基于三维激光视觉自动化组对及焊接系统

摘要

本发明公开的一种基于三维激光视觉自动化组对及焊接系统包括上料工位、点焊工位、焊接机器人、翻转工位、下料工位、搬运工位、搬运机器人、控制系统及电气系统，所述控制系统包括控制所述焊接机器人的焊接机器人控制柜、及控制所述搬运机器人的搬运机器人控制柜，且所述焊接机器人控制柜、所述搬运机器人控制柜及所述三维视觉系统之间能相互通讯；所述基于三维激光视觉自动化组对及焊接系统使所述工件实现高精度自动化组对，为工件的自动化焊接提供保障。

说明书

技术领域

本发明涉及一种组对及焊接系统，特别涉及一种基于三维激光视觉自动化 组对及焊接系统。

背景技术

目前机器人在焊接领域主要应用于焊接工艺，而工件的组对及固定基本都采 用人工操作，而人工组对及固定会造成工件成型尺寸偏差大，尤其工件之间配 合、搭接处间隙偏差较大，从而，限制焊接机器人在自动化焊接领域的应用， 同时，影响产品最终焊接质量，进而，难以适应大批量高质量工件焊接的需求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种基于三维激光视觉自动化 组对及焊接系统，能够实现工件组对的自动化，进而，保证组对后工件的相对 位置精度及组对成型后的工件一致性，为工件的自动化焊接提供保障。

本发明提供的一种基于三维激光视觉自动化组对及焊接系统包括上料工 位、用以固定工件的点焊工位、用以焊接工件的焊接机器人、用以将工件翻转 变位的翻转工位、下料工位、设于上述各工位之间的搬运工位、用以搬运工件 以及配合所述翻转工位翻转工件的搬运机器人、控制系统及电气系统：其中， 所述上料工位包括交替位于所述搬运机器人的工作区域的二上料载台，所述搬 运机器人的手臂设有二搬运电磁吸盘以及用以扫描工件的三维视觉系统，其中， 所述二搬运电磁吸盘具体为可移动电磁吸盘和固定电磁吸盘；所述翻转工位包 括立柱、安装于所述立柱上且能上下移动的抓取平台、设于所述抓取平台的下 表面的抓取电磁吸盘、及设于所述转台的一侧旁且位于所述抓取电磁吸盘的下 方的工件存放平台，藉此，所述抓取电磁吸盘吸附工件升高至一定位置，所述 搬运机器人自所述工件的底面将所述工件抓取而进行翻转变位；所述控制系统 包括控制所述焊接机器人的焊接机器人控制柜、及控制所述搬运机器人的搬运 机器人控制柜，且所述焊接机器人控制柜、所述搬运机器人控制柜及所述三维 视觉系统之间能相互通讯。

进一步地，所述上料工位包括二上料平台，每一所述上料平台包括一第一 底座，所述第一底座具有靠近所述搬运机器人的近端和远离所述搬运机器人的 远端，于所述底座上自所述远端向所述近端设置有第一直线导轨，所述上料载 台滑动安装于所述第一直线导轨上，分别于所述近端和所述远端设有第一限位 缓冲装置。

进一步地，所述点焊工位主要包括转台、设于所述转台上的横向伺服平台、 安装于所述横向伺服平台上且能横向滑动的升降伺服平台、安装于所述升降伺 服平台上且能上下滑动移动的活动托架、设于所述转台上且位于所述横向伺服 平台一端的成对设置的二组对平台、设于所述二组对平台之间的点焊固定电磁 吸盘、以及分别驱动所述转台转动、所述升降伺服平台横向移动和所述活动托 架上下移动的驱动装置。

进一步地，所述焊接机器人上设有焊枪、焊枪防撞装置、数字化逆变直流 焊接电源及控制所述数字化逆变直流焊接电源的专家程序系统，其中，所述专 家程序系统包括瞬间断弧时间检测控制模块、焊丝杆伸长控制模块、焊枪冷却 水检测模块，所述专家程序系统与焊接机器人控制柜电讯导通。

