一种栅格板专用高精度机器人自动焊接装置及其工作方法与流程

本发明属于生产制造领域，特别涉及一种栅格板专用高精度机器人自动焊接装置及其工作方法。

背景技术：

钢格栅板二氧化碳气体主要用于钢格栅板的封边工作，焊接大多数的企业都还是采用人工焊接的方式进行焊接，工作的工作量非常大，同时，由于人在焊接的过程中大多数都是凭借肉眼进行焊接，其焊接的质量不够稳定，由于人的可控性较差，因而焊接的质量很难保持一致，由于其焊接点较为密集，对于焊接工人的技术要求较高，焊接位置和参数匹配不易保持最佳，在焊接的过程中常常会出现虚焊、漏焊的问题，而且焊接过程产生的气体会对人体有一定的伤害，因而人工焊接被替代将会成为必然。

随着社会经济的快速发展，无论是人们的生活还是工作的节奏都在不断的加快，企业的生产也是如此，大多数的企业都采用机械的自动化逐步代替人工操作。目前很多的企业都会采用机器人进行焊接，其成本较高，由于钢格栅板焊接的操作过于繁琐，且，其并不是争对焊接的产品专门定制，有些工艺难以完成或者无法实现，现有的钢格栅板的生产环境中会出现诸多的金属粉尘，这样会对自动焊接装置提出更高的要求，因而现有的钢格栅板的焊接技术还有待于改进。

技术实现要素：

发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种栅格板专用高精度机器人自动焊接装置，其结构简单，设计合理，易于生产，自动化程度高，减少人工劳动量，提高了其焊接的准确性。

技术方案：为了实现上述目的，本发明提供了一种栅格板专用高精度机器人自动焊接装置，包括：固定座、旋转轴、下臂、上臂、腕关节和电控箱，其中，所述的旋转轴设于固定座上，所述的下臂通过定位销与旋转轴连接，所述的上臂通过定位销与下臂连接，所述的腕关节通过定位销与上臂连接，且，所述的腕关节的一端设有焊枪和摄像装置，所述的摄像装置中设有摄像头，所述的旋转轴、下臂、上臂、腕关节以及摄像装置均与电控箱连接；

所述的摄像装置中设有一组摄像头，所述的摄像头由用于栅格板型号确认的第一摄像头、用于焊接前位置检测的第二摄像头和用于焊接后质量检测第三摄像头构成，所述摄像头的前方设有镜头、滤镜和保护罩，所述的第一摄像头、第二摄像头和第三摄像头均与摄像控制模块连接；所述的电控箱中设有工控机，所述的工控机中设有控制装置，所述的控制装置包括焊接装置、摄像控制模块、执行装置、报警系统和控制系统，其中，所述的控制系统中设有采用单片机控制系统和控制器，所述的单片机控制系统中设有栅格板数据库，所述的焊枪与焊接装置连接，所述的摄像装置与摄像控制模块连接，所述的旋转轴、下臂、上臂以及腕关节均与执行装置连接，所述的焊接装置、摄像控制模块、执行装置和报警系统均与控制系统中的控制器连接。

本发明中所述的一种栅格板专用高精度机器人自动焊接装置，其在自动焊接装置中设置摄像装置，通过三组摄像头对所需焊接的栅格板进行拍摄，然后通过控制装置中的控制系统对摄像头所拍摄的图像进行数据处理和分析，精确的了解所需焊接栅格板的种类，所需焊接的位置以及焊接的质量，从而大大的提高了该自动焊接装置的焊接精准度，也提高了其焊接的效率；同时，摄像头的设置，能够栅格板的整个生产过程进行记录，实现了对工件的加工过程中的完整记录，通过对记录进行分析，能够不断的对该自动焊接装置进行不断的改进和晚上，让其真正的实现了智能化的生产，进而更好的满足了客户的需求。

本发明中所述的腕关节中设有用于手腕旋转的第一轴关节、用于手腕摆动的第二轴关节以及用于手腕回转的第三轴关节，所述的第一轴关节的两端分别与上臂和第二轴关节连接，所述的第三轴关节的两端与第二轴关节和焊枪连接，所述的腕关节采用多轴设计，让其能够根据生产的需求实现灵活的转动，大大的提高了腕关节的灵活性，从而让其更好的满足生产加工的需求。

本发明中所述的摄像装置中还设有保护罩，所述的保护罩设于摄像头的外侧，且，所述的摄像装置设于腕关节的反面，所述保护罩的设计，且，其设于腕关节的反面，能够有效的防止摄像头在工作过程中被污染，从而对摄像装置起到了很好的保护作用，能够有效的延长其使用的寿命。

