CN112404719A - 携带机器人且双向摄像的多传感器焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供携带机器人且双向摄像的多传感器焊接设备，包括控制器和扫描仪激光头；所述控制器设置线路连接有信号同步器；所述信号同步器通过两组线路连接设置有两组数据处理器；两组所述数据处理器分别设置线路连接有单色摄像***和彩色摄像机；所述扫描仪激光头的一侧连接设置有六轴机器人；分色镜的两端所连接的可视光视觉传感器和激光视觉传感器两个不同的传感器的组合可以提高对熔透状态检测的准确性，而视觉检测技术在空间上检测的区域更大，信息更加丰富，可以克服单个检测方法的不足，提高***的可靠性。

Description

携带机器人且双向摄像的多传感器焊接设备

技术领域

本发明属于现代化智能控制类焊接技术领域，更具体地说，特别涉及携带机器人且双向摄像的多传感器焊接设备。

背景技术

激光焊接的优点：速度快、深度大、变形小。能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5∶1，最高可达10∶1。可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。

激光焊接的缺点：要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。这是因为激光聚焦后光斑尺雨寸小，焊缝窄，为加填充金属材料。若工件装配精度或光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺憾。激光器及其相关***的成本较高，一次性投资较大。激光焊接，是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。是激光材料加工技术应用的重要方面之一。一般采用连续激光光束完成材料的连接，其冶金物理过程与电子束焊接极为相似，即能量转换机制是通过“小孔”Key-hole结构来完成的。孔腔内平衡温度达2500度左右，热量从这个高温孔腔外壁传递出来，使包围着这个孔腔四周的金属熔化。小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽，光束不断进入小孔，小孔外的材料在连续流动，随着光束移动，小孔始终处于流动的稳定状态。熔融金属充填着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝，焊缝于是形成。

于是，有鉴于此，针对现有的结构及缺失予以研究改良，提供携带机器人且双向摄像的多传感器焊接设备，以期达到更具有更加实用价值性的目的。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供携带机器人且双向摄像的多传感器焊接设备，以解决上述背景技术中提出的声信号检测方法易受喷嘴气流和环境噪声的影响，声发射信号对焊接设备以及检测设备有很大的依赖性，传感器的类型、敏感波段等决定了信号的可信程度，因此这种检测方法的应用受到很大的限制的问题。

本发明携带机器人且双向摄像的多传感器焊接设备的目的与功效，由以下具体技术手段所达成：

携带机器人且双向摄像的多传感器焊接设备，包括控制器和扫描仪激光头；所述控制器设置线路连接有信号同步器；所述信号同步器通过两组线路连接设置有两组数据处理器；两组所述数据处理器分别设置线路连接有单色摄像机和彩色摄像机；所述扫描仪激光头的一侧连接设置有六轴机器人；所述扫描仪激光头还包括有折射仓，激光束端头，反射区；扫描仪激光头的一侧连接设置有折射仓；折射仓的顶部设置有激光束端头；折射仓的一侧设置有反射区；反射区连接端通过光纤连接设置有分色镜。

进一步的，所述彩色摄像机的一侧设置有金属板，且彩色摄像机的前端设置有滤光片；单色摄像机的前端设置有近红外滤光片。

进一步的，所述扫描仪激光头还包括有透镜；折射仓内设置有倾斜45°的透镜；折射仓内的滤镜两面分别对应激光束端头和反射区；激光束端头设置光纤连接有激光焊接机。

进一步的，所述扫描仪激光头的内部设置有反射镜，反射镜的角度与扫描仪激光头折射箱内的滤镜角度相同。

进一步的，所述分色镜还包括有可视光视觉传感器，激光视觉传感器；分色镜的上端中间安装有可视光视觉传感器，分色镜的左端中间安装有激光视觉传感器，可视光视觉传感器和激光视觉传感器设置线路连接有放大器；放大器一侧设置线路连接有示波器。

所述六轴机器人8由六个伺服电机分别通过六个减速器、六根同步带轮驱动六个关节轴的旋转，六个关节轴分别为轴A21、轴B22、轴C23、轴D24、轴E25、轴F26；六轴机器人8的全部控制是分散式控制，即采用多台微机来分担六轴机器人8的控制，当采用上、下两级微机共同完成六轴机器人8的控制时，主机用于负责***的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向下级微机发送指令信息；作为下级从机，各关节分别对应一个CPU，进行插补运算和伺服控制处理，实现给定的运动，并向主机反馈信息；根据激光焊接任务要求的不同，六轴机器人8的控制方式由点位控制、连续轨迹控制和力控制组成。

进一步的，所述单色摄像***4由光束反射镜31、角度传感器32、马达33、激光管34、聚集镜35、目镜36、观测镜37、被焊接零件38、CCD摄像机39组成；被焊接零件38放置于观测镜37的正下方，目镜36安装于CCD摄像机39前方，马达33的输出轴上安装有角度传感器32和光束反射镜31，激光管34前方安装有聚集镜35。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.可以用两只相机检测被焊件的正反面情况，同时可以及时调整焊机输出功率，及时通过机器人调整焊枪与被焊件之间的距离，极大地提升焊接质量。本发明的六轴机器人8结合机器人与人的特点。在六轴机器人8的结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。其传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。非常适合本发明的多角度激光焊接，使得被焊接零件焊接透，焊实在，防止虚焊。