进一步地，所述下料工位包括下料平台，所述下料平台包括一第二底座， 所述第二底座具有靠近所述搬运工位设置的进料端、及远离所述搬运工位设置 的出料端，于所述第二底座的上表面自所述进料端向所述出料端设置有第二直 线导轨，于所述第二直线导轨上滑动安装有出料载台，分别于所述进料端和所 述出料端设置有第二限位缓冲装置。

进一步地，所述驱动装置可为伺服电机、气缸或液压油缸。

于本发明提供的一种基于三维激光视觉自动化组对及焊接系统中，人工将 工件搬运至所述上料工位后，设于所述三维视觉系统将对各工件进行扫描，以 判断工件放置的区域是否正确，且当所述工件放置的区域正确时所述三维视觉 系统将扫描设于工件上的工艺孔以计算所述工件的坐标，而后，所述三维视觉 系统将工件的坐标信息传递至所述搬运机器人控制柜及所述焊机器人控制柜， 所述搬运机器人控制柜或所述焊机器人控制柜将工件的坐标信息转化为所述搬 运机器人和所述焊机器人所在的机器人坐标系统的坐标，进而，所述搬运机器 人控制柜控制所述搬运机器人准确地抓取所述工件，且将所述工件准确地抓取 至所述点焊工位上设定的位置，而后，所述焊接机器人控制柜控制所述焊接机 器人对所述工件进行精确地焊接固定，当所述工件需要翻转时，所述搬运机器 人将抓取所述工件至所述翻转工位进行翻转变位，当所述工件焊接固定后，所 述搬运机器人将所述工件搬运至所述下料工位，因而，所述基于三维激光视觉 自动化组对及焊接系统能够保证工件高精度自动化组对，为自动化焊接提供保 障。

附图说明

图1为本发明提供的基于三维激光视觉自动化组对及焊接系统的结构图；

图2为本发明提供的基于三维激光视觉自动化组对及焊接系统的上料工位 的结构示意图；

图3为本发明提供的基于三维激光视觉自动化组对及焊接系统的搬运机器 人的结构示意图；

图4为本发明提供的基于三维激光视觉自动化组对及焊接系统的点焊工位 的结构示意图；

图5为本发明提供的基于三维激光视觉自动化组对及焊接系统的翻转工位 的结构示意图；

图6为本发明提供的基于三维激光视觉自动化组对及焊接系统的下料工位 的结构示意图。

附图标号说明

上料工位1         上料平台11         第一底座12

第一直线导轨13    上料载台14         第一限位缓冲装置15

点焊工位2         转台21             横向伺服平台22

升降伺服平台23    活动托架24         组对平台25

点焊固定电磁吸盘26

焊接机器人3

搬运工位4

搬运机器人5       搬运机器人的手臂51 可移动电磁吸盘52

固定电磁吸盘53    激光视觉系统54

翻转工位6            柱61                抓取平台62

抓取驱动装置63       传动机构64          抓取电磁吸盘65

工件存放台66    

下料工位7            下料平台71          第二底座72

第二直线导轨73       出料载台74          第二限位缓冲装置75

焊接机器人控制柜101

搬运机器人控制柜102

吸盘控制柜103

PLC控制柜104

具体实施方式

下面结合附图1至图6并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方 案：

请参阅图1，本发明提供的一种基于三维激光视觉自动化组对及焊接系统 （未标号）包括上料工位1、用以固定工件的点焊工位2、用以焊接工件的焊接 机器人3、搬运工位4、搬运机器人5、用以将工件翻转变位的翻转工位6、下 料工位7、及控制系统（未标号）和电气系统（未标号），其中，所述搬运工位 4设于上述各工位之间，所述搬运机器人5用以搬运工件且配合所述翻转工位6 翻转工件，于本实施例中，所述搬运机器人5和所述焊接机器人3均可采用德 国REIS机器人，当然也可采用其他具备相应功能的机器人。

