CN220407427U - 游丝自动精密激光焊接系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种游丝自动精密激光焊接系统，属于游丝自动焊接技术领域，旨在降低人工成本并提高游丝的焊接精度。该游丝自动精密激光焊接系统能够自动完成游丝的焊接，减少人员的焊接过程参与度，节省了人力成本；通过工业相机可采集焊接工位处的图像，同时通过远心镜头可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会发生变化，相较于普通镜头放大倍率恒定且无视差，对焊点位置的识别更完整和精确，另外通过视觉光源进行光源的补充，可进一步提高识别的精度，因此该游丝自动精密激光焊接系统采用机器视觉识别模块作为识别模块，能够准确定位到焊点位置以实现精密焊接，利于提高游丝焊接的精度和一致性。

Description

游丝自动精密激光焊接系统

技术领域

本实用新型属于游丝自动焊接技术领域，具体涉及一种游丝自动精密激光焊接系统。

背景技术

游丝焊接在目前科技发展的各个领域的使用面越来越广，游丝的焊接质量决定了电子元器件的质量和稳定性，其焊接效率也关系到电子元器件制作的效率，因此游丝的焊接质量和效率是关系到电子元器件制作质量和效率的重要技术指标。现阶段对于游丝的焊接大部分还依赖于人工完成，通过工人的经验和外部工装的适配来实现游丝的焊接操作，但往往存在如下问题：

1)现代制造业对游丝焊接的精度要求越来越高，游丝的焊接需要熟练的工人完成，而熟练工人的培养时间较长，难以快速上岗，因此人工成本较高。

2)由于游丝尺寸较小，人工焊接需要全程在显微镜下操作，因此焊接的效率较低。

3)由于工人个体技能的差异以及所选焊接工具的适配精度差异等因素，往往导致焊接的精度不高，焊接的一致性不好。

为了降低人工成本，提高焊接效率，虽然有人研发了采用激光定点定位的激光游丝焊接设备，但是该类设备对于游丝的焊接直接由激光定点定位，不能实现视觉精确引导，对游丝的焊点位置无法做到动态调整，同时无法做到对焊接质量的视觉检测，因此导致焊斑的大小不可控，游丝焊接的精度和一致性也不高。

实用新型内容

本实用新型提供了一种游丝自动精密激光焊接系统，旨在降低人工成本并提高游丝的焊接精度。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：游丝自动精密激光焊接系统，包括控制模块以及分别与控制模块通讯连接的上下料模块、焊接作业平台、识别模块和自动精密焊接模块；