2.本发明通过示波器与可视光视觉传感器与分色镜子清楚地观察到焊接现状，可以及时调整焊接中激光束与被焊接零件之间距离。显著提升了金属材料的焊接质量，对提升机械制造水平有极大地帮助。

3.本发明具有广阔的推广应用前景，可以广泛地应用于机械制造中、也可以运用电子、化工、仪表生产企业中，焊接效果好，自动化程度高，实用性好。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明扫描仪激光头的立体结构示意图。

图3是本发明中六轴机器人的立体结构示意图。

图4是本发明中的单色摄像***4的立体结构示意图。

图中，部件名称与附图编号的对应关系为：

1、控制器；2、信号同步器；3、数据处理器；4、单色摄像***机；5、彩色摄像机；6、金属板；7、扫描仪激光头；701、折射仓；702、激光束端头；703、反射区；704、透镜；705、反射镜；8、六轴机器人；9、激光焊接机；10、分色镜；1001、可视光视觉传感器；1002、激光视觉传感器；11、放大器；12、示波器。21、轴A；22、轴B；23、轴C；24、轴D；25、轴D；26、轴E；31、光束反射镜；32、角度传感器；33、马达；34、激光管；35、聚集镜；36、目镜；37、观测镜；38、被焊接零件；39、CCD摄像机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

如附图1至附图4所示：

本发明提供携带机器人且双向摄像的多传感器焊接设备，包括控制器1和扫描仪激光头7；控制器1设置线路连接有信号同步器2；信号同步器2通过两组线路连接设置有两组数据处理器3；两组数据处理器3分别设置线路连接有单色摄像***4和彩色摄像机5；其中，彩色摄像机5的一侧设置有金属板6，金属板6上设置有等待激光焊接的工件，且彩色摄像机5的前端设置有滤光片；单色摄像***4的前端设置有近红外滤光片；扫描仪激光头7的一侧连接设置有六轴机器人8；扫描仪激光头7还包括有折射仓701，激光束端头702，反射区703；扫描仪激光头7的一侧连接设置有折射仓701；折射仓701的顶部设置有激光束端头702；折射仓701的一侧设置有反射区703；反射区703连接端通过光纤连接设置有分色镜10；其中，扫描仪激光头7还包括有透镜704；折射仓701内设置有倾斜45°的透镜704；折射仓701内的滤镜两面分别对应激光束端头702和反射区703；激光束端头702设置光纤连接有激光焊接机9。

其中，扫描仪激光头7的内部设置有反射镜705，反射镜705的角度与扫描仪激光头7折射箱内的滤镜角度相同。

其中，分色镜10还包括有可视光视觉传感器1001，激光视觉传感器1002；分色镜10的上端中间安装有可视光视觉传感器1001，分色镜10的左端中间安装有激光视觉传感器1002，可视光视觉传感器1001和激光视觉传感器1002设置线路连接有放大器11；放大器11一侧设置线路连接有示波器12。

本实施例的具体使用方式与作用：

本发明中，控制器1将信号传输到信号同步器2，信号同步器2连接两组数据处理器3分别进行数据处理，数据处理器3分别控制单色摄像***4和彩色摄像机5；在金属板6上设置工件，在焊接的过程中单色摄像***4和彩色摄像机5将拍摄信号反馈到数据处理器3中，穿过信号同步器2集中反馈到控制器1进行对照显示。

激光焊接机9将激光通过传输到折射仓701，通过透镜704反射到扫描仪激光头7内进行焊接，激光光线通过反射区703收集输送到分色镜10中，通过可视光视觉传感器1001和激光视觉传感器1002输送到放大器11内，最终在示波器12中呈现。

通过分色镜10的两端所连接的可视光视觉传感器1001和激光视觉传感器1002与两个不同的传感器的组合可以提高对熔透状态检测的准确性，而视觉检测技术在空间上检测的区域更大，信息更加丰富。因此，结合不同视觉传感器获取焊接过程中的状态信息的方法引起了重视和研究。通过多传感器采集焊接过程中焊接状态的数据，运用模式识别的方法对未熔透、熔池熔透、匙孔熔透、过熔透及不对中等情况进行识别和归类，克服单个检测方法的不足，提高***的可靠性。

