WO2020233273A1 - 一种高精度自动焊接机器人及其焊接方法 - Google Patents
一种高精度自动焊接机器人及其焊接方法 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2020233273A1 WO2020233273A1 PCT/CN2020/084150 CN2020084150W WO2020233273A1 WO 2020233273 A1 WO2020233273 A1 WO 2020233273A1 CN 2020084150 W CN2020084150 W CN 2020084150W WO 2020233273 A1 WO2020233273 A1 WO 2020233273A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- axis
- fixed
- angle
- welding
- welded
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
- B23K37/02—Carriages for supporting the welding or cutting element
- B23K37/0252—Steering means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1602—Programme controls characterised by the control system, structure, architecture
- B25J9/1605—Simulation of manipulator lay-out, design, modelling of manipulator
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
- B25J9/1664—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by motion, path, trajectory planning
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1694—Programme controls characterised by use of sensors other than normal servo-feedback from position, speed or acceleration sensors, perception control, multi-sensor controlled systems, sensor fusion
- B25J9/1697—Vision controlled systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Robotics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
一种高精度自动焊接机器人，包括：X轴运动单元、Y轴运动单元、Z轴运动单元和焊接单元四部分。该焊接机器人通过设置高精度的三维运动单元，代替传统的机械臂，提高机器人运动的精度；通过新增CCD摄像机的视图采集、三维建模，直接获取固定后的待焊接物品的实际参数，减少人工输入参数与实际尺寸的误差；通过缝隙检测器对不同的焊接区域进行信息采集，对焊机过程进行修正，提高焊接进度。还涉及一种高精度自动焊接机器人的焊接方法，该方法控制终端对待焊接物体进行三维建模，以向量的方式直接对运动机构输出运动信息，控制焊枪的运动轨迹，解决了现有的焊接机器人在焊机过程中精度偏低，不能根据具体工作环境进行修正的问题。
Description
本发明属于机械焊接领域，尤其是一种高精度自动焊接机器人及其焊接方法。
传统的焊接方法主要包括人工焊接、机器焊接两种方法，人机焊接的工作方式，由于焊接工人的工作经验存在一定的差异性，导致焊接效果不一致，工作效率低下，焊接质量不能保证等问题，以及焊接过程中的辐射或高温等对人体也是较大的伤害；人机焊接的方式可以大幅度提高焊接效率和质量，大多采用可编程的控制程序，在人工输入参数后，机器人或焊接设备重复机械的焊接工作。
申请人在仔细研究现有技术后，发现现有的机器人焊接还是存在以下问题：1、待焊接物体的相关参数均由人工输入，与实际固定位置可能存在一定偏差，因此，机器人在执行过程中，容易出现一定的误差；2、传统焊接机器人通过机械臂带动焊枪的移动，由于机械臂的精度问题，进一步导致焊接精度的下降；3、焊接机器人一般采用可编程的控制程序，实现示教再现，仅能根据自身参数或者人工输入对焊接过程进行修正，而不能随着周围焊接的具体情况进行修正。
提供一种高精度自动焊接机器人，以解决现有的焊接机器人在焊机过程中存在精度偏低，不能根据具体工作环境进行修正的问题。
一种高精度自动焊接机器人，包括：X轴运动单元、Y轴运动单元、Z轴运动单元和焊接单元四部分。
Z轴运动单元，包括设置工作平面上的两个电机安装座，分别设置在两个电机安装座内的两个第一步进电机，与所述第一步进电机输出轴相连接、且垂直与所述电机安装的滚珠丝杆，垂直安装固定在所述电机安装座Z轴支撑导柱，通过滚珠轴承和直线轴承套套装在所述滚珠丝杆和Z轴支撑导柱上的两个X轴安装板，水平固定安装在两个电机安装座两侧的两个X轴向的固定杆。
