模块(210)。
8.根据权利要求1所述的一种自动焊接装置及控制系统，其特征在于所述的单片机(201)选用STM32F103ZET6芯片为系统微处理器，移植STemWin图形库和FreeROTS操作系统，单片机(201)通过IO接口分别与时钟频率为11.0592MHz晶振模块(215)、履带主动轮驱动模块(202)、转台步进电机驱动模块(203)、小臂步进电机驱动模块(204)、大臂步进电机驱动模块(205)、红外检测模块(206)、CCD图像检测模块(207)，无线控制模块(208)、超声波测距模块(209)、气体湿度检测模块(210)、继电器(211)、焊枪电源模块(212)、电源模块(213)、报警模块(214)、晶振模块(215)连接，所述的无线控制模块(208)采用nRF24L01芯片，输入电压为3.3V，所述的电源模块采用的MP2359直流降压转换器与AMS1117-3.3降压转换器对电源进行供电，通过MP2359转换器将12V电压转换为5V电压，再利用AMS1117-3.3转换器将5V降压到3.3V对单片机(201)进行供电，经过两次降压可以降低电量损失与器件发热，所述的履带主动轮驱动模块(202)采用DRV8804步进电机驱动器，该驱动器是单极步进电机驱动器，所述的转台步进电机驱动模块(203)采用DRV8804步进电机驱动器，所述的小臂步进电机驱动模块(204)采用DRV8806步进电机驱动器，所述的大臂步进电机驱动模块(205)采用DRV8806步进电机驱动器，所述的红外检测模块(206)采用R2868红外传感器芯片，接收焊接轨迹发出的红外线信号，经放大与滤波电路，通过外部中断电路与计时器对信号进行编码再通过单片机解码控制步进电机转动，所述的气体湿度检测模块(210)采用RS485模块利用湿敏电阻检测二氧化碳保护气体的湿度，CCD图像检测模块(207)采用TSL1401CL线性CCD图像传感器获取焊缝的轮廓形状及空间位置信息，超声波测距模块(209)采用HC-SR04模块获取车体与被焊接工件的距离。
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|---|---|---|---|---|
| CN111421209A (zh) * | 2020-04-03 | 2020-07-17 | 上海妙城智能科技有限公司 | 一种减少焊接气孔的双脉冲mig/mag焊机 |
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