所述上下料模块用于将原料工位处的至少一个待焊接的游丝上料至焊接作业平台的焊接工位处；

所述焊接作业平台用于对焊接工位处的游丝进行定位固定；

所述识别模块用于对焊接工位处的游丝进行焊点位置识别；

所述自动精密焊接模块用于对识别到的焊点位置进行精密焊接；

所述上下料模块还用于将焊接后的游丝下料至成品工位处；

所述识别模块为机器视觉识别模块，其包括工业相机、远心镜头和视觉光源；

所述工业相机设置在相机移动机构上；

所述远心镜头设置在工业相机上，并能够在相机移动机构的驱使作用下随工业相机一起移动至物镜朝向焊接工位的位置；

所述视觉光源设置在相机移动机构上，并能够随远心镜头一起移动。

进一步的，所述上下料模块包括料盘、第一龙门支架、上下料移动机构和上下料手爪；

所述料盘具有能够存放待焊接的游丝的原料工位；

所述上下料手爪通过上下料移动机构设置在第一龙门支架上，并能够在上下料移动机构的驱使作用下分别移动至原料工位、焊接工位和成品工位处。

进一步的，所述上下料移动机构包括设置在第一龙门支架上的上下料横向移动模组、以及设置在上下料横向移动模组的移动部位上的上下料竖向移动模组；

所述上下料手爪设置在上下料竖向移动模组的移动部位上。

进一步的，所述焊接作业平台包括平台移动机构、设置在平台移动机构上的焊接平台、以及设置在焊接平台上的游丝固定机构；

所述焊接平台与游丝固定机构共同组成焊接作业平台的焊接工位。

进一步的，所述平台移动机构包括平台纵向移动模组；

所述焊接平台设置在平台纵向移动模组的移动部位上；

所述游丝固定机构包括伸缩端彼此对应的第一伸缩装置和第二伸缩装置；

所述第一伸缩装置的伸缩端上设置有第一游丝固定件；

所述第二伸缩装置的伸缩端上设置有第二游丝固定件。

进一步的，所述工业相机为CCD相机；

所述视觉光源为同轴光源，并靠近远心镜头的物镜设置。

进一步的，所述自动精密焊接模块包括第二龙门支架、焊接移动结构和激光焊接仪；

所述激光焊接仪通过焊接移动结构设置在第二龙门支架，并能够在焊接移动结构的驱使作用下移动至焊接工位处。

进一步的，所述焊接移动结构包括设置在第二龙门支架上的焊接横向移动模组、以及设置在焊接横向移动模组的移动部位上的焊接竖向移动模组；

所述相机移动机构为焊接横向移动模组；

所述工业相机设置在焊接横向移动模组的移动部位上；

所述激光焊接仪设置在焊接竖向移动模组的移动部位上。

进一步的，该游丝自动精密激光焊接系统还包括与控制模块通讯连接的机器视觉检测模块；

所述机器视觉检测模块包括检测移动机构以及设置在检测移动机构上的线激光扫描仪；

所述线激光扫描仪能够在检测移动机构的驱使作用下移动至与焊接工位相对应的位置。

进一步的，所述检测移动机构包括检测横向移动模组以及设置在检测横向移动模组的移动部位上的检测竖向移动模组；

所述线激光扫描仪设置在检测竖向移动模组的移动部位上。

本实用新型的有益效果是：

1)该游丝自动精密激光焊接系统通过上下料模块、焊接作业平台、识别模块和自动精密焊接模块能够依次完成游丝的上料、定位固定、焊点位置识别、精密激光焊接以及下料等操作，焊接效率高，且游丝焊接过程中基本不需要工人协助完成，减少了人员的焊接过程参与度，减少了游丝焊接生产的人员配置，节省了人力成本。

2)通过工业相机可采集焊接工位处的图像，以便进行焊点位置的识别，同时通过远心镜头可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会发生变化，相较于普通镜头放大倍率恒定且无视差，对焊点位置的识别更完整和精确，另外通过视觉光源进行光源的补充，可进一步提高识别的精度，因此该游丝自动精密激光焊接系统采用机器视觉识别模块作为识别模块对焊接工位处的游丝进行焊点位置识别，能够准确定位到焊点位置以实现精密焊接，利于提高游丝焊接的精度和一致性。

3)该游丝自动精密激光焊接系统主要由多个功能模块组成，还具有结构紧凑、集成度高等优点，能够在工作场所全域移动，环境适应性强。

附图说明

图1是本实用新型的三维实施结构示意图；

图2是本实用新型的正视结构示意图；

图3是待焊接的游丝的实施结构示意图；

图4是本实用新型的焊接流程图；

图中标记为：上下料模块100、料盘110、第一龙门支架120、上下料移动机构130、上下料横向移动模组131、上下料竖向移动模组132、上下料手爪140、焊接作业平台200、平台纵向移动模组211、焊接平台220、游丝固定机构230、第一伸缩装置231、第二伸缩装置232、第一游丝固定件233、第二游丝固定件234、机器视觉识别模块300、工业相机310、远心镜头320、视觉光源330、自动精密焊接模块400、第二龙门支架410、焊接移动结构420、焊接横向移动模组421、焊接竖向移动模组422、激光焊接仪430、机器视觉检测模块500、检测移动机构510、检测横向移动模组511、检测竖向移动模组512、线激光扫描仪520、第一游丝610、第二游丝620。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；“多个”通常指两个或两个以上；“主要由……组成或构成”的表达方式，其解释为还可以含有该句中没有述及的结构组成部分；“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如：A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，游丝自动精密激光焊接系统，包括控制模块以及分别与控制模块通讯连接的上下料模块100、焊接作业平台200、识别模块和自动精密焊接模块400；

