一種履帶齒輪盤機器人自動堆焊及視覺檢測系統的制作方法

本發明涉及一種自動堆焊及質量檢測系統，尤其涉及一種履帶齒輪盤機器人自動堆焊及視覺檢測系統，是用于齒輪盤自動焊接加工及焊后質量檢測的全自動機器人集成裝備。

背景技術：

履帶齒輪盤是大型履帶式工程車輛的關鍵零件，一般作為履帶式行走系的驅動輪使用。履帶齒輪盤的加工質量(加工精度、耐磨損性)直接影響車輛的運動性能。為提高齒輪盤的耐磨性，通常需要在齒形的嚙合處堆焊上一層耐磨金屬材料。

目前，企業主要采用熔化極氣體保護焊工藝對齒輪盤的齒形表面實施堆焊。常用的加工方式有兩種，一種是人工手動堆焊，另一種是由焊接機器人和變位機組成的焊接工作站實施自動堆焊。手動堆焊時，工人要將齒輪盤裝夾到專用夾具上，手持焊槍對工件實施焊接操作；自動堆焊時，工人要先將工件裝夾到變位機上，再操作示教器由機器人和變位機對工件實施協同堆焊作業。堆焊作業結束后，必須等工件冷卻下來才能將其從專用夾具或變位機上取下。由于堆焊精度較低，堆焊好的齒輪盤還需由工人對其進行打磨，以確保最終齒形滿足圖紙要求。

可見，目前的齒輪盤齒形堆焊方式還存在以下缺陷：1、對于人工手動焊接方式，工件焊接質量不穩定，受人為因素影響大，工人工作環境惡劣，工作強度大；2、對于基于焊接工作站的自動堆焊方式，雖實現了一定程度的自動化，但仍需人工上下料，設備利用率低，產品堆焊質量有一定程度的提高，但仍需打磨；3、最終產品質量依賴人工打磨技巧，受人為因素影響大，而打磨工序工作環境惡劣，招工困難且人力成本高。

技術實現要素：

為了解決背景技術中存在的問題，本發明提供了一種履帶齒輪盤機器人自動堆焊及視覺檢測系統，可以實現履帶齒輪盤的自動上料、雙機器人協同焊接、焊接質量在線檢測以及成品的分倉碼垛。

本發明采用的技術方案如下：

本發明包括固定料倉、搬運機器人系統、焊接機器人系統、智能控制系統、視覺檢測系統和移動料倉；固定料倉、焊接機器人系統、智能控制系統、視覺檢測系統和移動料倉均放置在搬運機器人系統的周圍；固定料倉設置在上料工位，焊接機器人系統放置在焊接工位，視覺檢測系統設置在檢測工位，移動料倉設置在下料工位，智能控制系統分別與焊接機器人系統、智能控制系統、視覺檢測系統和搬運機器人系統連接，控制系統運行。

固定料倉用于上料，搬運機器人系統將履帶齒輪盤從固定料倉先搬運到焊接機器人系統處進行焊接，再搬運到視覺檢測系統處進行焊接質量的檢測，最后搬運到移動料倉。

所述的固定料倉設置在上料工位，包括氣動控制柜、固定料倉架、夾緊氣缸、夾緊塊、夾緊氣缸座、定位氣缸、工件檢測開關和定位銷；固定料倉架上安裝有主要由夾緊氣缸、夾緊塊、夾緊氣缸座、定位氣缸、工件檢測開關和定位銷組成的工件定位組件，氣動控制柜固定設置在固定料倉架上，氣動控制柜分別連接夾緊氣缸和定位氣缸；工件檢測開關安裝在固定料倉架上的側部，用于檢測固定料倉架上履帶齒輪盤的有無；夾緊氣缸通過夾緊氣缸座安裝于固定料倉架上的一側，夾緊氣缸的氣缸桿端連接夾緊塊，夾緊塊裝夾到履帶齒輪盤的齒面上；定位氣缸安裝在固定料倉架另一側，定位氣缸的氣缸桿端連接用于套裝在履帶齒輪盤上工藝孔中的定位銷，定位銷與履帶齒輪盤上的工藝孔配合。