图3所述六轴机器人8由六个伺服电机分别通过六个减速器、六根同步带轮驱动六个关节轴的旋转，六个关节轴分别为轴A21、轴B22、轴C23、轴D24、轴E25、轴F26；六轴机器人8的全部控制是分散式控制，即采用多台微机来分担六轴机器人8的控制，当采用上、下两级微机共同完成六轴机器人8的控制时，主机用于负责***的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向下级微机发送指令信息；作为下级从机，各关节分别对应一个CPU，进行插补运算和伺服控制处理，实现给定的运动，并向主机反馈信息；根据激光焊接任务要求的不同，六轴机器人8的控制方式由点位控制、连续轨迹控制和力控制组成。六轴机器人8的特点主要有以下几方面：1、可编程：六轴机器人8很大的特点是柔性启动化，柔性制造***中的一个重要组成部分。工业机器人可随其工作环境变化以及加工件的变化进行再编程，适合于小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造生产线的应用。2、拟人化：六轴机器人8结合机器人与人的特点。在六轴机器人8的结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。其传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。非常适合本发明的多角度激光焊接，使得被焊接零件焊接透，焊实在，防止虚焊。3、通用性：一般六轴机器人8在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。当然也有专用的工业机器人。4、机电一体化：六轴机器人8是机械学和微电子学的结合的机电一体化技术。工业机器人具有各种传感器可以获取外部环境信息，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能，这些都是微电子技术的应用，特别是计算机技术的应用密切相关。

图4是本发明中的单色摄像***4的立体结构示意图。所述单色摄像***4由光束反射镜31、角度传感器32、马达33、激光管34、聚集镜35、目镜36、观测镜37、被焊接零件38、CCD摄像机39组成；被焊接零件38放置于观测镜37的正下方，目镜36安装于CCD摄像机39前方，马达33的输出轴上安装有角度传感器32和光束反射镜31，激光管34前方安装有聚集镜35。这样便于精准拍摄激光焊接现场的实时状况，及时调整激光束与被焊接零件之间距离，使得被焊接零件38焊接牢固，焊接实在，同时防止虚焊松脱。还可以及时监控被焊接零件38的翘曲变形。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。上述的实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.携带机器人且双向摄像的多传感器焊接设备，其特征在于，包括：控制器(1)和扫描仪激光头(7)；所述控制器(1)设置线路连接有信号同步器(2)；所述信号同步器(2)通过两组线路连接设置有两组数据处理器(3)；两组所述数据处理器(3)分别设置线路连接有单色摄像***(4)和彩色摄像机(5)；所述扫描仪激光头(7)的一侧连接设置有六轴机器人(8)；所述扫描仪激光头(7)还包括有折射仓(701)，激光束端头(702)，反射区(703)；扫描仪激光头(7)的一侧连接设置有折射仓(701)；折射仓(701)的顶部设置有激光束端头(702)；折射仓(701)的一侧设置有反射区(703)；反射区(703)连接端通过光纤连接设置有分色镜(10)。

2.如权利要求1所述携带机器人且双向摄像的多传感器焊接设备，其特征在于：所述彩色摄像机(5)的一侧设置有金属板(6)，且彩色摄像机(5)的前端设置有滤光片；单色摄像***(4)的前端设置有近红外滤光片。

3.如权利要求1所述携带机器人且双向摄像的多传感器焊接设备，其特征在于：所述扫描仪激光头(7)还包括有透镜(704)；折射仓(701)内设置有倾斜45°的透镜(704)；折射仓(701)内的滤镜两面分别对应激光束端头(702)和反射区(703)；激光束端头(702)设置光纤连接有激光焊接机(9)。

4.如权利要求1所述携带机器人且双向摄像的多传感器焊接设备，其特征在于：所述扫描仪激光头(7)的内部设置有反射镜(705)，反射镜(705)的角度与扫描仪激光头(7)折射箱内的滤镜角度相同。

5.如权利要求1所述携带机器人且双向摄像的多传感器焊接设备，其特征在于：所述分色镜(10)还包括有可视光视觉传感器(1001)，激光视觉传感器(1002)；分色镜(10)的上端中间安装有可视光视觉传感器(1001)，分色镜(10)的左端中间安装有激光视觉传感器(1002)，可视光视觉传感器(1001)和激光视觉传感器(1002)设置线路连接有放大器(11)；放大器(11)一侧设置线路连接有示波器(12)。

6.如权利要求1所述携带机器人且双向摄像的多传感器焊接设备，其特征在于：所述六轴机器人(8)由六个伺服电机分别通过六个减速器、六根同步带轮驱动六个关节轴的旋转，六个关节轴分别为轴A(21)、轴B(22)、轴C(23)、轴D(24)、轴E(25)、轴F(26)；六轴机器人(8)的全部控制是分散式控制，即采用多台微机来分担六轴机器人(8)的控制，当采用上、下两级微机共同完成六轴机器人(8)的控制时，主机用于负责***的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向下级微机发送指令信息；作为下级从机，各关节分别对应一个CPU，进行插补运算和伺服控制处理，实现给定的运动，并向主机反馈信息；根据激光焊接任务要求的不同，六轴机器人(8)的控制方式由点位控制、连续轨迹控制和力控制组成。

7.如权利要求1所述携带机器人且双向摄像的多传感器焊接设备，其特征在于：所述单色摄像***(4)由光束反射镜(31)、角度传感器(32)、马达(33)、激光管(34)、聚集镜(35)、目镜(36)、观测镜(37)、被焊接零件(38)、CCD摄像机(39)组成；被焊接零件(38)放置于观测镜(37)的正下方，目镜(36)安装于CCD摄像机(39)前方，马达(33)的输出轴上安装有角度传感器(32)和光束反射镜(31)，激光管(34)前方安装有聚集镜(35)。

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