一种小组立机器人在线自动焊接设备及焊接作业方法技术

本发明专利技术是一种小组立机器人在线自动焊接设备，包括焊接门架、直线导轨、伺服电机、机器人、传感器固定支架、3D线激光扫描传感器和上位机；焊接门架上固定连接有机器人和传感器固定支架，传感器固定支架水平设置且垂直于焊接门架的运动方向，传感器固定支架上安装有3D线激光扫描传感器。通过焊接门架移动带动3D线激光扫描传感器扫描焊接区域得到点云数据，对点云数据进行模型重构，生成机器人执行程序，机器人进行焊接。还公开一种焊接作业方法。本发明专利技术能实现任意形状的小组立工件模型的建立，提升了焊接作业生成的效率和机器人作业的效率。

An On-line Automatic Welding Equipment for Group Robot and Its Welding Operation Method

The invention relates to an on-line automatic welding device for a group vertical robot, which comprises a welding portal frame, a linear guide rail, a servo motor, a robot, a sensor fixing bracket, a 3D line laser scanning sensor and a host computer; a robot and a sensor fixing bracket are fixed on the welding portal frame, and the sensor fixing bracket is horizontally arranged and perpendicular to the moving direction of the welding portal frame, and the sensor is fixed. The bracket is equipped with a 3D line laser scanning sensor. The 3D line laser scanning sensor is driven by the moving of the welding portal frame to scan the welding area to get the point cloud data. The point cloud data is reconstructed and the robot execution program is generated. The robot is welded. A welding method is also disclosed. The invention can realize the establishment of small workpiece model with arbitrary shape, and improve the efficiency of welding operation generation and robot operation.

