CN110280864A - 一种带有力控制和视觉定位的自动焊接装置 - Google Patents

一种带有力控制和视觉定位的自动焊接装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种带有力控制和视觉定位的自动焊接装置,应用于微小细丝的焊接领域。该装置包括移动单元、视觉单元、机械臂单元、焊接单元和上料单元。移动单元实现X‑Y‑Z三个方向上的移动,视觉单元通过图像处理技术可以对待焊接点的精确定位,机械臂单元用于检测焊接过程中的压力,焊接单元用于实现对零件的焊接,同时对焊接温度进行有效控制,上料单元用于待焊接零件的上料。移动单元、视觉单元、机械臂单元、焊接单元及上料单元通过协同配合实现对细丝的自动焊接位置精确定位,并实时控制压力和温度。整个过程不需要人工参与,可应用于自动化生产线中。

Description

一种带有力控制和视觉定位的自动焊接装置
技术领域
本发明属于微小零件的焊接领域,尤其涉及一种带有力控制和视觉定位的自动焊接装置。
背景技术
焊接是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。随着工业生产和科学技术的发展,对于微小零件的自动化焊接技术成为重要的研究领域,且对装配精度的要求也越来越高。
中国专利《一种微小直径金属丝精确焊接装置》,公开号CN203245489U,通过导槽的设置,保证了线锯丝的平行度,改善了特种焊接中微小焊件的焊接精度问题,通过引弧丝的设置,解决了环形焊件在使用电容储能焊机焊接时,易发生短路的问题。
中国专利《自动焊接升降装置》,公开号为CN108161286A,自动焊接机构位于升降平台上,这样,作业平台可在竖直方向上升降,且升降速度可控。作业工作人员在作业平台上进行焊接工作时,能减少工作人员配置,提高生产效率。
现有技术中存在无法精确定位,同时无法控制压力和温度的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中无法精确定位,又无法控制压力和温度的问题,提供了一种定位精确、并可以对压力和温度控制的带有力控制和视觉定位的自动焊接装置,应用于微小细丝的焊接领域,可应用于自动化生产线中。
为了解决上述技术问题,本发明通过以下技术方案实现:
一种带有力控制和视觉定位的自动焊接装置,该带有力控制和视觉定位的自动焊接装置包括移动单元、视觉单元、机械臂单元、焊接单元和上料单元;所述的机械臂-视觉安装板4安装在移动单元中Z向滑台3的安装面上;所述视觉单元和机械臂单元并列安装在机械臂-视觉安装板4同一侧表面;所述焊接单元安装在机械臂单元末端;所述上料单元位于焊接单元下侧;所述移动单元用于实现装置在X-Y-Z三个方向上的移动;所述视觉单元用于对待焊接点精确定位和观测;所述机械臂单元用于提供并检测焊接过程中的压力;所述焊接单元用于实现对零件的焊接,同时对焊接温度进行控制;所上料单元位于焊接单元下方,用于待焊接零件的上料;移动单元、视觉单元、机械臂单元、焊接单元及上料单元通过协同配合实现对细丝的自动焊接,并实时控制压力和温度。
所述移动单元包括X向滑台1、Y向滑台2和Z向滑台3;所述Y向滑台2垂直安装在X向滑台1的安装面上,并可随X向滑台1安装面沿X向移动;所述Z向滑台3垂直安装在Y向滑台2的安装面上,并可随Y向滑台2安装面沿Y向移动;所述X向滑台1、Y向滑台2和Z向滑台3在空间内两两垂直;三个滑台分别沿着X、Y、Z方向移动,使得移动单元所连接的末端执行部件可以到达三个自动滑台行程空间中的任意一点。
