CN105328699A - 智能机器人焊接***和方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种智能机器人焊接***，其包括执行焊接过程的焊接操作的机器人；以及集成在机器人中的实时监控装置，其配置成用于监控当前焊接操作，获得对于当前焊接操作的当前时间点而言的各焊接参数的实际值，分析所述实际值，以及提供焊接参数的优化值，以使得机器人在下一时间点处以焊接参数的优化值来执行当前焊接操作。本申请还提供一种利用如上所述的智能机器人焊接***来进行智能机器人焊接的方法。

Description

智能机器人焊接***和方法

技术领域

本申请涉及焊接领域，例如电子器件的焊接领域。更具体地讲，本申请涉及智能机器人焊接的***和方法。

背景技术

现有的焊接过程，例如将焊脚焊接在印刷电路板(PCB)上，是不调节的过程。可以使用自动焊接过程或手动焊接过程。

然而，对于自动焊接过程，如焊料熔接、波峰焊接或多波峰焊接而言，首先在第一步骤中进行焊接，然后在第二步骤中完成检验焊接质量。每当在第二步骤中检测出缺陷，就需要进行修复工作且需要将相关零件废弃，从而导致制造成本上升。

以上提到的自动焊接过程还不具有特定的焊接参数，诸如每个焊点的焊接时间和焊接量。因此，造成的主要问题是：针对多种不同类型的器件或PCB结构(例如2、4、6以及8层)焊接，焊接时间和焊接量必须适合于所有不同需求。对于一种类型的焊点的焊接参数进行调节将会导致另一焊点的焊接结果恶化，对于一种类型的制品的焊接参数进行调节将会导致另一制品的焊接结果恶化。

对于手动焊接过程而言，焊接参数，诸如焊接时间、焊接量、焊接的位置或接触程度等，更难控制，这导致大量或缺陷并且从而导致大量返工或高不合格率。

因此，存在解决如上所述的问题的需求。

发明内容

本申请的目的是克服以上所述的缺陷并且从而提供一种新颖且改进的焊接过程。

在本申请的第一方面中，提供一种智能机器人焊接***，其包括执行焊接过程的焊接操作的机器人；以及集成在机器人中的实时监控装置，其配置成用于监控当前焊接操作，获得焊接参数的对于当前焊接操作的当前时间点而言的实际值，分析所述实际值，以及提供焊接参数的优化值，以使得机器人在下一时间点处以焊接参数的优化值来执行当前焊接操作。

根据优选实施方式，机器人包括机械臂和接附到机械臂的焊枪，焊枪配置成用于利用焊丝供给部来执行焊接操作。

根据优选实施方式，焊丝供给部是焊丝供给量能够调节的受控焊丝供给部。

根据优选实施方式，实时监控装置包括安装在机器人上并且配置成用于检查所有焊接操作的自动光学检验装置。

根据优选实施方式，自动光学检验装置是视频摄像机、图像照相机、或自动X射线检验装置。

根据优选实施方式，实时监控装置包括用于存储针对实时监控装置预设的信息和焊接参数的实际值的存储器。

根据优选实施方式，实时监控装置包括比较和计算装置，所述比较和计算装置配置成用于将焊接参数在当前时间点处的实际值与其最优值进行比较并且提供焊接参数的针对当前焊接操作的下一焊接时间点的优化值。

根据优选实施方式，实时监控装置还包括在机械臂上安装在机械臂与焊枪之间的压力传感器。

根据优选实施方式，机器人是多关节式机器人。

根据优选实施方式，焊接参数包括下述参数中的一个或多个：反映出当前焊接操作的焊接状态的图像，执行当前焊接操作的实际焊点的x-y位置，针对当前焊接操作的焊丝供给量，焊枪是否与工件良好接触的信息，以及在当前焊接操作期间形成的焊接几何尺寸。

在本申请的第二方面中，提供一种利用如上文所述的智能机器人焊接***来进行智能机器人焊接的方法，其中所述方法包括：i)利用机器人来执行工件上焊接操作；ii)监控当前焊接操作，利用实时监控装置来获得焊接参数的对于当前焊接操作的当前时间点而言的实际值；iii)分析所述实际值并且提供焊接参数的优化值，以使得机器人利用实时监控装置以焊接参数的优化值来执行当前焊接操作的下一焊接时间点；iv)以优化值来执行下一焊接时间点；以及v)针对焊接过程的所有焊接操作重复步骤i)至iv)。

