專(zhuān)利名稱(chēng)：控制焊接三維結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序所述的在三維X-Y-Z坐標(biāo)系統(tǒng)中控制焊接的方法。
背景技術(shù)：
特別是在造船業(yè)，在實(shí)際生產(chǎn)中還沒(méi)有可能進(jìn)行異型零件的自動(dòng)焊接，一方面由于編程問(wèn)題，另一方面由于制造的精確性問(wèn)題。實(shí)際上，該零件的尺寸精確性及其定位的準(zhǔn)確性一直還沒(méi)有達(dá)到很高的水平，因此，例如，自動(dòng)化只能根據(jù)從設(shè)計(jì)系統(tǒng)得到的信息進(jìn)行。為了解決上述問(wèn)題，人們已經(jīng)做了很多努力，規(guī)定零件的制造和定位的精度，開(kāi)發(fā)以仿真為基礎(chǔ)的編程系統(tǒng)。然而，在技術(shù)實(shí)現(xiàn)和費(fèi)用上都遇到了嚴(yán)重的問(wèn)題。
專(zhuān)利申請(qǐng)F(tuán)I 20001907公開(kāi)了一種利用焊接自動(dòng)設(shè)備和人造圖相系統(tǒng)進(jìn)行零件的平焊的方法。這樣，先對(duì)放在支撐架表面上要焊接的結(jié)構(gòu)進(jìn)行照像，然后根據(jù)所獲得的照片圖相識(shí)別并確定待焊接的點(diǎn)和與其有關(guān)的焊接參數(shù)，再把上述焊接參數(shù)傳輸給焊接機(jī)來(lái)控制焊接。在焊接中，還最好使用可編程的宏程序。雖然這種方法本身有很多優(yōu)點(diǎn)，但是并不很適用焊接三維彎曲零件。
美國(guó)專(zhuān)利5.999.642公開(kāi)了一種方法及一種用于拍攝用于焊接的三維結(jié)構(gòu)的裝置。因此，用足夠數(shù)量的照相機(jī)和/或從多個(gè)角度對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描拍攝，從而全面定義要焊接的結(jié)構(gòu)，然后把上述結(jié)構(gòu)信息傳送到控制焊接自動(dòng)設(shè)備的焊接程序。這樣，就能生成整體三維結(jié)構(gòu)的完整視覺(jué)信息，并且用上述信息來(lái)控制實(shí)際焊接自動(dòng)設(shè)備的操作。因此，這種方法首先涉及到為計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器制作的待焊接結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型。但是這種方法很費(fèi)力，而且它的圖相處理十分復(fù)雜，因此這種方法非常耗時(shí)，而且使用該方法也無(wú)法避免在實(shí)際焊接過(guò)程中的偏差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種盡可能簡(jiǎn)單便于使用的新方法，可以用焊接自動(dòng)設(shè)備等來(lái)焊接三維結(jié)構(gòu)，并且消除上述方法的不利之處。
如何達(dá)到本發(fā)明的目的見(jiàn)權(quán)利要求1及其它權(quán)利要求的詳細(xì)說(shuō)明。根據(jù)本發(fā)明，X-Y平面上焊接設(shè)備的控制要根據(jù)提供的照片和依據(jù)該照片確定的控制數(shù)據(jù)，而且要對(duì)沿坐標(biāo)系中的Z軸方向(例如垂直軸線(xiàn))不斷的測(cè)定待焊接平面的高度位置，完成焊接作業(yè)，測(cè)定的高度位置上的信息要傳送給焊接設(shè)備的控制系統(tǒng)，以便也沿Z軸方向?qū)崟r(shí)控制焊接設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明，就足可以獲得異型零件的二維視覺(jué)信息以便向控制焊接設(shè)備，例如焊接自動(dòng)設(shè)備或操縱器提供支持，完成實(shí)時(shí)垂直測(cè)量與調(diào)整。因此，可以將待焊接的結(jié)構(gòu)的彎曲表面進(jìn)行平面投影以便用于焊接自動(dòng)設(shè)備，而無(wú)需事先對(duì)三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜的拍攝。