Y轴运动单元，包括固定安装在所述固定杆上的固定支座，通过直线轴承安装在所述固定支座两侧、且垂直于所述X轴固定杆的两个Y轴水平导柱，与所述Y轴水平导柱焊接的支撑平台，连接两侧的Y轴水平导柱两端的两个连接板，设置在所述两个连接板、且呈斜对角分布的第一齿条固定座和第二齿条固定座，固定安装所述固定支座上的第二步进电机，与所述第二步进电机输出轴相连接、且与所述第一齿条固定座在Y轴方向水平对齐的第一主动齿轮，安装在所述主动齿轮一侧的固定支座上、且与所述第二齿条固定座在Y轴方向水平对齐的第一随动齿轮，以及两端固定于第一齿条固定座和第二齿条固定座、依次穿过第一主动齿轮和第一随动齿轮、且与之相啮合的第一齿条；其中，直线轴承与固定支座固定连接。
X轴运动单元，包括焊接在两个X轴安装板之间的X轴水平导柱，通过直线轴承套装在所述X轴水平导柱上的微调安装板，设置在其中一个X轴安装板上的第三步进电机，与所述第三步进电机输出轴相连接的第二主动齿轮，安装在另一个X轴安装板上的第二随动齿轮，套装在所述第二主动齿轮和第二随动齿轮之间、两端固定在所述微调安装板上、且为环形的第二齿条。
焊接单元，包括安装在所述微调安装板上的缝隙检测器和角度调节器，以及设置在所述角度调节器上的焊枪。
在进一步的实施例中，所述支撑平台底部设置有多个真空吸盘，在真空吸盘上设置有至少三个可拆卸的固定组件，在所述固定组件包括：底板，设置在底板上的固定夹钳，包裹在所述固定夹钳上的橡胶衬套。
在进一步的实施例中，所述支撑平台的周围，至少在上、左、前三个方向设置有CCD摄像机，且每个CCD摄像机与支撑板的中心的距离相等；或，通过其它辅助设备控制CCD摄像机以带支撑平台为中心旋转360°进行拍摄。
在进一步的实施例中，所述角度检测装置包括：以预定角度固定安装在所述微调安装板底部的激光发生器，固定在所述激光发生器射线发射端的直准器，以及以预定角度设置在所述微调安装板上的激光接收器。
在进一步的实施例中，所述角度调节装置包括：固定安装在所述微调安装板底部的第一小型步进电机，与所述第一小型步进电机相连接的旋转支臂，垂直于、并固定在所述旋转支臂上的所述第二小型步进电机，与所述第二小型步进电机输出轴和焊枪尾部相连接的齿轮组。
在进一步的实施例中，所述运动单元、固定组件、调节装置和检测装置等设备均与控制终端相连接。
另一方面，一种高精度自动焊接机器人的焊接方法，包括：
S1、将待焊接物体放置在支撑平台的中心位置，保持其中一个固定组件不动，调整其它固定组件的位置至与待焊接物品相贴合，通过夹钳和真空吸盘将待焊接物体夹持；
S2、使用CCD摄像机拍摄多角度的视图，传输至控制中心，通过MATLAB数据处理，进行数学建模，以其中不动的固定组件为原点，形成三维模型；
或，直接导入该物体的工程制图，通过MATLAB数据处理，进行数学建模，形成三维模型；
S3、在三维模型中确定待焊接区域，MATLAB输出三维坐标点，控制X/Y/Z轴三个方向的运动单元运动预定距离，至焊接点；
S4、控制终端根据激光接收器接收到激光的强度和角度等信息，通过MATLAB确定焊接缝隙的宽度和角度，并计算确定出焊枪的运动轨迹和运动速度；
S5、控制终端以向量的形式输出信息，控制X/Y/Z轴三个方向的运动单元和角度调整器，以预定速度运动预定距离，完成焊接。
在进一步的实施例中，所述S2步骤的三维模型构建方法为：
S201、前期视图准备：将拍摄的图片进行缩放，使得各个角度的视图图片的轮廓满足“长对正，宽相等，高平齐”的视图规范；
S202、建立平面坐标系：以不动的固定组件中预定参考点为原点，分别选取主视图、左视图轮廓线建立O-XZ、O-YZ两个平面直角坐标系，
S203、建立平面特征点：平均选取每个视图的轮廓曲线的多个特征点，计算特征点到原点的距离、特征点与原点的连线和每个轴线之间的角度；
S204、建立空间特征点：比较不同轮廓曲线的特征点之间的像素点灰度值差值、曲率变化和以及像素点周围的特征图像相似度，当三者差值均小于阈值时，即认为不同轮廓曲线特征点在实际物体中为同一特征点，并组成特征点集合；
S205、丰富空间特征点，任取其它两组视图，重复S202～S204，丰富特征点集合数据库，使得相邻的两个空间特征点之间的像素距离小于2像素点；
S206、建立空间坐标系：建立O-XYZ三维直角坐标系，根据特征点集合，求出所述三维像素坐标；
S207、建立三维模型：以平滑曲线连接相邻的两个空间特征点，组成封闭的曲面，得到待焊接物体的三维模型图；
S208、输出空间坐标：以不动的固定组件中某两个固定参考点的实际距离，计算出三维模型的实际坐标。
在进一步的实施例中，所述S4步骤的焊接缝隙的宽度和角度的具体方法为：
S401、激光发生器发射出预定角度α的一束低功率激光，在经过直准器校准后通过，照射在所述待焊接区域，进过水平的金属板（与水平夹角为β=0°）反射后，被激光接收器接收，检测激光及时接收时的光强和角度；
S402、当激光束照射到缝隙时，此时激光接收器中与该缝隙相对应的接收单元无任何接收信号，通过接收单元的个数确定所述缝隙的宽度，以及配合激光发生器的移动速度，确定缝隙长度；
S403、当激光束照射与水平夹角为β的金属板时，此时激光接收器接收角度为γ，与标准接收情况（与水平夹角为β=0°）偏移X，以此计算出水平夹角为β为预定角度α与接收角度γ的差值的一半，根据光线偏移方向确定待加工物体的倾斜方向；
S404、根据缝隙宽度和角度修正、补充三维模型中缝隙的实际坐标。
本发明涉及一种高精度自动焊接机器人及其焊接方法，在设备方面，通过设置高精度的三维运动单元，代替传统的机械臂，提高机器人运动的精度；通过CCD摄像机的视图采集、三维建模，直接获取固定后的待焊接物品的实际参数，减少人工输入参数与实际尺寸的误差，进一步提高焊接精度；通过缝隙检测器对不同的焊接区域进行信息采集，对焊机过程进行修正，以提高焊接进度；在方法部分，通过CCD摄像机采集相关的视图信息，缝隙检测器对数据进行修正，控制终端以数学建模的方式，对待焊接物体进行三维建模，以向量的方式直接对运动机构输出运动信息，控制焊枪的运动轨迹，能够大大的提高焊接精度。解决了现有的焊接机器人在焊机过程中存在精度偏低，不能根据具体工作环境进行修正的问题。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中Z轴运动单元的结构示意图。
