CN105171194A - 用于全自动焊接机器人的多类型焊接加工制造工艺方法 - Google Patents
用于全自动焊接机器人的多类型焊接加工制造工艺方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于全自动焊接机器人的多类型焊接加工制造工艺方法，其能够可靠便捷的实现焊接过程，适用于各种类型的产品焊缝的焊接。本发明包括以下步骤：(1)将焊接机器人装配在焊装生产线的焊接工位上；(2)将焊接机器人通电后初始化；(3)确认焊接机器人各轴角度、零点是否准确；(4)设置机器人控制装置主网络地址、机器人从网络地址，并根据实际需要定义笛卡尔坐标，确定焊枪的坐标；(5)激光条形码扫描系统将焊件扫描成三维模型，导入主工控机，然后通过无线示教装置直接在三维模型上指定焊接信息；(6)主工控机将扫描出来的三维模型信息和焊接信息生成程序代码，发送给机器人控制装置。
Description
技术领域
本发明涉及焊接机器人的焊接加工方法，具体用于焊装生产线上的焊接工位上的焊接机器人的焊接控制。
背景技术
机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。
焊接机器人在焊装生产线上使用的越来月广泛，尤其是汽车车桥等关键部位的焊接；但是传统焊接机器人在大批量加工过程中，其根据不同的焊接类型会设计不同的焊接控制方法，甚至设计不同的焊接机器人，通用性较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于全自动焊接机器人的多类型焊接加工制造工艺方法，其能够可靠便捷的实现焊接过程，适用于各种类型的产品焊缝的焊接。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
用于全自动焊接机器人的多类型焊接加工制造工艺方法，所述焊接机器人包括：机器人本体、焊枪、夹具、机器人控制装置及主工控机；所述机器人本体连接焊枪、机器人控制装置，所述主工控机连接夹具和机器人控制装置；
所述焊接机器人还包括：初始化模块、零点确认模块、地址分配模块、无线示教装置、激光视觉传感系统、激光条形码扫描系统、通讯模块和焊接控制模块；所述初始化模块、零点确认模块、地址分配模块、激光视觉传感系统、激光条形码扫描系统、通讯模块和焊接控制模块依次连接；所述无线示教装置与主工控机无线连接；所述机器人控制装置和所述机器人本体通过电机供电电缆及编码器线连接；
所述多类型焊接加工制造工艺方法包括以下步骤：
(1)将焊接机器人装配在焊装生产线的焊接工位上；
(2)将焊接机器人通电后初始化；
(3)确认焊接机器人各轴角度、零点是否准确；
(4)设置机器人控制装置主网络地址、机器人从网络地址，并根据实际需要定义笛卡尔坐标，确定焊枪的坐标；
(5)激光条形码扫描系统将焊件扫描成三维模型，导入主工控机，然后通过无线示教装置直接在三维模型上指定焊接信息，包括焊缝的位置，长度，焊枪摆动方式；当焊接工件需要批量生产时，通过条形码识别系统读取工件上焊接条形码的焊接信息，然后将信息送到主工控机；由主工控机将条形码信息转化成焊接信号；
(6)主工控机将扫描出来的三维模型信息和焊接信息生成程序代码，发送给机器人控制装置，通过无线示教装置发出启动信息，焊接机器人开始动作；
(7)调试优化焊接轨迹，与主工控机通信，控制焊枪和夹具运动，完成焊接。
本发明的优选实施方式和进一步的改进点如下：
(1)所述焊接机器人中，
所述初始化模块，用于对机器人进行初始化；
所述零点确认模块，用于确认机器人各轴角度、零点是否准确；