控制模块主要用于信息获取、处理、预设和/或输出控制指令等，其可以为多种，例如：PLC控制器、计算机等等；

上下料模块100用于将原料工位处的至少一个待焊接的游丝上料至焊接作业平台200的焊接工位处；

焊接作业平台200用于对焊接工位处的游丝进行定位固定；

识别模块用于对焊接工位处的游丝进行焊点位置识别；识别模块为机器视觉识别模块300，其包括工业相机310、远心镜头320和视觉光源330；

工业相机310设置在相机移动机构上，其可采集焊接工位处的图像，以便进行焊点位置的识别；

相机移动机构主要用于驱使工业相机310移动到需要的位置，以便于采集焊接工位处的图像；相机移动机构可以为多种，例如：机械臂，天车，纵向、横向及竖向滚珠丝杠副组成的机构，多个气缸或油缸组成的机构等等；

远心镜头320设置在工业相机310上，并能够在相机移动机构的驱使作用下随工业相机310一起移动至物镜朝向焊接工位的位置；远心镜头320具有大景深、低畸变、高分辨率、长工作距离等特点，其可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不发生变化，相较于普通镜头放大倍率恒定且无视差，对焊点位置的识别更完整和精确；

视觉光源330设置在相机移动机构上，并能够随远心镜头320一起移动；视觉光源330用于进行光源的补充，以进一步提高对焊点位置识别的精度；

自动精密焊接模块400用于对识别到的焊点位置进行精密焊接；

上下料模块100还用于将焊接后的游丝下料至成品工位处；

该系统的控制模块能够控制上下料模块100实现待焊接的游丝的上料以及焊接后的游丝的下料操作，还能够控制焊接作业平台200对焊接工位处的游丝进行固定和松开的操作，还能够控制识别模块对焊接工位处的游丝进行焊点位置识别的操作，还能够控制自动精密焊接模块400对识别到的焊点位置进行精密焊接的操作。注：控制模块运行过程中所涉及的计算机控制程序均为现有技术，此不赘述。

上下料模块100可以为多种，例如：机械手、工业机器人等等；优选的，如图1和图2所示，上下料模块100包括料盘110、第一龙门支架120、上下料移动机构130和上下料手爪140；

料盘110具有能够存放待焊接的游丝的原料工位，主要用于存放待焊接的游丝；通常也可将成品工位设置在料盘110上；

第一龙门支架120为上下料模块100的支撑部件，其通常设置在基板上或是设置在工作场所的地基面上；

上下料手爪140主要用于上下料过程中抓取游丝，上下料手爪140通过上下料移动机构130设置在第一龙门支架120上，并能够在上下料移动机构130的驱使作用下分别移动至原料工位、焊接工位和成品工位处；

上下料移动机构130主要用于驱使上下料手爪140移动到需要的位置，上下料移动机构130可以为多种，例如：机械臂、天车等等。

上述的上下料模块100结构简单，操控方便，利于实现游丝快速、准确地上下料。

具体的，再如图1和图2所示，上下料移动机构130包括设置在第一龙门支架120上的上下料横向移动模组131、以及设置在上下料横向移动模组131的移动部位上的上下料竖向移动模组132；

上下料手爪140设置在上下料竖向移动模组132的移动部位上。

上下料横向移动模组131是能够驱使上下料手爪140沿水平横向进行左右运动的机构，其可以为多种，例如：横向布置的滚珠丝杠副、气缸、油缸或电动推杆等。

上下料竖向移动模组132是能够驱使上下料手爪140沿竖直方向进行上下运动的机构，其可以为多种，例如：竖向布置的滚珠丝杠副、气缸、油缸或电动推杆等。

具体的，再如图1所示，焊接作业平台200包括平台移动机构、设置在平台移动机构上的焊接平台220、以及设置在焊接平台220上的游丝固定机构230；

焊接平台220与游丝固定机构230共同组成焊接作业平台200的焊接工位。

平台移动机构主要用于驱使焊接平台220进行移动，以便于上下料和焊接；平台移动机构可以为多种，例如：履带式输送机构、机械臂、天车等等；优选的，平台移动机构包括平台纵向移动模组211，焊接平台220设置在平台纵向移动模组211的移动部位上；平台纵向移动模组211是能够驱使焊接平台220沿水平纵向进行前后运动的机构，其可以为多种，例如：纵向布置的滚珠丝杠副、气缸、油缸或电动推杆等。

游丝固定机构230主要用于定位固定住待焊接的游丝，其通常具有能够夹紧游丝的固定件；优选的，再如图1所示，游丝固定机构230包括伸缩端彼此对应的第一伸缩装置231和第二伸缩装置232；

第一伸缩装置231的伸缩端上设置有第一游丝固定件233；

第二伸缩装置232的伸缩端上设置有第二游丝固定件234。

上述的游丝固定机构230结构简单，通过第一伸缩装置231和第二伸缩装置232能够使得第一游丝固定件233固定的第一游丝610与第二游丝固定件234固定的第二游丝620相对靠近或远离，以便于调控焊点位置，实现精密焊接。

第一伸缩装置231和第二伸缩装置232可以为多种，例如：气缸、油缸、电动推杆等等。

为了进一步提高对焊点位置识别的精度，工业相机310优选为CCD相机；视觉光源330优选为同轴光源，并靠近远心镜头320的物镜设置。

具体的，再如图1所示，自动精密焊接模块400包括第二龙门支架410、焊接移动结构420和激光焊接仪430；

第二龙门支架410为自动精密焊接模块400的支撑部件，其通常设置在基板上或是设置在工作场所的地基面上；

激光焊接仪430通过焊接移动结构420设置在第二龙门支架410，并能够在焊接移动结构420的驱使作用下移动至焊接工位处；

焊接移动结构420主要用于驱使激光焊接仪430移动到焊接工位，以便对焊点位置进行精密焊接；焊接移动结构420可以为多种，例如：机械臂，天车，纵向、横向及竖向滚珠丝杠副组成的机构，多个气缸或油缸组成的机构等等；

激光焊接仪430又常称为激光焊机、镭射焊机，是材料加工激光焊接时用的机器；其工作原理是利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，将材料熔化后形成特定熔池。

上述的自动精密焊接模块400结构简单，操控方便，利于实现对游丝的自动精密焊接。

具体的，再如图1所示，焊接移动结构420包括设置在第二龙门支架410上的焊接横向移动模组421、以及设置在焊接横向移动模组421的移动部位上的焊接竖向移动模组422；

相机移动机构为焊接横向移动模组421；

工业相机310设置在焊接横向移动模组421的移动部位上；

激光焊接仪430设置在焊接竖向移动模组422的移动部位上。

焊接横向移动模组421是能够驱使工业相机310、激光焊接仪430等沿水平横向进行左右运动的机构，其可以为多种，例如：横向布置的滚珠丝杠副、气缸、油缸或电动推杆等。