所述视觉单元包括相机组件、相机横向安装板5、中间加强筋6、相机连接板7、和相机侧面连接板8;所述机械臂-视觉安装板4为长方形板,安装在Z向滑台3的安装面上,机械臂-视觉安装板4与水平面垂直,且长边与水平面平行,机械臂-视觉安装板4可随Z向滑台沿Z向移动;所述相机横向安装板5垂直安装在机械臂-视觉安装板4上边缘;所述中间加强筋6垂直安装在相机横向安装板5下侧,用于提升相机横向安装板5的刚度;所述相机连接板7为L型,其竖直端外表面与相机横向安装板5末端相连接,其水平端中心处开有通孔;所述相机侧面连接板8安装在相机连接板7竖直端内表面上端;所述相机组件包括工业相机9、镜头10、环形光源12和同轴光源11;所述工业相机9安装在相机侧面连接板8上;所述镜头10一端通过C口连接在工业相机9下,另一端穿过相机连接板7水平端中心处的通孔;所述同轴光源11安装在镜头10中段的安装孔上,所述环形光源12套在镜头下部,并通过螺纹连接到相机连接板7水平端通孔周围的螺纹孔上。
所述机械臂单元包括机械臂上侧护板13、机械臂左侧护板14、机械臂右侧护板15、微动开关安装板16、微动开关17、力传感器上固定板18、力传感器下固定板19、力传感器20和电烙铁安装板21;所述的机械臂上侧护板13、机械臂左侧护板14和机械臂右侧护板15均为长方形板,三者组成机械臂的外部框架,横截面为∏型,三者的端部垂直安装在机械臂-视觉安装板4上;所述微动开关安装板16垂直安装在机械臂上侧护板13末端下表面;所述微动开关17安装在微动开关安装板16一侧表面,用于对机械臂进行过载保护;所述力传感器上固定板18安装在力传感器20上部;所述力传感器下固定板19开有通孔,并安装在力传感器20下部;所述力传感器20通过力传感器上固定板18和力传感器下固定板19安装在微动开关安装板16另一侧面;所述电烙铁安装板21安装在力传感器20下部的安装孔上,其结合力传感器20用于控制焊接单元下压时的压力。
所述焊接单元包括电烙铁隔热板22、电烙铁上壳体23、电烙铁外壳24、电烙铁下壳体25、电烙铁26和温度传感器27;所述电烙铁隔热板22安装在电烙铁安装板21下表面,起到隔热作用;所述电烙铁上壳体23安装在电烙铁隔热板22下表面;所述电烙铁外壳24上端安装在电烙铁上壳体23下部;所述电烙铁下壳体25安装在电烙铁外壳24下端;所述电烙铁26安装在电烙铁下壳体25下表面,同时向电烙铁下壳体25、电烙铁外壳24和电烙铁上壳体23内部延伸;所述温度传感器27通过电烙铁外壳24的传感器安装孔嵌入到电烙铁26中,用于检测电烙铁26的温度。
所述上料单元由待焊接零件A28、待焊接零件B29及焊锡片30组成;所述零件A28通过焊锡片30固定在零件B29上方。
所述焊接单元用于将焊锡片30融化从而将零件A28、零件B29焊接起来。
优选的,所述电烙铁隔热板22由隔热材料环氧树脂制成,起到隔热作用。
本发明一种带有力控制和视觉定位的自动焊接装置,工作步骤如下:
第一步:零件上料,将零件A28放置到零件B29上方,将焊锡片30安放到零件A28上方;
第二步:打开工业相机9,移动单元带动视觉单元移动至待焊接零件上方,在工业相机9视场范围里拍照并通过机器视觉软件得到焊锡片30的位置,上位机自动算出焊锡片30位置相对于视场原点的位置关系X1、Y1,实现对焊接点的精确定位;
第三步:通过坐标变换,上位机可以求得焊接单元相对于相机视场原点的距离X2、Y2。移动单元带动焊接单元移动X1+X2,Y1+Y2距离,使得焊接单元位于待焊接点正上方;
第四步:上位机控制电烙铁26内部的发热单元开始工作,加热电烙铁26,并通过温度传感器27控制温度至设定的焊接温度;
第五步:移动单元的Z向滑台3向下移动,带动焊接单元向待焊接点移动,当电烙铁26接触到焊锡片30和待焊接零件时,力传感器20显示压力读数,Z向滑台3继续下移,控制压力到焊接时指定压力范围内停止移动;
第六步:下压一定时间后,完成待焊接零件的焊接,移动单元带动焊接单元移开工作区域,完后焊接作业。