所述的搬運機器人系統包括搬運機器人、搬運機器人控制柜、安裝法蘭、三爪氣缸和夾爪；搬運機器人末端安裝有安裝法蘭，安裝法蘭末端安裝有三爪氣缸，三爪氣缸的氣缸桿端連接有三個用于履帶齒輪盤裝夾的夾爪；搬運機器人控制柜放置在搬運機器人側方，搬運機器人控制柜連接搬運機器人并控制運動。

所述的焊接機器人系統設置在焊接工位，包括清槍器、焊接機器人、焊槍、激光尋位傳感器、焊接電源、送絲機和焊接機器人控制柜；焊接機器人末端設置有焊槍和激光尋位傳感器，焊接電源、送絲機、清槍器和焊接機器人控制柜均放置在焊接機器人側方，焊接機器人控制柜連接焊接機器人并控制運動；送絲機通過管道與焊槍連接。

所述的視覺檢測系統設置在檢測工位，包括遮光罩、檢測系統支架、滑臺座、滾珠絲杠副、滑臺、工業相機、鏡頭、背光源以及圖像處理軟件；圖像處理軟件設置于智能控制系統上；滑臺座水平固定在檢測系統支架，滑臺通過滾珠絲杠副安裝于滑臺座上，使得滑臺在滑臺座上水平移動；鏡頭和工業相機均安裝在滑臺上，鏡頭和工業相機連接，鏡頭前方設置有背光源，背光源與檢測系統支架固定連接，鏡頭和背光源之間區域為履帶齒輪盤的焊接質量檢測區域；遮光罩設置在檢測系統支架外周圍使得罩內部形成黑箱，并在焊接質量檢測區域下方留有工件進入的開口。

所述的移動料倉包括傳感器支架、料倉檢測開關、滑動擋板、料倉底座和墊塊；料倉底座頂面沿周向間隔均布有用于襯墊在履帶齒輪盤工件底面的墊塊，墊塊外周圍設置有用于限位履帶齒輪盤工件下料位置的滑動擋板，兩個對射的料倉檢測開關通過傳感器支架安裝在料倉底座的兩側方。

所述的智能控制系統設置有人機界面，用于實現履帶齒輪盤機器人自動堆焊及視覺檢測系統的總控。

所述的夾爪末端設置有用于連接履帶齒輪盤內孔壁的彈簧鋼片。

所述的移動料倉至少設置兩個，一個移動料倉用于放置檢測合格的齒輪盤，另一個移動料倉用于放置檢測不合格的齒輪盤。

本發明集成先進焊接工藝、機器人協同焊接技術、智能視覺檢測技術、基于PC的軟PLC控制技術等新技術，針對齒輪盤的焊接加工以及視覺檢測環節，研制高效、高精度、智能化、柔性化的履帶齒輪盤機器人自動堆焊及視覺檢測系統。本發明能實現齒輪盤的自動上料、雙機器人協同焊接、焊接質量檢測以及成品的分倉碼垛，系統高度集成化、智能化。

本發明能夠應用田口方法與灰度關聯分析法研究不同堆焊參數(焊接電流、焊接電壓、焊接速度、送絲速度、保護氣流量、弧長等)對異種金屬多層堆焊質量的影響，優化工件焊接加工的工藝參數及路徑，實現堆焊加工近凈成形，提高了零件焊接加工的生產效率、表面質量和精度。

本發明的有益效果是：

1、本發明實現了履帶齒輪盤的自動上料、雙機器人協同焊接、焊接質量在線檢測以及成品的分倉碼垛等功能，設備自動化程度高，全程不需要人工干預，焊接質量一致性高。

2、本發明配備激光尋位系統和雙機器人協同控制系統，焊接精度高，加工柔性好。焊接過程中先對工件進行激光掃描，根據檢測的信息智能修正機器人運動路徑，然后焊接機器人和搬運機器人協同動作，完成工件堆焊操作。

3、本發明配備視覺檢測系統，對焊后齒形實施質量檢測，智能化程度高，能保存歷史檢測數據，也能根據齒形檢測結果對工件進行分倉碼垛，若檢測結果異常系統立即報警，待人工處理。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為固定料倉的結構示意圖；

