适于智能纠偏的激光焊接机器人系统及其工作方法与流程

本发明涉及焊接设备技术领域，具体涉及一种适于智能纠偏的激光焊接机器人系统及其工作方法。

背景技术：

焊接机器人是从事焊接的工业机器人。焊接机器人就是在工业机器人的末轴法兰装接激光发射器等，使之能对焊接件进行焊接、切割或热喷涂。由于焊接机器人在焊接过程中会与焊接件之间产生相对运动，很容易造成激光束偏离焊缝位置，导致未焊合、焊跑偏、焊缝弯曲等现象，不仅影响焊接质量，还有可能损坏焊接件。而目前的焊接机器人通常通过运动机构按照预设的路径进行焊接，在焊接件松动或产生位移时，无法及时发现和处理，浪费了生产成本，也降低了产品的合格率和生产效率。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种适于智能纠偏的激光焊接机器人系统及其工作方法，通过光电开关预先穿过并沿焊缝运动，以引导运动机构沿焊缝运动，保证了激光束对准焊缝进行焊接。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种激光焊接机器人系统，包括：云服务器、由控制模块控制驱动的运动机构，以及分别安装在运动机构上的激光焊接机构和光电开关；所述激光焊接机构适于发射激光束对焊接件的焊缝进行焊接；所述光电开关位于激光焊接机构的运动前端且穿过焊缝设置，以引导运动机构沿焊缝运动；以及所述云服务器适于存储运动机构的运动指令信息，并通过无线通信模块发送至控制模块。

进一步，所述无线通信模块包括：超高频rfid天线；其中所述超高频rfid天线包括：介质基板、设置在该介质基板上表面上的金属辐射片和安装在金属辐射片上的射频芯片组件；所述金属辐射片包括：十字形辐射单元臂和位于十字形辐射单元臂上的矩形辐射单元；所述十字形辐射单元臂的每个延伸臂的末端与矩形辐射单元的四条边的中心点连接，且矩形辐射单元的每条边外侧不相邻的对角上设置有向外延伸的弯折辐射单元臂；以及所述射频芯片组件位于十字形辐射单元臂的中心位置。

进一步，所述弯折辐射单元臂为中心对称结构，包括：第一、第二、第三弯折辐射臂；其中所述第一弯折辐射臂包括：第一、第二u形枝节；且第一u形枝节的两端分别连接矩形辐射单元的一个边角和第二u形枝节的一端；所述第二弯折辐射臂为直线形；以及所述第三弯折辐射臂为倒l形。

进一步，第一、第二、第三弯折辐射臂之间的缝隙适于形成谐振缝。

进一步，所述超高频rfid天线还包括设置在介质基板下面的匹配阻抗模块和馈电端口。

进一步，所述匹配阻抗模块包括：第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路。

进一步，所述第一阻抗匹配电路为环形阻抗匹配电路；以及所述第二阻抗匹配电路为梯形环状导体阻抗匹配电路。

进一步，所述介质基板呈正方形，其厚度大于金属辐射片厚度；所述介质基板的四边尺寸大于金属辐射片尺寸；以及所述金属辐射片为良导体。

进一步，所述十字形辐射单元臂的十字交叉点为馈电中心。

又一方面，本发明还提供了一种激光焊接机器人系统的工作方法，包括：云服务器、由控制模块控制驱动的运动机构，以及分别安装在运动机构上的激光焊接机构和光电开关；所述云服务器适于将运动指令信息通过无线通信模块发送至控制模块，以控制运动机构带动激光焊接机构沿焊缝运动。

本发明的有益效果是，本发明的激光焊接机器人系统通过光电开关预先穿过并沿焊缝运动，以引导运动机构沿焊缝运动，保证了激光束对准焊缝进行焊接，进而实现了激光焊接机器人的纠偏功能，提高了焊接质量；此外，通过云服务器存储运动机构的运动指令信息，并由无线通信模块发送至控制模块，降低了焊接过程对人的依赖度，提高了自动化程度和生产效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的激光焊接机器人系统的原理框图；

