一種基于3d模型實(shí)時在線焊接工藝調(diào)整系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于機(jī)器人控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種3D模型實(shí)時在線焊接工藝調(diào)整系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)行自動焊接設(shè)備或智能焊接裝置，在作業(yè)前通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、作業(yè)方法、工藝條件進(jìn)行預(yù)置，使其焊接設(shè)備(裝備)在規(guī)劃模式下運(yùn)行。實(shí)際工作過程中焊接對象與模型外形有偏差、定位位置有偏差等不確定因素，會造成焊接加工作業(yè)后存在焊接質(zhì)量的不穩(wěn)定性；為解決現(xiàn)有設(shè)備自適應(yīng)性不足問題，其相關(guān)輔助裝備精度要求高、專用定制模式等方法，使其系統(tǒng)輔助成本很高，同時現(xiàn)行焊接設(shè)備(裝置)在作業(yè)中只能在作業(yè)前對各環(huán)按兵不動進(jìn)行精確定位編程，項(xiàng)目可移植性不高，設(shè)備即時通用性幾乎為零，而組成系統(tǒng)均為專用系統(tǒng)或定制生產(chǎn)線，不能滿足于現(xiàn)行市場各種小量多批次生產(chǎn)需要。
[0003]現(xiàn)行各種自動焊接設(shè)備均為反饋控制模式，即依據(jù)焊接執(zhí)行傳感信息進(jìn)行判定、調(diào)節(jié)作業(yè)方式、參數(shù)等，針對很多異常情況處理適應(yīng)能力不足，導(dǎo)致焊接質(zhì)量可靠性不理雄
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【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于3D模型實(shí)時在線焊接工藝調(diào)整系統(tǒng)，解決現(xiàn)有焊接設(shè)備適應(yīng)能力不足，焊接質(zhì)量不理想的問題。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0006]—種基于3D模型實(shí)時在線焊接工藝調(diào)整系統(tǒng)，包括總控制系統(tǒng)，與總控制系統(tǒng)相連的傳感器、3D掃描系統(tǒng)、3D掃描位置控制系統(tǒng)、機(jī)器人控制系統(tǒng)、焊接控制系統(tǒng)，所述3D掃描系統(tǒng)與3D掃描系統(tǒng)相連；
[0007]其中，總控制系統(tǒng)用于接收傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，以及接收3D掃面系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并且對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并向機(jī)器人控制系統(tǒng)、和焊接控制系統(tǒng)、3D掃描位置控制系統(tǒng)發(fā)出的控制指令；
[0008]傳感器用于檢測焊接作業(yè)中機(jī)器人各種狀態(tài)，并將信息傳輸至總控制系統(tǒng)；
[0009]3D掃描系統(tǒng)用于采集圖像信息，并進(jìn)行圖像預(yù)處理，然后將信息傳輸至總控制系統(tǒng)；
[0010]3D掃描位置控制系統(tǒng)用于控制3D掃描系統(tǒng)的掃描位置；
[0011]機(jī)器人控制系統(tǒng)用于控制機(jī)器人的動作運(yùn)動；
[0012]焊接控制系統(tǒng)用于控制焊機(jī)的焊接作業(yè)過程參數(shù)。
[0013]值得說明的是，以上系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行自己設(shè)計(jì)，當(dāng)然也可從市面上進(jìn)行購買，故而具體的組成不在此贅述。
[0014]一種基于3D模型實(shí)時在線焊接工藝調(diào)整系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟:
[0015](1)3D掃描系統(tǒng)將焊接作業(yè)區(qū)進(jìn)行在線實(shí)時掃描，掃描數(shù)據(jù)傳輸至總控制系統(tǒng)，總控制系統(tǒng)對掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行位置換算，重構(gòu)成3D模型；
[0016](2)將重構(gòu)成的3D模型與預(yù)設(shè)計(jì)的模型進(jìn)行匹配，若相同，總控制系統(tǒng)計(jì)算輸出機(jī)器人、焊機(jī)的控制參數(shù)，并將相應(yīng)的參數(shù)傳輸至焊接控制系統(tǒng)和機(jī)器人控制系統(tǒng)，焊接控制系統(tǒng)控制焊機(jī)進(jìn)行作業(yè)，機(jī)器人控制系統(tǒng)控制機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)；
