[發明專利]螺旋板式換熱器端面焊縫自動引導焊接的焊接裝置和方法

在審

• 申請號: 201810040157.5
• 申請日: 2018-01-16
• 公開（公告）號: CN108127217A
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 孫堅;陸城煒;徐紅偉;鐘邵俊;王凱;張海波;倪鵬
• 申請（專利權）人: 中國計量大學;溫嶺市風云機器人有限公司
• 主分類號: B23K9/032
• 分類號: B23K9/032;B23K9/095;B23K9/127;B23K9/32
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種螺旋板式換熱器端面焊縫自動引導焊接的焊接裝置，其特征在于：包括Y軸直線模組(10)、Z軸直線模組(11)和X軸直線模組(12)，三個直線模組均主要由導軌塊和嵌裝在導軌塊的條形槽上的滑塊組成，Y軸直線模組(10)和X軸直線模組(12)水平相垂直地布置安裝，X軸直線模組(12)固定連接Y軸直線模組(10)的滑塊，Z軸直線模組(11)豎直地布置安裝，Z軸直線模組(11)固定連接X軸直線模組(12)的滑塊；三軸機器人Z軸直線模組(11)的滑塊上安裝有焊槍(9)和光視覺探測器(8)，Z軸直線模組(11)的底端下方設有可旋轉圓臺(13)，可旋轉圓臺(13)上放置待焊接零件(7)。

2.根據權利要求1所述的一種螺旋板式換熱器端面焊縫自動引導焊接的焊接裝置，其特征在于：所述焊槍(9)末端和光視覺探測器(8)末端的連線與Y軸直線模組(10)平行。

3.根據權利要求1所述的一種螺旋板式換熱器端面焊縫自動引導焊接的焊接裝置，其特征在于：所述光視覺探測器(8)包括外殼以及安裝在外殼內的激光發射器(1)、鮑威爾棱鏡(2)、反光鏡(3)、CCD相機(4)、光學鏡頭(5)和帶通濾波片(6)；激光發射器(1)和CCD相機(4)朝下，激光發射器(1)下方依次布置有鮑威爾棱鏡(2)和反光鏡(3)，CCD相機(4)下方依次布置有光學鏡頭(5)和帶通濾波片(6)；激光發射器(1)產生點狀激光束，依次經鮑威爾棱鏡(2)和反光鏡(3)后照射到待焊接零件(7)，經待焊接零件(7)表面反射的光束依次經帶通濾波片(6)、光學鏡頭(5)后入射到CCD相機(4)被接收。

4.根據權利要求3所述的一種螺旋板式換熱器端面焊縫自動引導焊接的焊接裝置，其特征在于：所述的鮑威爾棱鏡(2)下方安裝兩片可調角度的反光鏡(3)，調整兩片反光鏡(3)的角度和位置使得線結構激光經兩片反光鏡(3)依次反射后照射到CCD相機(4)正下方的待焊接零件(7)表面。

5.根據權利要求1所述的一種螺旋板式換熱器端面焊縫自動引導焊接的焊接裝置，其特征在于：所述的可旋轉圓臺(13)和三個直線模組均連接伺服電機，由伺服電機驅動，伺服電機連接機器人控制柜。

6.一種螺旋板式換熱器端面焊縫自動引導焊接的焊接方法，其特征在于采用權利要求1-5任一所述裝置，方法步驟如下：

步驟I)建立相機坐標系{C}、末端坐標系{E}和機器人基坐標系{W}；

相機坐標系{C}、末端坐標系{E}和機器人基坐標系{W}均為笛卡爾三維坐標系，笛卡爾三維坐標系的xyz三軸方向分別沿X軸機械臂、Y軸機械臂和Z軸直線模組的方向，相機坐標系{C}、末端坐標系{E}和機器人基坐標系{W}的xyz三軸方向相一致；

步驟II)建立基于三角測量原理的三維測量數學模型，并進行相機的內外參數標定，獲得圖像上一點的二維像素坐標(c,r)與該點在相機坐標系下的三維坐標(x_c,y_c,z_c)的映射關系；

通過手眼標定獲得相機坐標系{C}到末端坐標系{E}的旋轉矩陣和平移矩陣，再結合末端坐標系{E}原點在機器人基坐標系{W}中的坐標獲得相機坐標系{C}下點的三維坐標到機器人基坐標系{W}下三維坐標的映射關系；

步驟III)將螺旋板式換熱器端面焊縫朝上置于可旋轉圓臺(13)上，記錄可旋轉圓臺(13)的圓心在機器人基坐標系下的三維坐標位置A(a,b,c)；

步驟IV)通過CCD相機(4)采集圖片，通過圖像處理算法獲得當前檢測到的焊縫特征點T并計算焊縫特征點T在機器人基坐標系{W}下的三維坐標位置T_d(x_d,y_d,z_d)，記錄當前時刻t；

步驟V)實時讀取當前焊槍(9)末端在機器人基坐標系{W}的三維坐標位置H(x_h,y_h,z_h)，根據焊槍末端的三維坐標位置H、焊縫特征點T的三維坐標位置T_d、圓心的三維坐標位置A以及可旋轉圓臺(13)的旋轉角速度ω，通過預測算法得到焊縫特征點T在經歷時間△t后t'時刻實際焊接的焊接點H'位置。