一种柔性组对焊接机器人工作站的制作方法

本发明属于焊接检测机器人技术领域，具体涉及一种柔性组对焊接机器人工作站。

背景技术：

随着智能工业机器人技术的快速发展，焊接机器人工作站逐渐应用于工业智能制造的各个方面。现有的机器人焊接工作站通常是焊接机器人配合变位机，达到自动变位和焊接的目的，但是对于批量组对焊接的工件，需要人工先进行大批量的点焊工作后才能放置在变位机上进行焊接，该焊接工艺存在工人工作量大、转运装夹次数多、焊接效率低、组对位置偏差大、焊接品质差等问题。因此，研制高集成度、高柔性、高效率。高品质的柔性组对焊接机器人工作站，对焊接机器人行业具有重要意义。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种柔性组对焊接机器人工作站，该工作站具有高集成度、高柔性、高效率、高品质的特点，能够有效的减少转运装夹次数和工人的工作量，降低组对位置偏差，提高焊接效率和焊接品质。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

本发明给出了一种柔性组对焊接机器人工作站，包括：

全局视觉单元，通过多组视觉组件动态识别焊接工件图像信息，将图像信息传输至总控单元；

柔性焊接机器人组，通过焊接机器人手臂上的视觉组件对传送平台上的焊接工件进行精确焊接位置识别，并将位置信息传递至总控单元，总控单元控制夹持机器人进行焊接工件的多位置定位、夹持和不同位置组对点焊、焊接和补焊；

龙门桁架检测单元，通过龙门桁架和检测机器人对不同位置不同焊接工件在线检测，将检测信息传递至总控单元，总控单元确定柔性焊接机器人组是否进行补焊；

总控单元，控制传送平台将焊接工件输送至专用焊接区域，获取全局视觉单元、龙门桁架检测单元和柔性焊接机器人组的图像信息，控制柔性焊接机器人组进行焊接工件的多位置定位、夹持和不同位置组对点焊、焊接和补焊；

传送平台，用于将焊接工件传送至柔性焊接机器人组位置，进行点焊、焊接和补焊；

所述柔性焊接机器人组设在传送平台两侧，传送平台上设有焊接工件，全局视觉单元设在柔性焊接机器人组周边，龙门桁架检测单元设在传送平台上方，通过总控单元根据获取的图像信息，控制柔性焊接机器人组进行焊接。

对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案：

优选的，所述全局视觉单元包括若干个视觉组件，分别设于传送平台两侧的柔性焊接机器人组周边；所述视觉组件为双目视觉组件、多目视觉组件、单目多位置运动组件、结构光扫描组件或激光扫描组件，所述双目、多目视觉组件为两个或多个相机，所述单目多位置运动组件为相机安装在运动机构上，所述结构光扫描组件为激光器。

优选的，所述龙门桁架检测单元包括：x向导轨、y向导轨、z向导轨，z向导轨滑动连接在x向导轨和y向导轨上，z向导轨的端部连接一个检测机器人(6)，检测机器人末端连接内外质量检测组件。

优选的，所述柔性焊接机器人组包括设在传送平台两侧的焊接机器人，固定在焊接机器人左侧的夹持机器人和放置在右侧的两台焊机，焊接件机器人端部通过机械手固定爪连接由焊枪转接板固定的焊枪，机械手固定爪下端由视觉固定架连接的视觉检测组件；所述夹持机器人端部固定有夹持爪。

优选的，总控单元包括放置在龙门桁架检测单元后端的总控电控柜和机器人后侧的机器人电控柜；总控电控柜控制机器人电控柜控制柔性焊接机器人组进行焊接，同时，总控电控柜控制龙门桁架检测单元带动内外质量检测组件对焊接工件的检测。

本发明相应地给出了一种柔性组对焊接机器人工作站的焊接方法，包括如下步骤：

步骤1，启动总控单元，将焊接工件通过运输设备运送至传送平台入口，通过传送平台输送至专用焊接区域；

步骤2，人工输入焊接工件的三维模型或者实测标准模型导入至总控电控柜；

步骤3，通过全局视觉单元的多组视觉组件动态识别焊接工件图像信息，经总控电控柜解算出组对焊接工件的规格、尺寸信息以及停位位置坐标，通过坐标系转换，将组对焊接工件的关键特征坐标转换到焊接机器人坐标系下；

