CN211539974U - 一种用于船舶小组立机器人在线自动焊接3d扫描设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种用于船舶小组立机器人在线自动焊接3D扫描设备，包括直线导轨、伺服电机、辊道、焊接门架、固定支架和传感器，所述直线导轨用于移动焊接门架，所述固定支架设置在焊接门架上，所述传感器为3D线激光传感器，所述传感器安装在固定支架上，所述焊接门架在直线导轨上由伺服电机驱动沿辊道运输方向匀速移动，所述焊接门架安装焊接机器人；本实用新型的优点在于：在无先验信息、无人工决策干预的条件下，依靠自身传感器完成工件检测、识别与定位，高效可靠。
Description
技术领域
本实用新型涉及机械工程领域，尤其涉及一种用于船舶小组立机器人在线自动焊接3D扫描设备。
背景技术
在船舶建造过程中，有大量的小组立工件的焊接作业，其作业量占整个船厂整体焊接作业量的15%以上，目前绝大部分船厂的小组立焊接仍然使用人工焊接，随着科学技术的发展，机器人焊接技术已经可完成自动焊接多规则、非标准形式的船舶构件。
机器人自动焊接分为三个阶段，第一阶段为示教形式的机器人焊接，在这个阶段，机器人使用固定的示教程序及进行固定作业，作业精度高但作业内容不可变，适合汽车制造业中同型号大批量标准间的流水线生产；第二阶段为离线编程机器人自动焊接，这种形式将被焊接件的模型导入离线编程软件，技术人员在离线编程软件上生成焊接程序，下发指导机器人作业，机器人可存储多个作业，并根据需要调用对应作业，这种方式即将示教作业转移到计算机软件上进行，可实现不停止焊接作业的情况下更新机器人作业程序；第三阶段为在线编程机器人自动焊接，这种形式利用在线编程程序并借助三维成像技术，自动识别工件外形尺寸、工件类型，通过图像处理算法提取工件数模，并通过工件特征点识别软硬件系统自动规划机器人焊接路径，最终使用在线编程软件自动生成带机器人运动位姿的焊接作业程序，通过3D扫描设备和焊接路径规划算法的开发在线自动生成焊接程序的方式，已达到无需技术人员后台离线生成作业，机器人可根据工件特征在线自动作业。
根据现阶段机器人发展及船舶行业小组立焊接的实际要求，示教形式的机器人焊接无法完成小组立自动焊接，国内已有部分船厂完成了船舶小组立机器人自动焊接生产线建造并投产，但需要配备专业编程人员进行实时程序更新，目前船舶制造业需要一种不需要编程人员干预的自动焊接方法。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于船舶小组立机器人在线自动焊接3D扫描设备。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：
一种用于船舶小组立机器人在线自动焊接3D扫描设备，其特征在于，包括直线导轨、伺服电机、辊道、焊接门架、固定支架和传感器，所述直线导轨用于移动焊接门架，所述固定支架设置在焊接门架上，所述传感器为3D线激光传感器，所述传感器安装在固定支架上，所述焊接门架在直线导轨上由伺服电机驱动沿辊道运输方向匀速移动，所述焊接门架安装焊接机器人。
进一步地，所述固定支架安装垂直于焊接门架的移动方向，所述固定支架的安装高度在传感器的可视范围内可调，所述固定支架上传感器的间距覆盖整个焊接区域的宽度范围，每个所述传感器的激光线在焊接门架的运行方向交错。
进一步地，所述直线导轨的数目为两根，所述直线导轨沿纵向平行延伸且对称布置，所述焊接门架沿横向跨接两根直线导轨，所述焊接门架的两侧通过滑块和滑轨之间的配合安装在直线导轨上，所述焊接门架设有驱动其沿直线导轨滑动的伺服电机，所述伺服电机固定安装在随行台上，所述随行台固定设置于焊接门架一侧的下部。
进一步地，每一所述固定支架包括一U型支架和若干个L型支架，所述U型支架的截面为倒U形且呈长条状，所述L型的截面呈倒L形，所述L型支架的下部与U型支架的侧面固定连接，所述L型支架的上端设有盖板，所述盖板位于L型支架的前侧，所述L型支架水平部分的前端开口设有安装槽，所述安装槽用于安装传感器。
