阅读说明：本技术 适用于不同倾斜程度的田字格焊接系统及其焊接方法 (Welding system and welding method suitable for grid with different inclination degrees ) 是由 杜帅兵 常鹏举 王多平 于 2019-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明的适用于不同倾斜程度的田字格焊接系统及其焊接方法,该焊接系统中,焊缝识别系统、焊机系统均连接设在机器人执行系统上,机器人执行系统通过L型悬臂设在地轨行走系统上,人机交互系统和焊机系统设在地轨行走系统的平台上,焊缝识别系统、机器人执行系统、地轨行走系统、焊机系统均与人机交互系统相连；本发明的焊接方法,直接扫描一个格子的竖向焊缝,实时侦测其实际偏差,解决折弯零件不够精准的难点；另外,省去第二个格子大幅度扫描的时间,大大提升了效率；并且,通过计算出的第一个格子每条边在水平方向上和高低方向上的斜率,解决了车体放置时零工装的难点；更符合现实企业生产状况,通用性能更广、信息量更多,应用更广泛。(in the welding system, a welding seam recognition system and a welding machine system are connected and arranged on a robot execution system, the robot execution system is arranged on a ground rail walking system through an L-shaped cantilever, a human-computer interaction system and the welding machine system are arranged on a platform of the ground rail walking system, and the welding seam recognition system, the robot execution system, the ground rail walking system and the welding machine system are connected with the human-computer interaction system; according to the welding method, the vertical welding line of one lattice is directly scanned, the actual deviation of the vertical welding line is detected in real time, and the difficulty that the bent part is not accurate enough is solved; in addition, the time for scanning the second grid greatly is saved, and the efficiency is greatly improved; moreover, the difficulty of zero tooling when the vehicle body is placed is solved through the calculated slope of each edge of the first lattice in the horizontal direction and the height direction; the method is more suitable for the production condition of real enterprises, and has wider general performance, more information quantity and wider application.)

适用于不同倾斜程度的田字格焊接系统及其焊接方法

技术领域

本发明属于焊缝跟踪及智能焊接技术领域，涉及自卸车底板田字格焊接技术以及将激光焊缝识别、机器人、行走导轨、焊机集成于意图的自动化智能焊接方法，具体涉及适用于不同倾斜程度的田字格焊接系统及其焊接方法。

背景技术

众所周知，自卸车、工程车等装备制造领域由于车型种类繁多、折弯零件的精度没有保证、组对精度差，同一种车型，所组成的每个格子大小都不一样，尤其是折弯零件的精度误差，使得每个格子的四条竖向焊缝的倾斜程度不固定，而通过机器人示教编程的方法去实现自动化焊接是不可取的，因为同种类型的不同产品就要示教编程，而焊缝数量又多，造成示教编程所需要的时间增大。

对于以上焊接情况的应对方法，在市场现有的技术中：一是通过确保折弯零件的精度，二是增加焊接工装，三是通过参数化编程来实现机器人自动化焊接的。但是这样做虽然暂时实现了机器人自动化焊接，却仍然这存在着明显的缺点：

其一，增加了企业的生产成本，好一点的能折弯20mm厚的钢板的折弯机大概在100万以上，这样就增加了企业的生产成本；

其二，使用焊接工装使得生产柔性降低，因为焊接工装不可能适合所有的产品系列，这无疑又增加了工装成本，并且不能够完全保证焊接工装的精度、高效性；

其三，参数化编程的缺点在于，不同的规格尺寸的产品就要编辑不同的参数，虽然参数化编程需要的时间也短，但是还是略显麻烦，同时需要人工操作不停的来修改，依旧浪费人力物力，操作过程过于繁琐。

因此，急需设计一种适用于不同倾斜程度的田字格焊接系统及其焊接方法，既能省去生产上的工装，又能避免机器人繁琐的编程，还能适应折弯零件的不精准，并且能自动识别每个田字格的大小及焊缝位置的机器人智能化焊接系统的需求日益增长。

发明内容

有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了适用于不同倾斜程度的田字格焊接系统及其焊接方法，直接扫描一个格子的竖向焊缝，实时侦测其实际偏差，解决折弯零件不够精准的难点；另外，省去第二个格子大幅度扫描的时间，大大提升了效率；并且，通过计算出的第一个格子每条边在水平方向上和高低方向上的斜率，解决了车体放置时零工装的难点；更符合现实企业生产状况，通用性能更广、信息量更多，应用更广泛。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