图3是本发明中Y轴运动单元的结构示意图。
图4是本发明中X轴运动单元的结构示意图。
图5是本发明中支撑平台的结构示意图。
图6是本发明中缝隙检测器的原理示意图。
图7是本发明中角度调节器的结构示意图。
附图标记为：电机安装座1、第一步进电机2、滚珠丝杆3、Z轴支撑导柱4、X轴安装板5、固定杆6、固定支座7、Y轴水平导柱8、支撑平台9、连接板10、第一齿条固定座11、第二齿条固定座12、第二步进电机13、第一主动齿轮14、第一随动齿轮15、第一齿条16、X轴水平导柱17、微调安装板18、第三步进电机19、第二主动齿轮20、第二随动齿轮21、第二齿条22、焊枪23、固定组件24、缝隙检测器25、角度调节器26、真空吸盘2401、底板2402、固定夹钳2403、激光发生器2501、直准器2502、激光接收器2503、第一小型步进电机2601、旋转支臂2602、第二小型步进电机2603。
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如附图1所示，一种高精度自动焊接机器人，包括：X轴运动单元、Y轴运动单元、Z轴运动单元和焊接单元四部分。
如附图2所示，Z轴运动单元包括：电机安装座1、第一步进电机2、滚珠丝杆3、Z轴支撑导柱4、X轴安装板5、固定杆6。两个电机安装座1固定安装在工作平面上，作为所述机器人的支撑座，在两个电机安装座1内分别安装有两个第一步进电机2，且所述两个第一步进电机2为同频电机，其型号为Y250M-8，滚珠丝杆3垂直于所述第一步进电机2输出轴上，其型号为BBSR5010-2250，其螺纹距为10mm，在两个电机安装座1上均垂直安装固定有Z轴支撑导柱4，两个X轴安装板5通过滚珠轴承和直线轴承套套装在所述滚珠丝杆3和Z轴支撑导柱4上，两个X轴向的固定杆6水平固定安装在两个电机安装座1两侧。第一步进电机2通过带动滚珠丝杆3的转动，带动所述X轴安装板5沿着滚珠丝杆3和Z轴支撑导柱4上下运动，其中，滚珠丝杆3的螺纹距离为7.5mm，Z轴运动单元的输出精度为0.1～0.5‰。
如附图3所示，Y轴运动单元包括：固定支座7、Y轴水平导柱8、支撑平台9、连接板10、第一齿条16固定座11、第二齿条22固定座12、第二步进电机13、第一主动齿轮14、第一随动齿轮15、第一齿条16。固定支座7固定安装在所述固定杆6上，两个Y轴水平导柱8套装在固定安装在固定支座7两侧的直线轴承上，且水平垂直于所述X轴固定杆6的，在Y轴水平导柱8两端连接有两个连接板10，支撑平台9焊接在有所述Y轴水平导柱8和连接板10组成的四边形上，第一齿条16固定座11和第二齿条22固定座12设置在所述两个连接板10上，且呈斜对角分布，第二步进电机13固定安装所述固定支座7上，第一主动齿轮14与所述第二步进电机13输出轴相连接，且与所述第一齿条16固定座11在Y轴方向水平对齐；第一随动齿轮15安装在所述主动齿轮一侧的固定支座7上、且与所述第二齿条22固定座12在Y轴方向水平对齐，第一齿条16两端固定于第一齿条16固定座11和第二齿条22固定座12，依次穿过第一主动齿轮14和第一随动齿轮15、且与之相啮合。第二步进电机13带动所述主动齿轮转动，通过相互啮合的第一齿条16，带动所述支撑平台9沿着所述Y轴水平导柱8水平运动。其中，所述第二步进电机13采用的型号为Y225M-8，第一齿条16的齿间距为12.5mm，整个Y轴运动单元的精度为0.5～1‰。
如附图4所示，X轴运动单元包括：X轴水平导柱17、微调安装板18、第三步进电机19、第二主动齿轮20、第二随动齿轮21、第二齿条22、推进齿条。X轴水平导柱17焊接在两个X轴安装板5之间，微调安装板18通过直线轴承套装在所述X轴水平导柱17上，第三步进电机19固定安装在其中一个X轴安装板5上，第二主动齿轮20与所述第三步进电机19输出轴相连接，第二随动齿轮21安装在另一个X轴安装板5上，为环形的第二齿条22套装在所述第二主动齿轮20和第二随动齿轮21之间，且两端固定在微调安装板18上。第三步进电机19带动所述主动齿轮转动，通过相互啮合的第二齿条22，带动所述支撑平台9沿着所述X轴水平导柱17水平运动。其中，所述第三步进电机19采用的型号为Y225M-8，，第一齿条16的齿间距为12.5mm，整个Y轴运动单元的精度为0.5～1‰。
通过上述X轴运动单元、Y轴运动单元、Z轴运动单元三个方向组合，代替传统的旋转型的机械臂，一方面通过螺纹刻度进行定量运动，对电机的可以大大削弱电机精度对运动的影响，另一方面该机器人的运动可以向量形式分解运动，减小信号传递导致的误差。因此该机器人三个方向上的运动精度可以达到了千分之一级，远高于传统机械臂的百分之一级的运动精度。
焊接单元，包括安装在所述微调安装板18上的缝隙检测器25和角度调节器26，以及设置在所述角度调节器26上的焊枪23。其中，如附图6所示，所述角度检测装置包括：激光发生器2501、直准器2502、激光接收器2503。激光发生器2501以预定角度固定安装在所述微调安装板18底部，直准器2502固定在所述激光发生器2501射线发射端，激光接收器2503以及以预定角度设置在所述微调安装板18上。通过激光照射在待焊接区域位置，通过发射和接收时的激光变化、和强度变化，可以检测所述待焊接区域的实际情况，方便后续预定的焊接工艺进行优化。如附图7所示，所述角度调节装置包括：第一小型步进电机2601、旋转支臂2602、第二步进电机13。第一小型步进电机2601固定安装在所述微调安装板18底部的，旋转支臂2602与所述第一小型步进电机2601相连接，第二小型步进电机2603垂直于、并固定在所述旋转支臂2602上的所述，所述第二小型步进电机2603输出轴与焊枪23尾部之间通过设置在所悬臂支臂上的多个齿轮组相连接。可以适当调整焊枪23与待焊接面的角度，可以大幅提高焊接时精度和加工效率。
