一种应用二维激光位移传感器的焊缝自动寻位装置的制作方法

本发明公开一种应用二维激光位移传感器的焊缝自动寻位装置。

背景技术：

在现代制造业生产中，焊接是最重要的工艺方法之一，它被广泛地用于机械制造、核工业、石油化工、航空航天、大型建筑等诸多领域。焊接生产数量以及焊接工艺，都在社会对于焊接制造品的需求的增加中与日俱增。在劳动力成本日益增加的状态下，对于具有更大产能、更高生产质量、更大柔性的智能焊接迎来了空前的需求。

信息技术的飞速发展，给焊接这个传统工艺带来了新的革命，目前焊接技术已融入了计算机、机器人、微电子、激光等众多前沿工业技术，它正朝着任务规划、过程控制、质量监测等作业过程的自动化、智能化方向发展。特别是近年来，机器人焊接技术在机械制造业领域得到广泛应用，大大促进了焊接的自动化水平，据不完全统计在实用的工业机器人中焊接机器人所占比例超过了50％，采用机器人焊接已经成为焊接自动化的主流发展方向，世界各工业发达国家如日本、德国、瑞士、美国都在这一领域展开技术博弈。尽管如此，焊接机器人的技术还有很多实质性的技术亟待突破。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种应用二维激光位移传感器的焊缝自动寻位装置，解决了因工件及夹具不一致而导致的焊缝偏移难以寻位的问题，提高焊接质量和效率，减少处理不良焊接时间。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种应用二维激光位移传感器的焊缝自动寻位装置，包括二维激光位移传感器、数字化焊接电源、焊接机器人本体、焊枪支架、焊枪、机器人控制系统，所述焊接机器人本体、焊枪支架连接，所述二维激光位移传感器、焊枪分别连接在焊枪支架上，所述数字化焊接电源与焊枪连接，所述二维激光位移传感器、焊接机器人本体分别与机器人控制系统连接。

进一步的是，所述焊接机器人本体、焊枪支架之间设置有防碰撞传感器，所述焊接机器人本体、防碰撞传感器、焊枪支架依次连接。

进一步的是，所述焊枪支架为l形支架。

进一步的是，所述焊枪支架上设置有焊枪夹持块、传感器接头、传感器安装架、传感器安装板，所述焊枪支架一端与防碰撞传感器连接，另一端安装焊枪夹持块，所述焊枪安装在焊枪夹持块内，所述传感器接头通过螺栓连接在焊枪夹持块上端，所述传感器安装架一端通过螺纹安装在传感器接头上，另一端与传感器安装板连接，所述二维激光位移传感器安装在传感器安装板上。

进一步的是，所述二维激光位移传感器上设置有光学滤镜。

发明有益效果：本发明通过二维激光传感器、数字化焊接电源、焊接机器人本体和焊枪首先对基准工件进行位置测量，然后对其他工件进行测量。每个测量均包括多条有关工件位置的信息。经过算法计算当前工件与基准工件相对位置信息后，机器人控制根据当前工件位置对机器人轨迹进行调整，从而完成焊缝寻位。较之原有的接触寻位法，本发明操作简单，单点到点寻位时间从原来的3～6秒减少到0.2秒以内；采用本系统后，对夹具和工件精度的要求不高，从而提高了机器人焊接系统的适应性，并降低了夹具设计成本；测量精度高，减少了处理不良焊接的时间；不需要与工件接触，可靠性和安全性增强。较之其他非接触寻位法，本发明应用独有标定法，将系统精度提高到0.2mm，使得寻位结果更精确，焊接质量更好。该发明通过对机器人控制系统进行改进，使其可以对二维激光传感器发送过来的简单位置信号，进行滤波、特征识别和尺度标定，并将其和机器人在检测点的位、姿数据结合，计算出新的运行基坐标，从而实现利用传感器采集数据对比已有轨迹对当前轨迹进行修正。焊接机器人的控制界面基础上，开发专门针对激光寻位的人机交互界面。

附图说明

图1是本发明的安装结构示意图；

图2是本发明的局部结构示意图；

图3是本发明的实施例中焊枪夹持块的结构示意图；

图4是本发明的实施例中传感器接头的结构示意图；

图5是本发明的实施例中传感器安装架的结构示意图；

图6是本发明的实施例中传感器安装板的结构示意图。

图中所示：1-二维激光位移传感器，2-防碰撞传感器，3-焊枪支架，4-焊枪，5-焊接机器人本体，6-焊枪夹持块，7-传感器接头，8-传感器安装架，9-传感器安装板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做更进一步的说明。