本发明中所述的焊接装置包括焊接工装夹具、焊接变位机、焊接操作机和焊接工件输送装置，所述的焊接变位机与焊枪和摄像装置连接，所述的焊接工装夹具、焊接操作机和焊接工件输送装置均与控制系统连接，且它们均与焊枪相配合。

本发明中所述的执行装置由伺服电机和气动回路构成，所述气动回路由气源、控制阀和气缸构成，所述的伺服电机和气动回路均与控制系统连接。

本发明中所述的下臂、上臂均采用流线型手臂，且，所述的上臂中空内径为42～50mm，流线型手臂的设置，能够有效的减少手臂与治具的干涉区域，从而保证该自动焊接装置能够正常的工作，且，增加了上臂的中空内径，能够有效的增加其内置缆线的数量。

本发明中所述的电控箱上设有显示器和报警装置，所述的报警装置中设有报警器和报警控制装置，所述的报警控制装置与报警系统连接，所述显示器的设置，能够直观的把该焊接装置的工作状态显示出来，便于工作人员对故障的排查以及工作人员对工件生产信息的了解和掌握；同时，一旦机器人手臂在工作过程中出现任何的问题，报警系统将会立即的通过扬声器和报警指示灯来通知工作人员，让他们对故障进行及时的处理，从而有效的避免因故障给造成漏焊和虚焊乃至重大损失的产生，从而大大提高了焊接的安全性和稳定性，进一步保证了焊接的质量。

本发明中所述的控制系统采用单片机控制系统，所述控制系统由中央处理器CPU、程序存储器ROM、数据存储器RAM、I/O口、数据转换器、数据计算器、定时计数器、外部中断和串行通信构成，其中，所述的数据计算器中设有数据分析对比模块，所述的第一摄像头、第二摄像头和报警装置与数据存储器RAM的输入端连接，所述的数据存储器RAM的输出端与数据转换器连接，所述的数据转换器与数据计算器连接，所述的程序存储器ROM、数据存储器RAM、I/O口、数据转换器、数据计算器、栅格板数据库、定时计数器、外部中断和串行通信均与中央处理器CPU连接。

本发明中所述的一种栅格板专用高精度机器人自动焊接装置的工作方法，所述的该焊接装置的具体工作方法如下：

（1）：首先通过压焊机对钢板进行压制，然后根据焊接的需要的尺寸对钢板进行划分；

（2）：待钢板划分完成后，将客户需要的栅格板的种类以及样式相关数据录入控制系统中单片机控制系统中的栅格板数据库中；

（3）：待数据录入好后，开始启动该自动焊接装置，然后整个装置中的各个部分均进入工作状态；

（4）：然后焊接工件输送装置将焊接工件送到指定的工位；

（5）：待工件被送到指定的工位后，工作人员根据该批次需要加工的栅格板设于腕关节上的摄像装置中的第一摄像头将会对需要焊接的栅格板进行拍摄；

（6）：待上述的第一摄像头拍摄完成后，将会立即把数据传送给控制系统中的数据存储器RAM，对数据进行存储；

（7）：然后通过数据转换器对存储的模拟信号转换成数字信号，再将数据传送给数据计算器，待数据计算器对相关的数据分析完成后，将把分析的结果传送至中央处理器CPU，然后中央处理器CPU从栅格板数据库中调取该种类的栅格板相关的焊接数据；

（8）：然后第二摄像头将对该栅格板上所需焊接的位置进行拍摄，然后将拍摄后的数据传送给控制系统中的数据存储器RAM，对数据进行存储；

（9）：然后通过数据转换器对存储的模拟信号转换成数字信号，再将数据传送给数据计算器，待数据计算器对接收到的数据进行分析，并得出需要焊接点的具体位置，然后把分析的结果传送至中央处理器CPU；

（10）：然后中央处理器CPU接收到数据后，待中央处理器CPU接收到数据后对数据进行分析并处理，然后将分析得出的结果再经过数据转换器转换成模拟信号；

（11）：待数据转换完成后，将数据传送给控制器，然后控制器将会命令执行装置开始工作，然后执行装置将通过焊枪对需要焊接的点进行焊接；

（12）：待上一步骤中焊枪焊接完成后，用于焊接后质量检测的第三摄像头将对焊接后的栅格板进行拍摄，并将拍摄数后的数据传送给控制系统中的数据存储器RAM，对数据进行存储；