[0017]若不同，總控制系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)對象的基本特性進(jìn)行焊接作業(yè)參數(shù)選擇、優(yōu)化，生成實(shí)際控制作業(yè)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至焊接控制系統(tǒng)和機(jī)器人控制系統(tǒng)焊接控制系統(tǒng)控制焊機(jī)進(jìn)行作業(yè)，機(jī)器人控制系統(tǒng)控制機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)。
[0018]進(jìn)一步地，機(jī)器人在作業(yè)中位置不停發(fā)生變化，3D掃描系統(tǒng)相對作業(yè)對象的姿態(tài)也將同步發(fā)生變化，此時，總控制系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)區(qū)數(shù)據(jù)計(jì)算出待掃描區(qū)域，然后將指令數(shù)據(jù)傳輸至3D掃描位置控制系統(tǒng)，通過3D掃描位置控制系統(tǒng)控制3D掃描系統(tǒng)調(diào)整位置姿態(tài)。
[0019]再進(jìn)一步地，具體焊接時:當(dāng)焊機(jī)與工件距離達(dá)到已設(shè)定值，傳感器向總控制系統(tǒng)發(fā)出焊接啟動信號，總控制系統(tǒng)向焊接控制系統(tǒng)發(fā)出指令，焊接控制系統(tǒng)控制焊機(jī)進(jìn)行工作。
[0020]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0021]采用本實(shí)用新型的系統(tǒng)進(jìn)行焊接作業(yè)，其焊接質(zhì)量高、方便、靈活、自適應(yīng)性強(qiáng)，并且可以大大地提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，本實(shí)用新型的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
實(shí)施例
[0024]如圖1所示，一種基于3D模型實(shí)時在線焊接工藝調(diào)整系統(tǒng)，一種基于3D模型實(shí)時在線焊接工藝調(diào)整系統(tǒng)，包括總控制系統(tǒng)，與總控制系統(tǒng)相連的傳感器、3D掃描系統(tǒng)、3D掃描位置控制系統(tǒng)、機(jī)器人控制系統(tǒng)、焊接控制系統(tǒng)，所述3D掃描位置控制系統(tǒng)與3D掃描系統(tǒng)相連；
[0025]其中，總控制系統(tǒng)用于接收傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，以及接收3D掃描系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并且對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并向機(jī)器人控制系統(tǒng)、和焊接控制系統(tǒng)、3D掃描位置控制系統(tǒng)發(fā)出的控制指令；
[0026]傳感器用于檢測焊接作業(yè)中機(jī)器人各種狀態(tài)，并將信息傳輸至總控制系統(tǒng)；
[0027]3D掃描系統(tǒng)用于采集圖像信息，并進(jìn)行圖像預(yù)處理，然后將信息傳輸至總控制系統(tǒng)；
[0028]3D掃描位置控制系統(tǒng)用于控制3D掃描系統(tǒng)的掃描位置；
[0029]機(jī)器人控制系統(tǒng)用于控制機(jī)器人的動作運(yùn)動；
[0030]焊接控制系統(tǒng)用于控制焊機(jī)的焊接作業(yè)過程參數(shù)。
[0031]作為一種優(yōu)選方式，機(jī)器人控制系統(tǒng)是含機(jī)器人運(yùn)動控制器、驅(qū)動器、編碼器，機(jī)器人運(yùn)動控制器接收總控制系統(tǒng)各種運(yùn)動控制指令，計(jì)算分解到各個軸運(yùn)動控制，同時執(zhí)行向驅(qū)動器發(fā)送運(yùn)動執(zhí)行指令，編碼器與驅(qū)動器相連，在驅(qū)動器接收到運(yùn)動控制器指令后執(zhí)行馬達(dá)驅(qū)動，并接收編碼器的位置返回值，實(shí)時對馬達(dá)運(yùn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)，使整個系統(tǒng)形成閉環(huán)控制。