如附图5所示，作为一个优选方案，所述支撑平台9底部设置有多个真空吸盘2401或者电磁铁，用于吸附固定组件24，在支撑平台9上设置有至少三个可拆卸的固定组件24，保持一个固定组件24的位置，通过调整其它固定组件24的位置与待焊接零件的轮廓相匹配，所述固定组件24包括：底板2402，设置在底板2402上的固定夹钳2403，包裹在所述固定夹钳2403上的橡胶衬套；用于固定待焊接零件。
作为一个优选方案，所述支撑平台9的周围，至少在上、左、前三个方向设置有CCD摄像机，且每个CCD摄像机与支撑板的中心的距离相等；或，通过其它辅助设备控制CCD摄像机以带支撑平台9为中心旋转360°进行拍摄。得到多个面的视图，方便后期的三维建模时，样本数据的丰富性。
需要说明的是，所述运动单元、固定组件24、调节装置和检测装置等设备均与控制终端相连接。控制终端与各执行单元之间通过有线/无线相连接，用于信息传输和数据分析。
另一方面，为了进一步理解、说明一种高精度自动焊接机器人，固定对其焊接方法进行简略说明：
S1、将待焊接物体放置在支撑平台9的中心位置，保持其中一个固定组件24不动，调整其它固定组件24的位置至与待焊接物品相贴合，通过夹钳和真空吸盘2401将待焊接物体夹持；
S2、使用CCD摄像机拍摄多角度的视图，传输至控制中心，通过MATLAB数据处理，进行数学建模，以其中不动的固定组件24为原点，形成三维模型；
或，直接导入该物体的工程制图，通过MATLAB数据处理，进行数学建模，形成三维模型；
S3、在三维模型中确定待焊接区域，MATLAB输出三维坐标点，控制X/Y/Z轴三个方向的运动单元运动预定距离，至焊接点；
S4、控制终端根据激光接收器2503接收到激光的强度和角度等信息，通过MATLAB确定焊接缝隙的宽度和角度，并计算确定出焊枪23的运动轨迹和运动速度；
S5、控制终端以向量的形式输出信息，控制X/Y/Z轴三个方向的运动单元和角度调整器，以预定速度运动预定距离，完成焊接。
在进一步的实施例中，所述S2步骤的三维模型构建方法为：
S201、前期视图准备：将拍摄的图片进行缩放，使得各个角度的视图图片的轮廓满足“长对正，宽相等，高平齐”的视图规范；
S202、建立平面坐标系：以不动的固定组件24中预定参考点为原点，分别选取主视图、左视图轮廓线建立O-XZ、O-YZ两个平面直角坐标系，
S203、建立平面特征点：平均选取每个视图的轮廓曲线的多个特征点，计算特征点到原点的距离、特征点与原点的连线和每个轴线之间的角度；
S204、建立空间特征点：比较不同轮廓曲线的特征点之间的像素点灰度值差值、曲率变化和以及像素点周围的特征图像相似度，当三者差值均小于阈值时，即认为不同轮廓曲线特征点在实际物体中为同一特征点，并组成特征点集合；
S205、丰富空间特征点，任取其它两组视图，重复S202～S204，丰富特征点集合数据库，使得相邻的两个空间特征点之间的像素距离小于2像素点；
S206、建立空间坐标系：建立O-XYZ三维直角坐标系，根据特征点集合，求出所述三维像素坐标；
S207、建立三维模型：以平滑曲线连接相邻的两个空间特征点，组成封闭的曲面，得到待焊接物体的三维模型图；
S208、输出空间坐标：以不动的固定组件24中某两个固定参考点的实际距离，计算出三维模型的实际坐标。
如附图6所示，所述S4步骤的焊接缝隙的宽度和角度的具体方法为：
S401、激光发生器2501发射出预定角度α的一束低功率激光，在经过直准器2502校准后通过，照射在所述待焊接区域，进过水平的金属板（与水平夹角为β=0°）反射后，被激光接收器2503接收，检测激光及时接收时的光强和角度；
S402、当激光束照射到缝隙时，此时激光接收器2503中与该缝隙相对应的接收单元无任何接收信号，通过接收单元的个数确定所述缝隙的宽度，以及配合激光发生器2501的移动速度，确定缝隙长度；
S403、当激光束照射与水平夹角为β的金属板时，此时激光接收器2503接收角度为γ，与标准接收情况（与水平夹角为β=0°）偏移X，以此计算出水平夹角为β为预定角度α与接收角度γ的差值的一半，根据光线偏移方向确定待加工物体的倾斜方向；
S404、根据缝隙宽度和角度修正、补充三维模型中缝隙的实际坐标。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
Claims (9)
- 一种高精度自动焊接机器人，其特征在于，包括：Z轴运动单元，包括设置工作平面上的两个电机安装座，分别设置在两个电机安装座内的两个第一步进电机，与所述第一步进电机输出轴相连接、且垂直与所述电机安装的滚珠丝杆，垂直安装固定在所述电机安装座Z轴支撑导柱，通过滚珠轴承和直线轴承套套装在所述滚珠丝杆和Z轴支撑导柱上的两个X轴安装板，水平固定安装在两个电机安装座两侧的两个X轴向的固定杆；Y轴运动单元，包括固定安装在所述固定杆上的固定支座，通过直线轴承安装在所述固定支座两侧、且垂直于所述X轴固定杆的两个Y轴水平导柱，与所述Y轴水平导柱焊接的支撑平台，连接两侧的Y轴水平导柱两端的两个连接板，设置在所述两个连接板、且呈斜对角分布的第一齿条固定座和第二齿条固定座，固定安装所述固定支座上的第二步进电机，与所述第二步进电机输出轴相连接、且与所述第一齿条固定座在Y轴方向水平对齐的第一主动齿轮，安装在所述主动齿轮一侧的固定支座上、且与所述第二齿条固定座在Y轴方向水平对齐的第一随动齿轮，以及两端固定于第一齿条固定座和第二齿条固定座、依次穿过第一主动齿轮和第一随动齿轮、且与之相啮合的第一齿条；其中，直线轴承与固定支座固定连接；X轴运动单元，包括焊接在两个X轴安装板之间的X轴水平导柱，通过直线轴承套装在所述X轴水平导柱上的微调安装板，设置在其中一个X轴安装板上的第三步进电机，与所述第三步进电机输出轴相连接的第二主动齿轮，安装在另一个X轴安装板上的第二随动齿轮，套装在所述第二主动齿轮和第二随动齿轮之间、两端固定在所述微调安装板上、且为环形的第二齿条；焊接单元，包括安装在所述微调安装板上的缝隙检测器和角度调节器，以及设置在所述角度调节器上的焊枪。