測(cè)定高度位置時(shí)，最好朝向待焊接表面瞄準(zhǔn)激光器，其中用攝像機(jī)裝置實(shí)時(shí)監(jiān)控激光器的瞄準(zhǔn)，提供測(cè)定的待焊接表面當(dāng)前高度位置的基準(zhǔn)信息。最好使用三個(gè)激光瞄準(zhǔn)器進(jìn)行激光器瞄準(zhǔn)，激光瞄準(zhǔn)器應(yīng)交叉，其光束應(yīng)提供三個(gè)點(diǎn)。用攝相裝置把上述測(cè)量點(diǎn)拍攝下來(lái)，并且根據(jù)所需的視頻信息，通過(guò)計(jì)算上述測(cè)量點(diǎn)之間相互距離的變化來(lái)測(cè)定待焊接表面當(dāng)前的高度位置。為了避免由待焊接的目標(biāo)中可能存在的相交結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的錯(cuò)誤信息，最好在較長(zhǎng)的距離上計(jì)算Z軸的控制數(shù)據(jù)。
測(cè)量待焊接表面的高度位置時(shí)，攝相裝置最好安裝在載有自動(dòng)設(shè)備和焊接設(shè)備的同一車(chē)架上。沿Z軸方向的控制器本身可以獨(dú)立運(yùn)行，與焊接自動(dòng)設(shè)備的控制平行操作，或也可以把它與自動(dòng)設(shè)備的控制集成在一起。
把所述高度位置讀取值輸入到焊接設(shè)備的控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)始終保持焊接設(shè)備與待焊接表面的恒定間隔距離。另外，可以通過(guò)例如焊弧的焊接坡口監(jiān)控，或通過(guò)光學(xué)的焊接坡口監(jiān)控來(lái)輔助對(duì)焊接設(shè)備的控制，從而糾正焊接設(shè)備在定位時(shí)產(chǎn)生的小錯(cuò)誤。
最好用設(shè)有調(diào)光器的照明器材來(lái)補(bǔ)償照明條件。這樣就可以盡可能有效消除在制作照片圖時(shí)照明條件變化所帶來(lái)的影響。
這種方法特別適用于船舶的異型零件的自動(dòng)化焊接。


下面參照附圖舉例說(shuō)明本發(fā)明，其中，圖1描述了一個(gè)采用本發(fā)明的方法的自動(dòng)焊接設(shè)備的原理，和，圖2闡述了依據(jù)本發(fā)明方法使用激光瞄準(zhǔn)器的測(cè)距系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
在附圖中，附圖標(biāo)記1代表待焊接結(jié)構(gòu)，這里是指造船業(yè)所用的異型零件，具有多個(gè)縱橫向支撐結(jié)構(gòu)，用可控自動(dòng)設(shè)備進(jìn)行焊接的基本部分。異型零件1放置在支撐底座2上，支撐底座2位于自動(dòng)設(shè)備門(mén)架3的作業(yè)區(qū)域內(nèi)。焊接自動(dòng)設(shè)備4位于自動(dòng)設(shè)備門(mén)架3處，另外，該系統(tǒng)包括攝相裝置5。自動(dòng)設(shè)備門(mén)架3實(shí)際上安裝在軌道上，這樣可根據(jù)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行移動(dòng)。如果需要，在同一軌道上可以有多個(gè)自動(dòng)設(shè)備門(mén)架，而且每一門(mén)架都可以有1個(gè)或2個(gè)焊接自動(dòng)設(shè)備4。焊接自動(dòng)設(shè)備4可以在作業(yè)區(qū)域內(nèi)沿X-Y軸方向和Z軸方向移動(dòng)。
攝相裝置5可以由1個(gè)或多個(gè)攝相機(jī)組成，例如數(shù)字?jǐn)z相機(jī)，并且用各種不同的方式進(jìn)行設(shè)置，例如，可以設(shè)置在門(mén)架自身處，可以與焊接設(shè)備相聯(lián)或者與分離設(shè)置，或者設(shè)置在門(mén)架周?chē)慕Y(jié)構(gòu)內(nèi)。依據(jù)照明條件，該系統(tǒng)也可以包括多個(gè)照明設(shè)備，如，鹵化燈(圖中未標(biāo)明)，其最好設(shè)有多個(gè)調(diào)光器以便占優(yōu)勢(shì)的照明條件，可能保持盡可能恒定的照明，以便確保成功的照片結(jié)果。