所述地址分配模块，用于设置机器人控制装置主网络地址、机器人从网络地址，并根据实际需要定义笛卡尔坐标，确定焊枪的坐标；
所述无线示教装置，对机器人的启动、急停进行操作，根据焊件的形状手动进行各种点、直线、圆弧的插补；
所述激光视觉传感系统，对相应的图像信息进行采集，并且进行图像预处理，然后将信息送到主工控机，主工控机对图像进行焊缝识别，提取出所需的焊接信息，处理后送到机器人控制装置；
所述激光条形码扫描系统，将所需的焊接信息接收并导入主工控机，与焊接工件的三维模型相结合，最后由系统生成程序代码，发送给机器人控制装置进行工作；
所述通讯模块，用于与主工控机交互信号，指挥主工控机来控制所述焊枪进行焊接；
所述焊接控制模块，用于根据机器人控制装置的信号控制焊枪和夹具运动，完成焊接；
(2)所述主工控机和所述机器人控制装置相互之间的通信通过Devicenet连接。
(3)所述焊枪为伺服焊枪。
(4)所述步骤(6)与步骤(7)之间还包含无线示教的步骤，所述无线示教的步骤为操作者通过无线示教装置对焊接机器人的启动、急停进行操作；根据焊件的形状手动进行各种点、直线、圆弧的插补。
进一步的是：在所述无线示教的步骤与步骤(7)之间还包含反馈修改的步骤，所述反馈修改的步骤为激光视觉传感系统将接收到熔池图像信息送到图像采集卡，图像采集卡对图像进行预处理，然后将信息送到主工控机，主工控机对图像进行焊缝识别，提取出所需的焊接信息，软件处理后送到机器人控制装置和焊接控制模块，对焊枪的焊接参数进行反馈修改，保证焊接机器人对焊接条件变化后的适应性。
(5)所述的激光视觉传感系统包括激光器、CCD摄像头、滤光片和图样采集卡；通过CCD摄像头成像后，图样采集卡对相应的图像信息进行采集，并且进行图像预处理，然后将信息送到主工控机，主工控机对图像进行焊缝识别，提取出所需的焊接信息，软件处理后送到机器人控制装置和焊接控制模块。
(6)所述激光条形码扫描系统包括激光扫描仪、可变更激光扫描仪的位置及姿态的控制器和条形码；激光扫描仪将所焊接工件扫描为三维模型导入主工控机，要焊接的工件上贴有相应的条形码；主工控机内部的条形码识别系统将所需的焊接信息接收并与三维模型相结合，最后生成系统程序代码，发送给机器人控制装置。
本发明有益效果是：
本发明用于全自动焊接机器人的多类型焊接加工制造工艺方法，所述焊接机器人包括：机器人本体、焊枪、夹具、机器人控制装置及主工控机；所述机器人本体连接焊枪、机器人控制装置；所述焊接机器人还包括：初始化模块、零点确认模块、地址分配模块、无线示教装置、激光视觉传感系统、激光条形码扫描系统、通讯模块和焊接控制模块；所述初始化模块、零点确认模块、地址分配模块、激光视觉传感系统、激光条形码扫描系统、通讯模块和焊接控制模块依次连接；所述无线示教装置与主工控机无线连接；所述机器人控制装置和所述机器人本体通过电机供电电缆及编码器线连接；
我们通过上述功能模块结构构建了基于本发明制造工艺方法的焊接机器人；其在具体的焊接过程中的制造工艺方法包括以下步骤：
(1)将焊接机器人装配在焊装生产线的焊接工位上；
(2)将焊接机器人通电后初始化；
(3)确认焊接机器人各轴角度、零点是否准确；
(4)设置机器人控制装置主网络地址、机器人从网络地址，并根据实际需要定义笛卡尔坐标，确定焊枪的坐标；
(5)激光条形码扫描系统将焊件扫描成三维模型，导入主工控机，然后通过无线示教装置直接在三维模型上指定焊接信息，包括焊缝的位置，长度，焊枪摆动方式；当焊接工件需要批量生产时，通过条形码识别系统读取工件上焊接条形码的焊接信息，然后将信息送到主工控机；由主工控机将条形码信息转化成焊接信号；
