本發(fā)明屬于數(shù)字化焊接技術(shù)和裝備領(lǐng)域，尤其是一種自帶焊縫識(shí)別的機(jī)器人激光-電弧復(fù)合熱源焊接系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，“數(shù)字化”和“智能化”的概念越來越頻繁的出現(xiàn)在我們的科研和實(shí)際應(yīng)用中。追求品質(zhì)和效率成為實(shí)際生產(chǎn)的主旋律，如何實(shí)現(xiàn)焊接智能化成為焊接技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

工業(yè)機(jī)器人的不斷發(fā)展，使得焊接機(jī)器人逐漸成為焊接車間的生產(chǎn)主力。機(jī)器人激光焊接之前需要預(yù)先固定工件、機(jī)器人示教、設(shè)置好焊接工藝參數(shù)，當(dāng)焊接過程中由于工件固定不穩(wěn)定或熱應(yīng)力的影響導(dǎo)致工件變形等影響因素，可能會(huì)導(dǎo)致焊縫寬度以及空間位置的變化，但是機(jī)器人自動(dòng)化焊接并不能感知焊縫的偏差，導(dǎo)致可能出現(xiàn)的未熔合以及焊偏等一系列缺陷，從而不能保證焊接的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種提高焊接智能化程度，提高焊接效率，保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的自帶焊縫識(shí)別的機(jī)器人激光-電弧復(fù)合熱源焊接系統(tǒng)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種自帶焊縫識(shí)別的機(jī)器人激光-電弧復(fù)合熱源焊接系統(tǒng)，包括：mig焊槍、微型激光掃描儀、激光器、機(jī)器人、機(jī)器人控制柜、焊槍水冷裝置、焊接電源、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)；微型激光掃描儀集成在mig焊槍上，mig焊槍和激光器分別通過兩個(gè)管道輸送保護(hù)氣，且分別通過兩組管道連接焊槍水冷裝置；微型激光掃描儀輸出端接入計(jì)算機(jī)；數(shù)據(jù)采集卡輸入端和計(jì)算機(jī)之間通過數(shù)據(jù)線相連，采集卡輸出端與機(jī)器人控制柜相連；機(jī)器人和焊接電源之間通過電纜相連；

首先需在計(jì)算機(jī)中創(chuàng)建點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理模塊單元和參數(shù)下達(dá)模塊單元；然后通過微型激光掃描儀采集焊接方向前方區(qū)域中點(diǎn)空間位置數(shù)據(jù)；接著點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理模塊單元對(duì)微型掃描儀采集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；進(jìn)而識(shí)別出焊縫的空間位置；然后計(jì)算機(jī)將焊縫的空間位置通過數(shù)據(jù)采集卡以數(shù)字信號(hào)的方式傳輸給機(jī)器人控制柜；接著控制柜控制機(jī)器人對(duì)焊槍位置進(jìn)行調(diào)整；最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接。

進(jìn)一步的，激光-電弧復(fù)合為激光器和機(jī)器人mig焊槍復(fù)合。

進(jìn)一步的，mig焊槍和激光器通過夾具組合成一體，微型激光掃描儀作為焊接接縫感知工具，mig焊作為輔助熱源。

進(jìn)一步的，微型激光掃描儀設(shè)置在mig焊槍手柄上，微型激光掃描儀法線方向與mig焊槍平行。

進(jìn)一步的，微型激光掃描儀的信號(hào)線穿過磁閥集成于mig內(nèi)部，激光信號(hào)線走線隱蔽且屏蔽干擾信號(hào)。

進(jìn)一步的，計(jì)算機(jī)包括點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理模塊單元和參數(shù)下達(dá)模塊單元，其中：

點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理模塊單元基于matlab軟件，用于識(shí)別焊縫空間位置；