【技术实现步骤摘要】
一种小组立机器人在线自动焊接设备及焊接作业方法
本专利技术涉及机器人焊接，尤其涉及一种小组立机器人在线自动焊接设备及焊接作业方法。
技术介绍
在船舶建造过程中，有大量的小组立工件的焊接作业，其作业量占整个船厂整体焊接作业量的15%以上，目前绝大部分船厂的小组立焊接仍然使用人工焊接，随着科学技术的发展，机器人焊接技术已经可完成自动焊接多规则、非标准形式的船舶构件。机器人自动焊接分为三个阶段，第一阶段为示教形式的机器人焊接，在这个阶段，机器人使用固定的示教程序及进行固定作业，作业精度高但作业内容不可变，适合汽车制造业中同型号大批量标准间的流水线生产；第二阶段为离线编程机器人自动焊接，这种形式将被焊接件的模型导入离线编程软件，技术人员在离线编程软件上生成焊接程序，下发指导机器人作业，机器人可存储多个作业，并根据需要调用对应作业，这种方式即将示教作业转移到上位机软件上进行，可实现不停止焊接作业的情况下更新机器人作业程序；第三阶段为在线编程机器人自动焊接，这种形式利用在线编程程序并借助三维成像技术，自动识别工件外形尺寸、工件类型，通过图像处理算法提取工件数模，并通过工件特征点识别软硬件系统自动规划机器人焊接路径，最终使用在线编程软件自动生成带机器人运动位姿的焊接作业程序，通过3D扫描设备和焊接路径规划算法的开发在线自动生成焊接程序的方式，已达到无需技术人员后台离线生成作业，机器人可根据工件特征在线自动作业。根据现阶段机器人发展及船舶行业小组立焊接的实际要求，示教形式的机器人焊接无法完成小组立自动焊接，国内已有部分船厂完成了船舶小组立机器人自动焊接生产线建造并投产，但需要配备专业编程人员进行实时程序更新，目前船舶行业的用于小组立机器人自动焊接相关技术尚属空白，本专利技术可为机器人在线编程提供数据模型，并根据模型自动规划焊接路径和机器人位姿。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提供一种小组立机器人在线自动焊接设备及焊接作业方法。本专利技术的目的可以通过下述技术方案来实现：一种小组立机器人在线自动焊接设备，包括焊接门架、直线导轨、伺服电机、机器人、传感器固定支架、3D线激光扫描传感器和上位机；所述焊接门架包括两个竖直门架体和横跨连接于两个竖直门架体上面的水平门架体，两个所述竖直门架体分别安装于两条相平行的直线导轨的滑块上，所述直线导轨与伺服电机连接，所述水平门架体的下面固定连接有机器人和传感器固定支架，所述传感器固定支架水平设置且垂直于焊接门架的运动方向，传感器固定支架上安装有多个3D线激光扫描传感器，所述3D线激光扫描传感器朝下扫描设置，相邻的两个3D线激光扫描传感器在水平方向上相间隔且扫描范围相交；所述上位机控制并连接伺服电机、机器人和3D线激光扫描传感器；所述上位机包括处理器和存储器，所述存储器中存储有如下指令：规定焊接门架在直线导轨的带动下移动的一段区域为焊接区域，控制辊道的电机工作，辊道将工件传输至焊接区域；控制伺服电机工作，直线导轨带动焊接门架移动至焊接区域的起始端；直线导轨以指定速度带动焊接门架移动，3D线激光扫描传感器打开开始扫描，直至焊接门架移动完整个焊接区域，3D线激光扫描传感器关闭扫描,焊接门架停止移动；对3D线激光扫描传感器扫描得到的点云数据进行模型重构，生成带有焊接路径顺序和焊接工艺的焊接程序；焊接门架复位至焊接区域的起始端；机器人根据焊接程序执行焊接作业。进一步地，所述直线导轨的两端均安装有限位器。进一步地，所述3D线激光扫描传感器包括相连接的3D线激光扫描传感器本体、电源模块和通讯模块，所述电源模块连接有供电线路，所述通讯模块通过通讯数据传输电缆与上位机连接。进一步地，所述传感器固定支架包括主体和高度调整连接支架；所述主体水平设置且垂直于焊接门架的运动方向，主体的横截面呈开口朝下的U形，主体内安装3D线激光扫描传感器的3D线激光扫描传感器本体，主体的外侧表面安装相对应的电源模块和通讯模块，主体内的侧壁上设有线槽和盖于线槽上的盖板，所述线槽设置供电线路和通讯数据传输电缆；所述主体通过高度调整连接支架与焊接门架的水平门架体固定连接，所述高度调整连接支架上设有纵向走向的长条孔，高度调整连接支架通过螺钉穿过纵连接板与主体连接。更进一步地，所述高度调整连接支架呈倒置的L型，高度调整连接支架包括纵连接板、纵梁、横梁和横连接板，所述纵连接板上设有纵向走向的长条孔，所述纵梁的下端通过螺钉穿过纵连接板与主体连接，所述纵梁的上端与横梁的一端连接，所述横梁的另一端通过横连接板与水平门架体固定连接。进一步地，两条所述直线导轨之间设有辊道，所述上位机控制并连接辊道的电机。一种采用上述小组立机器人在线自动焊接设备的焊接作业方法，包括如下步骤：根据焊接生产线的辊道宽度，在传感器固定支架上人工设置3D线激光扫描传感器的数量、间距和测量高度，保证相邻的3D线激光扫描传感器的扫描范围相交；规定焊接门架在直线导轨的带动下移动的一段区域为焊接区域，控制焊接生产线的辊道将工件传输至焊接区域；控制伺服电机工作，直线导轨带动焊接门架移动至焊接区域的起始端；直线导轨以指定速度带动焊接门架移动，3D线激光扫描传感器打开开始扫描，直至焊接门架移动完整个焊接区域，3D线激光扫描传感器关闭扫描,焊接门架停止移动；对3D线激光扫描传感器扫描得到的点云数据进行模型重构，生成带有焊接路径顺序和焊接工艺的焊接程序；焊接门架复位至焊接区域的起始端；机器人根据焊接程序执行焊接作业。进一步地，待焊接工件为筋板，筋板的模型重构过程为：将每个3D线激光扫描传感器的点云数据中的Z轴方向上坐标值大于筋板厚度的所有点挑出，利用霍夫变换识别属于一条直线的点云数据，并拟合出筋板的位置和尺寸，通过一次闭运算对筋板进行平滑处理，最终得到精确的筋板的位置和尺寸。进一步地，待焊接工件为筋板，筋板的焊接作业包括筋板交点处焊接作业、起点包角焊接作业和直线筋板补焊，筋板的焊接路径顺序为：1、筋板交点处的焊接作业是分为三步完成，依次为水平主要方向筋板焊接、水平次要方向筋板焊接以及立向方向筋板焊接，2、起点包角的焊接作业是以每条筋板的端点作为焊接起点进行包角焊接，3、直线筋板补焊是在长直筋板上未完成焊接的部分进行直焊缝补焊作业。进一步地，还包括如下步骤：机器人完成焊接作业后，焊接门架复位至焊接区域的起始端，等待下一次开始扫描指令。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、使机器人按照焊接种类作业，让机器人在不改变焊接参数的情况下批量完成焊接作业，提高了焊接效率；2、采用焊接门架带动3D线激光扫描传感器移动，3D线激光扫描传感器扫描工件，上位机在线生成焊接程序，能实现任意形状的小组立工件模型的建立，相比于离线编程，省去了编程人员对小组立工件焊接顺序规划的繁琐步骤，省去了模型导入和程序生成的时间，提升了焊接作业生成的效率和机器人作业的效率；3、小组立模型重构使用了霍夫变换，模型重构准确率高，噪声消除性好，模型重构计算速度快，达到了可高效准确从海量3D点云数据中提取小组立工件模型，缩短了机器人的焊接作业时间。附图说明图1为本专利技术一实施例的立体结构示意图。图2为本专利技术一实施例的正视图。图3为本专利技术一实施例的侧视图。图4为本专利技术一实施例的俯视图。图5为本专利技术一实施例的传感器固定支架及3D线激光扫描传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小组立机器人在线自动焊接设备，其特征在于，包括焊接门架、直线导轨、伺服电机、机器人、传感器固定支架、3D线激光扫描传感器和上位机；所述焊接门架包括两个竖直门架体和横跨连接于两个竖直门架体上面的水平门架体，两个所述竖直门架体分别安装于两条相平行的直线导轨的滑块上，所述直线导轨与伺服电机连接，所述水平门架体的下面固定连接有机器人和传感器固定支架，所述传感器固定支架水平设置且垂直于焊接门架的运动方向，传感器固定支架上安装有多个3D线激光扫描传感器，所述3D线激光扫描传感器朝下扫描设置，相邻的两个3D线激光扫描传感器在水平方向上相间隔且扫描范围相交；所述上位机控制并连接伺服电机、机器人和3D线激光扫描传感器；所述上位机包括处理器和存储器，所述存储器中存储有如下指令：规定焊接门架在直线导轨的带动下移动的一段区域为焊接区域，控制辊道的电机工作，辊道将工件传输至焊接区域；控制伺服电机工作，直线导轨带动焊接门架移动至焊接区域的起始端；直线导轨以指定速度带动焊接门架移动，3D线激光扫描传感器打开开始扫描，直至焊接门架移动完整个焊接区域，3D线激光扫描传感器关闭扫描,焊接门架停止移动；对3D线激光扫描传感器扫描得到的点云数据进行模型重构，生成带有焊接路径顺序和焊接工艺的焊接程序；焊接门架复位至焊接区域的起始端；机器人根据焊接程序执行焊接作业。...