(6)主工控机将扫描出来的三维模型信息和焊接信息生成程序代码，发送给机器人控制装置，通过无线示教装置发出启动信息，焊接机器人开始动作；
(7)调试优化焊接轨迹，与主工控机通信，控制焊枪和夹具运动，完成焊接。
基本的，上述的工艺方法能够自动的完成焊接过程，可以通过主工控机了集中进行工作过程控制，实现可靠的机器人焊接过程；与此同时，我们还无线示教装置，提供友好的人机操作界面和广阔的人机操作空间；操作者可以更快更方便的进行对机器人的控制；在焊缝的路径规划部分，我们通过激光视觉传感系统，具有主动性、非接触的特点，能获取准确物体的三维信息、灵敏度精度高、抗电磁场干扰能力强；本发明的三维激光扫描技术和条形码信息读取装置简化了示教的过程，增加了示教的准确性，缩短了焊接处所间的移动即空程，减少了整体作业时间，增加了焊接的适应范围。
附图说明：
图1为本发明的焊接机器人的结构原理图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
本发明公开的用于全自动焊接机器人的多类型焊接加工制造工艺方法，所述焊接机器人包括：机器人本体、焊枪、夹具、机器人控制装置及主工控机；所述机器人本体连接焊枪、机器人控制装置，所述主工控机连接夹具和机器人控制装置；
所述焊接机器人还包括：初始化模块、零点确认模块、地址分配模块、无线示教装置、激光视觉传感系统、激光条形码扫描系统、通讯模块和焊接控制模块；所述初始化模块、零点确认模块、地址分配模块、激光视觉传感系统、激光条形码扫描系统、通讯模块和焊接控制模块依次连接；所述无线示教装置与主工控机无线连接；所述机器人控制装置和所述机器人本体通过电机供电电缆及编码器线连接；
所述多类型焊接加工制造工艺方法包括以下步骤：
(1)将焊接机器人装配在焊装生产线的焊接工位上；
(2)将焊接机器人通电后初始化；
(3)确认焊接机器人各轴角度、零点是否准确；
(4)设置机器人控制装置主网络地址、机器人从网络地址，并根据实际需要定义笛卡尔坐标，确定焊枪的坐标；
(5)激光条形码扫描系统将焊件扫描成三维模型，导入主工控机，然后通过无线示教装置直接在三维模型上指定焊接信息，包括焊缝的位置，长度，焊枪摆动方式；当焊接工件需要批量生产时，通过条形码识别系统读取工件上焊接条形码的焊接信息，然后将信息送到主工控机；由主工控机将条形码信息转化成焊接信号；
(6)主工控机将扫描出来的三维模型信息和焊接信息生成程序代码，发送给机器人控制装置，通过无线示教装置发出启动信息，焊接机器人开始动作；
(7)调试优化焊接轨迹，与主工控机通信，控制焊枪和夹具运动，完成焊接。
优选的，所述焊接机器人中，
所述初始化模块，用于对机器人进行初始化；
所述零点确认模块，用于确认机器人各轴角度、零点是否准确；
所述地址分配模块，用于设置机器人控制装置主网络地址、机器人从网络地址，并根据实际需要定义笛卡尔坐标，确定焊枪的坐标；
所述无线示教装置，对机器人的启动、急停进行操作，根据焊件的形状手动进行各种点、直线、圆弧的插补；
所述激光视觉传感系统，对相应的图像信息进行采集，并且进行图像预处理，然后将信息送到主工控机，主工控机对图像进行焊缝识别，提取出所需的焊接信息，处理后送到机器人控制装置；
所述激光条形码扫描系统，将所需的焊接信息接收并导入主工控机，与焊接工件的三维模型相结合，最后由系统生成程序代码，发送给机器人控制装置进行工作；
所述通讯模块，用于与主工控机交互信号，指挥主工控机来控制所述焊枪进行焊接；
所述焊接控制模块，用于根据机器人控制装置的信号控制焊枪和夹具运动，完成焊接；