（13）：然后通过数据转换器对存储的模拟信号转换成数字信号，再将数据传送给数据计算器，待数据计算器对接收到的数据进行分析，然后把分析的结果传送至中央处理器CPU；

（14：待中央处理器CPU接收到数据后对数据进行分析并处理，然后将分析得出的结果再经过数据转换器转换成模拟信号；

（15）：待数据转换完成后，将数据传送给控制器，如果分析数据中发现有漏焊或者是焊接错位现象，那么控制器将会通过报警装置进行报警提醒，并把相关的位置信息通显示器进行显示；

（16）：在上述工作过程中，如果摄像装置拍摄的数据分析得出的结果需要对该自动焊接装置的位置做出相应的调整，那么控制器将会根据分析的结果对旋转轴、下臂、上臂以及腕关节进行微调，让其满足焊接的要求；

（17）：按照上述的工作方法直至所有的焊接点都焊接完毕后，在整个焊接过程中，一旦出现任何的异常问题，都将会通过报警装置进行蜂鸣报警，并同时通过报警显示灯进行显示，直至处理故障解除方可；

（18）：焊接完成后，最后通过操作键盘让控制器命令伺服电机停止工作，然后依次让其他设备停止运转，最后通过操作键盘将设备关闭即可。

上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：

1、本发明中所述的一种栅格板专用高精度机器人自动焊接装置，其在自动焊接装置中设置摄像装置，通过两组摄像头对所需焊接的栅格板进行拍摄，然后通过控制装置中的控制系统对摄像头所拍摄的图像进行数据处理和分析，精确的了解所需焊接栅格板的种类，所需焊接的位置以及焊接的质量，从而大大的提高了该自动焊接装置的焊接精准度，也提高了其焊接的效率。

2、本发明中摄像头的设置，能够栅格板的整个生产过程进行记录，实现了对工件的加工过程中的完整记录，通过对记录进行分析，能够不断的对该自动焊接装置进行不断的改进和晚上，让其真正的实现了智能化的生产，进而更好的满足了客户的需求。

3、本发明中所述的下臂、上臂均采用流线型手臂，且，所述的上臂中空内径为42～50mm，流线型手臂的设置，能够有效的减少手臂与治具的干涉区域，从而保证该自动焊接装置能够正常的工作，且，增加了上臂的中空内径，能够有效的增加其内置缆线的数量。

4、本发明中所述的一种栅格板专用高精度机器人自动焊接装置的工作方法，其工作方法简单、便捷，通过摄像装置的设置，让该焊接装置实现了数据调取、自动焊接以及自己检查的一个自动化生产过程，在试验的过程汇总其精确度能够达到0.2mm，大大的提高了其焊接精准性，同时机器人手臂能够连续工作，重复定位准确，整个焊接过程中的有效的保证了焊接质量的一致性，从而有效的降低了操作的错误率，保证产品焊接的准备性，从而大大提高了产品的良品率，有效的提高了产品的质量，很好的解决了人工焊接的出现的诸多问题，进而让其更好的满足栅格板焊接的需求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中电气连接示意图；

图中：固定座-1、旋转轴-2、下臂-3、上臂-4、腕关节-5、电控箱-6、焊枪-7、摄像装置-8、工控机-9、焊接装置-10、摄像控制模块-11、执行装置-12、报警系统-13、控制系统-14。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

实施例

如图1和图2所示的一种栅格板专用高精度机器人自动焊接装置，包括：固定座1、旋转轴2、下臂3、上臂4、腕关节5和电控箱6，所述的电控箱6中设有工控机9，所述的工控机9中设有控制装置，所述的控制装置包括焊接装置10、摄像控制模块11、执行装置12、报警系统13和控制系统，所述的控制系统14中设有采用单片机控制系统和控制器；

上述各部件的关系如下：

所述的旋转轴2设于固定座1上，所述的下臂3通过定位销与旋转轴2连接，所述的上臂4通过定位销与下臂3连接，所述的腕关节5通过定位销与上臂4连接，且，所述的腕关节5的一端设有焊枪7和摄像装置8，所述的摄像装置8中设有摄像头，所述的旋转轴2、下臂3、上臂4、腕关节5以及摄像装置8均与电控箱6连接；

其中，，所述的单片机控制系统中设有栅格板数据库，所述的焊枪7与焊接装置10连接，所述的摄像装置8与摄像控制模块11连接，所述的旋转轴2、下臂3、上臂4以及腕关节5均与执行装置12连接，所述的焊接装置9、摄像控制模块10、执行装置11和报警系统13均与控制系统中的控制器连接。

