一種基于3d模型實時在線焊接工藝調整系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于機器人控制技術領域，具體涉及一種3D模型實時在線焊接工藝調整系統。
【背景技術】
[0002]現行自動焊接設備或智能焊接裝置，在作業前通過產品結構、作業方法、工藝條件進行預置，使其焊接設備(裝備)在規劃模式下運行。實際工作過程中焊接對象與模型外形有偏差、定位位置有偏差等不確定因素，會造成焊接加工作業后存在焊接質量的不穩定性；為解決現有設備自適應性不足問題，其相關輔助裝備精度要求高、專用定制模式等方法，使其系統輔助成本很高，同時現行焊接設備(裝置)在作業中只能在作業前對各環按兵不動進行精確定位編程，項目可移植性不高，設備即時通用性幾乎為零，而組成系統均為專用系統或定制生產線，不能滿足于現行市場各種小量多批次生產需要。
[0003]現行各種自動焊接設備均為反饋控制模式，即依據焊接執行傳感信息進行判定、調節作業方式、參數等，針對很多異常情況處理適應能力不足，導致焊接質量可靠性不理雄
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【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的在于提供一種基于3D模型實時在線焊接工藝調整系統，解決現有焊接設備適應能力不足，焊接質量不理想的問題。
[0005]為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下:
[0006]—種基于3D模型實時在線焊接工藝調整系統，包括總控制系統，與總控制系統相連的傳感器、3D掃描系統、3D掃描位置控制系統、機器人控制系統、焊接控制系統，所述3D掃描系統與3D掃描系統相連；
[0007]其中，總控制系統用于接收傳感器傳輸的數據，以及接收3D掃面系統傳輸的數據，并且對接收的數據進行處理，并向機器人控制系統、和焊接控制系統、3D掃描位置控制系統發出的控制指令；
[0008]傳感器用于檢測焊接作業中機器人各種狀態，并將信息傳輸至總控制系統；
[0009]3D掃描系統用于采集圖像信息，并進行圖像預處理，然后將信息傳輸至總控制系統；
[0010]3D掃描位置控制系統用于控制3D掃描系統的掃描位置；
[0011]機器人控制系統用于控制機器人的動作運動；
[0012]焊接控制系統用于控制焊機的焊接作業過程參數。
[0013]值得說明的是，以上系統可根據實際情況進行自己設計，當然也可從市面上進行購買，故而具體的組成不在此贅述。
[0014]一種基于3D模型實時在線焊接工藝調整系統的實現方法，包括以下步驟:
[0015](1)3D掃描系統將焊接作業區進行在線實時掃描，掃描數據傳輸至總控制系統，總控制系統對掃描數據進行位置換算，重構成3D模型；
[0016](2)將重構成的3D模型與預設計的模型進行匹配，若相同，總控制系統計算輸出機器人、焊機的控制參數，并將相應的參數傳輸至焊接控制系統和機器人控制系統，焊接控制系統控制焊機進行作業，機器人控制系統控制機器人進行作業；
[0017]若不同，總控制系統根據作業對象的基本特性進行焊接作業參數選擇、優化，生成實際控制作業數據，并將數據傳輸至焊接控制系統和機器人控制系統焊接控制系統控制焊機進行作業，機器人控制系統控制機器人進行作業。
[0018]進一步地，機器人在作業中位置不停發生變化，3D掃描系統相對作業對象的姿態也將同步發生變化，此時，總控制系統根據作業區數據計算出待掃描區域，然后將指令數據傳輸至3D掃描位置控制系統，通過3D掃描位置控制系統控制3D掃描系統調整位置姿態。