[0032]3D掃描位置控制系統(tǒng)含有環(huán)形位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，在作業(yè)過程中機(jī)器人末端作業(yè)內(nèi)容、姿態(tài)、運(yùn)行軌跡不同，使機(jī)器人末端3D掃描系統(tǒng)相對規(guī)劃作業(yè)軌跡的相對位置姿態(tài)也不同，在數(shù)據(jù)掃描過程所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)質(zhì)量也有差異，該系統(tǒng)依據(jù)規(guī)劃作業(yè)路徑與當(dāng)前機(jī)器人末端狀態(tài)計(jì)算出3D掃描系統(tǒng)最佳姿態(tài)，使被掃描區(qū)域跟蹤規(guī)劃中的作業(yè)路徑。
[0033]3D掃描系統(tǒng)包括激光器、(XD攝像頭、濾光片和圖像采集卡；通過(XD攝像頭成像后，圖像采集卡對相應(yīng)的圖像信息進(jìn)行采集，并且進(jìn)行圖像預(yù)處理，然后將信息傳輸?shù)娇偪刂葡到y(tǒng)，總控制系統(tǒng)對圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換重構(gòu)模型后進(jìn)行焊縫識別，提取出所需的焊接信息，總控制系統(tǒng)處理后將焊接信息傳輸?shù)綑C(jī)器人的驅(qū)動器和焊機(jī)。C⑶攝像頭垂直對準(zhǔn)工件，激光器傾斜布置，激光器打出的激光經(jīng)柱透鏡形成一片光照射到工件上，形成一條寬度很窄的光帶，當(dāng)該光帶被工件反射或折射后，經(jīng)濾光片保留激光器發(fā)出的特定波長的光，而濾除其他波長的光，最后進(jìn)入CCD攝像頭成像。工件在垂直方向深度不同，故從垂直工件的方向看去，反射光成一折線，折線反映了各被加工的三維位置關(guān)系。
[0034]總控制系統(tǒng)由工業(yè)計(jì)算為硬件平臺的控制系統(tǒng)，由系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制功能、3D掃描系統(tǒng)產(chǎn)生的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理功能、3D模型重構(gòu)功能、3D圖像對比識別功能、焊接參數(shù)數(shù)據(jù)優(yōu)化功能等模塊組成，3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理依據(jù)3D掃描系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)結(jié)合當(dāng)前機(jī)器人姿態(tài)及3D掃描系統(tǒng)姿態(tài)轉(zhuǎn)換為笛卡爾坐標(biāo)系點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再通過模型重構(gòu)功能生成實(shí)時3D模型，依據(jù)生成的3D模型特征與焊接作業(yè)內(nèi)容特征對比，生成新的作業(yè)內(nèi)容再通過焊接參數(shù)優(yōu)化功能進(jìn)行焊接參數(shù)和路徑優(yōu)化，然后傳輸至機(jī)器人及焊機(jī)執(zhí)行。
[0035]本實(shí)用新型采用上述設(shè)備組成分布式控制模式，具有系統(tǒng)響應(yīng)快速、信息處理能力強(qiáng)、操作方便的優(yōu)勢。能夠?qū)ζ溥M(jìn)行實(shí)時調(diào)整，對焊縫的熔池信息的反饋處理，從而提高了焊接機(jī)器人的靈活性、穩(wěn)定性和精確性。激光器和傳感器能夠保證焊機(jī)的高精度運(yùn)動，提高焊縫的焊接質(zhì)量。
[0036]本實(shí)用新型的調(diào)整系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方法如下:
[0037]機(jī)器人在作業(yè)前由人機(jī)交付系統(tǒng)對作業(yè)區(qū)路徑及作業(yè)特征進(jìn)行規(guī)劃，設(shè)定作業(yè)對象基本參數(shù)特性如材料、焊接工藝條件、理論3D模型、焊接反饋控制模式等。
[0038]機(jī)器人執(zhí)行焊接前，由安裝在機(jī)器人上的3D掃描系統(tǒng)將焊接作業(yè)區(qū)進(jìn)行預(yù)掃描部分，掃描過程中根據(jù)機(jī)器人當(dāng)前末端位置、作業(yè)空間軌跡、3D掃描系統(tǒng)當(dāng)前位置分析出待掃描區(qū)域相對位置、由3D掃描位置控制系統(tǒng)對3D掃描系統(tǒng)的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，使掃描采集到的點(diǎn)數(shù)據(jù)更具有針對性。
[0039]3D掃描系統(tǒng)將掃描數(shù)據(jù)傳輸至總控制系統(tǒng)，總控制系統(tǒng)對掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行位置換算，重構(gòu)成笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)3D模型。總控制系統(tǒng)依據(jù)重構(gòu)的3D模型與預(yù)設(shè)計(jì)作業(yè)的模型進(jìn)行匹配，針對模型中焊接作業(yè)的深度、角度、位置偏差、材料表面等進(jìn)行對比，由系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)對象的基本特性進(jìn)行焊接作業(yè)參數(shù)選擇、優(yōu)化，生產(chǎn)實(shí)際控制作業(yè)數(shù)據(jù)。