本实施例中所述的腕关节5中设有用于手腕旋转的第一轴关节、用于手腕摆动的第二轴关节以及用于手腕回转的第三轴关节，所述的第一轴关节的两端分别与上臂4和第二轴关节连接，所述的第三轴关节的两端与第二轴关节和焊枪7连接。

本实施例中所述的摄像装置8中还设有保护罩，所述的保护罩设于摄像头的外侧，且，所述的摄像装置8设于腕关节5的反面，所述的摄像装置8中设有2组摄像头，所述的2组摄像头由第一摄像头和第二摄像头构成，所述摄像头的前方设有镜头和保护罩，所述的第一摄像头和第二摄像头均与摄像控制模块11连接。

本实施例中所述的焊接装置10包括焊接工装夹具、焊接变位机、焊接操作机和焊接工件输送装置，所述的焊接变位机与焊枪7和摄像装置8连接，所述的焊接工装夹具、焊接操作机和焊接工件输送装置均与控制系统14连接，且它们均与焊枪7相配合，所述的执行装置12由伺服电机和气动回路构成，所述气动回路由气源、控制阀和气缸构成，所述的伺服电机和气动回路均与控制系统14连接。

本实施例中所述的下臂3、上臂4均采用流线型手臂，且，所述的上臂4中空内径为42～50mm。

本实施例中所述的电控箱6上设有显示器和报警装置，所述的报警装置中设有报警器和报警控制装置，所述的报警控制装置与报警系统13连接。

本实施例中所述的控制系统采用单片机控制系统，所述控制系统由中央处理器CPU、程序存储器ROM、数据存储器RAM、I/O口、数据转换器、数据计算器、定时计数器、外部中断和串行通信构成，其中，所述的数据计算器中设有数据分析对比模块，所述的第一摄像头、第二摄像头和报警装置与数据存储器RAM的输入端连接，所述的数据存储器RAM的输出端与数据转换器连接，所述的数据转换器与数据计算器连接，所述的程序存储器ROM、数据存储器RAM、I/O口、数据转换器、数据计算器、栅格板数据库、定时计数器、外部中断和串行通信均与中央处理器CPU连接。

实施例2

如图1和图2所示的一种栅格板专用高精度机器人自动焊接装置，包括：固定座1、旋转轴2、下臂3、上臂4、腕关节5和电控箱6，所述的电控箱6中设有工控机9，所述的工控机9中设有控制装置，所述的控制装置包括焊接装置10、摄像控制模块11、执行装置12、报警系统13和控制系统，所述的控制系统14中设有采用单片机控制系统和控制器；

上述各部件的关系如下：

所述的旋转轴2设于固定座1上，所述的下臂3通过定位销与旋转轴2连接，所述的上臂4通过定位销与下臂3连接，所述的腕关节5通过定位销与上臂4连接，且，所述的腕关节5的一端设有焊枪7和摄像装置8，所述的摄像装置8中设有摄像头，所述的旋转轴2、下臂3、上臂4、腕关节5以及摄像装置8均与电控箱6连接；

其中，，所述的单片机控制系统中设有栅格板数据库，所述的焊枪7与焊接装置10连接，所述的摄像装置8与摄像控制模块11连接，所述的旋转轴2、下臂3、上臂4以及腕关节5均与执行装置12连接，所述的焊接装置9、摄像控制模块10、执行装置11和报警系统13均与控制系统中的控制器连接。

本实施例中所述的腕关节5中设有用于手腕旋转的第一轴关节、用于手腕摆动的第二轴关节以及用于手腕回转的第三轴关节，所述的第一轴关节的两端分别与上臂4和第二轴关节连接，所述的第三轴关节的两端与第二轴关节和焊枪7连接。

本实施例中所述的摄像装置8中还设有保护罩，所述的保护罩设于摄像头的外侧，且，所述的摄像装置8设于腕关节5的反面，所述的摄像装置8中设有3组摄像头，所述的3组摄像头由用于栅格板种类确认的第一摄像头、用于焊接前位置检测的第二摄像头和用于焊接后质量检测的第三摄像头构成，所述的第一摄像头、第二摄像头和第三摄像头均与摄像控制模块11连接。

本实施例中所述的焊接装置10包括焊接工装夹具、焊接变位机、焊接操作机和焊接工件输送装置，所述的焊接变位机与焊枪7和摄像装置8连接，所述的焊接工装夹具、焊接操作机和焊接工件输送装置均与控制系统14连接，且它们均与焊枪7相配合，所述的执行装置12由伺服电机和气动回路构成，所述气动回路由气源、控制阀和气缸构成，所述的伺服电机和气动回路均与控制系统14连接。