请参阅图1至图2，所述上料工位1包括二上料平台11，每一所述上料平 台11包括一第一底座12，所述第一底座12具有靠近所述搬运机器人5的近端 （未标号）和远离所述搬运机器人5的远端（未标号），于所述第一底座12上 自所述远端向所述近端设置有第一直线导轨13，所述上料工位1进一步包括滑 动安装于所述第一直线导轨13上的上料载台14，二所述上料平台11的上料载 台14交替位于所述搬运机器人5的工作区域，进而，所述搬运机器人5可以连 续工作，最大限度地缩短了工作节拍，同时，由于人工上料作业在所述搬运机 器人5工作区域以外进行，从而可以保证相关工作人员的人身安全。为防止所 述上料载台14于所述近端和所述远端急停而产生较大的冲击，分别于所述近端 和所述远端设有第一限位缓冲装置15，所述上料平台11可由各种驱动装置驱 动如伺服电机或气缸等等，于本实施例中，采用气缸。

请参阅图1及图3，所述点焊工位2主要包括转台21、设于所述转台21上 的横向伺服平台22、安装于所述横向伺服平台22上且能横向滑动的升降伺服 平台23、安装于所述升降伺服平台23上且能上下滑动移动的活动托架24、设 于所述转台21上且位于所述横向伺服平台22一端的成对设置的二组对平台25、 设于所述二组对平台25之间的点焊固定电磁吸盘26、以及分别驱动所述转台 21转动、所述升降伺服平台23横向移动和所述活动托架24上下移动的驱动装 置，其中，所述转台21与所述焊接机器人3之间能够实现联动，从而方便对套 筒类及垫圈类工件的周边点焊，所述驱动装置可采用各驱动装置如伺服电机或 气缸等等，于本实施例中，所述驱动装置为三伺服电机分别驱动所述转台21转 动、所述升降伺服平台23横向移动以及所述活动托架24上下移动。所述点焊 固定电磁吸盘26用以固定置于所述二组对平台25上的工件，所述活动托架24 用以托举且固定与所述工件组对焊接的另一工件如上腹板，因所述活动托架24 可上下及横向移动，因而，所述点焊工位2可以适应不同大小及高度的工件的 焊接的需要。

请参阅图1，所述焊接机器人3上设有焊枪、焊枪防撞装置、数字化逆变 直流焊接电源及控制所述数字化逆变直流焊接电源的专家程序系统，其中，所 述焊枪防撞装置用以保护所述焊枪因误操作发生碰撞而受损，所述专家程序系 统包括瞬间断弧时间检测控制模块、焊丝杆伸长控制模块、焊枪冷却水检测模 块。请参阅图1及图4，所述搬运机器人5设于所述搬运工位4上，于所述搬 运机器人的手臂51设有二搬运电磁吸盘和三维视觉系统54，其中，所述二搬 运电磁吸盘可相对滑动具体为可移动电磁吸盘52和固定电磁吸盘53，因而， 所述二搬运电磁吸盘可以吸附固定不同长度的工件，所述三维视觉系统54与所 述搬运机器人控制柜102相电讯导通，所述三维视觉系统54可采用加拿大赛融 的三维激光视觉系统。

请参阅图1及图5，所述翻转工位6包括立柱61、安装于所述立柱61上且 能实现上下移动的抓取平台62、安装于所述立柱61上的抓取驱动装置63（于 本实施例中，所述抓取驱动装置63为伺服电机）、将所述抓取驱动装置63的运 动转化为所述抓取平台62的上下移动的传动机构64(于本实施例中，所述传动 机构64为蜗轮蜗杆机构)、设于所述抓取平台62的下表面的抓取电磁吸盘65、 及设于所述转台21的一侧且位于所述抓取电磁吸盘65的下方的工件存放平台， 所述工件存放平台上设有电磁吸盘，藉此，所述抓取电磁吸盘65吸附工件升高 至一定位置，所述搬运机器人5自所述工件的底面将所述工件抓取而进行翻转 变位。

请参阅图1及图6，所述下料工位7包括下料平台71，所述下料平台71包 括一第二底座72，所述第二底座72具有靠近所述搬运工位4设置的进料端（未 标号）、及远离所述搬运工位4设置的出料端（未标号），于所述第二底座72的 上表面自所述进料端向所述出料端设置有第二直线导轨73，于所述第二直线导 轨73上滑动安装有出料载台74，为防止所述出料载台74于所述进料端和所述 出料端急停而产生较大的冲击，分别于所述进料端和所述出料端设置有第二限 位缓冲装置75。