优选的，所述主工控机和所述机器人控制装置相互之间的通信通过Devicenet连接。Devicenet是90年代中期发展起来的一种基于CAN(ControllerAreaNetwork)技术的低成本、高性能的通信网络，最初由美国Rockwell公司开发应用。其是一种低成本的通讯总线。它将工业设备(如：限位开关，光电传感器，阀组，马达启动器，过程传感器，条形码读取器，变频驱动器，面板显示器和操作员接口)连接到网络，从而消除了昂贵的硬接线成本。直接互连性改善了设备间的通讯，并同时提供了相当重要的设备级诊断功能，这是通过硬接线I/O接口很难实现的。它在提供多供货商同类部件间的可互换性的同时，减少了配线和安装工业自动化设备的成本和时间。DeviceNet不仅仅使设备之间以一根电缆互相连接和通讯，更重要的是它给系统所带来的设备级的诊断功能。该功能在传统的I/O上是很难实现的。
优选的，所述焊枪为伺服焊枪。
优选的，所述步骤(6)与步骤(7)之间还包含无线示教的步骤，所述无线示教的步骤为操作者通过无线示教装置对焊接机器人的启动、急停进行操作；根据焊件的形状手动进行各种点、直线、圆弧的插补。手动插补的工作强度低于传统的示教装置全部负责焊接路径规划的过程。
优选的，在所述无线示教的步骤与步骤(7)之间还包含反馈修改的步骤，所述反馈修改的步骤为激光视觉传感系统将接收到熔池图像信息送到图像采集卡，图像采集卡对图像进行预处理，然后将信息送到主工控机，主工控机对图像进行焊缝识别，提取出所需的焊接信息，软件处理后送到机器人控制装置和焊接控制模块，对焊枪的焊接参数进行反馈修改，保证焊接机器人对焊接条件变化后的适应性。
优选的，所述的激光视觉传感系统包括激光器、CCD摄像头、滤光片和图样采集卡；通过CCD摄像头成像后，图样采集卡对相应的图像信息进行采集，并且进行图像预处理，然后将信息送到主工控机，主工控机对图像进行焊缝识别，提取出所需的焊接信息，软件处理后送到机器人控制装置和焊接控制模块。
优选的，所述激光条形码扫描系统包括激光扫描仪、可变更激光扫描仪的位置及姿态的控制器和条形码；激光扫描仪将所焊接工件扫描为三维模型导入主工控机，要焊接的工件上贴有相应的条形码；主工控机内部的条形码识别系统将所需的焊接信息接收并与三维模型相结合，最后生成系统程序代码，发送给机器人控制装置。
上面对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，这些变化涉及本领域技术人员所熟知的相关技术，这些都落入本发明专利的保护范围。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。
Claims (8)
1.用于全自动焊接机器人的多类型焊接加工制造工艺方法，所述焊接机器人包括：机器人本体、焊枪、夹具、机器人控制装置及主工控机；所述机器人本体连接焊枪、机器人控制装置，所述主工控机连接夹具和机器人控制装置；
所述焊接机器人还包括：初始化模块、零点确认模块、地址分配模块、无线示教装置、激光视觉传感系统、激光条形码扫描系统、通讯模块和焊接控制模块；所述初始化模块、零点确认模块、地址分配模块、激光视觉传感系统、激光条形码扫描系统、通讯模块和焊接控制模块依次连接；所述无线示教装置与主工控机无线连接；所述机器人控制装置和所述机器人本体通过电机供电电缆及编码器线连接；
所述多类型焊接加工制造工艺方法包括以下步骤：
(1)将焊接机器人装配在焊装生产线的焊接工位上；
(2)将焊接机器人通电后初始化；
(3)确认焊接机器人各轴角度、零点是否准确；
(4)设置机器人控制装置主网络地址、机器人从网络地址，并根据实际需要定义笛卡尔坐标，确定焊枪的坐标；
