[实用新型]集装箱波纹板焊接机器人及其视觉伺服控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及焊接控制领域，尤其涉及一种用于集装箱波纹板焊接的视觉伺服控制系统和采用该视觉伺服控制系统的集装箱波纹板焊接机器人。

背景技术

集装箱是近年来出现的模块化运输设备，自出现以来，已快速地占领货运市场，中国生产的标准干货集装箱占世界产量的95%以上，一直保持世界第一。集装箱系全世界通用，尺寸及外形均是标准的，由于需求量大，所以其生产性质一般属于大批量产业线生产，各工序相互衔接，其生产的关键工序是侧壁波纹板与箱顶、箱底的焊接，即侧壁波纹板的焊接。由于集装箱波纹板自下料冲压开始，经波纹板间的对接焊，到底板与波纹板间的角焊，每个环节都存在一定的误差，使得装配间隙轨迹存在一定的无规律波动，且间隙大小也在变化，另一方面焊接过程中的热影响使得待焊装配缝隙存在一定的变形，使得装配缝隙不一致，因此需要对装配焊缝进行实时监测跟踪。集装箱采用的波纹板，焊接时易焊破，故要求焊接技术高，由于人工焊接时，焊缝长500mm后就需移动脚尖而停顿，再继续焊接时就产生焊接接头，而焊接接头出容易漏水、漏光，焊道接头突出上侧梁外缘，需进行人工研磨，这些人工焊的缺点一般均无法克服，而且人工焊接工人劳动强度大，焊接环境比较恶劣，特别是夏季高温阶段，很容易引起中暑，同事培养一批高级熟练焊工也不容易。为了解决以上问题，国内外科研院所和企业进行了多项尝试，取得了一定成果，但是，目前集装箱的生产现状是集装箱的生产还没有完全实现自动化，尤其是作为侧壁的波纹板和上、下侧梁的焊接，仍然使用普通焊条电弧焊和仿形焊接，不利于提高生产效率、稳定产品质量，而且波纹板本身还存在制造误差，焊接过程中的焊接变形等也会影响焊接精度。

实用新型内容

为了适应焊接过程的恶劣环境、保证焊接时刻对准装配缝隙匹配合适工艺参数、提高焊接自动化水平，弥补现有集装箱波纹板焊接技术的不足，本实用新型提出了一种用于集装箱波纹板焊接的视觉伺服控制系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提出一种用于集装箱波纹板焊接的视觉伺服控制系统，包括工控机、视觉采样机构和运动控制机构；视觉采样机构包括用以投射面激光至焊缝处的面激光发生器、用以根据所述面激光的反射光线获取焊缝图像信息的网络摄像头和设置于网络摄像头前用于滤光的滤光片；所述网络摄像头网络通讯连接所述工控机；运动控制机构包括与所述工控机相连接的控制卡、与该控制卡双向通讯连接的五个伺服驱动器、由该五个伺服驱动器一一对应驱动的五个伺服电机，以及与控制卡相连接的限位/零点传感器；其中该五个伺服电机分别为用于控制焊枪和所述视觉采样机构在沿波纹板长焊缝方向的同步运动的X轴伺服电机、用于控制焊枪在垂直于波纹板平面方向上的运动的Y轴伺服电机、用于控制焊枪在平行于波纹板平面方向上的升降运动的Z轴伺服电机、用于控制视觉采样机构在垂直于波纹板平面方向上的运动的Y1轴伺服电机、用于控制视觉采样机构在平行于波纹板方向上的升降运动的Z1轴伺服电机；所述限位/零点传感器分别相应于所述五个伺服电机所控制的五个运动方向设置；所述控制卡还连接所述网络摄像头以控制网络摄像头的开闭。

其中，所述网络摄像头主光轴位于与波纹板平面垂直的第一平面内，并与波纹板平面呈25°~75°夹角，且该第一平面垂直于波纹板长焊缝方向；所述面激光发生器的数量为一个，其发出的面激光为一束，该面激光与所述第一平面之间的夹角为25°~75°，且所述面激光器的中心轴与网络摄像头主光轴在同一平面上。

其中，所述伺服电机为交流伺服电机，其上带有光电编码器，所述光电编码器的输出端连接所述伺服驱动器。

其中，所述运动控制机构还包括端子板，所述控制卡通过所述端子板分别连接所述五个伺服驱动器和所述网络摄像头；所述控制卡设有I/O接口，所述端子板连接所述I/O接口而构成所述控制卡的扩展板卡。

其中，所述控制卡通过串行通信接口与所述端子板进行连接通讯。

其中，所述工控机设有PCI插槽和以太网口，所述控制卡通过所述PCI插槽与工控机连接，所述网络摄像头通过所述以太网口与工控机通讯。

其中，所述工控机还设有人机接口模块、图像采集处理模块、运算处理模块；所述图像采样处理连接所述以太网口；所述运算处理模块连接人机接口模块、图像采集处理模块和PCI插槽。

其中，所述人机接口模块为触摸显示屏。

本实用新型还提供一种集装箱波纹板焊接机器人，包括焊枪和如上所述的视觉伺服控制系统，所述焊枪连接并受控于所述视觉伺服控制系统。