由于彎曲面和雙彎曲面的形狀，所以本發(fā)明所述的方法也需要一個(gè)適用的垂直測(cè)距系統(tǒng)，如附圖2所示。最好依據(jù)三個(gè)激光瞄準(zhǔn)器6來(lái)控制這項(xiàng)測(cè)距工作，使他們相互交叉并且其光束在異型零件1的表面上由三個(gè)點(diǎn)7組成三角形。因?yàn)樵摫砻娓叨任恢煤妥藨B(tài)隨板面的彎曲而變化，所以激光束各點(diǎn)之間的相互距離也變化。測(cè)量點(diǎn)7是由攝相器材5進(jìn)行不斷地拍攝，所以攝相器材5最好設(shè)置在安裝焊接自動(dòng)設(shè)備的同一車(chē)架上。如果需要，這個(gè)用于測(cè)距的照相機(jī)可以與用于結(jié)構(gòu)1整體拍照的攝相器材分開(kāi)安裝。根據(jù)各個(gè)測(cè)量點(diǎn)之間相互距離的變化，計(jì)算確定待焊接表面的當(dāng)前高度位置。該測(cè)距系統(tǒng)用于垂直控制焊接自動(dòng)設(shè)備，例如沿Z軸方向。由于是實(shí)時(shí)高度位置控制，所以從自動(dòng)設(shè)備的角度來(lái)看，該彎曲表面看起來(lái)是平面的，所以為平面零件設(shè)計(jì)的二維控制數(shù)據(jù)和自動(dòng)化焊接系統(tǒng)最好用于三維零件。
為了避免由相交結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的錯(cuò)誤信息，所以最好在較長(zhǎng)的距離上計(jì)算Z軸的控制數(shù)據(jù)。沿Z軸的控制是可以獨(dú)立進(jìn)行的，所以它與焊接自動(dòng)設(shè)備的控制是平行進(jìn)行的，或者也可以把它與焊接自動(dòng)設(shè)備的控制集成在一起，這樣就可以在焊接自動(dòng)設(shè)備的控制下進(jìn)行操作。
本發(fā)明所述方法的操作原理基本如下。把異型部分通過(guò)臨時(shí)點(diǎn)焊連接到彎曲薄板上，該異型零件放置在焊接自動(dòng)設(shè)備作業(yè)區(qū)的支撐底座上。用攝相裝置拍攝作業(yè)區(qū)，如果需要，使用適當(dāng)?shù)恼彰鳁l件，便于識(shí)別。根據(jù)事先編程的宏程序，由焊接自動(dòng)設(shè)備完成焊接，上述輸入數(shù)據(jù)由是攝相裝置提供的正式數(shù)據(jù)組成的。最簡(jiǎn)單地說(shuō)，所說(shuō)的在X-Y平面的簡(jiǎn)易圖相由異型零件組成，識(shí)別特定的焊點(diǎn)，另外選定根據(jù)焊接參數(shù)的適當(dāng)?shù)暮附宇?lèi)型。操作員對(duì)焊接自動(dòng)設(shè)備進(jìn)行編程。一旦確定了首次焊接作業(yè)，焊接自動(dòng)設(shè)備就可以開(kāi)始進(jìn)行焊接。如上所述，Z軸方向焊接的控制依據(jù)實(shí)時(shí)高度位置監(jiān)控進(jìn)行，由此高度位置控制系統(tǒng)保持焊接自動(dòng)設(shè)備與待焊接的面的恒定間隔距離。
在焊接中也可以使用焊縫跟蹤來(lái)修正自動(dòng)設(shè)備焊槍定位的小錯(cuò)誤。例如在進(jìn)行恒定電壓(MIG/MAG)焊接作業(yè)時(shí)，可以用焊縫跟蹤的方法使焊接電流根據(jù)自由金屬絲的長(zhǎng)度有所變化。在用焊弧進(jìn)行焊縫跟蹤中，用擺動(dòng)機(jī)構(gòu)焊接接縫時(shí)，如果接縫對(duì)稱(chēng)，則同點(diǎn)處兩面的焊接電流強(qiáng)度相同。當(dāng)焊槍與焊縫熔面的間隔距離變化時(shí)，則焊接電流的強(qiáng)度也不相同，其中為了使可能偏離的電流值相同，在焊縫跟蹤中要測(cè)定上述數(shù)值并改變路徑。
本發(fā)明所述方法的實(shí)質(zhì)優(yōu)點(diǎn)在于以下事實(shí)在編程階段，拍攝圖象中缺少的Z坐標(biāo)需要通過(guò)計(jì)算給出或確定。