适用于不同倾斜程度的田字格焊接系统，包括排列分布有多个田字格的焊接车主体，田字格的每个格子分别具有四条竖向焊缝，还包括焊缝识别系统、机器人执行系统、地轨行走系统、焊机系统和人机交互系统，所述焊缝识别系统、焊机系统均连接设在机器人执行系统上，所述机器人执行系统通过L型悬臂设在所述地轨行走系统上，所述人机交互系统和焊机系统设在地轨行走系统的平台上，所述焊缝识别系统、机器人执行系统、地轨行走系统、焊机系统均与人机交互系统相连；

所述焊缝识别系统由激光传感器、激光处理器组成，所述机器人执行系统包括相连的机器人本体和机器人控制柜，所述地轨行走系统由伺服驱动机构、齿轮齿条啮合机构、地轨移动平台、地轨滑动机构组成，所述焊机系统包括二氧化碳保护焊机、焊枪、送丝机、送丝桶，送丝桶、送丝机、二氧化碳保护焊机依次连接，所述人机交互系统包括设置有操作按键的设备电控箱；

所述L型悬臂的前端设有机器人本体，机器人本体的底端设置送丝机，送丝机的前端通过连接轴和法兰设置焊枪，焊枪前端设置激光传感器，L型悬臂的一侧设有二氧化碳保护焊机和设备电控箱，二氧化碳保护焊机的后端设置与送丝机连接的送丝桶，设备电控箱的前端连接设有伺服驱动机构，位于下方的地轨滑动机构通过齿轮齿条啮合机构与上方的地轨移动平台滑动连接，地轨移动平台的顶端连接伺服驱动机构。

进一步的，所述机器人本体为六轴机器人，所述伺服驱动机构为伺服电机。

进一步的，所述伺服驱动机构与地轨移动平台连接且为地轨移动平台在地轨滑动机构上运动提供驱动力。

进一步的，所述地轨滑动机构、齿轮齿条啮合机构、地轨移动平台之间均相配合。

进一步的，所述焊枪与二氧化碳保护焊机连接，二氧化碳保护焊机上设置与下方设备电控箱电连接的焊机电源。

进一步的，所述人机交互系统还包括人机交互界面，人机交互界面为触控工业电脑，设备电控箱通过网络通讯线和数据接口与人机交互界面相连。

进一步的，所述机器人控制柜与设备电控箱相连，所述设备电控箱、机器人控制柜、焊机电源均与激光处理器相连，所述激光传感器与激光处理器相连。

适用于不同倾斜程度的田字格焊接系统的焊接方法，包括以下步骤：

S1：焊接前，机器人本体带动激光传感器移动至其中一个田字格的第一个格子的内部，机器人本体带动激光传感器进行第一个格子的四条边的扫描，计算确定第一个格子的大小；

S2：同时，激光传感器将采集的扫描信息传递给激光处理器，激光处理器通过四条边的大小位置进而计算确定第一个格子的四条竖向焊缝的位置；

S3：所述机器人本体带动激光传感器运动到其中一条竖向焊缝的上方，并进行竖向焊缝的实时扫描，通过扫描把采集到的数据信息传递到激光处理器并计算出该条竖向焊缝的上起始点和下终止点的空间坐标；

S4：通过上述步骤S2-S3来进行另外三条竖向焊缝的扫描，从而获得四条竖向焊缝的上起始点和下终止点的空间坐标，然后激光处理器通过这些数据信息设置相应的执行命令并传递给机器人本体，从而完成该田字格的第一个格子的激光跟踪焊接；

S5：机器人本体带动激光传感器移动至该田字格的第二个格子的内部，按照指令执行四条竖向焊缝的焊接操作；然后依次进行该田字格的第三个格子、第四个格子的自动化焊接；循环上述操作，则依次完成该焊接车主体的多个田字格的自动化焊接。

所述步骤S5中的执行指令操作，具体包括以下步骤：

A1：根据得到的该田字格的第一个格子的大小位置，激光处理器计算出第一个格子的每条边在水平方向上和竖直方向上的斜率；

A2：根据得到的该田字格的第一个格子的焊缝数据，激光处理器计算出该田字格的第二个格子的四条竖向焊缝的大概位置；

A3：根据步骤A1得到的斜率，再次确认第二个格子的四条竖向焊缝的具***置；

A4：同样重复上述步骤，得到第三个格子、第四个格子的具***置。

本发明的有益效果是：

一、本发明的适用于不同倾斜程度的田字格焊接系统，包括焊缝识别系统、机器人执行系统、地轨行走系统、焊机系统和人机交互系统，各个系统相互配合，逻辑紧密，方便高效，既能省去生产上的工装，又能避免机器人繁琐的编程，还能适应折弯零件的不精准，并且能自动识别每个田字格的格子大小及焊缝具***置；