步骤4，总控电控柜控制机器人电控柜引导焊接机器人的精定位视觉组件工作，准确提出待焊接焊缝的位置；通过坐标系转换，将焊缝的坐标转换到夹持机器人坐标系下，根据定义焊接位置与提取焊缝位置的偏差，控制夹持机器人调整焊接工件的位置，减小焊接工件组对误差；

步骤5，机器人电控柜引导焊接机器人精定位视觉组件工作，准确提出焊接工件的焊缝位置，解算组对点焊位置；引导焊接机器人到点焊位置，起弧进行点焊作业；

步骤6，机器人电控柜控制夹持机器人对组对焊接工件进行固定，引导焊接机器人精定位视觉组件对焊缝进行定位，生成焊接机器人的焊接作业路径及检测机器人的检测作业路径；

步骤7，控制左右侧焊接机器人沿焊接路径进行焊接作业；

步骤8，焊缝焊接接完成后，龙门桁架检测单元配合检测机器人按照检测路径运行至检测机器人可适应公差范围内，内外质量检测组件中获取焊缝的内外部质量检测特征，与预先约定的标准焊缝进行对比，生成焊接质量检测报告；

步骤9，根据焊接质量检测报告，判断焊接是否合格，如果合格执行步骤10，如果不合格，对焊接不合格的地方，总控电控柜启动机器人电控柜控制柔性焊接机器人组执行补焊作业；

步骤10，焊接完成后，传送平台接收到指令后启动并报警，提示工人焊接完成，焊接完成组对工件随着传送设备运送至出口，并放置到运输设备上，工人将其转运至下一个工位，同时下一个组对焊接工件到位，重复上述步骤，最终实现焊接工序无缝衔接。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：

1.本发明由于采用了柔性焊接机器人组结合龙门桁架机器人和检测机器人的方式，配合视觉组件，运用图像处理算法，解决了人工组对点焊位置偏差大、工件一致性差等问题，同时，有效降低了工件装夹及转运次数，实现了焊接机器人高集成度、高柔性、高效率，

2.本发明由于采用了柔性组对焊接机器人组的方式，配合传送平台和龙门桁架解决了工件多位置组对点焊、焊接工序无缝衔接的问题，提高了组对精度、焊接一致性及焊接品质。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明柔性组对焊接机器人工作站的结构示意图；

图2为本发明龙门桁架检测机器人的结构示意图；

图3为本发明柔性组对焊接机器人的结构示意图；

图4为本发明焊接组件的结构示意图；

图5为本发明柔性组对焊接机器人工作站焊接方法流程图；

图6为本发明全局视觉组件解算算法的流程图；

图7为本发明精定位视觉组件的工作流程图；

图8为本发明解算焊接及检测路径的工作流程图。

图中：1、围栏；2、龙门桁架检测单元；3、总控电控柜；4、机器人电控柜；5、全局视觉装置；6、检测机器人；7、内外质量检测组件；8、传送平台；9、夹持机器人；10、焊接机器人a；11、焊机；12、焊接机器人b；13、焊接工件；14、焊枪；15、焊枪转接板；16、机械手固定爪；17、视觉固定架；18、视觉检测组件；19、x向导轨；20、y向导轨；21、z向导轨。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1、图2所示，本发明一种柔性组对焊接机器人工作站，包括：全局视觉单元、柔性焊接机器人组、龙门桁架检测单元、总控单元。其中：

全局视觉单元包括三组全局视觉装置5，分别固定于传送平台两侧的特定位置，通过多组视觉组件动态识别工件图像信息，进而通过工控机解算实现对不同位置不同工件的定位。

柔性焊接机器人组，通过焊接机器人手臂上的视觉组件对传送平台上的焊接工件进行精确焊接位置识别，并将位置信息传递至总控单元，总控单元控制夹持机器人进行焊接工件的多位置定位、夹持和不同位置组对点焊、焊接和补焊。

龙门桁架检测单元，通过龙门桁架和检测机器人对不同位置不同焊接工件在线检测，将检测信息传递至总控单元，总控单元确定柔性焊接机器人组是否进行补焊。

总控单元，控制传送平台将焊接工件输送至专用焊接区域，获取全局视觉单元、龙门桁架检测单元和柔性焊接机器人组的图像信息，控制柔性焊接机器人组进行焊接工件的多位置定位、夹持和不同位置组对点焊、焊接和补焊。