本实施例中所述的下臂3、上臂4均采用流线型手臂，且，所述的上臂4中空内径为42～50mm。

本实施例中所述的电控箱6上设有显示器和报警装置，所述的报警装置中设有报警器和报警控制装置，所述的报警控制装置与报警系统13连接。

本实施例中所述的控制系统采用单片机控制系统，所述控制系统由中央处理器CPU、程序存储器ROM、数据存储器RAM、I/O口、数据转换器、数据计算器、定时计数器、外部中断和串行通信构成，其中，所述的数据计算器中设有数据分析对比模块，所述的第一摄像头、第二摄像头和报警装置与数据存储器RAM的输入端连接，所述的数据存储器RAM的输出端与数据转换器连接，所述的数据转换器与数据计算器连接，所述的程序存储器ROM、数据存储器RAM、I/O口、数据转换器、数据计算器、栅格板数据库、定时计数器、外部中断和串行通信均与中央处理器CPU连接。

本实施例中所述的一种栅格板专用高精度机器人自动焊接装置的工作方法，所述的该焊接装置的具体工作方法如下：

（1）：首先通过压焊机对钢板进行压制，然后根据焊接的需要的尺寸对钢板进行划分；

（2）：待钢板划分完成后，将客户需要的栅格板的种类以及样式相关数据录入控制系统14中单片机控制系统中的栅格板数据库中；

（3）：待数据录入好后，开始启动该自动焊接装置，然后整个装置中的各个部分均进入工作状态；

（4）：然后焊接工件输送装置将焊接工件送到指定的工位；

（5）：待工件被送到指定的工位后，工作人员根据该批次需要加工的栅格板设于腕关节5上的摄像装置8中的第一摄像头将会对需要焊接的栅格板进行拍摄；

（6）：待上述的第一摄像头拍摄完成后，将会立即把数据传送给控制系统中的数据存储器RAM，对数据进行存储；

（7）：然后通过数据转换器对存储的模拟信号转换成数字信号，再将数据传送给数据计算器，待数据计算器对相关的数据分析完成后，将把分析的结果传送至中央处理器CPU，然后中央处理器CPU从栅格板数据库中调取该种类的栅格板相关的焊接数据；

（8）：然后第二摄像头将对该栅格板上所需焊接的位置进行拍摄，然后将拍摄后的数据传送给控制系统中的数据存储器RAM，对数据进行存储；

（9）：然后通过数据转换器对存储的模拟信号转换成数字信号，再将数据传送给数据计算器，待数据计算器对接收到的数据进行分析，并得出需要焊接点的具体位置，然后把分析的结果传送至中央处理器CPU；

（10）：然后中央处理器CPU接收到数据后，待中央处理器CPU接收到数据后对数据进行分析并处理，然后将分析得出的结果再经过数据转换器转换成模拟信号；

（11）：待数据转换完成后，将数据传送给控制器，然后控制器将会命令执行装置12开始工作，然后执行装置12将通过焊枪7对需要焊接的点进行焊接；

（12）：待上一步骤中焊枪7焊接完成后，用于焊接后质量检测的第三摄像头将对焊接后的栅格板进行拍摄，并将拍摄数后的数据传送给控制系统中的数据存储器RAM，对数据进行存储；

（13）：然后通过数据转换器对存储的模拟信号转换成数字信号，再将数据传送给数据计算器，待数据计算器对接收到的数据进行分析，然后把分析的结果传送至中央处理器CPU；

（14：待中央处理器CPU接收到数据后对数据进行分析并处理，然后将分析得出的结果再经过数据转换器转换成模拟信号；

（15）：待数据转换完成后，将数据传送给控制器，如果分析数据中发现有漏焊或者是焊接错位现象，那么控制器将会通过报警装置进行报警提醒，并把相关的位置信息通显示器进行显示；

（16）：在上述工作过程中，如果摄像装置8拍摄的数据分析得出的结果需要对该自动焊接装置的位置做出相应的调整，那么控制器将会根据分析的结果对旋转轴2、下臂3、上臂4以及腕关节5进行微调，让其满足焊接的要求；

（17）：按照上述的工作方法直至所有的焊接点都焊接完毕后，在整个焊接过程中，一旦出现任何的异常问题，都将会通过报警装置进行蜂鸣报警，并同时通过报警显示灯进行显示，直至处理故障解除方可；

（18）：焊接完成后，最后通过操作键盘让控制器命令伺服电机停止工作，然后依次让其他设备停止运转，最后通过操作键盘将设备关闭即可。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。