二、本发明的适用于不同倾斜程度的田字格焊接系统的焊接方法，直接扫描一个格子的竖向焊缝，实时侦测其实际偏差，解决折弯零件不够精准的难点；另外，省去第二个格子大幅度扫描的时间，大大提升了效率；并且，通过计算出的第一个格子每条边在水平方向上和高低方向上的斜率，解决了车体放置时零工装的难点；更符合现实企业生产状况，通用性能更广、信息量更多，应用更广泛；其中：

首先，通过对第一个格子进行四条边的扫描得到四条竖向焊缝的位置，然后通过扫描四条竖向焊缝得到每条竖向焊缝的上起始点和下终止点，从而得到这个格子的焊缝数据；

其次，第二个格子根据第一个格子已经知道的大小和焊缝数据激光处理器，可以计算出第二个格子的四条竖向焊缝的大概位置，这样第二个格子就可以省去扫描四条边的时间，提升了效率；同理第三个格子依据计算出第二个格子的实际大小可以推算出第三个格子的竖向焊缝的大概位置；

另外，由于是直接扫描竖向焊缝，那么这条竖向焊缝的实际偏差就可以侦测出来，这样就解决了折弯零件弯度不够精准的难点。并且，通过已经知道第一个格子的大小也可以计算出第一个格子每条边在水平方向上和高低方向上的斜率，则可以确定第二、三个格子的具***置，也就解决了车体放置时零工装的难点。因此这样的扫描方法比较符合现实企业的生产状况，提高了工作效率的同时节省了企业的成本，具有很好的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中整体工装结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为图2的侧视图；

图中标记：1、焊接车主体，2、竖向焊缝，3、L型悬臂，4、激光传感器，5、激光处理器，6、机器人本体，7、机器人控制柜，8、伺服驱动机构，9、齿轮齿条啮合机构，10、地轨移动平台，11、地轨滑动机构，12、二氧化碳保护焊机，13、焊机电源，14、送丝机，15、送丝桶，16、设备电控箱，17、焊枪。

具体实施方式

下面给出具体实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整、详细地说明。本实施例是以本发明技术方案为前提的最佳实施例，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

适用于不同倾斜程度的田字格焊接系统，包括排列分布有多个田字格的焊接车主体1，田字格的每个格子分别具有四条竖向焊缝2，其特征在于：还包括焊缝识别系统、机器人执行系统、地轨行走系统、焊机系统和人机交互系统，所述焊缝识别系统、焊机系统均连接设在机器人执行系统上，所述机器人执行系统通过L型悬臂3设在所述地轨行走系统上，所述人机交互系统和焊机系统设在地轨行走系统的平台上，所述焊缝识别系统、机器人执行系统、地轨行走系统、焊机系统均与人机交互系统相连；

所述焊缝识别系统由激光传感器4、激光处理器5组成，所述机器人执行系统包括相连的机器人本体6和机器人控制柜7，所述地轨行走系统由伺服驱动机构8、齿轮齿条啮合机构9、地轨移动平台10、地轨滑动机构11组成，所述焊机系统包括二氧化碳保护焊机12、焊枪17、送丝机14、送丝桶15，送丝桶15、送丝机14、二氧化碳保护焊机12依次连接，所述人机交互系统包括设置有操作按键的设备电控箱16；

所述L型悬臂3的前端设有机器人本体6，机器人本体6的底端设置送丝机14，送丝机14的前端通过连接轴和法兰设置焊枪17，焊枪17前端设置激光传感器4，将焊枪17和激光传感器4设在机器人本体6的前端，充当机器人的眼睛；激光传感器4设在焊枪17的前端，在扫描焊缝数据的同时，提前识别焊枪17所处位置，为焊枪17的执行提供缓冲时间，并且精准、有效、高效；L型悬臂3的一侧设有二氧化碳保护焊机12和设备电控箱16，二氧化碳保护焊机12的后端设置与送丝机14连接的送丝桶15，设备电控箱16的前端连接设有伺服驱动机构8，位于下方的地轨滑动机构11通过齿轮齿条啮合机构9与上方的地轨移动平台10滑动连接，地轨移动平台10的顶端连接伺服驱动机构8。本发明的本发明的适用于不同倾斜程度的田字格焊接系统，包括焊缝识别系统、机器人执行系统、地轨行走系统、焊机系统和人机交互系统，各个系统相互配合，逻辑紧密，方便高效，既能省去生产上的工装，又能避免机器人繁琐的编程，还能适应折弯零件的不精准，并且能自动识别每个田字格的格子大小及焊缝具***置。