[0019]再進一步地，具體焊接時:當焊機與工件距離達到已設定值，傳感器向總控制系統發出焊接啟動信號，總控制系統向焊接控制系統發出指令，焊接控制系統控制焊機進行工作。
[0020]本實用新型與現有技術相比，具有以下優點及有益效果:
[0021]采用本實用新型的系統進行焊接作業，其焊接質量高、方便、靈活、自適應性強，并且可以大大地提高產品質量，降低生產成本。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型的系統框圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明，本實用新型的實施方式包括但不限于下列實施例。
實施例
[0024]如圖1所示，一種基于3D模型實時在線焊接工藝調整系統，一種基于3D模型實時在線焊接工藝調整系統，包括總控制系統，與總控制系統相連的傳感器、3D掃描系統、3D掃描位置控制系統、機器人控制系統、焊接控制系統，所述3D掃描位置控制系統與3D掃描系統相連；
[0025]其中，總控制系統用于接收傳感器傳輸的數據，以及接收3D掃描系統傳輸的數據，并且對接收的數據進行處理，并向機器人控制系統、和焊接控制系統、3D掃描位置控制系統發出的控制指令；
[0026]傳感器用于檢測焊接作業中機器人各種狀態，并將信息傳輸至總控制系統；
[0027]3D掃描系統用于采集圖像信息，并進行圖像預處理，然后將信息傳輸至總控制系統；
[0028]3D掃描位置控制系統用于控制3D掃描系統的掃描位置；
[0029]機器人控制系統用于控制機器人的動作運動；
[0030]焊接控制系統用于控制焊機的焊接作業過程參數。
[0031]作為一種優選方式，機器人控制系統是含機器人運動控制器、驅動器、編碼器，機器人運動控制器接收總控制系統各種運動控制指令，計算分解到各個軸運動控制，同時執行向驅動器發送運動執行指令，編碼器與驅動器相連，在驅動器接收到運動控制器指令后執行馬達驅動，并接收編碼器的位置返回值，實時對馬達運行狀態調節，使整個系統形成閉環控制。
[0032]3D掃描位置控制系統含有環形位置調節機構，在作業過程中機器人末端作業內容、姿態、運行軌跡不同，使機器人末端3D掃描系統相對規劃作業軌跡的相對位置姿態也不同，在數據掃描過程所產生的數據質量也有差異，該系統依據規劃作業路徑與當前機器人末端狀態計算出3D掃描系統最佳姿態，使被掃描區域跟蹤規劃中的作業路徑。
[0033]3D掃描系統包括激光器、(XD攝像頭、濾光片和圖像采集卡；通過(XD攝像頭成像后，圖像采集卡對相應的圖像信息進行采集，并且進行圖像預處理，然后將信息傳輸到總控制系統，總控制系統對圖像數據轉換重構模型后進行焊縫識別，提取出所需的焊接信息，總控制系統處理后將焊接信息傳輸到機器人的驅動器和焊機。C⑶攝像頭垂直對準工件，激光器傾斜布置，激光器打出的激光經柱透鏡形成一片光照射到工件上，形成一條寬度很窄的光帶，當該光帶被工件反射或折射后，經濾光片保留激光器發出的特定波長的光，而濾除其他波長的光，最后進入CCD攝像頭成像。工件在垂直方向深度不同，故從垂直工件的方向看去，反射光成一折線，折線反映了各被加工的三維位置關系。
[0034]總控制系統由工業計算為硬件平臺的控制系統，由系統協調控制功能、3D掃描系統產生的點云數據處理功能、3D模型重構功能、3D圖像對比識別功能、焊接參數數據優化功能等模塊組成，3D點云數據處理依據3D掃描系統產生的數據結合當前機器人姿態及3D掃描系統姿態轉換為笛卡爾坐標系點云數據，再通過模型重構功能生成實時3D模型，依據生成的3D模型特征與焊接作業內容特征對比，生成新的作業內容再通過焊接參數優化功能進行焊接參數和路徑優化，然后傳輸至機器人及焊機執行。