请参阅图1，所述控制系统包括控制各驱动装置的驱动装置控制系统（未 图示）、控制所述焊接机器人3的焊接机器人控制柜101、控制所述搬运机器人 5的所述搬运机器人控制柜102、控制各电磁吸盘的吸盘控制柜103及PLC控制 柜104，其中，各系统和各控制柜之间可通讯，藉此，可以实现各系统所控制 的各驱动装置和机器人之间可相互协调作业、自锁及互锁等，以提高所述基于 三维激光视觉自动化组对及焊接系统的安全性。此外，所述焊接机器人控制柜 101、所述搬运机器人控制柜102及所述三维视觉系统53之间能相互通讯，藉 此所述焊接机器人控制柜101、所述搬运机器人控制柜102及所述三维视觉系 统53之间可以相互之间进行数据的传递，所述专家程序系统与所述焊接机器人 控制柜101电讯导通，藉此，所述数字化逆变直流焊接电源与所述焊接机器人 3协调作业。

请参阅图1至图6，以下简要介绍以下本发明提供的基于三维激光视觉自 动化组对及焊接系统的工作过程：

首先，由人工将工件按照指定位置放置在所述上料工位1的上料载台14 上，所述三维视觉系统54将对各工件进行扫描，以判断工件放置的区域是否正 确，当所述工件放置的区域正确时所述三维视觉系统54将扫描设于所述工件上 的工艺孔以计算所述工件的坐标，而后，所述三维视觉系统54将工件的坐标信 息传递至所述搬运机器人控制柜102及所述点焊机器人控制柜101，所述搬运 机器人控制柜102或所述焊机器人控制柜101将工件的坐标信息转化为所述搬 运机器人5和所述焊机器人5所在机器人系统的坐标；若有工件摆放位置不正 确或者工件尺寸不对，则所述上料载台14退回，同时报警提示；

接着，所述搬运机器人控制柜101控制所述述搬运机器人5借由所述可移 动电磁吸盘52和所述固定电磁吸盘53准确地抓取所述工件至所述点焊工位2 上设定的位置上进行组对固定；

然后，所述焊接机器人控制柜102控制所述焊接机器人3准确地对组对好 的所述工件进行焊接，如此往复，当所述工件需要翻转，则，所述搬运机器人 5在所述搬运机器人控制柜102的控制下精确地将所述工件移动至所述翻转工 位6上设定的位置上，进而，所述搬运机器人5配合所述翻转工位6共同对所 述工件进行翻转，翻转之后，所述搬运机器人5在所述搬运机器人控制柜102 的控制下精确地将移动至点焊工位2进行下一步工作，直至将所有工件组对完 成，搬运至所述下料工位7。

于本发明提供的一种基于三维激光视觉自动化组对及焊接系统中，人工将 工件搬运至所述上料工位1后，设于所述三维视觉系统53将对各工件进行扫描， 以判断工件放置的区域是否正确，且当所述工件放置的区域正确时所述三维视 觉系统53将扫描设于工件上的工艺孔以计算所述工件的坐标，而后，所述三维 视觉系统53将工件的坐标信息传递至所述搬运机器人控制柜102及所述焊机器 人控制柜101，所述搬运机器人控制柜101或所述焊机器人控制柜102将工件 的坐标信息转化为所述搬运机器人5和所述焊机器人3所在机器人系统的坐标， 进而，所述搬运机器人控制柜102控制所述搬运机器人5准确地抓取所述工件， 且将准确地将所述工件抓取至所述点焊工位2上设定的位置，而后，所述焊接 机器人控制柜101准确地控制所述焊接机器3人对所述工件进行焊接，当所述 工件需要翻转时，所述搬运机器人5将抓取所述工件至所述翻转工位6进行翻 转变位，当所述工件焊接固定后，所述搬运机器人5将所述工件搬运至所述下 料工位7，因而，所述基于三维激光视觉自动化组对及焊接系统能够保证工件 高精度自动化组对，为工件的自动化焊接提供保障。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上 述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进将本 发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。