參數(shù)下達(dá)模塊單元基于數(shù)據(jù)采集卡，用于將焊縫空間位置以數(shù)字信號(hào)的方式傳輸給控制柜。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：(1)采用微型激光掃描儀，增加了焊縫識(shí)別技術(shù)，提高了焊接的智能化程度；(2)采用激光器復(fù)合mig焊槍裝置，增加了輔助熱源，改善激光焊接未熔透的情況，保證焊接質(zhì)量穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明自動(dòng)識(shí)別焊縫示意圖；

圖2為本發(fā)明模塊示意流程圖；

圖3為本發(fā)明的自帶焊縫識(shí)別的機(jī)器人激光-電弧復(fù)合熱源焊槍結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1、mig焊槍；2、激光器加工頭；3、微型激光掃描儀；4、夾具；5、激光-電弧復(fù)合焊槍；6、mig焊槍手柄。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1～2，本發(fā)明的自帶焊縫識(shí)別的機(jī)器人激光-電弧復(fù)合熱源焊接系統(tǒng)，包括mig焊槍、微型激光掃描儀、激光器、機(jī)器人、機(jī)器人控制柜、焊槍水冷裝置、焊接電源、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)；微型激光掃描儀集成在mig焊槍上，mig焊槍和激光器通過夾具組合成一體，mig焊槍和激光器分別通過兩個(gè)管道輸送保護(hù)氣，分別通過兩組管道循環(huán)冷卻水；微型激光掃描儀信號(hào)線集成于mig焊槍內(nèi)，微型激光掃描儀輸出端接入計(jì)算機(jī)；數(shù)據(jù)采集卡輸入端和計(jì)算機(jī)之間通過數(shù)據(jù)線相連，采集卡輸出端與機(jī)器人控制柜相連；機(jī)器人和焊接電源之間通過電纜相連。

首先需在計(jì)算機(jī)中創(chuàng)建點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理模塊單元和參數(shù)下達(dá)模塊單元；然后通過微型激光掃描儀采集焊接方向前方區(qū)域中點(diǎn)空間位置數(shù)據(jù)；接著點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理模塊單元對(duì)微型掃描儀采集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；進(jìn)而識(shí)別出焊縫的空間位置；然后計(jì)算機(jī)將焊縫的空間位置通過數(shù)據(jù)采集卡以數(shù)字信號(hào)的方式傳輸給機(jī)器人控制柜；接著控制柜控制機(jī)器人對(duì)焊槍位置進(jìn)行調(diào)整；最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接。

結(jié)合圖3，自動(dòng)識(shí)別焊縫的機(jī)器人激光-電弧復(fù)合熱源焊槍5為激光器的激光加工頭2和機(jī)器人mig焊槍1通過夾具4組合，微型激光掃描儀3集成于機(jī)器人mig焊槍手柄6上，不占據(jù)空間位置，微型激光掃描儀3法線方向與機(jī)器人mig焊槍1平行。

計(jì)算機(jī)包括點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理模塊單元，其中：

點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理模塊單元基于matlab軟件，用于識(shí)別焊縫空間位置；

參數(shù)下達(dá)模塊單元基于數(shù)據(jù)采集卡，用于將焊縫空間位置以數(shù)字信號(hào)的方式傳輸給控制柜。

實(shí)施例1

本實(shí)施例的自帶焊縫識(shí)別的機(jī)器人激光-電弧復(fù)合熱源焊接系統(tǒng)是基于matlab的數(shù)字化焊接技術(shù)，把激光掃描采集空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過matlab的平臺(tái)應(yīng)用到數(shù)字化焊接技術(shù)領(lǐng)域，硬件部分包括3dls-body激光掃描儀一臺(tái)、fronius機(jī)器人焊槍一套、precitecyc-30激光器一個(gè)、yls-10000激光器一臺(tái)、fronius焊接電源一套、kuka機(jī)器人一臺(tái)、kukakrc2機(jī)器人控制柜一臺(tái)、焊槍夾具一套、研華usb-4711數(shù)據(jù)采集卡一套以及計(jì)算機(jī)一套；軟件部分包括matlab。