传送平台，用于将焊接工件传送至柔性焊接机器人组位置，进行点焊、焊接和补焊。

柔性焊接机器人组设在传送平台两侧，传送平台上设有焊接工件，全局视觉单元设在柔性焊接机器人组周边，龙门桁架检测单元设在传送平台上方，通过总控单元根据获取的图像信息，控制柔性焊接机器人组进行焊接。

如图3、图4所示，柔性焊接机器人组包括放置在地面的传送平台8，用来传送焊接工件至专用焊接区域及传送平台出口，还包括固定在传送平台左右两侧的焊接机器人a10和焊接机器人b12，以及固定在焊接机器人左侧的夹持机器人9和放置在右侧的两台焊机11，焊接件机器人端部通过机械手固定爪16连接由焊枪转接板15固定的焊枪14，机械手固定爪16下端由视觉固定架17连接的视觉检测组件18；夹持机器人端部固定有夹持爪。

通过接收总控电控柜3的控制指令进行快速焊接，通过两组焊接机器人焊接保证焊接空间不存在盲区，固定在焊接机器人左侧的夹持机器人9用来进行工件的夹持和姿态变换，减少工件变形，同时保证多个位置进行点焊，放置在右侧的两台焊机11持续为焊接机器人提供焊料，焊接工件13通过设备运送至传送平台8上，同时随传送平台8传送至焊接专用区域，进行高集成度自动焊接工作，两支焊枪14分别通过焊枪转接板15和机械手固定爪16固定在焊接机器人a10和焊接机器人b12的末端，视觉检测组件18通过视觉固定架17固定在机械手固定爪16上，视觉检测组件18对传送平台传送过来的焊接工件进行精确焊接位置识别，并将位置信息传递至夹持机器人，进行多位置点焊。

如图2所示，龙门桁架检测单元包括包括x向导轨19、y向导轨20和z向导轨21，z向导轨21滑动连接在x向导轨19和y向导轨20上，z向导轨21的端部连接一个检测机器人6，检测机器人末端连接内外质量检测组件7。固定于地面的龙门桁架检测单元2，龙门桁架检测单元2进行x/y/z三个方向的精确平移，龙门桁架检测单元2配合末端的检测机器人6实现对焊接工件的全面检测，提高检测效率和检测精度，保障成品件焊接品质，内外质量检测组件7固定于检测机器人6末端，依靠检测组件内置的双目视觉实现对不同位置不同工件的外观检测，依靠检测组件内置的超声探伤装置实现对不同位置不同工件的内部检测，同时将焊接工件内外部在线检测信息传递至焊接机器人组进行补焊，龙门桁架周围放置有固定围栏1，对四周进行防护，防止设备出现意外造成工人受伤及设备损坏。

如图1所示，总控单元包括放置在龙门桁架检测单元2后端的总控电控柜3和前端的机器人电控柜4，其中总控电控柜3控制机器人电控柜4控制柔性焊接机器人组进行焊接，同时，总控电控柜3控制龙门桁架检测单元2带动内外质量检测组件7对焊接工件13的检测。总控电控柜3用于处理图像数据，执行组对任务的规划和调度，机器人电控柜4用于执行桁架、传送单元、机器人的运动控制和检测。

全局视觉单元包括若干个视觉组件，分别设于传送平台两侧的柔性焊接机器人组周边；所述视觉组件为双目视觉组件、多目视觉组件、单目多位置运动组件、结构光扫描组件或激光扫描组件，所述双目、多目视觉组件为两个或多个相机，所述单目多位置运动组件为相机安装在运动机构上，所述结构光扫描组件为激光器。