圖3為搬運機器人系統的示意圖；

圖4為焊接機器人系統的示意圖；

圖5為視覺檢測系統的示意圖；

圖6為移動料倉的結構示意圖；

圖中，固定料倉100、氣動控制柜101、固定料倉架102、夾緊氣缸103、夾緊塊104、夾緊氣缸座105、定位氣缸106、工件檢測開關107、定位銷108；搬運機器人系統200、搬運機器人201、搬運機器人控制柜202、安裝法蘭203、三爪氣缸204、夾爪205、彈簧鋼片206；焊接機器人系統300、清槍器301、焊接機器人302、焊槍303、激光尋位傳感器304、焊接電源305、送絲機306、焊接機器人控制柜307；智能控制系統400；視覺檢測系統500、遮光罩501、檢測系統支架502、滑臺座503、滾珠絲杠副504、滑臺505、工業相機506、鏡頭507、背光源508；移動料倉600、傳感器支架601、料倉檢測開關602、滑動擋板603、料倉底座604、墊塊605。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

如附圖1所示，本發明具體實施的一套系統包括兩個固定料倉100、一個搬運機器人系統200、一個焊接機器人系統300、一個智能控制系統400、一個視覺檢測系統500和兩個移動料倉600。搬運機器人系統200設置在地面中央區域，固定料倉100、焊接機器人系統300、智能控制系統400、視覺檢測系統500和移動料倉600均放置在搬運機器人系統200的周圍；固定料倉100設置在上料工位，焊接機器人系統300放置在焊接工位，視覺檢測系統500設置在檢測工位，移動料倉600設置在下料工位，智能控制系統400分別與焊接機器人系統300、智能控制系統400、視覺檢測系統500和搬運機器人系統200連接，控制系統運行。

如附圖2所示，固定料倉100設置在上料工位，包括氣動控制柜101、固定料倉架102、夾緊氣缸103、夾緊塊104、夾緊氣缸座105、定位氣缸106、工件檢測開關107和定位銷108；固定料倉架102構成固定料倉100的主體部件，固定料倉架102上安裝有主要由夾緊氣缸103、夾緊塊104、夾緊氣缸座105、定位氣缸106、工件檢測開關107和定位銷108組成的工件定位組件，氣動控制柜101固定設置在固定料倉架102上，氣動控制柜101分別連接夾緊氣缸103和定位氣缸106，用于夾緊氣缸103和定位氣缸106的控制；工件檢測開關107安裝在固定料倉架102上的側部，用于檢測固定料倉架102上履帶齒輪盤的有無；夾緊氣缸103通過夾緊氣缸座105安裝于固定料倉架102上的一側，夾緊氣缸103的氣缸桿端連接夾緊塊104，夾緊塊104裝夾到履帶齒輪盤的齒面上，用于對履帶齒輪盤進行位置調整和定位；定位氣缸106安裝在固定料倉架102另一側，定位氣缸106的氣缸桿端連接用于套裝在履帶齒輪盤上工藝孔中的定位銷108，定位銷108與履帶齒輪盤上的工藝孔配合。通過夾緊塊104的裝夾和定位銷108插入到工藝孔中共同完成履帶齒輪盤定位放置。

如附圖3所示，搬運機器人系統200包括搬運機器人201、搬運機器人控制柜202、安裝法蘭203、三爪氣缸204和夾爪205；搬運機器人201末端安裝有安裝法蘭203，安裝法蘭204末端安裝有三爪氣缸204，三爪氣缸204的氣缸桿端連接有三個用于履帶齒輪盤裝夾的夾爪205；搬運機器人控制柜202放置在搬運機器人201側方，搬運機器人控制柜202連接搬運機器人201并控制運動；夾爪205末端設置有用于連接履帶齒輪盤內孔壁的彈簧鋼片206。

