[发明专利]焊枪位姿实时变化的自动焊接装置及焊接方法

说明书

本发明涉及一种焊枪位姿实时变化的自动焊接装置及焊接方法，属于焊接自动化领域。龙门式三轴焊接平台由刚体支架、焊接平台操作区、三轴龙门式组合模组、焊枪旋转机构四部分组成，并设有绝对坐标系O‑XYZ；三轴龙门式组合模组分为含有X轴辅助导轨的X主轴模组、Y轴模组、Z轴模组；焊接平台操作区固定在刚体支架中部，X主轴模组、X轴辅助导轨固定在钢体支架上部，Y轴模组的两端分别滑动连接在X主轴模组、X轴辅助导轨上，Z轴模组滑动连接在Y轴模组上；焊枪旋转机构刚性固定在Z轴模组正下方。优点在于：自动实时识别焊缝轨迹，自动控制焊枪运动，去除人工示教，增加焊接装置的灵活性，提高焊接效率。

技术领域

本发明涉及焊接自动化、焊接轨迹自动识别技术领域，特别涉及熔化极气体保护焊轨迹识别技术，尤指一种焊枪位姿实时变化的自动焊接装置及焊接方法。

背景技术

在焊接自动化领域，由于机器人施焊能够保证较高的焊接质量和焊接效率，被广泛的应用于各种焊接场合，但是绝大多数焊接机器人多为基于人工示教的机器人：

(1)人工示教在一定程度上增加焊前准备时间，严重限制机器人或自动化化设备焊接效率；

(2)由于焊接机器人无法感知安装误差或焊接热变形产生的误差，基于人工示教焊接机器人或焊接设备难以保证焊接精度；目前很多研究者采用焊接偏差识别技术，比如激光焊缝跟踪技术，电弧传感器技术等识别偏差，在焊接过程中校核偏差，但是该技术未能完全剔除人工示教工序；

(3)人工示教使得焊接机器人的灵活性不强，对于成批量焊件，基于人工示教的焊接机器人配合焊接偏差识别技术，精确工件夹具工装，只需一次人工示教，最大可能的保证焊接精度，提高焊接效率；但是对于非单件生产，甚至一些大型焊件，为保证焊接精度，需要繁琐的人工示教。

目前为了解决焊接机器人灵活性不强，人工示教繁琐等技术问题，较为合适的方式是采用焊缝轨迹识别技术，拟合焊缝轨迹曲线反馈给焊接机器人，但是当涉及到焊枪位姿实时变化(焊枪不仅要平移移动，还要实时改变位姿)的焊缝轨迹识别时，由于曲线识别技术，控制算法等原因，限制了焊缝轨迹识别技术在空间曲线焊缝(焊枪位姿实时变化，比如钢管，圆筒环缝焊接)的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种焊枪位姿实时变化的自动焊接装置及焊接方法，解决了现有技术存在的上述问题。特别适合于焊枪位姿只在与某一平面(如本发明装置XY平面，焊枪位姿只在XY平面内变化，在Z轴方向内不发生改变)平行的平面内实时改变的焊缝轨迹识别自动化焊接。本发明在移动的相对坐标系下，分段式拟合焊缝轨迹曲线，通过对拟合的小段焊缝轨迹曲线进行处理，获取焊枪平移运动控制参数以及焊枪位姿变化控制参数，后将该参数转化为各轴运动控制信息，进行焊枪运动自动控制，无需人工示教，装置自行识别焊缝轨迹，自动焊接，极大提高了焊接效率，为涉及焊枪位姿实时变化的空间曲线焊缝进行轨迹识别自动化焊接提供了可能性。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

焊枪位姿实时变化的自动焊接装置，包括工控机、龙门式三轴焊接平台、激光视觉传感器5、图像采集卡、焊枪7、焊机、运动控制柜；所述龙门式三轴焊接平台由刚体支架、焊接平台操作区、三轴龙门式组合模组、焊枪旋转机构9四部分组成，并设有绝对坐标系O-XYZ；三轴龙门式组合模组分为含有X轴辅助导轨的X主轴模组、Y轴模组、Z轴模组；焊接平台操作区固定在刚体支架中部，X主轴模组、X轴辅助导轨固定在钢体支架上部，Y轴模组的两端分别滑动连接在X主轴模组、X轴辅助导轨上，Z轴模组滑动连接在Y轴模组上；焊枪旋转机构9刚性固定在Z轴模组正下方；三轴龙门式组合模组采用研磨滚珠丝杠重复定位精度为0.02mm；三轴龙门式组合模组应用三个伺服电机自动控制，分别为X主轴伺服电机1、Y轴伺服电机2、Z轴伺服电机3。