- 根据权利要求1所述的高精度自动焊接机器人，其特征在于，所述支撑平台底部设置有多个真空吸盘，在真空吸盘上设置有至少三个可拆卸的固定组件，在所述固定组件包括：底板，设置在底板上的固定夹钳，包裹在所述固定夹钳上的橡胶衬套。
- 根据权利要求1所述的高精度自动焊接机器人，其特征在于，所述支撑平台的周围，至少在上、左、前三个方向设置有CCD摄像机，且每个CCD摄像机与支撑板的中心的距离相等；或，通过其它辅助设备控制CCD摄像机以带支撑平台为中心旋转360°进行拍摄。
- 根据权利要求1所述的高精度自动焊接机器人，其特征在于，所述角度检测装置包括：以预定角度固定安装在所述微调安装板底部的激光发生器，固定在所述激光发生器射线发射端的直准器，以及以预定角度设置在所述微调安装板上的激光接收器。
- 根据权利要求1所述的高精度自动焊接机器人，其特征在于，所述角度调节装置包括：固定安装在所述微调安装板底部的第一小型步进电机，与所述第一小型步进电机相连接的旋转支臂，垂直于、并固定在所述旋转支臂上的所述第二小型步进电机，与所述第二小型步进电机输出轴和焊枪尾部相连接的齿轮组。
- 根据权利要求1～5任意一条所述的高精度自动焊接机器人，其特征在于，所述运动单元、固定组件、调节装置和检测装置等设备均与控制终端相连接。
- 一种高精度自动焊接机器人的焊接方法，其特征在于，包括：S1、将待焊接物体放置在支撑平台的中心位置，保持其中一个固定组件不动，调整其它固定组件的位置至与待焊接物品相贴合，通过夹钳和真空吸盘将待焊接物体夹持；S2、使用CCD摄像机拍摄多角度的视图，传输至控制中心，通过MATLAB数据处理，进行数学建模，以其中不动的固定组件为原点，形成三维模型；或，直接导入该物体的工程制图，通过MATLAB数据处理，进行数学建模，形成三维模型；S3、在三维模型中确定待焊接区域，MATLAB输出三维坐标点，控制X/Y/Z轴三个方向的运动单元运动预定距离，至焊接点；S4、控制终端根据激光接收器接收到激光的强度和角度等信息，通过MATLAB确定焊接缝隙的宽度和角度，并计算确定出焊枪的运动轨迹和运动速度；S5、控制终端以向量的形式输出信息，控制X/Y/Z轴三个方向的运动单元和角度调整器，以预定速度运动预定距离，完成焊接。
- 根据权利要求7所述的高精度自动焊接机器人的焊接方法，其特征在于，所述S2步骤的三维模型构建方法为：S201、前期视图准备：将拍摄的图片进行缩放，使得各个角度的视图图片的轮廓满足“长对正，宽相等，高平齐”的视图规范；S202、建立平面坐标系：以不动的固定组件中预定参考点为原点，分别选取主视图、左视图轮廓线建立O-XZ、O-YZ两个平面直角坐标系，S203、建立平面特征点：平均选取每个视图的轮廓曲线的多个特征点，计算特征点到原点的距离、特征点与原点的连线和每个轴线之间的角度；S204、建立空间特征点：比较不同轮廓曲线的特征点之间的像素点灰度值差值、曲率变化和以及像素点周围的特征图像相似度，当三者差值均小于阈值时，即认为不同轮廓曲线特征点在实际物体中为同一特征点，并组成特征点集合；S205、丰富空间特征点，任取其它两组视图，重复S202～S204，丰富特征点集合数据库，使得相邻的两个空间特征点之间的像素距离小于2像素点；S206、建立空间坐标系：建立O-XYZ三维直角坐标系，根据特征点集合，求出所述三维像素坐标；S207、建立三维模型：以平滑曲线连接相邻的两个空间特征点，组成封闭的曲面，得到待焊接物体的三维模型图；S208、输出空间坐标：以不动的固定组件中某两个固定参考点的实际距离，计算出三维模型的实际坐标。
- 根据权利要求7所述的高精度自动焊接机器人的焊接方法，其特征在于，所述S4步骤的焊接缝隙的宽度和角度的具体方法为：S401、激光发生器发射出预定角度α的一束低功率激光，在经过直准器校准后通过，照射在所述待焊接区域，进过水平的金属板（与水平夹角为β=0°）反射后，被激光接收器接收，检测激光及时接收时的光强和角度；S402、当激光束照射到缝隙时，此时激光接收器中与该缝隙相对应的接收单元无任何接收信号，通过接收单元的个数确定所述缝隙的宽度，以及配合激光发生器的移动速度，确定缝隙长度；S403、当激光束照射与水平夹角为β的金属板时，此时激光接收器接收角度为γ，与标准接收情况（与水平夹角为β=0°）偏移X，以此计算出水平夹角为β为预定角度α与接收角度γ的差值的一半，根据光线偏移方向确定待加工物体的倾斜方向；S404、根据缝隙宽度和角度修正、补充三维模型中缝隙的实际坐标。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910413963.7A CN110026717B (zh) | 2019-05-17 | 2019-05-17 | 一种高精度自动焊接机器人及其焊接方法 |
| CN201910413963.7 | 2019-05-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2020233273A1 true WO2020233273A1 (zh) | 2020-11-26 |
Family
ID=67242561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/CN2020/084150 WO2020233273A1 (zh) | 2019-05-17 | 2020-04-10 | 一种高精度自动焊接机器人及其焊接方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110026717B (zh) |