(5)激光条形码扫描系统将焊件扫描成三维模型，导入主工控机，然后通过无线示教装置直接在三维模型上指定焊接信息，包括焊缝的位置，长度，焊枪摆动方式；当焊接工件需要批量生产时，通过条形码识别系统读取工件上焊接条形码的焊接信息，然后将信息送到主工控机；由主工控机将条形码信息转化成焊接信号；
(6)主工控机将扫描出来的三维模型信息和焊接信息生成程序代码，发送给机器人控制装置，通过无线示教装置发出启动信息，焊接机器人开始动作；
(7)调试优化焊接轨迹，与主工控机通信，控制焊枪和夹具运动，完成焊接。
2.如权利要求1所述的用于全自动焊接机器人的多类型焊接加工制造工艺方法，其特征在于：所述焊接机器人中，
所述初始化模块，用于对机器人进行初始化；
所述零点确认模块，用于确认机器人各轴角度、零点是否准确；
所述地址分配模块，用于设置机器人控制装置主网络地址、机器人从网络地址，并根据实际需要定义笛卡尔坐标，确定焊枪的坐标；
所述无线示教装置，对机器人的启动、急停进行操作，根据焊件的形状手动进行各种点、直线、圆弧的插补；
所述激光视觉传感系统，对相应的图像信息进行采集，并且进行图像预处理，然后将信息送到主工控机，主工控机对图像进行焊缝识别，提取出所需的焊接信息，处理后送到机器人控制装置；
所述激光条形码扫描系统，将所需的焊接信息接收并导入主工控机，与焊接工件的三维模型相结合，最后由系统生成程序代码，发送给机器人控制装置进行工作；
所述通讯模块，用于与主工控机交互信号，指挥主工控机来控制所述焊枪进行焊接；
所述焊接控制模块，用于根据机器人控制装置的信号控制焊枪和夹具运动，完成焊接；
3.如权利要求1所述的用于全自动焊接机器人的多类型焊接加工制造工艺方法，其特征在于：所述主工控机和所述机器人控制装置相互之间的通信通过Devicenet连接。
4.如权利要求1所述的用于全自动焊接机器人的多类型焊接加工制造工艺方法，其特征在于：所述焊枪为伺服焊枪。
5.如权利要求1所述的用于全自动焊接机器人的多类型焊接加工制造工艺方法，其特征在于：所述步骤(6)与步骤(7)之间还包含无线示教的步骤，所述无线示教的步骤为操作者通过无线示教装置对焊接机器人的启动、急停进行操作；根据焊件的形状手动进行各种点、直线、圆弧的插补。
6.如权利要求5所述的用于全自动焊接机器人的多类型焊接加工制造工艺方法，其特征在于：在所述无线示教的步骤与步骤(7)之间还包含反馈修改的步骤，所述反馈修改的步骤为激光视觉传感系统将接收到熔池图像信息送到图像采集卡，图像采集卡对图像进行预处理，然后将信息送到主工控机，主工控机对图像进行焊缝识别，提取出所需的焊接信息，软件处理后送到机器人控制装置和焊接控制模块，对焊枪的焊接参数进行反馈修改，保证焊接机器人对焊接条件变化后的适应性。
7.如权利要求1所述的用于全自动焊接机器人的多类型焊接加工制造工艺方法，其特征在于：所述的激光视觉传感系统包括激光器、CCD摄像头、滤光片和图样采集卡；通过CCD摄像头成像后，图样采集卡对相应的图像信息进行采集，并且进行图像预处理，然后将信息送到主工控机，主工控机对图像进行焊缝识别，提取出所需的焊接信息，软件处理后送到机器人控制装置和焊接控制模块。
8.如权利要求1所述的全自动焊接机器人的多类型焊接加工制造工艺方法，其特征在于：所述激光条形码扫描系统包括激光扫描仪、可变更激光扫描仪的位置及姿态的控制器和条形码；激光扫描仪将所焊接工件扫描为三维模型导入主工控机，要焊接的工件上贴有相应的条形码；主工控机内部的条形码识别系统将所需的焊接信息接收并与三维模型相结合，最后生成系统程序代码，发送给机器人控制装置。
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