进一步的，所述机器人本体6为六轴机器人，运动更加灵活、快速，适合环境复杂、多方面多角度要求的执行变换；所述伺服驱动机构8为伺服电机，简单有效地提供驱动力。

进一步的，所述伺服驱动机构8与地轨移动平台10连接且为地轨移动平台10在地轨滑动机构11上运动提供驱动力。伺服驱动机构8带动地轨移动平台10通过齿轮齿条啮合机构9的配合在地轨滑动机构11实现滑动运动，进而带动机器人本体6、焊枪17、激光传感器4的运动，来实时、无死角的扫描焊缝位置并完成自动化焊接。

进一步的，所述地轨滑动机构11、齿轮齿条啮合机构9、地轨移动平台10之间均相配合。地轨滑动机构11通过齿轮齿条啮合机构9宇地轨移动平台10滑动配合。

进一步的，所述焊枪17与二氧化碳保护焊机12连接，二氧化碳保护焊机12上设置与下方设备电控箱16电连接的焊机电源13。随时准备启停焊枪17，环保节能、智能高效。

进一步的，所述人机交互系统还包括人机交互界面，人机交互界面为触控工业电脑，设备电控箱16通过网络通讯线和数据接口与人机交互界面相连，进而进一步实现远程控制和操作，节省大量人力物力，更加自动化、智能化。

进一步的，所述机器人控制柜7与设备电控箱16相连，所述设备电控箱16、机器人控制柜7、焊机电源13均与激光处理器5相连，所述激光传感器4与激光处理器5相连。激光处理器5根据采集的扫描焊缝数据进行处理分析，进而分情况给出执行指令，然后传递给各个分控制部件和执行部件，配合逻辑紧密、高效。

本发明的适用于不同倾斜程度的田字格焊接系统的焊接方法，包括以下步骤：

S1：焊接前，机器人本体6带动激光传感器4移动至其中一个田字格的第一个格子的内部，机器人本体6带动激光传感器4进行第一个格子的四条边的扫描，计算确定第一个格子的大小；

S2：同时，激光传感器4将采集的扫描信息传递给激光处理器5，激光处理器5通过四条边的大小位置进而计算确定第一个格子的四条竖向焊缝2的位置；

S3：所述机器人本体6带动激光传感器4运动到其中一条竖向焊缝2的上方，并进行竖向焊缝2的实时扫描，通过扫描把采集到的数据信息传递到激光处理器5并计算出该条竖向焊缝2的上起始点和下终止点的空间坐标；

S4：通过上述步骤S2-S3来进行另外三条竖向焊缝2的扫描，从而获得四条竖向焊缝2的上起始点和下终止点的空间坐标，然后激光处理器5通过这些数据信息设置相应的执行命令并传递给机器人本体6，从而完成该田字格的第一个格子的激光跟踪焊接；

S5：机器人本体6带动激光传感器4移动至该田字格的第二个格子的内部，按照指令执行四条竖向焊缝2的焊接操作；然后依次进行该田字格的第三个格子、第四个格子的自动化焊接；循环上述操作，则依次完成该焊接车主体1的多个田字格的自动化焊接。

本发明的适用于不同倾斜程度的田字格焊接系统的焊接方法，所述步骤S5中的执行指令操作，具体包括以下步骤：

A1：根据得到的该田字格的第一个格子的大小位置，激光处理器5计算出第一个格子的每条边在水平方向上和竖直方向上的斜率；即确定出第一个格子在空间上水平面上的一个倾斜角和水平面上的一个旋转角，即它在空间上的斜率；

A2：根据得到的该田字格的第一个格子的焊缝数据，激光处理器5计算出该田字格的第二个格子的四条竖向焊缝2的大概位置；

A3：根据步骤A1得到的斜率，再次确认第二个格子的四条竖向焊缝2的具***置；

A4：同样重复上述步骤，得到第三个格子、第四个格子的具***置。

本实施例中，实际的具体操作流程如下：

需要焊接时，人工将焊接车主体1推到焊枪17的下方，因为每次焊接完毕，机器人都是以一种固定的姿态在地轨的起始端停下，人工只需要将开头的田字格的第一个格子移动到焊枪17的正下方即可；