本發(fā)明不局限于上述用途，但是在所附權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種在三維X-Y-Z坐標(biāo)系中控制焊接的方法，焊接結(jié)構(gòu)是按照待焊接的結(jié)構(gòu)由在組件中的三維支撐底座上設(shè)置大量結(jié)構(gòu)提供的，拍攝待焊接的結(jié)構(gòu)，制成該結(jié)構(gòu)構(gòu)照相圖，用照相圖識(shí)別該結(jié)構(gòu)的焊點(diǎn)，由此確定焊接參數(shù)，特別是焊接起點(diǎn)和焊接類(lèi)型以及要用的焊接方法，上述控制數(shù)據(jù)傳送給焊接設(shè)備的控制系統(tǒng)，其特征是，依據(jù)提供的所述照相圖和所述控制數(shù)據(jù)在X-Y平面上控制焊接設(shè)備，不斷沿坐標(biāo)系中Z軸(即垂直)方向測(cè)定待焊接表面的高度位置，完成焊接，高度位置的測(cè)定信息傳送給焊接設(shè)備的控制系統(tǒng)，控制焊接設(shè)備也沿Z軸方向?qū)崟r(shí)運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，在待焊接表面處使用激光瞄準(zhǔn)來(lái)測(cè)定高度位置，攝相裝置實(shí)時(shí)監(jiān)控激光器瞄準(zhǔn)，從而根據(jù)確定的待焊接表面的當(dāng)前的高度位置提供信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是，最好用3個(gè)激光瞄準(zhǔn)器進(jìn)行激光器瞄準(zhǔn)，激光瞄準(zhǔn)器的瞄準(zhǔn)方式應(yīng)是相互交叉，其光束提供三個(gè)點(diǎn)，用攝相裝置拍攝所述測(cè)量點(diǎn)，而且根據(jù)所需的視頻信息，依據(jù)對(duì)所述測(cè)量點(diǎn)之間相互距離的變化進(jìn)行的計(jì)算確定待焊接表面的當(dāng)前高度位置。
4.根據(jù)上述的權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征是，為了測(cè)量待焊接表面的高度位置，攝相裝置應(yīng)連接在焊接設(shè)備的焊接自動(dòng)設(shè)備的同一車(chē)架上。
5.根據(jù)上述的權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征是，所述高度位置的讀數(shù)傳送給焊接設(shè)備的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)設(shè)置成保持焊接設(shè)備與待焊接表面的恒定間隔距離。
6.根據(jù)上述的權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征是，用例如通過(guò)焊弧進(jìn)行焊接坡口跟蹤，或者用光學(xué)焊接坡口監(jiān)控，來(lái)輔助焊接設(shè)備的控制從而修正焊接設(shè)備定位的小錯(cuò)誤。
7.根據(jù)上述的權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征是，設(shè)有調(diào)光器的照明設(shè)備用于補(bǔ)償照明條件。
8.根據(jù)前述的權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征是，上述方法用于船舶中異型零件的自動(dòng)化焊接。
全文摘要
一種在三維X－Y－Z坐標(biāo)系中控制焊接的方法，焊接結(jié)構(gòu)是按照待焊接的結(jié)構(gòu)由安裝在一組件中的三維支撐底座上大量零件提供的，拍攝待焊接的結(jié)構(gòu)，制成結(jié)構(gòu)照相圖，用照相圖識(shí)別該結(jié)構(gòu)的焊點(diǎn)，由此確定焊接參數(shù)，特別是焊接起點(diǎn)和焊接類(lèi)型以及要用的焊接方法，上述控制數(shù)據(jù)傳送給焊接設(shè)備的控制系統(tǒng)。依據(jù)提供的所述照相圖和所述控制數(shù)據(jù)在X－Y平面上控制焊接設(shè)備，不斷測(cè)定沿坐標(biāo)系中的Z軸(即垂直軸)方向焊接表面的高度位置，完成焊接，該高度位置的預(yù)定信息傳送給焊接設(shè)備的控制系統(tǒng)，從而控制焊接設(shè)備也沿Z軸方向?qū)崟r(shí)運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)B25J9/16GK1572409SQ200410049048
公開(kāi)日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2004年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月12日
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