附图说明

依据本申请的优选实施方式的描述并且结合附图将会更好理解本申请的以上和其它特征和优点，其中：

图1是作为根据本申请的智能机器人焊接***的实施例的自动焊头式焊接***的简化示意图；以及

图2是示出本申请的智能机器人焊接方法的流程图。

具体实施方式

根据本申请，提供智能机器人焊接***和利用所述智能机器人焊接***的方法用于焊接过程。本申请中的焊接过程是可由光学设备访问的任何焊接过程，诸如以焊头焊接、激光焊接、或其它焊接技术。

根据本申请的智能机器人焊接***和方法通常应用于电子装置焊接的领域，电子装置包括但不限于车辆中的电子器件，诸如仪表板中的电子器件、音频***中的电子器件、警报***中的电子器件等。作为实施例，智能机器人焊接***和方法用于焊接器件焊脚和PCB。

利用智能机器人焊接***和方法，焊接质量的检验能够在焊接过程期间实时地执行。监控和调整焊接过程的焊接操作持续地执行，以确保在焊接过程中不出现潜在的缺陷或瑕疵。这在焊点的量很大的情况下是特别有利的。

此外，在此使用的术语“机器人”应当理解为本领域中技术人员熟知的任何自动焊接***，包括但不限于多关节式机器人，诸如六关节式机器人、四关节式机器人等。

智能机器人焊接***的实施例在图1中示出并且将会被详细描述。

图1是自动焊头式焊接***10的简化示意图，所述自动焊头式焊接***是根据本申请的智能机器人焊接***的实施例，其中自动焊头式焊接***10主要包括用于执行由图1中的附图标记40指示出的工件(图1中的PCB)上的焊接操作的机器人，以及安装在机器人上以便持续地且实时地监控机器人的焊接过程的实时监控装置。

在图1中，机器人的功能部分20通过阴影区域来示意性地示出，并且，功能部分20可以是例如机械臂或机器人的一些其它功能部分。

还在图1中示出的是焊枪或焊头26和焊丝供给部28，焊枪26和焊丝供给部28两者都接附到机器人。

例如，焊枪26可接附到机械臂22并且由机械臂22驱动，以执行焊接过程的焊接操作。焊丝供给部28可接附到机械臂22或机器人的任何其它功能部分，并且受控以自动地供给焊丝。

可选地，焊丝供给部28可以是受控焊接供给，以使得针对焊接操作施加的焊接的量能够调节。作为实施例，自动焊头焊接***10包括熟知的焊丝的自动供给。

实时监控装置将会在下文中描述。

根据本申请的实时监控装置配置成用于持续地监控焊接过程和质量并且用于实时地调整焊接操作。开启智能机器人焊接***自动地启动实时监控装置。

具体地，实时监控装置根据本申请包括安装在机器人上并且配置成用于检查整个焊接过程的光学装置32。光学装置32可以是任何适当的自动光学检验装置或成像装置，诸如视频摄像机、图像照相机、以及X射线检验装置等。

可选地，实时监控装置还包括可在机械臂22上安装在机械臂22与焊枪26之间的压力传感器34。压力传感器34可以是任何类型的压力传感器，诸如电容式压力传感器、可变磁电阻式压力传感器、霍尔式压力传感器、光纤式压力传感器等。所述压力传感器可用于例如基于从压力传感器34输出的压力来确定焊枪26是否与工件40良好接触。

利用光学装置32和可选的压力传感器34，实时监控装置30监控正在执行的焊接操作，并且获取当前焊接操作的焊接参数在当前焊接时间点TP处的实际值。

如在此使用的那样，术语“焊接参数”包括但不限于，反映出正在当前焊接时间点TP处执行的当前焊接操作的焊接状态的图像，执行当前焊接操作的实际焊点的x-y位置，针对当前焊接操作在实际焊点处的焊丝供给量，关于焊枪是否与工件40良好接触的信息，以及特别是在焊接操作期间形成的焊接几何尺寸。在PCB与器件焊脚(例如由图1中的附图标记42示出)之间执行焊接的情况下，焊接参数还包括焊枪、焊丝、PCB以及器件焊脚的位置和接触程度。

作为替代方案，实时监控装置还可以包括存储器，存储器配置成用于存储针对实时监控装置预设的信息，诸如过程参数和其它待监控参数，每一焊接操作的每一时间点的焊接参数的最优值和可允许范围(例如上限和下限)，所述存储器还配置成用于存储如上所述的被监控和获取的焊接参数的实际值。在此使用的术语“其它”意味着待监控并且无法由焊接参数反映出的项目，包括但不限于可能的焊接缺陷或可能的材料质量问题。虚焊和必须在焊接操作期间或之后主动地直接移除的两个焊点之间的焊桥是可能的焊接缺陷的实施例。针对任何焊接缺陷的补救措施可以预先确定并且存储在机器人中，并且可在焊接缺陷被检测到时执行。

作为替代方案，实时监控装置还可以包括比较和计算装置，所述比较和计算装置配置成用于将如上所述的被监控和存储的焊接参数的实际值与相对应的焊接参数的最优值(或其上限或下限)进行比较，并且提供焊接参数的针对当前焊接操作的下一焊接时间点的新值。

当如上所述的被记录的焊接参数的实际值落入其可允许范围内或落在其上限和下限之间时，这些被记录的实际值将会作为针对下一焊接时间点的新值来提供。

当如上所述的被记录的焊接参数的实际值落在其可允许范围之外时，或当与最佳方案之间的任何偏差由智能机器人焊接***认识到时，实时监控装置将会对于这种不一致做出反应并且提供最佳解决方案。具体地，实时监控装置分析并且调整焊接过程，以将针对焊接参数的优化值作为针对下一焊接时间点的新值来提供。

如上所述，智能机器人焊接***不仅对于记录做出反应，而且从其反应进行学习，以在接下来的焊接操作中改进焊接过程。

可选地，实时监控装置的输出可以是力、压力、扭矩、或任何其它适当的变量。

如上所述，能够确保每个焊接操作具有更高质量的焊接结果，缺陷检测能够在焊接过程期间持续地执行。与现有技术相比，避免在整个焊接过程之后寻找焊接缺陷并且随后进行返工。

根据能够通过上文中的智能机器人焊接***实施的本申请的可能实施方式的智能机器人焊接方法将会参照图2来简要描述。根据所述方法，执行下述步骤。

在步骤S1中，智能机器人焊接***开启并且准备好进行目标工件上的焊接任务，以及与此同时实时监控装置启动。待执行的焊接任务中包括一个或多个焊接操作，以及将会在每个焊接操作中监控一个或多个焊接时间点。

在步骤S2中，设定待监控的焊接参数和其它参数，将每一焊接操作的每一焊接时间点的焊接参数的最优值和可允许范围(例如，其上限和下限)设定和存储在机器人的存储器中，以及提供焊接参数的针对第一焊接时间点的当前值用于第一焊接操作；

在步骤S3中，开始以当前值执行第一焊接操作，以及步骤S41(包括S41-1和S41-2)和步骤S42在S3之后同时执行。

在步骤S41-1中，检测无法由焊接参数反映出的焊接缺陷，所述焊接缺陷包括但不限于虚焊、以及必须在焊接操作期间或之后主动地移除的两个焊点之间的焊桥。如果检测结果为“是”并且检测出任何焊接缺陷，则所述方法移动到S41-2，如果检测结果为“否”并且未检测出焊接缺陷，则所述方法移动到S5。

在步骤S41-2中，针对在S41-1中检测出的焊接缺陷的任何可能的补救措施能够及时执行，以在未来的成品中避免任何潜在的焊接瑕疵，其中补救措施可以预先确定并且提前存储在机器人中。

在与步骤S41-1和S41-2同时执行的步骤S42中，获得和记录焊接参数在当前时间点TP处的实际值；

在步骤S5中，执行判断操作以确定当前焊接操作是否已完成，并且如果结果为是，则进入至骤S9，否则进入步骤S6；

在步骤S6中，实时监控***将焊接参数的被记录下的实际值与焊接参数的针对当前焊接操作的下一时间点的最佳或可允许范围进行比较。

在步骤S7中，实时监控***分析并且确定是否需要调节焊接参数的值。对于焊接参数的实际值符合焊接参数的最佳或可允许范围或处于焊接参数的上限和下限之间而言，被记录下的值保持不变并且设定为这些焊接参数的针对下一时间点的新值；以及对于焊接参数的值落在焊接参数的可允许范围之外或落在焊接参数的上限或下限之外而言，智能机器人焊接***将会对于不一致做出反应并且提供优化值作为这些焊接参数的针对下一时间点的新值，这也被称为优化和调整焊接过程。

在步骤S8中，在步骤S7中提供的新值被设定为焊接参数在当前焊接操作的下一时间点TP+1处的当前值。

此时，所述方法返回步骤S3，并且针对当前焊接操作的焊接时间点的子循环重复，直到在S5的判断操作中确定当前焊接操作将完成，并且随后进入步骤S9。

在步骤S9中，执行进一步的判断操作以确定是否完成针对焊接任务的所有焊接操作，并且如果结果为是，则进入作为结束步骤的步骤S11，否则进入步骤S10并且进入焊接操作的循环中；

在步骤10中，获取存储在S2中的所有焊接参数的值并且将其设定为焊接参数的针对下一焊接操作的第一时间点的当前值。

重复各步骤直到在S9中确定所有焊接操作完成，所述方法结束。

目标工件上的焊接任务或焊接过程可以包括多个焊接操作，并且所有焊接操作可以相同或不同。利用包括如上所述的实时监控装置的智能机器人焊接***，在整个焊接过程期间在一个焊接操作与其它焊接操作之间并且在针对不同目标制品的焊接过程之间进行焊接优化。

通过由实时监控装置持续地监控整个焊接过程和质量，具体地监控每一焊接操作，能够由智能机器人焊接***实现下述优点，所述优点包括更高质量的焊接结果以及因此减少的废料和返工、无须针对焊接质量进行额外检验工作、由于学习和调节焊接过程而使得对于进料质量耐受性高、由于自我学习和自我调节过程而使得制造和开发成本低、以及由于过程调节在制造中完成而使得针对制品的投入市场所需时间减少。

本申请以上参照优选实施方式来描述。然而，其不限于所示出和描述的详细构造和形式。能够在不背离由所附权利要求限定的本申请的精神和保护范围的情况下由本领域中的技术人员做出各种修改、改造或改型。

Claims (11)

1.一种智能机器人焊接***，其包括：

执行焊接过程的焊接操作的机器人；以及

集成在机器人中的实时监控装置，其配置成用于监控当前焊接操作，获得对于当前焊接操作的当前时间点而言的各焊接参数的实际值，分析所述实际值，以及提供焊接参数的优化值，以使得机器人在下一时间点处以焊接参数的优化值来执行当前焊接操作。

2.根据权利要求1所述的智能机器人焊接***，其中，机器人包括机械臂和接附到机械臂的焊枪，焊枪配置成用于利用焊丝供给部来执行焊接操作。

3.根据权利要求2所述的智能机器人焊接***，其中，焊丝供给部是焊丝供给量能够调节的受控焊丝供给部。

4.根据权利要求3所述的智能机器人焊接***，其中，实时监控装置包括安装在机器人上并且配置成用于检查所有焊接操作的自动光学检验装置。

5.根据权利要求4所述的智能机器人焊接***，其中，自动光学检验装置是视频摄像机或自动X射线检验装置。

6.根据权利要求5所述的智能机器人焊接***，其中，实时监控装置包括用于存储针对实时监控装置预设的信息和焊接参数的实际值的存储器。

7.根据权利要求6所述的智能机器人焊接***，其中，实时监控装置包括比较和计算装置，所述比较和计算装置配置成用于将焊接参数在当前时间点处的实际值与其最优值比较，并且提供针对当前焊接操作的下一焊接时间点的焊接参数的优化值。

8.根据权利要求7所述的智能机器人焊接***，其中，实时监控装置还包括在机械臂上安装在机械臂与焊枪之间的压力传感器。

9.根据权利要求8所述的智能机器人焊接***，其中，机器人是多关节式机器人。

10.根据权利要求8所述的智能机器人焊接***，其中，焊接参数包括下述参数中的一个或多个：反映当前焊接操作的焊接状态的图像，执行当前焊接操作的实际焊点的x-y位置，针对当前焊接操作的焊丝供给量，焊枪是否与工件良好接触的信息，以及在当前焊接操作期间形成的焊接几何尺寸。

11.一种利用根据权利要求1-10中任一项所述的智能机器人焊接***进行智能机器人焊接的方法，所述方法包括：

i)利用机器人在工件上执行焊接操作；

ii)监控当前焊接操作，利用实时监控装置来获得对于当前焊接操作的当前时间点而言的各焊接参数的实际值；

iii)分析所述实际值并且提供焊接参数的优化值，以使得机器人利用实时监控装置以焊接参数的优化值来执行当前焊接操作的下一焊接时间点；

iv)以优化值来执行下一焊接时间点；以及

v)针对焊接过程的所有焊接操作重复步骤i)至iv)。