如图5所示，本发明给出了一种柔性组对焊接机器人工作站的焊接方法，步骤如下：

步骤1，启动总控单元，将焊接工件通过运输设备运送至传送平台入口，启动机器人工作站，通过传送单元传递至专用焊接区域；

步骤2，人工将焊接工件的三维模型或者实测标准模型导入至总控电控柜；并定义焊接位置；

步骤3，通过全局视觉单元的多组视觉组件动态识别焊接工件图像信息，经总控电控柜解算出组对待焊接组对工件的规格、尺寸信息以及停位位置坐标，通过坐标系转换，将工件的关键特征坐标转换到焊接机器人坐标系下。如图3所示，工件的规格为1904-435a，工件的直径为3.5m，每条轮辐上有一个待组对的零件，尺寸为400*300mm，形成两条搭接焊缝，通过图像识别找出焊缝的位置。如图6所示，具体操作步骤如下：

31)全局视觉组件采集工件的图像，并对图像进行滤波处理；

32)利用背景差法识别出工件的位置；

33)对工件进行区域分割，分割出待组对部件的不同区域；

34)利用三角交汇计算出待焊接组对工件的三维坐标；

35)解算出待焊接组对工件焊缝的位置；

36)通过坐标转换将焊缝的位置转换到焊接机器人坐标系下。

步骤4，引导焊接机器人精定位视觉组件工作，准确提出待焊接焊缝的位置，通过坐标系转换，将焊缝的坐标转换到夹持机器人坐标系下，根据定义焊接位置与提取焊缝位置的偏差，控制夹持机器人调整工件的位置，减小焊接工件组对误差，如图3所示的工件，未组对的工件直接焊接易发生变形及翘曲，夹持机器人起固定作用，并调整组对的偏差，提高工件的成形质量，如图7所示，具体操作步骤如下：

41)控制焊接机器人引导精定位视觉组件到全局视觉组件测量的位置点；

42)控制精定位视觉组件工作，采集焊缝的图像；

43)对采集的图像进行滤波处理，并利用精定位视觉组件的内外参数对图像进行校正；

44)对图像进行边缘提取，并根据焊缝的特征去除伪边缘信息；

45)对剩余的焊缝边缘进行拟合处理，根据组对的偏差设置参数，解算出组对部件的距离及偏角信息；

46)控制夹持机器人调整待焊接组对工件的位置；

47)重复步骤41)到46)直到组对偏差到可接受的范围内，可适应偏差在40mm以内。

步骤5，引导焊接机器人精定位视觉组件工作，准确提出焊接工件的焊缝位置，解算组对点焊位置；引导焊接机器人到点焊位置，起弧进行点焊作业；

步骤6，控制夹持机器人对组对的工件进行固定，引导焊接机器人精定位视觉组件对焊缝进行定位，生成焊接机器人的焊接路径及检测机器人的检测路径，如图8所示，生成路径的步骤如下：

61)控制焊接机器人引导静定位视觉组件到全局视觉组件测量的位置点；

62)控制精定位视觉组件工作，采集焊缝的图像；

63)对采集的图像进行滤波处理，并利用精定位视觉组件的内外参数对图像进行校正；

64)利用sgbm算法提取组对工件的三维点云数据；

65)通过对三维点云的处理，提取出焊缝特征；

66)通过对焊缝拟合处理，解算出焊缝的起始点和终止点；

67)通过坐标系转换，将焊缝的起始点和终止点转换到焊接机器人坐标系下，生成焊接作业路径；

68)通过坐标系转换，将焊缝的起始点和终止点转换到检测机器人坐标下，生成检测作业路径。

步骤7，控制左右侧焊接机器人沿焊接路径进行焊接作业；

步骤8，焊缝焊接接完成后，龙门桁架机器人配合检测机器人按照检测路径运行至检测机器人可适应公差范围内；检测状态到位后，内外质量检测组件中的视觉单元通过采集焊缝图像状态及信息进行处理，计算出焊缝外观的对应特征，同时检测组件中的超声探伤组件通过超声探伤，检测出焊接工件内部缺陷特征，将焊接完成工件内外部质量检测特征与预先约定的标准焊缝进行对比，生成焊接质量检测报告；

步骤9，根据焊接质量检测报告，判断焊接是否合格，如果合格执行步骤10，如果不合格，对焊接不合格的地方执行补焊作业；

步骤10，焊接完成后，传送平台接收到指令后启动并报警，提示工人焊接完成，焊接完成组对工件随着传送设备运送至出口，并放置到运输设备上，工人将其转运至下一个工位，同时下一个组对焊接工件到位，重复上述步骤，最终实现焊接工序无缝衔接。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。