[0035]本實用新型采用上述設備組成分布式控制模式，具有系統響應快速、信息處理能力強、操作方便的優勢。能夠對其進行實時調整，對焊縫的熔池信息的反饋處理，從而提高了焊接機器人的靈活性、穩定性和精確性。激光器和傳感器能夠保證焊機的高精度運動，提高焊縫的焊接質量。
[0036]本實用新型的調整系統的具體實現方法如下:
[0037]機器人在作業前由人機交付系統對作業區路徑及作業特征進行規劃，設定作業對象基本參數特性如材料、焊接工藝條件、理論3D模型、焊接反饋控制模式等。
[0038]機器人執行焊接前，由安裝在機器人上的3D掃描系統將焊接作業區進行預掃描部分，掃描過程中根據機器人當前末端位置、作業空間軌跡、3D掃描系統當前位置分析出待掃描區域相對位置、由3D掃描位置控制系統對3D掃描系統的位置進行調節，使掃描采集到的點數據更具有針對性。
[0039]3D掃描系統將掃描數據傳輸至總控制系統，總控制系統對掃描數據進行位置換算，重構成笛卡爾坐標系統3D模型。總控制系統依據重構的3D模型與預設計作業的模型進行匹配，針對模型中焊接作業的深度、角度、位置偏差、材料表面等進行對比，由系統根據作業對象的基本特性進行焊接作業參數選擇、優化，生產實際控制作業數據。
[0040]值得說明的是，總控制系統通過工業總線通訊方式，將焊接工藝參數、機器人運動控制軌跡、速度、末端焊機姿態等執行數據，發送到各執行控制系統。
[0041]另外，當焊機與工件距離達到已設定值，傳感器向總控制系統發出焊接啟動信號，總控制系統向焊接控制系統發出指令，焊接控制系統控制焊機進行工作，焊接開始后，傳感器根據焊絲距離工件的距離，對焊機的姿態擺動進行輔助控制；同時依據焊接時的電流、電壓等反饋信息，傳輸到總控制系統，由總控制系統依據當前信息及執行參數進行運算，計算出新的優化參數進行閉環控制，以保證最優焊接質量。
[0042]按照上述實施例，便可很好地實現本實用新型。值得說明的是，基于上述結構設計的前提下，為解決同樣的技術問題，即使在本實用新型上做出的一些無實質性的改動或潤色，所采用的技術方案的實質仍然與本實用新型一樣，故其也應當在本實用新型的保護范圍內。
【主權項】
1.一種基于3D模型實時在線焊接工藝調整系統，其特征在于，包括總控制系統，與總控制系統相連的傳感器、3D掃描系統、3D掃描位置控制系統、機器人控制系統、焊接控制系統，所述3D掃描系統與3D掃描系統相連； 其中，總控制系統用于接收傳感器傳輸的數據，以及接收3D掃描系統采集傳輸的數據，并且對接收的數據進行處理，并向機器人控制系統、和焊接控制系統、3D掃描位置控制系統發出的控制指令； 傳感器用于檢測焊接作業中機器人各種狀態，并將信息傳輸至總控制系統； 3D掃描系統用于采集圖像信息，并進行圖像預處理，然后將信息傳輸至總控制系統； 3D掃描位置控制系統用于控制3D掃描系統的掃描位置； 機器人控制系統用于控制機器人的動作運動； 焊接控制系統用于控制焊機的焊接作業過程參數。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于3D模型實時在線焊接工藝調整系統，解決現有焊接設備適應能力不足，焊接質量不理想的問題。本實用新型包括總控制系統，與總控制系統相連的傳感器、3D掃描系統、3D掃描位置控制系統、機器人控制系統、焊接控制系統，所述3D掃描位置控制系統與3D掃描系統相連。采用本實用新型的系統進行焊接作業，其焊接質量高、方便、靈活、自適應性強，并且可以大大地提高產品質量，降低生產成本。
【IPC分類】G05B19/414
【公開號】CN204965141
【申請號】CN201520625781
【發明人】王浪
【申請人】四川省創天成機電工程技術有限公司
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年8月19日