本发明的效果和益处:视觉单元和移动单元实现对焊接位置的精确定位,机械臂单元和焊接单元可对焊接时的焊接压力与焊接温度进行有效控制,同时视觉单元可对焊接后的焊接点进行测量与检测。适用于人眼难以准确分辨的微小零件的焊接,此发明提高了装配效率,易于与自动化装配设备集成。
附图说明:
图1为带有力控制和视觉定位自动焊接装置的示意图;
图2为带有力控制和视觉定位自动焊接装置的主视图;
图3为机械臂单元与焊接单元示意图;
图4为视觉单元示意图;
图5为上料单元示意图;
图中:1、X向滑台;2、Y向滑台;3、Z向滑台3;4、机械臂-视觉安装板;5、相机横向安装板;6、中间加强筋;7、相机连接板;8、相机侧面连接板;9、工业相机;10、镜头;11、同轴光源;12、环形光源;13、机械臂上侧护板;14、机械臂左侧护板;15、机械臂右侧护板;16、微动开关安装板;17、微动开关;18、力传感器上固定板;19、力传感器下固定板;20、力传感器;21、电烙铁安装板;22、电烙铁隔热板;23、电烙铁上壳体;24、电烙铁外壳;25、电烙铁下壳体;26、电烙铁;27、温度传感器;28、零件A;29、零件B;30、焊锡片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
以某一微小组件的装配作业为例,其功能是要实现对悬丝的焊接。悬丝的尺度为几十微米,人眼对准困难。结合技术方案与说明书附图叙述本发明具体实施步骤。
第一步:零件A28上料,将待焊接零件A28放置到零件B29上方,将焊锡片30安放到零件A28上方,其中零件A28为一根细长悬丝。
第二步:打开工业相机9,移动单元带动视觉单元移动至待焊接零件A28上方,Z方向的距离控制在工业相机9的工作距离处。调节同轴光源11与环形光源12,使相机视场成像清晰,在相机视场范围里取得焊锡片30某一点P1的位置,上位机自动算出焊锡片30的P1点位置相对于视场原点的位置关系X1,Y1,实现对焊接点的精确定位。
第三步:通过坐标变换,上位机可以求得焊接单元相对于工业相机91视场原点的距离X2,Y2。移动单元带动焊接单元移动X1+X2,Y1+Y2距离,此时焊接单元已经位于待焊接点正上方。
第四步:电烙铁26进行加热,通过温度传感器27观察电烙铁26的温度,外部温控器控制温度加热至焊接所需温度。其中,电烙铁隔热板22可以隔绝焊接单元向机械臂单元传热。
第五步:移动单元的Z向滑台3向下移动,带动焊接单元向待焊接点移动,当电烙铁26接触到焊锡片30和待焊接零件时,力传感器20显示压力读数,Z向滑台3继续下移,控制压力达到焊接时指定压力范围内停止移动。
第六步:下压预定时间后,完成待焊接零件A28和零件B29的焊接,移动单元带动焊接单元移开工作区域,完后焊接工作。

Claims (3)

1.一种带有力控制和视觉定位的自动焊接装置,其特征在于,该带有力控制和视觉定位的自动焊接装置包括移动单元、视觉单元、机械臂单元、焊接单元和上料单元;所述的机械臂-视觉安装板(4)安装在移动单元中Z向滑台(3)的安装面上;所述视觉单元和机械臂单元并列安装在机械臂-视觉安装板(4)同一侧表面;所述焊接单元安装在机械臂单元末端;所述上料单元位于焊接单元下侧;所述移动单元用于实现装置在X-Y-Z三个方向上的移动;所述视觉单元用于对待焊接点精确定位和观测;所述机械臂单元用于提供并检测焊接过程中的压力;所述焊接单元用于实现对零件的焊接,同时对焊接温度进行控制;所上料单元位于焊接单元下方,用于待焊接零件的上料;移动单元、视觉单元、机械臂单元、焊接单元及上料单元通过协同配合实现对细丝的自动焊接,并实时控制压力和温度;
所述移动单元包括X向滑台(1)、Y向滑台(2)和Z向滑台(3);所述Y向滑台(2)垂直安装在X向滑台(1)的安装面上,并可随X向滑台(1)安装面沿X向移动;所述Z向滑台(3)垂直安装在Y向滑台(2)的安装面上,并可随Y向滑台(2)安装面沿Y向移动;所述X向滑台(1)、Y向滑台(2)和Z向滑台(3)在空间内两两垂直;三个滑台分别沿着X、Y、Z方向移动,使得移动单元所连接的末端执行部件可以到达三个自动滑台行程空间中的任意一点;