| WO (1) | WO2020233273A1 (zh) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112719708A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-30 | 浙江银安人防设备有限公司 | 一种焊接机以及应用该焊接机的封堵板生产工艺 |
| CN114043140A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-02-15 | 湖北工业大学 | 一种车辆加工用旋转装置 |
| CN114161006A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-03-11 | 苏州凌创电子系统有限公司 | 一种基于安全气囊发生器原理的激光焊接装置 |
| CN114161412A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-03-11 | 无锡鑫金雨智能制造有限公司 | 一种全联动焊接机器人结构及其控制方法 |
| CN114344511A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-15 | 桂林电子科技大学 | 等离子体灭菌装置和等离子体灭菌方法 |
| CN114589440A (zh) * | 2022-04-20 | 2022-06-07 | 山东省产品质量检验研究院 | 一种5g快速反应智慧焊接机器人 |
| CN114749848A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-07-15 | 深圳了然视觉科技有限公司 | 一种基于3d视觉引导的钢筋焊接自动化系统 |
| CN115256465A (zh) * | 2022-07-29 | 2022-11-01 | 江苏航鼎智能装备有限公司 | 一种消除工业机器人齿轮传动中反向间隙的方法 |
| CN115837505A (zh) * | 2023-02-14 | 2023-03-24 | 湖南蓝天智能装备科技有限公司 | 一种适应不同厚度焊接件的电弧焊机器人 |
| CN116275671A (zh) * | 2023-05-23 | 2023-06-23 | 定州市宏远机械有限公司 | 汽车龙门架多工位智能焊接装置 |
| CN116493800A (zh) * | 2023-06-26 | 2023-07-28 | 安徽哈工道一智能制造技术有限公司 | 一种用于汽车焊接精度检测装置 |
| CN116532834A (zh) * | 2023-02-03 | 2023-08-04 | 杭州简森五金制品有限公司 | 具有自动化夹持功能的移门导轨焊接设备 |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110026717B (zh) * | 2019-05-17 | 2019-10-22 | 南京禹智智能科技有限公司 | 一种高精度自动焊接机器人及其焊接方法 |
| CN110421292A (zh) * | 2019-08-14 | 2019-11-08 | 异起(上海)智能科技有限公司 | 一种焊接机器人的对目标物体轮廓定位的方法和装置 |
| CN110421288A (zh) * | 2019-08-14 | 2019-11-08 | 异起(上海)智能科技有限公司 | 一种焊接机器人的对目标物体轮廓定位的方法和装置 |
| CN110788484B (zh) * | 2019-11-01 | 2020-09-18 | 成都大德人光电科技有限公司 | 一种汽车白车身3d激光智能焊接方法 |
| CN111242989B (zh) * | 2019-12-31 | 2023-04-18 | 芯思杰技术(深圳)股份有限公司 | 平台调整方法、装置、计算机设备和存储介质 |
| CN113074632B (zh) * | 2021-03-15 | 2022-08-16 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种焊接管道精准定位的方法 |
| CN113042940A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-06-29 | 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 | 一种焊接机器人的标准化编程方法及系统 |
| CN114030001A (zh) * | 2021-11-15 | 2022-02-11 | 武汉理工大学 | 一种产品设计产业化辅助用具 |
| CN114888494B (zh) * | 2022-06-28 | 2023-04-25 | 中国十七冶集团有限公司 | 一种高空钢梁焊接机器人、焊头调节机构及焊接方法 |
| CN115502505A (zh) * | 2022-10-28 | 2022-12-23 | 恒烁半导体(合肥)股份有限公司 | 一种mcu芯片焊接装置 |
| CN116571852B (zh) * | 2023-07-11 | 2023-09-26 | 四川吉埃智能科技有限公司 | 一种机器人螺柱自动焊接方法和系统 |
| CN116900575B (zh) * | 2023-09-07 | 2023-11-14 | 吉林省金安达建筑工程有限公司 | 钢结构焊接装置 |
