[发明专利]一种基于焊缝识别的塔脚工件自动焊接系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于焊缝识别的塔脚工件自动焊接系统及方法，其中，系统包括相互配合的上位机、机器人控制柜、焊接机器人、二轴变位机和三维结构光相机；上位机用于接收三维结构光相机拍摄的工件表面点云信息，进行点云拼接和工件表面重建，完成焊缝提取和焊接机器人的焊接路径规划；机器人控制柜用于控制焊接机器人的焊接和二轴变位机的运动；所述的二轴变位机用于固定焊接工件，并调整焊接工件的角度；三维结构光相机用于拍摄焊接工件的表面点云信息。利用本发明，通过提取焊接工件焊接部位的所有焊缝三维坐标信息，可直接指导焊接机器人的焊接路径规划，能提高塔脚工件的焊接效率和焊接精度，对不同规格的塔脚工件具有通用性。

技术领域

本发明属于机器人自动焊接领域，尤其是涉及一种基于焊缝识别的塔脚工件自动焊接系统及方法。

背景技术

电力角钢塔是输电用的塔状建筑物，属空间桁架结构。电力角钢塔的塔脚为钢板焊接件，一般需根据地形、角钢塔结构等因素个性化定制。塔脚的生产过程为：1)个性化设计塔脚外形尺寸；2)按图纸切割钢板，完成钢板下料；3)按图纸人工点焊钢板，实现钢板与钢板间的初步连接；4)整体弧焊，完成塔脚工件全部焊缝的焊接作业。目前，塔脚工件的下料工序(钢板切割)已完全实现自动化，但塔脚规格多样，难以编制统一机器人焊接程序，均需人工手动焊接完成。

目前，常用的机器人编程方式为示教编程和离线编程。如公开号为CN108340100A的中国专利文献公开了一种可提高焊接机器人示教编程精度的定位工具及焊枪，所述的定位工具为长度固定且安装在示教编程用焊枪前端的导电嘴座上的圆锥型探针组成，其中，示教编程时，圆锥形探针与喷嘴、导电嘴座、气体分流器等通过螺纹配合安装在焊枪上，并用于抵住工件定位。公开号为CN106003066AD的中国专利文献公开了一种机器人控制系统，其通过离线编程系统生成机器人系统的焊接示教程序，其中通过排序单元对于各组夹具的角度进行排序后，基于该排序进行各组夹具的焊接路径，从而在相邻的两次机器人角度变化中，仅需要使机器人变化较小的角度，从而减小了机器人角度的调节。

然而，上述这两种编程方式仅适用于特定规格产品，产品换型后均需重新编程，并不适用于个性化定制的塔脚工件。因此，搭载焊缝识别技术的自动焊接设备是实现塔脚自动焊接必要条件。当前焊缝识别方法多为在工件上方或机器人末端关节设置相机，通过获取工件的平面图像获取焊缝信息。然而，此类方法多用于平面工件，并不适用于结构复杂的立体塔脚工件。

可见，目前塔脚焊接加工方法存在以下几点局限性：1)产品尺寸个性化定制，塔脚焊接过程仍依靠人工手动焊接，工人劳动强度大，整体生产率低下；2)焊缝自动识别技术仍有待发展，无法解决小批量多品种的立体工件焊缝识别问题；3)塔脚焊接工作环境恶劣，焊接过程中产生的废气、尘屑等严重危害焊接工人的身体健康。

发明内容

本发明提供了一种基于焊缝识别的塔脚工件自动焊接系统，可以提取焊接工件焊接部位的所有焊缝三维坐标信息，直接指导焊接机器人的焊接路径规划，能提高塔脚工件的焊接效率和焊接精度，对不同规格的塔脚工件具有通用性。

一种基于焊缝识别的塔脚工件自动焊接系统，包括相互配合的上位机、机器人控制柜、焊接机器人、二轴变位机和三维结构光相机；

所述的机器人控制柜用于控制焊接机器人的焊接过程和二轴变位机的运动；所述的二轴变位机用于固定焊接工件，并调整焊接工件的角度；所述的三维结构光相机用于拍摄焊接工件的表面点云信息；所述的上位机用于接收三维结构光相机拍摄的工件表面点云信息，进行点云拼接和工件表面重建，完成焊缝提取和焊接机器人的焊接路径规划。

进一步地，所述的二轴变位机上设有用于固定焊接工件的夹具。

进一步地，所述的三维结构光相机通过铰链固定在扫描架上，所述三维结构光相机的高度和角度通过调节铰链的位置进行调整。

本发明还提供了一种基于焊缝识别的塔脚工件自动焊接方法，使用上述塔脚工件自动焊接系统，包括以下步骤：