結(jié)合圖1和2，以激光器法線與機(jī)器人mig焊槍法線交點(diǎn)為原點(diǎn)，機(jī)器人mig焊槍在x軸正方向上建立直角坐標(biāo)系，微型激光掃描儀相對(duì)與機(jī)器人激光－電弧復(fù)合熱源焊槍焊接位置坐標(biāo)為(230mm，0，450.3mm)，微型激光掃描儀在焊接過程中不斷采集焊接方向前方焊縫點(diǎn)云數(shù)據(jù)，以0.1s為單位，從采集開始每0.1s內(nèi)采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)作為一個(gè)小單元數(shù)據(jù)，通過labview軟件根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，首先對(duì)比空間點(diǎn)第1坐標(biāo)(即x軸方向坐標(biāo))，相同第1坐標(biāo)組成一個(gè)小點(diǎn)云數(shù)據(jù)組，小點(diǎn)云數(shù)據(jù)組根據(jù)第一坐標(biāo)從大到小依次排列，依次提取各小點(diǎn)云數(shù)據(jù)組進(jìn)行分析，對(duì)比這組點(diǎn)第3坐標(biāo)(即z軸方向坐標(biāo))，選取第3坐標(biāo)最小的點(diǎn)，該點(diǎn)即為此x坐標(biāo)下的焊縫中心位置點(diǎn)，同理，提取0.1s內(nèi)掃描的焊縫中心空間位置點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將焊縫中心位置點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過矩陣轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換到焊接機(jī)器人工作空間坐標(biāo)系，生成機(jī)器人工作路徑，即焊接路徑，計(jì)算機(jī)將機(jī)器人焊接路徑指令以數(shù)字信號(hào)的方式傳輸給機(jī)器人控制柜，控制柜及時(shí)調(diào)整焊槍位置。該過程在焊接過程中以反饋-負(fù)反饋的形式不斷循環(huán)，保證焊槍位置始終對(duì)準(zhǔn)焊縫中心位置。

結(jié)合圖3，該自帶焊縫識(shí)別的激光-電弧復(fù)合熱源焊槍為自主研發(fā)復(fù)合焊槍，具有焊縫識(shí)別的功能。3dls-body微型激光掃描儀安裝在fronius機(jī)器人焊槍手柄下端，本套微型激光掃描儀具有以下特點(diǎn)：

1、掃描頭數(shù)量：1

2、攝像頭分辨率：300000像素

3、掃描范圍：50mmx20mmx80mm(高)

4、掃描精度：優(yōu)于0.5％

5、掃描點(diǎn)距：1～2.5mm可設(shè)置

6、全體掃描點(diǎn)數(shù)：10～80萬點(diǎn)

7、掃描速度：10～80mm/s可調(diào)節(jié)

8、設(shè)備尺寸：

具體焊接過程如下：基于matlab軟件平臺(tái)，首先在計(jì)算機(jī)中建立一套點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理模塊單元，焊接過程中，mig焊槍起弧為激光焊接提供輔助熱源，微型激光掃描儀采集焊接方向前方焊縫空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)中點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)該組點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，識(shí)別出焊縫空間位置，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將焊縫空間位置定位到機(jī)器人工作空間坐標(biāo)系中，計(jì)算機(jī)將焊縫實(shí)時(shí)空間位置通過數(shù)據(jù)采集卡以數(shù)字信號(hào)的方式傳輸?shù)綑C(jī)器人控制柜，機(jī)器人控制柜對(duì)機(jī)器人焊接路徑進(jìn)行規(guī)劃，從而調(diào)整焊槍的位置，保證焊槍對(duì)準(zhǔn)焊縫中心位置，進(jìn)而保證機(jī)器人自動(dòng)化焊接質(zhì)量。

本發(fā)明提高了機(jī)器人激光焊的數(shù)字化自動(dòng)化程度，有利于提高焊接穩(wěn)定性，提高焊接產(chǎn)品質(zhì)量。