然后，通过人机交互界面或者触发设备电控箱16的开始按钮，机器人本体6带动激光传感器4进行往下移动，在往下移动的过程中，激光传感器4确定一个合适的测试高度，当确定完后，机器人本体6带动激光传感器4以这个合适的高度进行前后左右四个方向的移动，用来检测第一个格子的四条边的四条竖向焊缝2的大小位置；

然后，可以计算出的第一个格子的实际大小，继而计算出第一个格子的四条竖向焊缝2所在的大概位置，接着，机器人本体6带动激光传感器4移动到该格子的其中一条竖向焊缝2的上方开始进行扫描，得到第一条竖向焊缝4的上起始点和下终止点的空间坐标；同样，机器人本体6带动激光传感器4移动到其它三条竖向焊缝2的上方进行扫描，同样能够得到其它三条竖向焊缝2的上起始点和下终止点的空间坐标；有了第一个格子的8个定点的空间坐标，机器人本体6就可以带动焊枪17进行自动化焊接了。

而有了该开头的田字格的第一个格子的8个点的空间坐标可以确定出第一个格子在空间上水平面上的一个倾斜角和水平面上的一个旋转角，即它在空间上的斜率；然后根据人机交互界面输入的几行几列的数据，依据第一个格子计算出的实际大小可以推测出第二个格子的四条竖向焊缝2的位置，同样的能够测量出第二个格子的8个点的空间坐标；

同样的，第3个格子依据测得的第2个格子的实际大小来推测出第3个格子的竖向焊缝2的大概位置。如此循环下去，直至整个零件焊接完成；

从以上的扫描方法和工作流程中可以看出，直接扫描竖向焊缝2可以解决当折弯零件角度不够精准时所带来的竖向焊缝2上的偏差，对折弯零件的精度要求降低；

另外，控制算法上实现了焊接车主体在摆放的时候零工装摆放，可以高低不平，也可以不方正，真正实现了焊接工作站零工装。

进一步的，本实施例中，焊接车主体1可以是多种类型的焊接主体。当焊接车主体1是专用车底板时，存在搭接焊缝、角焊缝二者相结合的焊接形式。本发明的焊接系统可以自动识别出一个格子下面四条焊缝的焊缝形态，即自动判断出是搭接焊缝还是角焊缝；其中，L型零件采用的是搭接焊缝的方式，方钢零件采用的是角焊缝的方式；

当焊接车主体1是专用车大梁总成样件时，存在角焊缝的焊接形式。本发明的焊接系统也是一样可以自动识别出焊缝的形态，即自动判断出角焊缝的位置和采用方式，并运用本发明的扫描方法，通过地轨移动，带动机器人本体至合适位置，然后激光传感器进行焊缝扫描，根据采集到的信息得到焊缝的形态特征和空间坐标，然后机器人本体带动焊枪执行自动化焊接。

综上，本发明的适用于不同倾斜程度的田字格焊接系统的焊接方法，直接扫描一个格子的竖向焊缝，实时侦测其实际偏差，解决折弯零件不够精准的难点；另外，省去第二个格子大幅度扫描的时间，大大提升了效率；并且，通过计算出的第一个格子每条边在水平方向上和高低方向上的斜率，解决了车体放置时零工装的难点；更符合现实企业生产状况，通用性能更广、信息量更多，应用更广泛；其中：

首先，通过对第一个格子进行四条边的扫描得到四条竖向焊缝的位置，然后通过扫描四条竖向焊缝得到每条竖向焊缝的上起始点和下终止点，从而得到这个格子的焊缝数据；

其次，第二个格子根据第一个格子已经知道的大小和焊缝数据激光处理器，可以计算出第二个格子的四条竖向焊缝的大概位置，这样第二个格子就可以省去扫描四条边的时间，提升了效率；同理第三个格子依据计算出第二个格子的实际大小可以推算出第三个格子的竖向焊缝的大概位置；

另外，由于是直接扫描竖向焊缝，那么这条竖向焊缝的实际偏差就可以侦测出来，这样就解决了折弯零件弯度不够精准的难点。并且，通过已经知道第一个格子的大小也可以计算出第一个格子每条边在水平方向上和高低方向上的斜率，则可以确定第二、三个格子的具***置，也就解决了车体放置时零工装的难点。因此这样的扫描方法比较符合现实企业的生产状况，提高了工作效率的同时节省了企业的成本，具有很好的应用前景。

以上显示和描述了本发明的主要特征、基本原理以及本发明的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。