图2是本发明的超高频rfid天线的结构示意图；

图3是本发明的阻抗匹配模块的结构示意图；

图中：介质基板1，金属辐射片2，十字形辐射单元臂21，矩形辐射单元22，弯折辐射单元臂23，第一弯折辐射臂231，第一u形枝节2311，第二u形枝节2312，第二弯折辐射臂232，第三弯折辐射臂233，第一阻抗匹配电路3，第二阻抗匹配电路4，馈电端口5。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

图1是本发明的激光焊接机器人系统的原理框图。

如图1所示，本实施例1提供了一种激光焊接机器人系统，包括：云服务器、由控制模块控制驱动的运动机构，以及分别安装在运动机构上的激光焊接机构和光电开关；所述激光焊接机构适于发射激光束对焊接件的焊缝进行焊接；所述光电开关位于激光焊接机构的运动前端且穿过焊缝设置，以引导运动机构沿焊缝运动；以及所述云服务器适于存储运动机构的运动指令信息，并通过无线通信模块发送至控制模块。具体的，所述光电开关通过焊缝处时处于开启状态，当偏离焊缝时处于关闭状态，此时控制模块控制运动机构带动光电开关回归焊缝处，即保持激光焊接机构对准焊缝。

可选的，所述运动机构包括但不限于：沿焊缝方向设置的水平气缸和垂直焊缝方向设置的纠偏气缸；所述水平气缸适于带动激光焊接机构沿焊缝方向运动，所述纠偏气缸适于将偏离焊缝处的激光焊接机构推回或拉回焊缝处。

可选的，所述光电开关例如但不限于欧姆龙e3z-d61型光电开关。

可选的，所述激光焊接机构包括但不限于用于发射激光束的激光发射器，可以通过控制模块调节激光束的功率、焦距等。

可选的，所述云服务器可以通过一pc机远程控制，以向云服务器输入并存储运动机构的运动指令信息；以及所述运动指令信息包括但不限于运动机构的运动距离和运动速度。

可选的，所述控制模块例如但不限于51单片机，可以通过相应的驱动电路控制激光焊接机构、运动机构进行工作。

本实施例1的激光焊接机器人系统通过光电开关预先穿过并沿焊缝运动，以引导运动机构沿焊缝运动，保证了激光束对准焊缝进行焊接，进而实现了激光焊接机器人的纠偏功能，提高了焊接质量；此外，通过云服务器存储运动机构的运动指令信息，并由无线通信模块发送至控制模块，降低了焊接过程对人的依赖度，提高了自动化程度和生产效率。

图2是本发明的超高频rfid天线的结构示意图。

作为超高频rfid天线的一种可选的实施方式。

见图2，所述无线通信模块包括：超高频rfid天线；其中所述超高频rfid天线包括：介质基板1、设置在该介质基板1上表面上的金属辐射片2和安装在金属辐射片2上的射频芯片组件（图中未显示）；所述金属辐射片2包括：十字形辐射单元臂21和位于十字形辐射单元臂21上的矩形辐射单元22；所述十字形辐射单元臂21的每个延伸臂的末端与矩形辐射单元22的四条边的中心点连接，且矩形辐射单元22的每条边外侧不相邻的对角上设置有向外延伸的弯折辐射单元臂23；以及所述射频芯片组件位于十字形辐射单元臂21的中心位置。

具体的，所述射频芯片组件适于将运动指令信息经过调制后传输至弯折辐射单元臂23，以发送至控制模块。

可选的，所述十字形辐射单元臂21的十字交叉点为馈电中心。

优选的，所述矩形辐射单元22为正方形。

本实施方式的超高频rfid天线集微带天线的诸多特点于一体，容易与目前流行的电子标签用系列芯片进行匹配，只要将标签芯片直接接在所述天线的馈电输入端上，而无需其它外接元器件，就能得到超高频射频识别标签；且其匹配性能比传统超高频电子标签天线的好，并且超高频rfid天线的辐射方向图为立体全向，可以极大提高识读率和增加识读距离，也便于日后将标签芯片与超高频rfid天线集成，进一步降低应用成本，也为超高频标签嵌入于物体表面奠定了基础；此外通过位于中心处的射频芯片组件将运动指令信息传输至弯折辐射单元臂，再发送至控制模块，提高了运动指令信息的辐射范围和辐射强度，从而保证了焊接机器人系统的响应速度。