【技术特征摘要】
1.一种小组立机器人在线自动焊接设备，其特征在于，包括焊接门架、直线导轨、伺服电机、机器人、传感器固定支架、3D线激光扫描传感器和上位机；所述焊接门架包括两个竖直门架体和横跨连接于两个竖直门架体上面的水平门架体，两个所述竖直门架体分别安装于两条相平行的直线导轨的滑块上，所述直线导轨与伺服电机连接，所述水平门架体的下面固定连接有机器人和传感器固定支架，所述传感器固定支架水平设置且垂直于焊接门架的运动方向，传感器固定支架上安装有多个3D线激光扫描传感器，所述3D线激光扫描传感器朝下扫描设置，相邻的两个3D线激光扫描传感器在水平方向上相间隔且扫描范围相交；所述上位机控制并连接伺服电机、机器人和3D线激光扫描传感器；所述上位机包括处理器和存储器，所述存储器中存储有如下指令：规定焊接门架在直线导轨的带动下移动的一段区域为焊接区域，控制辊道的电机工作，辊道将工件传输至焊接区域；控制伺服电机工作，直线导轨带动焊接门架移动至焊接区域的起始端；直线导轨以指定速度带动焊接门架移动，3D线激光扫描传感器打开开始扫描，直至焊接门架移动完整个焊接区域，3D线激光扫描传感器关闭扫描,焊接门架停止移动；对3D线激光扫描传感器扫描得到的点云数据进行模型重构，生成带有焊接路径顺序和焊接工艺的焊接程序；焊接门架复位至焊接区域的起始端；机器人根据焊接程序执行焊接作业。2.根据权利要求1所述的小组立机器人在线自动焊接设备，其特征在于，所述直线导轨的两端均安装有限位器。3.根据权利要求1所述的小组立机器人在线自动焊接设备，其特征在于，所述3D线激光扫描传感器包括相连接的3D线激光扫描传感器本体、电源模块和通讯模块，所述电源模块连接有供电线路，所述通讯模块通过通讯数据传输电缆与上位机连接。4.根据权利要求3所述的小组立机器人在线自动焊接设备，其特征在于，所述传感器固定支架包括主体和高度调整连接支架；所述主体水平设置且垂直于焊接门架的运动方向，主体的横截面呈开口朝下的U形，主体内安装3D线激光扫描传感器的3D线激光扫描传感器本体，主体的外侧表面安装相对应的电源模块和通讯模块，主体内的侧壁上设有线槽和盖于线槽上的盖板，所述线槽设置供电线路和通讯数据传输电缆；所述主体通过高度调整连接支架与焊接门架的水平门架体固定连接，所述高度调整连接支架上设有纵向走向的长条孔，高度调整连接支架通过螺钉穿过纵连接板与主体连接。5.根据权利要求4所述的小...

【专利技术属性】
技术研发人员：周文鑫，王旭，储云泽，邢宏岩，于航，姜军，
申请(专利权)人：上海船舶工艺研究所中国船舶工业集团公司第十一研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31