| CN117047254B (zh) * | 2023-10-12 | 2024-01-02 | 深圳市雅诺科技股份有限公司 | 一种超声波焊接的控制方法及装置 |
| CN117097986B (zh) * | 2023-10-16 | 2024-01-19 | 钛玛科（北京）工业科技有限公司 | 一种线阵相机所采集的图像质量调整装置及其工作方法 |
| CN117399862B (zh) * | 2023-11-29 | 2024-03-26 | 娄底市亿和机械制造有限公司 | 智能焊接机 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1076363A (ja) * | 1996-08-30 | 1998-03-24 | Toshiba Corp | 高エネルギ密度熱源溶接部の強度改善方法 |
| CN206335213U (zh) * | 2016-12-30 | 2017-07-18 | 东莞市诚科电子科技有限公司 | 一种遥控器板双烙铁头焊锡机器人 |
| CN109048148A (zh) * | 2018-08-20 | 2018-12-21 | 南京理工大学 | 基于双目视觉坡口钝边识别模型与机器人自适应焊接方法 |
| CN109483018A (zh) * | 2018-11-06 | 2019-03-19 | 湖北书豪智能科技有限公司 | 管道自动焊接中焊缝的主动视觉引导方法 |
| CN109483017A (zh) * | 2018-10-23 | 2019-03-19 | 东莞理工学院 | 一种基于图像识别的焊缝跟踪系统及其优化方法 |
| CN110026717A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-07-19 | 南京禹智智能科技有限公司 | 一种高精度自动焊接机器人及其焊接方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202199939U (zh) * | 2011-07-19 | 2012-04-25 | 福建省维德科技有限公司 | 一种激光复合焊接设备 |
-
2019
- 2019-05-17 CN CN201910413963.7A patent/CN110026717B/zh active Active
-
2020
- 2020-04-10 WO PCT/CN2020/084150 patent/WO2020233273A1/zh active Application Filing
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1076363A (ja) * | 1996-08-30 | 1998-03-24 | Toshiba Corp | 高エネルギ密度熱源溶接部の強度改善方法 |
| CN206335213U (zh) * | 2016-12-30 | 2017-07-18 | 东莞市诚科电子科技有限公司 | 一种遥控器板双烙铁头焊锡机器人 |
| CN109048148A (zh) * | 2018-08-20 | 2018-12-21 | 南京理工大学 | 基于双目视觉坡口钝边识别模型与机器人自适应焊接方法 |
| CN109483017A (zh) * | 2018-10-23 | 2019-03-19 | 东莞理工学院 | 一种基于图像识别的焊缝跟踪系统及其优化方法 |
| CN109483018A (zh) * | 2018-11-06 | 2019-03-19 | 湖北书豪智能科技有限公司 | 管道自动焊接中焊缝的主动视觉引导方法 |
| CN110026717A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-07-19 | 南京禹智智能科技有限公司 | 一种高精度自动焊接机器人及其焊接方法 |
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112719708A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-30 | 浙江银安人防设备有限公司 | 一种焊接机以及应用该焊接机的封堵板生产工艺 |
| CN112719708B (zh) * | 2020-12-25 | 2022-01-04 | 浙江银安人防设备有限公司 | 一种焊接机以及应用该焊接机的封堵板生产工艺 |
| CN114161412B (zh) * | 2021-11-30 | 2023-09-01 | 无锡鑫金雨智能制造有限公司 | 一种全联动焊接机器人结构及其控制方法 |
| CN114161412A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-03-11 | 无锡鑫金雨智能制造有限公司 | 一种全联动焊接机器人结构及其控制方法 |
| CN114043140A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-02-15 | 湖北工业大学 | 一种车辆加工用旋转装置 |
| CN114161006B (zh) * | 2021-12-22 | 2023-08-04 | 苏州凌创电子系统有限公司 | 一种激光焊接装置 |
| CN114161006A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-03-11 | 苏州凌创电子系统有限公司 | 一种基于安全气囊发生器原理的激光焊接装置 |
| CN114344511B (zh) * | 2021-12-31 | 2024-02-23 | 桂林电子科技大学 | 等离子体灭菌装置和等离子体灭菌方法 |