此外，本实施方式的超高频rfid天线还具有超高频射频识别，频率范围在860-960mhz内，易于与目前流行的射频识别用标签芯片匹配，辐射方向图具有立体全向性，而且具有轮廓低、体积小、重量轻、加工简单、易于集成等特点。

作为弯折辐射单元臂的一种可选的实施方式。

见图2，所述弯折辐射单元臂23为中心对称结构，包括：第一、第二、第三弯折辐射臂；其中所述第一弯折辐射臂231包括：第一、第二u形枝节；且第一u形枝节2311的两端分别连接矩形辐射单元22的一个边角和第二u形枝节2312的一端；所述第二弯折辐射臂232为直线形；以及所述第三弯折辐射臂233为倒l形。

现以图2中最上方所示的弯折辐射单元臂为例，加以说明：第一u形枝节2311呈倒u形，其开口端朝下设置；第二u形枝节2312的开口端朝左侧水平设置。第二弯折辐射臂232竖直设置在矩形辐射单元22边长的中心点处。第三弯折辐射臂233为倒l形，且位于第二弯折辐射臂232的右侧。

本实施方式的弯折辐射单元臂可以通过第一、第二、第三弯折辐射臂形成中心对称结构，进一步提高运动指令信息的信号强度，从而提高激光焊接机器人系统的工作范围和响应速度。

优选的，第一、第二、第三弯折辐射臂之间的缝隙适于形成谐振缝，以增大超高频rfid天线的辐射增益，进而提高运动指令信息的辐射范围和辐射强度，以保证控制模块准确接收运动指令信息。

图3是本发明的阻抗匹配模块的结构示意图。

作为阻抗匹配模块的一种可选的实施方式。

见图3，所述超高频rfid天线还包括设置在介质基板1下面的匹配阻抗模块和馈电端口5；所述匹配阻抗模块包括：第一阻抗匹配电路3和第二阻抗匹配电路4。

可选的，所述第一阻抗匹配电路3为环形阻抗匹配电路；以及所述第二阻抗匹配电路4为梯形环状导体阻抗匹配电路。

本实施方式的阻抗匹配模块通过第一、第二阻抗匹配电路，易于与目前流行的射频识别用标签芯片切合，阻抗匹配性好、辐射方向图具有立体全向性，而且具有轮廓低、体积小、重量轻、加工简单、易于集成等特点。

进一步，见图2，所述介质基板1呈正方形，其厚度大于金属辐射片2的厚度；所述介质基板1的四边尺寸大于金属辐射片尺寸；以及所述金属辐射片为良导体，例如但不限于铝合金、铜合金或其他超导材料。

可选的，所述介质基板具有一定的介质常数，例如但不限于聚四氟乙烯板。

综上所述，本申请的激光焊接机器人系统通过光电开关预先穿过并沿焊缝运动，以引导运动机构沿焊缝运动，保证了激光束对准焊缝进行焊接，进而实现了激光焊接机器人的纠偏功能，提高了焊接质量；此外，通过云服务器存储运动机构的运动指令信息，并由无线通信模块发送至控制模块，降低了焊接过程对人的依赖度，提高了自动化程度和生产效率；弯折辐射单元臂可以通过第一、第二、第三弯折辐射臂形成中心对称结构，进一步提高运动指令信息的信号强度，从而提高激光焊接机器人系统的工作范围和响应速度；阻抗匹配模块通过第一、第二阻抗匹配电路，易于与目前流行的射频识别用标签芯片切合，阻抗匹配性好、辐射方向图具有立体全向性，而且具有轮廓低、体积小、重量轻、加工简单、易于集成等特点；通过位于中心处的射频芯片组件将运动指令信息传输至弯折辐射单元臂，再发送至控制模块，提高了运动指令信息的辐射范围和辐射强度，从而保证了焊接机器人系统的响应速度。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例2提供了一种激光焊接机器人系统的工作方法，包括：云服务器、由控制模块控制驱动的运动机构，以及分别安装在运动机构上的激光焊接机构和光电开关；所述云服务器适于将运动指令信息通过无线通信模块发送至控制模块，以控制运动机构带动激光焊接机构沿焊缝运动。

关于激光焊接机器人系统的具体结构及实施过程参见实施例1的相关论述，此处不再赘述。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。