进一步地，所述传感器的测量精度在1-5mm以内，激光点角度分辨率在0.1-0.5°以内，单个传感器测量的范围在3m以内，传感器的最大测量高度在0.7-2.5m之间，传感器的线激光扫描频率在250Hz以上。
本实用新型的自动焊接3D扫描设备，其基座上安装高精度导轨，机器人焊接门架通过伺服电机和传动齿轮提供动力在高精度导轨上移动，机器人焊接门架安装传感器支架，传感器支架上安装若干个3D线激光扫描传感器，通过调节合适的传感器安装间距和高度达到合适的识别精度，机器人焊接门架接收开始扫描信号后以一定速度完成小组立工件的扫描，能够在无先验信息、无人工决策干预的条件下，依靠自身传感器完成工件检测、识别与定位。
附图说明
图1为本实用新型固定支架的结构示意图；
图2为本实用新型U型支架的结构示意图；
图3为本实用新型L型支架的结构示意图；
图4a和图4b为部分小组立工件形式示意图；
图5为本实用新型焊接门架的俯视结构示意图；
图6为本实用新型焊接门架的正面结构示意图。
附图标记：
1、固定支架
2、U型支架
3、L型支架
4、盖板
5、安装槽
6、焊接门架
7、直线导轨
8、随行台。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实施例公开了一种用于船舶小组立机器人在线自动焊接3D扫描设备，通过定义多个激光扫描传感器和移动式焊接门架6的配合，在规定扫描区域内制定全局坐标系，这里规定全局坐标系以辊道长度方向为X轴，辊道宽度方向为Y轴，竖直方向为Z轴。
如图4所示，为部分小组立工件形式（包括但不限于图示类型），焊接均为框架结构，由底板和加强筋构成，底板尺寸约为3000mm×3000mm，加强筋垂直于底板点焊固定，最长长度lmax＜1600mm，高度hmax＜800mm，厚度tmin＞10mm，均为扁钢，不考虑球扁钢、角钢、T型钢等型材。
小组立工件均为非标准件，加强筋数量、长度和形式等不固定，工件在辊道上的摆放位置也不固定。
通过多个3D扫描设备识别船用小组立工件外形，并对3D扫描设备输出的点云数据进行数据变换与降噪处理，通过模型处理软件自动生成工件的数学模型，根据相关算法自动规划机器人焊接路径；所述3D扫描设备包括若干3D线激光扫描传感器、传感器通讯及数据传输电缆、传感器点云数据处理上位机、线激光传感器固定支架和机器人焊接移动门架系统。
所述传感器包括一个电源及通讯模块，所述点云数据处理上位机安装模型处理软件，所述传感器在固定支架1上的安装位置呈波浪状分布，每个传感器有安装间隔，所述固定支架1在焊接门架6上的安装高度可调，固定支架1上部优选设置线槽，所述焊接门架6设置两条高精度的直线导轨7、两对传动齿轮、伺服电机及减速机，所述直线导轨7安装在直线基座上。
如图1~图3所示，每一固定支架1包括一U型支架2和若干个L型支架3，所述U型支架2的截面为倒U形且呈长条状，所述L型支架3的截面呈倒L形，所述L型支架3的下部与U型支架2的侧面固定连接，所述L型支架3的上端设有盖板4，所述盖板4位于L型支架3的前侧，所述L型支架3水平部分的前端开口设有安装槽5，所述传感器安装在固定支架1的安装槽5中。
所述直线导轨7用于移动焊接门架6，所述焊接门架6安装在辊道上，所述固定支架1设置在焊接门架6上，所述传感器为3D线激光传感器，所述传感器安装在固定支架1上，所述焊接门架6在直线导轨7上由伺服电机驱动沿辊道运输方向匀速移动，所述焊接门架6安装焊接机器人。
优选地，如图5和图6所示，所述直线导轨7数目为两根，所述直线导轨7沿纵向平行延伸且对称布置，所述焊接门架6沿横向跨接两根直线导轨7，所述焊接门架6的两侧通过滑块和滑轨之间的配合安装在直线导轨7上，所述焊接门架6设有驱动其沿直线导轨7滑动的伺服电机，所述伺服电机固定安装在随行台8上，所述随行台8固定设置于焊接门架6一侧的下部。
所述固定支架1安装垂直于焊接门架6的移动方向，所述固定支架1的安装高度在传感器的可视范围内可调，所述固定支架1上传感器的间距覆盖整个焊接区域的宽度范围，每个所述传感器的激光线在焊接门架6的运行方向交错。