| CN114344511A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-15 | 桂林电子科技大学 | 等离子体灭菌装置和等离子体灭菌方法 |
| CN114589440A (zh) * | 2022-04-20 | 2022-06-07 | 山东省产品质量检验研究院 | 一种5g快速反应智慧焊接机器人 |
| CN114749848A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-07-15 | 深圳了然视觉科技有限公司 | 一种基于3d视觉引导的钢筋焊接自动化系统 |
| CN115256465A (zh) * | 2022-07-29 | 2022-11-01 | 江苏航鼎智能装备有限公司 | 一种消除工业机器人齿轮传动中反向间隙的方法 |
| CN116532834B (zh) * | 2023-02-03 | 2023-09-19 | 杭州简森五金制品有限公司 | 具有自动化夹持功能的移门导轨焊接设备 |
| CN116532834A (zh) * | 2023-02-03 | 2023-08-04 | 杭州简森五金制品有限公司 | 具有自动化夹持功能的移门导轨焊接设备 |
| CN115837505A (zh) * | 2023-02-14 | 2023-03-24 | 湖南蓝天智能装备科技有限公司 | 一种适应不同厚度焊接件的电弧焊机器人 |
| CN116275671B (zh) * | 2023-05-23 | 2023-09-01 | 定州市宏远机械有限公司 | 汽车龙门架多工位智能焊接装置 |
| CN116275671A (zh) * | 2023-05-23 | 2023-06-23 | 定州市宏远机械有限公司 | 汽车龙门架多工位智能焊接装置 |
| CN116493800A (zh) * | 2023-06-26 | 2023-07-28 | 安徽哈工道一智能制造技术有限公司 | 一种用于汽车焊接精度检测装置 |
| CN116493800B (zh) * | 2023-06-26 | 2023-09-19 | 安徽哈工道一智能制造技术有限公司 | 一种用于汽车焊接精度检测装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110026717A (zh) | 2019-07-19 |
| CN110026717B (zh) | 2019-10-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2020233273A1 (zh) | 一种高精度自动焊接机器人及其焊接方法 | |
| CN106570932B (zh) | 基于图像的人体头部三维数据采集系统及其方法 | |
| CN110919134A (zh) | 一种管板定位焊接方法 | |
| CN110238521B (zh) | 一种准直器栅格结构激光精密焊接装置与方法 | |
| CN113691802A (zh) | 一种摄像头测试设备及摄像头成像测试方法 | |
| CN106737859A (zh) | 基于不变平面的传感器与机器人的外部参数标定方法 | |
| CN109447971A (zh) | 一种摆线齿轮型线误差精确提取及关键形位精度快速分析方法 | |
| WO2023024447A1 (zh) | X射线ct检测装置及检测方法 | |
| CN114770517B (zh) | 通过点云获取装置对机器人进行标定的方法以及标定系统 | |
| CN210787971U (zh) | 一种位姿自纠偏式自动涂胶机器人 | |
| CN109719726A (zh) | 一种机械臂手眼标定装置及方法 | |
| CN103192399B (zh) | 一种基于目标运动的显微视觉手眼标定系统及方法 | |
| CN219265247U (zh) | 一种新型多轴联动视觉检测设备 | |
| JP2012242138A (ja) | 形状計測装置 | |
| CN109859273B (zh) | 一种在线式动态视觉加工系统的标定方法 | |
| CN109959445B (zh) | 智能声强扫描系统 | |
| CN208719798U (zh) | 一种可在机自动调节两台工业相机位置的支撑装置 | |
| CN114888501A (zh) | 一种基于三维重建的无示教编程建筑构件焊接装置及方法 | |
| CN209845164U (zh) | 双工位自动调焦机 | |
| JP2000326082A (ja) | レーザ加工機 | |
| CN207901674U (zh) | 3d打印塑胶件的精确定位装置 | |
| CN209054286U (zh) | 一种工业相机安装支架 | |
| CN208528512U (zh) | 一种基于图像检测的仪表组件装配精度控制装置 | |
| CN112936315B (zh) | 一种基于成像方式的机械臂校准方法及装置 | |
| CN114427833B (zh) | 基于结构光测量航空叶片在机检测装置及点云获取方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 20808641 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 20808641 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 20808641 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |