一种手工电阻点焊焊接参数自动切换的方法
【专利摘要】本发明涉及一种手工电阻点焊焊接参数自动切换的方法，其特征在于：点焊钳上固定姿态传感器，姿态传感器与数据处理系统信号连接，焊接控制柜与数据处理系统信号连接，点焊钳的钳身上贴有与气缸运动方向垂直的标志线，点焊钳工作台的周围安装有视觉传感器，视觉传感器与数据处理系统信号连接；数据处理系统，包括传感器控制及信息收集模块、焊钳位置及焊接位置计算模块、焊接参数调用模块、系统设定自检及报警模块；为了提高系统精度还可以配合其他辅助可控标示控制模板；其中传感器控制及信息收集模块用于接收焊接启动信号，发出传感器信号采集信号，收集传感器信号。其能在焊接过程中自动切换焊接参数，避免了操作工人频繁的更换参数造成的疏漏和焊接质量不稳定情况，简化了操作人员的操作步骤，实现了一把焊钳自动焊接多个焊接接头的功能。
【专利说明】-种手工电阻点焊焊接参数自动切换的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种手工电阻点焊焊接参数自动切换的方法，属于焊接【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 手工电阻点焊具有灵活、投资小、生产准备周期短、适应能力强、生产线可动率高 等优点，在主机厂和零部件厂家广泛用于各种生产纲领的白车身及零部件的生产。但受场 地、投入、效率和管理等因素的限制，手工点焊时往往需要使用一把焊谢焊接多种工况(例 如不同材质、不同板厚、不同匹配状况等）的焊点；同时，由于每种焊点需要使用的参数往往 是不一样的，使用一组焊接参数焊接多种工况的焊点存在焊接质量下降的风险。因此，使用 一把焊谢手工点焊多种工况的点焊接头时有根据当前焊点工况进行焊接参数切换的需求。
[0003] 现有3种实现参数切换的解决方案。第1种是在焊接时由操作者手工切换， 例如中国专利申请《多功能点焊机控制手柄及利用手柄进行焊接控制的方法》（申请号 201001163624. 7)中提出的在焊谢手柄上安装参数选择用的拨码开关，操作者手动在各个 参数间切换。但手动切换参数不但增加了操作者的劳动强度、培训要求和执行力要求，而且 存在操作者误操作等不可靠的因素，因而存在用错参数的可能，所W并不实用。第2种是在 焊接夹具上安装检测当前焊谢焊接位置的机构，例如中国专利申请《点焊设备用焊接参数 及焊点数量光纤识别系统》（申请号200720096990. 9)中提出的在夹具上安装焊谢点头定位 块、光纤保护器、识别光纤和光纤放大器识别当前焊点，进而实现焊接参数自动参数调整； 中国专利申请《一种焊接参数自动转换装置》（申请号200920075927. 6)中提出的在焊接夹 具上安装焊谢检测装置识别当前焊点，进而实现焊接参数自动转换。该种在焊接夹具上安 装焊谢焊接位置(进而知道当前焊点位置）检测装置的方法需要在夹具上安装与可切换参 数数量成正比的"检测装置"和线缆，造成布线繁琐、焊谢可达性下降、使用不便和维护工作 量大。第3种是根据当前焊点总板厚不同实现不同参数切换，例如中国专利申请《可自动调 整焊接参数的焊谢》（申请号201120028235. 3)中提出的在焊谢上安装由传感器安装座、弹 性胶垫、传感器连接座和可触式传感器组成的检测焊接时上、下电极臂相对距离，进而推算 被焊接件厚度和实现自动调整焊接参数的方案。该方案，存在无法实现总厚度相同但板材 厚度不同点焊接头间参数切换、无法应对焊点位置差异、无法应对板材匹配差异等工况下 需要调整焊接参数、系统无声光报警等防错功能的问题，因而对焊点质量提升的作用有限。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种手工电阻点焊焊接参 数自动切换的方法，其是一种通过自动调用与每个或每组焊点对应的参数焊接的电阻点焊 参数切换的方法，通过传感器采集点焊时点焊电极下压后焊谢的位置和姿态数据，运用计 算机对焊谢的位置和姿态数据进行分析，计算出"当前焊谢可能的位置范围和姿态范围"， 进而计算出焊谢"当前可能焊接的位置范围"，经过将"当前可能焊接的位置范围"与工件上 焊点理论位置的比较、分析得出焊谢"当前可能焊接的焊点组合"，通过将"当前可能焊接的 焊点组合"与"多组预先制定好的焊点组合"进行比对和分析，找到"多组预先制定好的焊 点组合"中一组包含"当前可能焊接的焊点组合"中所有焊点的"焊点组合"，按照与"多组 预先制定好的焊点组合"一一对应的"预先制定好的焊接参数"的对应关系，切换到与该个 "焊点组合"对应的焊接参数进行焊接，并输出焊点组合的标号警告，由此实现焊接参数自 动切换与声光报警的目的。
[0005] 本发明的技术方案是该样实现的；一种手工电阻点焊焊接参数自动切换的方法， 包括视觉传感器、数据处理系统、点焊谢、姿态传感器；其特征在于：点焊谢上固定姿态传 感器，姿态传感器与数据处理系统信号连接，焊接控制柜与数据处理系统信号连接，点焊谢 的谢身上贴有与气缸运动方向垂直的标志线，点焊谢工作台的周围安装有视觉传感器，视 觉传感器与数据处理系统信号连接；数据处理系统，包括传感器控制及信息收集模块、焊谢 位置及焊接位置计算模块、焊接参数调用模块、系统设定自检及报警模块；为了提高系统精 度还可W配合其他辅助可控标示控制模板；其中传感器控制及信息收集模块用于接收焊接 启动信号，发出传感器信号采集信号，收集传感器信号。
[0006] 其具体的步骤如下；1)首先将点焊谢移动到焊接位置，操作者按下点焊谢上的开 始按钮，焊接控制柜接到焊接信号，点焊谢开始动作施加初始电极压力，即指电极帽与工件 接触并施加一定电极压力后；2)焊接控制柜向数据处理系统中的视觉传感器控制模块和焊 谢位置计算模块发送信号采集命令，视觉传感器控制模块根据视觉传感器采集的图片，计 算出工件坐标，焊谢位置计算模块根据视觉传感器发送的图片和姿态传感器发送的数据， 计算出当前焊接位置坐标，即当前焊谢可能的位置范围和姿态范围；3)参数调用模块根据 焊接坐标调用预先设置好的焊接参数并发给焊接控制柜完成整个焊接过程； 所述的"当前焊谢可能的位置范围和姿态范围"指对焊谢位置和姿态数据进行分析后 得到的焊接当前焊点时焊谢可能的位置和姿态范围，该个"范围"包括系统的误差。
[0007] 所述的"当前可能焊接的位置范围"指通过焊谢尺寸数据和"当前焊谢可能的位置 范围和姿态范围"计算得到的当前焊接的点焊接头可能的位置范围。
[000引所述的"当前可能焊接的焊点组合"是该手工点焊工位焊接的一个特定的焊点、或 若干个特定焊点的组合或者该工位所有焊点。
[0009] 所述的姿态传感器是倾角传感器。
[0010] 所述的视觉传感器是用3-10个单目像机或多目像机。
[0011] 所述的点焊谢上的标志线是易于视觉传感器捕捉的普通标示或可控标示，或可W 选择性的配置姿态传感器。
[0012] 所述的焊谢位置及焊接位置计算模块用于处理传感器控制及信息收集模块收集 的数据，计算出工件中焊点和焊谢的坐标，并将计算的坐标发送给焊接参数调用模块。
[0013] 所述的焊接参数条调用模块用于对比焊点坐标和工件模型，选择调用的焊接参 数，并将焊接信息和焊接参数信息发给点焊控制器。
[0014] 所述视觉传感器采集焊接工件和焊谢信息，计算并比较焊谢位置和焊点位置，得 出焊点焊接工况，然后根据焊接工况调用预置的参数。
[0015] 所述的"多组预先制定好的焊点组合"可W是W下2种情况中的一种： 1.第一种情况，预先制定好的焊点组合由W下2种焊点组组成；1)每组只包括1个焊 点的焊点组，该类焊点组的数目等于该手工工位需要焊接的焊点数；2)包括该手工工位所 有焊点的焊点组，该类焊点组的数量为I; 2.第二种情况，预先制定好的焊点组合由W下3种焊点组组成；1)每组只包括1个焊 点的焊点组，该类焊点组的数目等于该手工工位需要焊接的焊点数；2)包括该手工工位所 有焊点的焊点组，该类焊点组的数量为1 ;3)每组都包括若干个焊点，每组的焊点数目大于 1，并小于该工位焊点数，该类焊点组的数目和每个焊点组内的焊点数取决于参数自动切换 装置的成本与质量控制目标的平衡。
[0016] 所述的"预先制定好的焊接参数"有W下H类构成；1)与需要焊接的每个焊点组合 一一对应的焊接参数，该类焊接参数数量等于焊点数量；2)包括适合手工工位所有焊点的 焊点组合的焊接参数，其数量为1 ;3)每组包括适合若干焊点的焊接参数，其数量大于1。
[0017] 本发明的积极效果是；本发明能在焊接过程中自动切换焊接参数，避免了操作工 人频繁的更换参数造成的疏漏和焊接质量不稳定情况，简化了操作人员的操作步骤，实现 了一把焊谢自动焊接多个焊接接头的功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为本发明的工作流程框图。 图2为本发明结构原理框图。
[0019] 图3为本发明一种具体实施例框图。
[0020] 图4为本发明另一种具体实施例的结构示意图。
[0021] 图5为工件上焊点序号、焊接规范、空间坐标对应示意图。
[0022] 图6为焊谢标记与倾角示意图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述：如图6所示，一种手工电阻点 焊焊接参数自动切换的方法，包括视觉传感器、数据处理系统、点焊谢、姿态传感器；其特征 在于：点焊谢上固定姿态传感器，姿态传感器与数据处理系统信号连接，焊接控制柜与数据 处理系统信号连接，点焊谢的谢身上贴有与气缸运动方向垂直的标志线，点焊谢工作台的 周围安装有视觉传感器，视觉传感器与数据处理系统信号连接；其具体的步骤如下：1)首 先将点焊谢移动到焊接位置，操作者按下点焊谢上的开始按钮，焊接控制柜接到焊接信号， 点焊谢开始动作施加初始电极压力；2)焊接控制柜向数据处理系统中的视觉传感器控制模 块和焊谢位置计算模块发送信号采集命令，视觉传感器控制模块根据视觉传感器采集的图 片，计算出工件坐标，焊谢位置计算模块根据视觉传感器发送的图片和姿态传感器发送的 数据，计算出当前焊接位置坐标；3)参数调用模块根据焊接坐标调用预先设置好的焊接参 数并发给焊接控制柜完成整个焊接过程。
[0024] 所述的姿态传感器是倾角传感器。
[00巧]所述的视觉传感器是用3-10个单目像机或多目像机。
[0026] 所述的点焊谢上的标志线是易于视觉传感器捕捉的普通标示或可控标示，或可W 选择性的配置姿态传感器； 数据处理系统，包括传感器控制及信息收集模块、焊谢位置及焊接位置计算模块、焊接 参数调用模块、系统设定自检及报警模块；为了提高系统精度还可W配合其他辅助可控标 示控制模板；其中传感器控制及信息收集模块用于接收焊接启动信号，发出传感器信号采 集信号，收集传感器信号。
[0027] 所述的焊谢位置及焊接位置计算模块用于处理传感器控制及信息收集模块收集 的数据，计算出工件中焊点和焊谢的坐标，并将计算的坐标发送给焊接参数调用模块。
[0028] 所述的焊接参数条调用模块用于对比焊点坐标和工件模型，选择调用的焊接参 数，并将焊接信息和焊接参数信息发给点焊控制器。
[0029] 所述视觉传感器采集焊接工件和焊谢信息，计算并比较焊谢位置和焊点位置，得 出焊点焊接工况，然后根据焊接工况调用预置的参数。
[0030] 实施例1 如图2所示是利用视觉传感器采集图片信息，数据处理系统通过采集的图片信息计 算出此时电极帽端头的空间位置，根据空间位置不同焊接参数调用模块调用不同的焊接参 数。当焊接位置复杂时，可W在焊谢上配置可控标志线，然后用姿态传感器辅助采集焊谢姿 态数据，提高系统的识别精度。
[003。 建立空间坐标系；如图3所示，W夹具base板为XY平面；将垂直于base板向上的 方法定于为Z轴方向正方向，得到一个X-Y-Z空间坐标系。如图4,对工件上焊点的位置进 行测量的出焊点的空间坐标。根据工件的焊接顺序对焊点顺序进行编号，制定各焊点的焊 接规范并编号，使得焊接规范与焊点序号形成具有对应关系的序列，并将空间坐标、焊点序 号、焊接规范存入焊接参数调用模块。
[0032] 系统的标定与设置；如图3所示，将六个视频传感器固定，满足在焊接时至少有两 个视频传感器不被遮挡；在点焊谢上安装适当的标志和姿态传感器即倾角传感器。将传 感器与信息收集模块连接，根据已经建立的坐标轴和零件坐标，对六个视觉传感器采集P (P1，P2, P3, P4, P5, P6)进行判断和标定，在数据处理模块中建立一个图像像素点与夹具空 间坐标的转换关系 F伸的巧，Zj 同时视觉传感器还采集了可控标示的图像P2、倾角传感器采集了点焊谢的倾角a,根 据焊谢的自身尺寸L建立一个点焊谢图片与电极帽端头直接的关系 F: (P 禹L)=Y: (X:苦：jZ:) 当Fl关系建立时，工件的坐标就得到了重新校正并得到了工件中焊点的坐标Y 1，F2 建立时焊谢的坐标在夹具的空间坐标中被确定并能得到电极帽端头的坐标Y2。
[0033] 焊点位置识别与报警； 数据处理模块对Y1，Y2对比统计。计算出偏差，如果偏差不超过预先设置的标准，调 用Yl坐标对应的焊接规范；如果超过预先设置的标准，调用预先设置的超差焊接规范，同 时记录此次超过预设范围，在接下来的焊接中，在此位置连续出现超过预设范围后，处理程 序认为该类超差具有继承性，超差累加数超过10次，报警模块参数报警信号，另一方面若 该处超差没有连续产生，当无超差现象连续五次出现则清除超差累加。
[0034] 如图1所示，当操作者按下焊谢上的开始按钮时，焊接控制柜接到焊接信号，焊谢 开始动作施加初始电极压力，控制柜向视觉传感器控制模块和焊谢位置计算模块发送信号 采集命令。视觉传感器控制模块根据采集的图片和预先存储的工件位置(如图5)，计算出 工件坐标，焊谢位置计算模块根据视觉传感器发送的图片和倾角传感器发送的状态数据， 计算出当前焊谢位置坐标。数据处理模块根据工件的坐标和焊谢位置坐标分析焊接焊点坐 标，参数调用模块根据焊接坐标调用预先设置好的焊接参数并发给完成焊接过程。
[00 巧] 实施例2 如图2所示是利用视觉传感器采集图片信息，数据处理系统通过采集的图片信息计 算出此时电极帽端头的空间位置，根据空间位置不同焊接参数调用模块调用不同的焊接参 数，焊接工况不复杂时，不配置标志线，然后用姿态传感器辅助采集焊谢姿态数据。在空间 位置上安装H个视觉传感器，分别分布在操作台的前上方、base板的左上部、base板水平 位置的右边。
[0036] 建立空间坐标系和位置采集过程与实例1相同。
[0037] 焊点位置识别与报警； 数据处理模块对Y1，Y2对比统计。计算出偏差，如果偏差不超过预先设置的标准，调 用Yl坐标对应的焊接规范；如果超过预先设置的标准，调用预先设置的超差焊接规范，同 时记录此次超过预设范围，在接下来的焊接中，在此位置连续出现超过预设范围后，处理程 序认为该类超差具有继承性，超差累加数超过10次，报警模块参数报警信号，另一方面若 该处超差没有连续产生，当无超差现象连续五次出现则清除超差累加。
[0038] 如图1所示，当操作者按下焊谢上的开始按钮时，焊接控制柜接到焊接信号，焊谢 开始动作施加初始电极压力，控制柜向视觉传感器控制模块和焊谢位置计算模块发送信号 采集命令。视觉传感器控制模块根据采集的图片和预先存储的工件位置(如图4)，计算出 工件坐标，焊谢位置计算模块根据视觉传感器发送的图片和倾角传感器发送的状态数据， 计算出当前焊谢位置坐标。数据处理模块根据工件的坐标和焊谢位置坐标分析焊接焊点坐 标，参数调用模块根据焊接坐标调用预先设置好的焊接参数并发给完成焊接过程。
【权利要求】