所述视觉单元包括相机组件、相机横向安装板(5)、中间加强筋(6)、相机连接板(7)、和相机侧面连接板(8);所述机械臂-视觉安装板(4)为长方形板,安装在Z向滑台(3)的安装面上,机械臂-视觉安装板(4)与水平面垂直,且长边与水平面平行,机械臂-视觉安装板(4)可随Z向滑台沿Z向移动;所述相机横向安装板(5)垂直安装在机械臂-视觉安装板(4)上边缘;所述中间加强筋(6)垂直安装在相机横向安装板(5)下侧,用于提升相机横向安装板(5)的刚度;所述相机连接板(7)为L型,其竖直端外表面与相机横向安装板(5)末端相连接,其水平端中心处开有通孔;所述相机侧面连接板(8)安装在相机连接板(7)竖直端内表面上端;所述相机组件包括工业相机(9)、镜头(10)、环形光源(12)和同轴光源(11);所述工业相机(9)安装在相机侧面连接板(8)上;所述镜头(10)一端通过C口连接在工业相机(9)下,另一端穿过相机连接板(7)水平端中心处的通孔;所述同轴光源(11)安装在镜头(10)中段的安装孔上,所述环形光源(12)套在镜头下部,并通过螺纹连接到相机连接板(7)水平端通孔周围的螺纹孔上;
所述机械臂单元包括机械臂上侧护板(13)、机械臂左侧护板(14)、机械臂右侧护板(15)、微动开关安装板(16)、微动开关(17)、力传感器上固定板(18)、力传感器下固定板(19)、力传感器(20)和电烙铁安装板(21);所述的机械臂上侧护板(13)、机械臂左侧护板(14)和机械臂右侧护板(15)均为长方形板,三者组成机械臂的外部框架,横截面为∏型,三者的端部垂直安装在机械臂-视觉安装板(4)上;所述微动开关安装板(16)垂直安装在机械臂上侧护板(13)末端下表面;所述微动开关(17)安装在微动开关安装板(16)一侧表面,用于对机械臂进行过载保护;所述力传感器上固定板(18)安装在力传感器(20)上部;所述力传感器下固定板(19)开有通孔,并安装在力传感器(20)下部;所述力传感器(20)通过力传感器上固定板(18)和力传感器下固定板(19)安装在微动开关安装板(16)另一侧面;所述电烙铁安装板(21)安装在力传感器(20)下部的安装孔上,其结合力传感器(20)用于控制焊接单元下压时的压力;
所述焊接单元包括电烙铁隔热板(22)、电烙铁上壳体(23)、电烙铁外壳(24)、电烙铁下壳体(25)、电烙铁(26)和温度传感器(27);所述电烙铁隔热板(22)安装在电烙铁安装板(21)下表面,起到隔热作用;所述电烙铁上壳体(23)安装在电烙铁隔热板(22)下表面;所述电烙铁外壳(24)上端安装在电烙铁上壳体(23)下部;所述电烙铁下壳体(25)安装在电烙铁外壳(24)下端;所述电烙铁(26)安装在电烙铁下壳体(25)下表面,同时向电烙铁下壳体(25)、电烙铁外壳(24)和电烙铁上壳体(23)内部延伸;所述温度传感器(27)通过电烙铁外壳(24)的传感器安装孔嵌入到电烙铁(26)中,用于检测电烙铁(26)的温度;
所述上料单元由待焊接零件A(28)、待焊接零件B(29)及焊锡片(30)组成;所述零件A(28)通过焊锡片(30)固定在零件B(29)上方;
所述焊接单元用于将焊锡片(30)融化从而将零件A(28)、零件B(29)焊接起来。
2.根据权利要求1所述的带有力控制和视觉定位的自动焊接装置,其特征在于,所述电烙铁隔热板(22)由隔热材料环氧树脂制成,起到隔热作用。
3.根据权利要求2所述的带有力控制和视觉定位的自动焊接装置,其特征在于,所述隔热材料为环氧树脂。
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