本发明的一种应用二维激光位移传感器的焊缝自动寻位装置，包括二维激光位移传感器1、数字化焊接电源、焊接机器人本体5、焊枪支架3、焊枪4、机器人控制系统，所述焊接机器人本体5、焊枪支架3连接，所述二维激光位移传感器1、焊枪4分别连接在焊枪支架3上，所述数字化焊接电源与焊枪4连接，所述二维激光位移传感器1、焊接机器人本体5分别与机器人控制系统连接。二维激光位移传感器1固定在焊枪支架3上，且可以绕焊枪4旋转；二维激光位移传感器1的运算单元采用了dsp+fpga架构，实现了对采样信号的实时处理；采用了低功耗芯片，降低了传感器的整体发热量，使传感器能够长时间处于工作状态，其主要用于扫描被测物体，根据发射的激光计算出光点到二维激光位移传感器1之间的距离，然后将采样信号处理后传给机器人控制系统，机器人控制系统对采集的信号进行分析，并控制焊接机器人本体5移动，最终控制焊枪4的移动。

机器人控制系统中具有相应的信号处理模块，对二维激光传感器1发送过来的简单位置信号，进行滤波、特征识别和尺度标定，并将其和机器人在检测点的位、姿数据结合，计算出新的运行基坐标。在机器人控制系统中开发人机交互界面，通过指令、菜单、按钮等方式操作该系统，人机交互界面应包含：传感器使能(不使能)、激光开(关)、传感器初始化、传感器清零、开始寻位、终止寻位、初始点寻位等功能。

为了避免机器人在自动移动过程中碰撞物体，因此优选的实施方式是，所述焊接机器人本体5、焊枪支架3之间设置有防碰撞传感器2，所述焊接机器人本体5、防碰撞传感器2、焊枪支架3依次连接。其中防碰撞传感器2上端与焊接机器人本体5连接，下端与焊枪支架3连接，主要用于在机器人焊枪4与障碍物发生碰撞时，提供可靠的自动停运功能，保护焊接系统免于机械损伤。

焊枪支架3、焊枪4、二维激光位移传感器1三者之间的具体连接方式是，其中所述焊枪支架3为l形支架。所述焊枪支架3上设置有焊枪夹持块6、传感器接头7、传感器安装架8、传感器安装板9，所述焊枪支架3一端与防碰撞传感器2连接，另一端安装焊枪夹持块6，所述焊枪4安装在焊枪夹持块6内，所述传感器接头7通过螺栓连接在焊枪夹持块6上端，所述传感器安装架8一端通过螺纹安装在传感器接头7上，另一端与传感器安装板9连接，所述二维激光位移传感器1安装在传感器安装板9上。其中焊枪夹持块6、传感器接头7、传感器安装架8、传感器安装板9的结构如图3、4、5、6所示。

因本发明在实际的应用中会遇到弧光，影响判断精准，优选的实施方式是，所述二维激光位移传感器1上设置有光学滤镜。这样相对于常规二维激光位移传感器1，该传感器又加配了光学滤镜，增加了传感器的抗弧光性能。

本发明的工作原理如下：将焊枪4放在待焊接物体上方，二维激光传感器1对当前待焊接工件进行扫描，然后将扫描后的采样信号处理后传送给焊接机器人控制系统。焊接机器人控制系统根据得到的信号经过计算得到当前待焊接工件的坐标，然后机器人通过比对基准工件位置信息，修正当前待焊接工件的焊缝轨迹，驱动焊接机器人本体5带动焊枪4，随修正后的焊缝轨迹实施焊接。二维激光位移传感器1通过测距功能，可以反映焊缝在上下(z轴)方向发生的变化，并将该信息传递给修改过的焊接机器人控制系统，对二维激光传感器1发送过来的简单位置信号，进行滤波、坐标系转换等一系列工作，进而驱动焊枪4上下移动。至此该装置可以完成x、y、z三轴方向和z轴转动方向上的自动调整，即适用于任何接头的焊缝寻位。扫描定位、轨迹修正、焊接的自动进行更是使得机器人的焊接效率与质量大大提升。