如附圖4所示，焊接機器人系統300設置在焊接工位，包括清槍器301、焊接機器人302、焊槍303、激光尋位傳感器304、焊接電源305、送絲機306和焊接機器人控制柜307；焊接機器人302末端設置有焊槍303和激光尋位傳感器304，焊接電源305、送絲機306、清槍器301和焊接機器人控制柜307均放置在焊接機器人302側方，焊接機器人控制柜307連接焊接機器人302并控制運動；送絲機306通過管道與焊槍303連接，用于將焊接絲輸送到焊槍303，焊接電源305對送絲機306進行供電。

如附圖5所示，視覺檢測系統500設置在檢測工位，包括遮光罩501、檢測系統支架502、滑臺座503、滾珠絲杠副504、滑臺505、工業相機506、鏡頭507、背光源508以及圖像處理軟件；圖像處理軟件設置于智能控制系統400上；檢測系統支架502作為視覺檢測系統500的支撐主體，滑臺座503水平固定在檢測系統支架502，滑臺座503中安裝有滾珠絲杠副504，滑臺505通過滾珠絲杠副504安裝于滑臺座503上，使得滑臺505在滑臺座503上水平移動；鏡頭507和工業相機506均安裝在滑臺505上，鏡頭507和工業相機506連接，鏡頭507前方設置有背光源508，背光源508與檢測系統支架502固定連接，鏡頭507和背光源508之間區域為履帶齒輪盤的焊接質量檢測區域；遮光罩501設置在檢測系統支架502外周圍使得罩內部形成黑箱，并在焊接質量檢測區域下方留有工件進入的開口；

通過搬運機器人將履帶齒輪盤工件從開口進入搬運到焊接質量檢測區域中，背光源508發光，通過工業相機506采集工件每一齒位的圖像，再進一步通過圖像處理檢測焊接質量。

如附圖6所示，移動料倉600設置在下料工位，包括傳感器支架601、料倉檢測開關602、滑動擋板603、料倉底座604和墊塊605；料倉底座604頂面沿周向間隔均布有用于襯墊在履帶齒輪盤工件底面的墊塊605，墊塊605外周圍設置有用于限位履帶齒輪盤工件下料位置的滑動擋板603，滑動擋板603在料倉底座604上的位置可以調節；兩個對射的料倉檢測開關602通過傳感器支架601安裝在料倉底座604的兩側方，位于料倉底座604附近，用于檢測移動料倉600有無到位。

移動料倉600至少設置兩個，一個移動料倉600用于放置檢測合格的齒輪盤，另一個移動料倉600用于放置檢測不合格的齒輪盤。

智能控制系統400設置有人機界面，用于實現履帶齒輪盤機器人自動堆焊及視覺檢測系統的總控。

本發明的工作過程包括以下步驟：

1、將齒輪盤放置在固定料倉100上，操作氣動控制柜101上的按鈕，控制固定料倉100上的夾緊氣缸103和定位氣缸106動作，完成齒輪盤定位；

2、操作智能控制系統400人機界面上按鈕，整套系統進入自動運行階段；

3、搬運機器人201運行至上料工位，裝夾固定料倉100上定位好的齒輪盤，將齒輪盤搬運至焊接工位；

4、搬運機器人201和焊接機器人302協同完成齒輪盤的堆焊加工；焊接機器人302先用激光尋位傳感器304對齒輪盤加工表面進行掃描，焊接機器人302根據激光尋位傳感器304的信息修正焊接軌跡，然后再沿修正后的軌跡進行焊接；搬運機器人201在加工過程中負責齒輪盤變位；焊接完成后，焊接機器人302回原位；

5、搬運機器人201將加工完成的齒輪盤搬運至檢測工位，通過視覺檢測系統500檢測齒輪盤的焊接質量；

具體實施采用計算機智能圖像識別的在線檢測，通過實物定位檢測與數字模型配準方式，采集并處理零件焊接質量信息，能夠快速、準確地檢測出零件焊接質量缺陷。

6、搬運機器人201根據視覺檢測系統500檢測的信息對齒輪盤進行分倉碼垛；質量檢測合格的齒輪盤碼垛在一個移動料倉600里，質量檢測不合格的齒輪盤碼垛在另一個移動料倉600里；

7、設備運行過程中，智能控制系統400負責整套設備總控，并顯示設備加工狀態。