1. 一种手工电阻点焊焊接参数自动切换的方法，包括视觉传感器、数据处理系统、点焊 钳、姿态传感器；其特征在于：点焊钳上固定姿态传感器，姿态传感器与数据处理系统信号 连接，焊接控制柜与数据处理系统信号连接，点焊钳的钳身上贴有与气缸运动方向垂直的 标志线，点焊钳工作台的周围安装有视觉传感器，视觉传感器与数据处理系统信号连接；数 据处理系统，包括传感器控制及信息收集模块、焊钳位置及焊接位置计算模块、焊接参数调 用模块、系统设定自检及报警模块；为了提高系统精度还可以配合其他辅助可控标示控制 模板；其中传感器控制及信息收集模块用于接收焊接启动信号，发出传感器信号采集信号， 收集传感器信号； 其具体的步骤如下：1)首先将点焊钳移动到焊接位置，操作者按下点焊钳上的开始按 钮，焊接控制柜接到焊接信号，点焊钳开始动作施加初始电极压力，即指电极帽与工件接触 并施加一定电极压力后；2)焊接控制柜向数据处理系统中的视觉传感器控制模块和焊钳位 置计算模块发送信号采集命令，视觉传感器控制模块根据视觉传感器采集的图片，计算出 工件坐标，焊钳位置计算模块根据视觉传感器发送的图片和姿态传感器发送的数据，计算 出当前焊接位置坐标，即当前焊钳可能的位置范围和姿态范围；3)参数调用模块根据焊接 坐标调用预先设置好的焊接参数并发给焊接控制柜完成整个焊接过程； 所述的"当前焊钳可能的位置范围和姿态范围"指对焊钳位置和姿态数据进行分析后 得到的焊接当前焊点时焊钳可能的位置和姿态范围，这个"范围"包括系统的误差； 所述的"当前可能焊接的位置范围"指通过焊钳尺寸数据和"当前焊钳可能的位置范围 和姿态范围"计算得到的当前焊接的点焊接头可能的位置范围； 所述的"当前可能焊接的焊点组合"是该手工点焊工位焊接的一个特定的焊点、或若干 个特定焊点的组合或者该工位所有焊点。
2. 根据权利要求1所述的一种手工电阻点焊焊接参数自动切换的方法，其特征在于所 述的姿态传感器是倾角传感器。
3. 根据权利要求1所述的一种手工电阻点焊焊接参数自动切换的方法，其特征在于所 述的所述的视觉传感器是用3-10个单目像机或多目像机。
4. 根据权利要求1所述的一种手工电阻点焊焊接参数自动切换的方法，其特征在于所 述的所述的点焊钳上的标志线是易于视觉传感器捕捉的普通标示或可控标示，或可以选择 性的配置姿态传感器。
5. 根据权利要求1所述的一种手工电阻点焊焊接参数自动切换的方法，其特征在于所 述的所述的焊钳位置及焊接位置计算模块用于处理传感器控制及信息收集模块收集的数 据，计算出工件中焊点和焊钳的坐标，并将计算的坐标发送给焊接参数调用模块。
6. 根据权利要求1所述的一种手工电阻点焊焊接参数自动切换的方法，其特征在于所 述的所述的焊接参数条调用模块用于对比焊点坐标和工件模型，选择调用的焊接参数，并 将焊接信息和焊接参数信息发给点焊控制器。
7. 根据权利要求1所述的一种手工电阻点焊焊接参数自动切换的方法，其特征在于所 述的所述视觉传感器采集焊接工件和焊钳信息，计算并比较焊钳位置和焊点位置，得出焊 点焊接工况，然后根据焊接工况调用预置的参数；所述的"多组预先制定好的焊点组合"可 以是以下2种情况中的一种： A.第一种情况，预先制定好的焊点组合由以下2种焊点组组成：1)每组只包括1个焊 点的焊点组，这类焊点组的数目等于该手工工位需要焊接的焊点数；2)包括该手工工位所 有焊点的焊点组，这类焊点组的数量为1 ; B.第二种情况，预先制定好的焊点组合由以下3种焊点组组成：1)每组只包括1个焊 点的焊点组，这类焊点组的数目等于该手工工位需要焊接的焊点数；2)包括该手工工位所 有焊点的焊点组，这类焊点组的数量为1 ;3)每组都包括若干个焊点，每组的焊点数目大于 1，并小于该工位焊点数，这类焊点组的数目所述的"预先制定好的焊接参数"有以下三类构 成：1)与需要焊接的每个焊点组合一一对应的焊接参数，这类焊接参数数量等于焊点数量； 2)包括适合手工工位所有焊点的焊点组合的焊接参数，其数量为1 ;3)每组包括适合若干 焊点的焊接参数，其数量大于1。
【文档编号】B23K11/36GK104275547SQ201310286160
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月9日 优先权日:2013年7月9日
【发明者】李永强, 赵卯, 邓志华, 李 赫, 李云峰, 韩胜利, 李友力, 路大鹏 申请人:中国第一汽车股份有限公司