[0040]值得說明的是，總控制系統(tǒng)通過工業(yè)總線通訊方式，將焊接工藝參數(shù)、機(jī)器人運(yùn)動控制軌跡、速度、末端焊機(jī)姿態(tài)等執(zhí)行數(shù)據(jù)，發(fā)送到各執(zhí)行控制系統(tǒng)。
[0041]另外，當(dāng)焊機(jī)與工件距離達(dá)到已設(shè)定值，傳感器向總控制系統(tǒng)發(fā)出焊接啟動信號，總控制系統(tǒng)向焊接控制系統(tǒng)發(fā)出指令，焊接控制系統(tǒng)控制焊機(jī)進(jìn)行工作，焊接開始后，傳感器根據(jù)焊絲距離工件的距離，對焊機(jī)的姿態(tài)擺動進(jìn)行輔助控制；同時依據(jù)焊接時的電流、電壓等反饋信息，傳輸?shù)娇偪刂葡到y(tǒng)，由總控制系統(tǒng)依據(jù)當(dāng)前信息及執(zhí)行參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算出新的優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行閉環(huán)控制，以保證最優(yōu)焊接質(zhì)量。
[0042]按照上述實(shí)施例，便可很好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。值得說明的是，基于上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提下，為解決同樣的技術(shù)問題，即使在本實(shí)用新型上做出的一些無實(shí)質(zhì)性的改動或潤色，所采用的技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)仍然與本實(shí)用新型一樣，故其也應(yīng)當(dāng)在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于3D模型實(shí)時在線焊接工藝調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于，包括總控制系統(tǒng)，與總控制系統(tǒng)相連的傳感器、3D掃描系統(tǒng)、3D掃描位置控制系統(tǒng)、機(jī)器人控制系統(tǒng)、焊接控制系統(tǒng)，所述3D掃描系統(tǒng)與3D掃描系統(tǒng)相連； 其中，總控制系統(tǒng)用于接收傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，以及接收3D掃描系統(tǒng)采集傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并且對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并向機(jī)器人控制系統(tǒng)、和焊接控制系統(tǒng)、3D掃描位置控制系統(tǒng)發(fā)出的控制指令； 傳感器用于檢測焊接作業(yè)中機(jī)器人各種狀態(tài)，并將信息傳輸至總控制系統(tǒng)； 3D掃描系統(tǒng)用于采集圖像信息，并進(jìn)行圖像預(yù)處理，然后將信息傳輸至總控制系統(tǒng)； 3D掃描位置控制系統(tǒng)用于控制3D掃描系統(tǒng)的掃描位置； 機(jī)器人控制系統(tǒng)用于控制機(jī)器人的動作運(yùn)動； 焊接控制系統(tǒng)用于控制焊機(jī)的焊接作業(yè)過程參數(shù)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于3D模型實(shí)時在線焊接工藝調(diào)整系統(tǒng)，解決現(xiàn)有焊接設(shè)備適應(yīng)能力不足，焊接質(zhì)量不理想的問題。本實(shí)用新型包括總控制系統(tǒng)，與總控制系統(tǒng)相連的傳感器、3D掃描系統(tǒng)、3D掃描位置控制系統(tǒng)、機(jī)器人控制系統(tǒng)、焊接控制系統(tǒng)，所述3D掃描位置控制系統(tǒng)與3D掃描系統(tǒng)相連。采用本實(shí)用新型的系統(tǒng)進(jìn)行焊接作業(yè)，其焊接質(zhì)量高、方便、靈活、自適應(yīng)性強(qiáng)，并且可以大大地提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。
【IPC分類】G05B19/414
【公開號】CN204965141
【申請?zhí)枴緾N201520625781
【發(fā)明人】王浪
【申請人】四川省創(chuàng)天成機(jī)電工程技術(shù)有限公司
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年8月19日