焊接竖向移动模组422是能够驱使激光焊接仪430沿竖直方向进行上下运动的机构，其可以为多种，例如：竖向布置的滚珠丝杠副、气缸、油缸或电动推杆等。

作为本实用新型的一种优选方案，结合图1和图2所示，该游丝自动精密激光焊接系统还包括与控制模块通讯连接的机器视觉检测模块500；

机器视觉检测模块500包括检测移动机构510以及设置在检测移动机构510上的线激光扫描仪520；

线激光扫描仪520能够在检测移动机构510的驱使作用下移动至与焊接工位相对应的位置，并通过扫描对游丝焊接后焊斑质量(焊斑大小、高度等)进行检测，以确保焊接结果的高精度及高质量，提升游丝焊接生产的合格率。

具体的，再如图2所示，检测移动机构510包括检测横向移动模组511以及设置在检测横向移动模组511的移动部位上的检测竖向移动模组512；

线激光扫描仪520设置在检测竖向移动模组512的移动部位上。

检测横向移动模组511是能够驱使线激光扫描仪520沿水平横向进行左右运动的机构，其可以为多种，例如：横向布置的滚珠丝杠副、气缸、油缸或电动推杆等。

检测竖向移动模组512是能够驱使线激光扫描仪520沿竖直方向进行上下运动的机构，其可以为多种，例如：竖向布置的滚珠丝杠副、气缸、油缸或电动推杆等。

结合图4所示，上述的游丝自动精密激光焊接系统自动焊接游丝的流程如下：

S1、控制模块检测料盘110就位，控制上下料横向移动模组131和上下料竖向移动模组132带动上下料手爪140依次实现第一游丝610抓取上料至焊接作业平台200的焊接工位的操作，并实现第二游丝620抓取上料至焊接作业平台200的焊接工位的操作；

S2、控制模块控制第一伸缩装置231和第二伸缩装置232启动，使得第一游丝610和第二游丝620在焊接工位分别被第一游丝固定件233和第二游丝固定件234定位固定住；

S3、控制模块控制平台纵向移动模组211带动焊接平台220和游丝固定机构230移动至激光焊接仪430的下方；

S4、控制模块控制焊接横向移动模组421和焊接竖向移动模组422启动，驱使工业相机310移动并进行焊点位置的识别，通过视觉识别算法获取焊点的像素坐标，并通过矩阵转换算法获得焊点的机械坐标；视觉识别算法及矩阵转换算法均为现有技术，此不赘述；

S5、控制模块根据获得的焊点坐标控制焊接横向移动模组421和焊接竖向移动模组422启动，使得激光焊接仪430的焊枪对准焊点位置；

S6、控制模块控制激光焊接仪430对第一游丝610和第二游丝620的焊点位置进行无应力精密焊接；

S7、控制模块控制线激光扫描仪520完成游丝焊接后焊斑的大小、高度进行检测；

S8、控制模块控制第一伸缩装置231和第二伸缩装置232启动，使得第一游丝固定件233和第二游丝固定件234分别松开游丝；

S9、控制模块控制平台纵向移动模组211带动焊接平台220和游丝固定机构230移动至上下料手爪140的下方；

S10、控制模块控制上下料横向移动模组131和上下料竖向移动模组132带动上下料手爪140将焊接完成的游丝抓取放至成品工位实现下料，焊接完成。

Claims (10)

1.游丝自动精密激光焊接系统，包括控制模块以及分别与控制模块通讯连接的上下料模块(100)、焊接作业平台(200)、识别模块和自动精密焊接模块(400)；

所述上下料模块(100)用于将原料工位处的至少一个待焊接的游丝上料至焊接作业平台(200)的焊接工位处；

所述焊接作业平台(200)用于对焊接工位处的游丝进行定位固定；

所述识别模块用于对焊接工位处的游丝进行焊点位置识别；

所述自动精密焊接模块(400)用于对识别到的焊点位置进行精密焊接；

所述上下料模块(100)还用于将焊接后的游丝下料至成品工位处；

其特征在于：所述识别模块为机器视觉识别模块(300)，其包括工业相机(310)、远心镜头(320)和视觉光源(330)；

所述工业相机(310)设置在相机移动机构上；

所述远心镜头(320)设置在工业相机(310)上，并能够在相机移动机构的驱使作用下随工业相机(310)一起移动至物镜朝向焊接工位的位置；

所述视觉光源(330)设置在相机移动机构上，并能够随远心镜头(320)一起移动。

2.根据权利要求1所述的游丝自动精密激光焊接系统，其特征在于：所述上下料模块(100)包括料盘(110)、第一龙门支架(120)、上下料移动机构(130)和上下料手爪(140)；