所述传感器测量精度控制在1-5mm以内，激光点角度分辨率在0.1-0.5°以内，单个3D线激光传感器测量范围在3m以内，最大测量高度在0.7-2.5m之间，线激光扫描频率在250Hz以上，所述传感器根据焊接区域跨度，可选择安装3-10个传感器。
点云数据采集频率需要保持在50Hz以上，以保证点云数据量足够能达到小组立工件筋板特征提取的要求。
优选地，以小组立智能生产线为例，线激光传感器单词扫描采样点数为420，沿门架行进方向扫描间隔为3mm，则3000mm*3000mm的小组立工件最低扫描次数为1000次，单个传感器生成点云数量为420,000，根据辊道宽度，智能线最多有7个线激光传感器并联扫描，点云总数最高可达2,940,000。
本实施例适用于尺寸小于5m*5m的船舶小组立结构的自动焊接作业，底板厚度8～30mm，重量小于5吨，识别精度5mm，工作温度0～40℃，湿度范围20～80，支持小组立筋板任意形状摆放焊接，扫描速度20～30mm/s。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种用于船舶小组立机器人在线自动焊接3D扫描设备，其特征在于，包括直线导轨、伺服电机、辊道、焊接门架、固定支架和传感器，所述直线导轨用于移动焊接门架，所述固定支架设置在焊接门架上，所述传感器为3D线激光传感器，所述传感器安装在固定支架上，所述焊接门架在直线导轨上由伺服电机驱动沿辊道运输方向匀速移动，所述焊接门架安装焊接机器人。
2.根据权利要求1所述的一种用于船舶小组立机器人在线自动焊接3D扫描设备，其特征在于，所述固定支架安装垂直于焊接门架的移动方向，所述固定支架的安装高度在传感器的可视范围内可调，所述固定支架上传感器的间距覆盖整个焊接区域的宽度范围，每个所述传感器的激光线在焊接门架的运行方向交错。
3.根据权利要求2所述的一种用于船舶小组立机器人在线自动焊接3D扫描设备，其特征在于，所述直线导轨的数目为两根，所述直线导轨沿纵向平行延伸且对称布置，所述焊接门架沿横向跨接两根直线导轨，所述焊接门架的两侧通过滑块和滑轨之间的配合安装在直线导轨上，所述焊接门架设有驱动其沿直线导轨滑动的伺服电机，所述伺服电机固定安装在随行台上，所述随行台固定设置于焊接门架一侧的下部。
4.根据权利要求2或3所述的一种用于船舶小组立机器人在线自动焊接3D扫描设备，其特征在于，每一所述固定支架包括一U型支架和若干个L型支架，所述U型支架的截面为倒U形且呈长条状，所述L型的截面呈倒L形，所述L型支架的下部与U型支架的侧面固定连接，所述L型支架的上端设有盖板，所述盖板位于L型支架的前侧，所述L型支架水平部分的前端开口设有安装槽，所述安装槽用于安装传感器。
5.根据权利要求1所述的一种用于船舶小组立机器人在线自动焊接3D扫描设备，其特征在于，所述传感器的测量精度在1-5mm以内，激光点角度分辨率在0.1-0.5°以内，单个传感器测量的范围在3m以内，传感器的最大测量高度在0.7-2.5m之间，传感器的线激光扫描频率在250Hz以上。
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| CN201922024611.0U CN211539974U (zh) | 2019-11-21 | 2019-11-21 | 一种用于船舶小组立机器人在线自动焊接3d扫描设备 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110977218A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-04-10 | 上海船舶工艺研究所(中国船舶工业集团公司第十一研究所) | 3d激光扫描设备及使用该设备的点云自动提取转换方法 |
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2019
- 2019-11-21 CN CN201922024611.0U patent/CN211539974U/zh active Active
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