所述料盘(110)具有能够存放待焊接的游丝的原料工位；

所述上下料手爪(140)通过上下料移动机构(130)设置在第一龙门支架(120)上，并能够在上下料移动机构(130)的驱使作用下分别移动至原料工位、焊接工位和成品工位处。

3.根据权利要求2所述的游丝自动精密激光焊接系统，其特征在于：所述上下料移动机构(130)包括设置在第一龙门支架(120)上的上下料横向移动模组(131)、以及设置在上下料横向移动模组(131)的移动部位上的上下料竖向移动模组(132)；

所述上下料手爪(140)设置在上下料竖向移动模组(132)的移动部位上。

4.根据权利要求1所述的游丝自动精密激光焊接系统，其特征在于：所述焊接作业平台(200)包括平台移动机构、设置在平台移动机构上的焊接平台(220)、以及设置在焊接平台(220)上的游丝固定机构(230)；

所述焊接平台(220)与游丝固定机构(230)共同组成焊接作业平台(200)的焊接工位。

5.根据权利要求4所述的游丝自动精密激光焊接系统，其特征在于：所述平台移动机构包括平台纵向移动模组(211)；

所述焊接平台(220)设置在平台纵向移动模组(211)的移动部位上；

所述游丝固定机构(230)包括伸缩端彼此对应的第一伸缩装置(231)和第二伸缩装置(232)；

所述第一伸缩装置(231)的伸缩端上设置有第一游丝固定件(233)；

所述第二伸缩装置(232)的伸缩端上设置有第二游丝固定件(234)。

6.根据权利要求1所述的游丝自动精密激光焊接系统，其特征在于：所述工业相机(310)为CCD相机；

所述视觉光源(330)为同轴光源，并靠近远心镜头(320)的物镜设置。

7.根据权利要求1所述的游丝自动精密激光焊接系统，其特征在于：所述自动精密焊接模块(400)包括第二龙门支架(410)、焊接移动结构(420)和激光焊接仪(430)；

所述激光焊接仪(430)通过焊接移动结构(420)设置在第二龙门支架(410)，并能够在焊接移动结构(420)的驱使作用下移动至焊接工位处。

8.根据权利要求7所述的游丝自动精密激光焊接系统，其特征在于：所述焊接移动结构(420)包括设置在第二龙门支架(410)上的焊接横向移动模组(421)、以及设置在焊接横向移动模组(421)的移动部位上的焊接竖向移动模组(422)；

所述相机移动机构为焊接横向移动模组(421)；

所述工业相机(310)设置在焊接横向移动模组(421)的移动部位上；

所述激光焊接仪(430)设置在焊接竖向移动模组(422)的移动部位上。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的游丝自动精密激光焊接系统，其特征在于：还包括与控制模块通讯连接的机器视觉检测模块(500)；

所述机器视觉检测模块(500)包括检测移动机构(510)以及设置在检测移动机构(510)上的线激光扫描仪(520)；

所述线激光扫描仪(520)能够在检测移动机构(510)的驱使作用下移动至与焊接工位相对应的位置。

10.根据权利要求9所述的游丝自动精密激光焊接系统，其特征在于：所述检测移动机构(510)包括检测横向移动模组(511)以及设置在检测横向移动模组(511)的移动部位上的检测竖向移动模组(512)；

所述线激光扫描仪(520)设置在检测竖向移动模组(512)的移动部位上。