一种基于柔性工装和视觉定位的对拼焊装置的制作方法

1.本实用新型涉及机器人自动加工领域，特别是涉及一种基于柔性工装和视觉定位的对拼焊装置，用于自动实现焊接结构件点焊前的定位组对，并提高组对定位精度。


背景技术：

2.随着国内现代工业的迅猛发展，焊接生产趋于专业化和规模化。许多结构复杂的焊接结构件被广泛使用在各个领域，例如能源、建筑、重型和通用机械等。他们都是由许多零、部件焊接而成。为确定焊接结构件各构件的位置关系，用来点焊成焊接结构件的夹具称为定位组对工装。定位组对工装可以很好地保证焊件各构件的位置关系及其与其它零部件的装配关系，同时又可避免很多焊接结构件的划线工序，因此能大大提高劳动生产率。但是现有焊接构件没有简单而通用性高的定位组对工装，大多数组对定位工装都是针对特定行业；此外，目前安装定位组对工装均是靠工人手工操作，工人劳动强度高。
3.因此，设计一种结构简单，通用性强、可不用人工进行组对安装，定位精度高的定位组对工装成为了自动化加工领域亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种可由机器人拾取的定位组对拼焊装置，程序控制工装产生磁性吸力，实现焊接环节的柔性生产，提升了焊接结构件的焊接质量和一致性。
5.本实用新型是通过下述技术方案来实现的。
6.本实用新型给出了一种基于柔性工装和视觉定位的对拼焊装置，包括多自由度机械臂、拾取拼焊工装、视觉单元、定位组对工装、机械臂控制器和电控器；
7.所述多自由度机械臂上连接有定位组对工装和视觉单元，多自由度机械臂通过快换工具连接拾取拼焊工装和定位组对工装；通过电控器控制定位组对工装和拾取拼焊工装的磁性的有无；
8.通过机械臂控制器控制多自由度机械臂移动分别连接拾取拼焊工装或定位组对工装，对焊接结构件进行拾取和拼装。
9.作为进一步优选，还包括放置焊接结构件、焊接结构件成品的上下料区、拼装焊接结构件的焊接平台和安装快换工具的快换系统支架。
10.作为进一步优选，所述快换工具包括设于多自由度机械臂上的快换工具b和设于定位组对工装和拾取拼焊工装的快换工具a。
11.作为进一步优选，所述视觉单元设于多自由度机械臂顶部，并与设于多自由度机械臂端部的拾取拼焊工装和定位组对工装同向。
12.作为进一步优选，所述定位组对工装包括上电永磁吸盘、下电永磁吸盘和支架，快换工具a连接在支架尾部，上电永磁吸盘和下电永磁吸盘分别设于支架前部和底部。
13.作为进一步优选，所述的上电永磁吸盘和下电永磁吸盘可通过电控器程序控制其
正常工作时带有磁性，不工作时不带磁性。
14.作为进一步优选，所述定位组对工装的上电永磁吸盘垂直设置或向上倾斜设置。
15.作为进一步优选，所述拾取拼焊工装包括快换工具a和通过连接管连接的电永磁吸盘，电永磁吸盘垂直设置。
16.作为进一步优选，所述多自由度机械臂为六自由度工业机器人。
17.本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
18.1)本实用新型通过程序控制磁性有无，可快速完成工装及焊接结构件的固定，相比于传统定位组对拼焊工装节省了大量的人力和时间。
19.2)本实用新型通过与机器人配合，结合视觉识别可完成焊接结构件的拾取和拼装，定位精度高；
20.3)本实用新型通过机器人来完成工装的摆放及焊接结构件的拼装，有效提高拼装作业效率，实现了焊接环节的柔性生产，提升了焊接结构件的焊接质量和一致性。
附图说明
21.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：
22.图1为本实用新型一种基于柔性工装和视觉定位的对拼焊装置示意图；
23.图2为本实用新型定位组对工装ⅰ与多自由度机械臂配合连接示意图；
24.图3为本实用新型定位组对工装ⅰ结构示意图；
25.图4为本实用新型多自由度机械臂将定位组对工装ⅰ放置在焊接平台示意图；
26.图5为本实用新型定位组对工装ⅱ结构示意图；
27.图6为本实用新型拾取拼焊工装与多自由度机械臂配合连接示意图；
28.图7为本实用新型拾取拼焊工装结构示意图；
29.图8为本实用新型多自由度机械臂通过拾取拼焊工装拾取焊接结构件示意图。
30.图中：1、多自由度机械臂；2、拾取拼焊工装；3、视觉单元；4、定位组对工装ⅱ；5、焊接平台；6、定位组对工装ⅰ；7、机械臂控制器；8、电控器；9、上下料区；10、焊接结构件成品；11、焊接结构件；12、快换系统支架；13、快换工具a；14、快换工具b；15、上电永磁吸盘；16、支架；17、下电永磁吸盘；18、电永磁吸盘；19、连接管。
具体实施方式
31.下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此本实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
32.如图1所示，本实用新型实施例提供了一种基于柔性工装和视觉定位的对拼焊装置，包括多自由度机械臂1、拾取拼焊工装2、视觉单元3、定位组对工装ⅱ4、焊接平台5、定位组对工装ⅰ6、机械臂控制器7、电控器8、上下料区9、焊接结构件成品10、焊接结构件11和快换系统支架12。
33.多自由度机械臂1上连接有定位组对工装和视觉单元3，多自由度机械臂1通过快换工具连接拾取拼焊工装2和定位组对工装ⅰ6、ⅱ4；通过电控器8控制定位组对工装ⅰ6、ⅱ4和拾取拼焊工装2的磁性的有无；上下料区9设于焊接平台5侧，用于放置焊接结构件11、焊
接结构件成品10；焊接平台5用于拼装焊接结构件；快换系统支架12用于更换快换工具a13、b14。多自由度机械臂1采用六自由度工业机器人，设于上下料区9和焊接平台5之间。
34.该装置通过机械臂控制器7控制多自由度机械臂1移动分别连接拾取拼焊工装2或定位组对工装ⅰ6、ⅱ4，对焊接结构件11进行拾取和拼装。
35.如图2所示，通过快换工具a13与多自由度机械臂1端部快换工具b14连接，多自由度机械臂1的端部安装有视觉单元3。视觉单元3设于多自由度机械臂1顶部，并与设于多自由度机械臂1端部的拾取拼焊工装2和定位组对工装ⅰ6、ⅱ4同向。
36.如图3所示，为本实用新型定位组对工装ⅰ6结构示意图；包括上电永磁吸盘15、下电永磁吸盘17和支架16，快换工具a13连接在支架16尾部，上电永磁吸盘15和下电永磁吸盘17分别设于支架16前部和底部。上电永磁吸盘15垂直设置。上电永磁吸盘15和下电永磁吸盘17可通过电控器8程序控制其磁性吸力有无，正常工作时带有磁性，不工作时不带磁性。电永磁吸盘通过通电或断电使其瞬间充磁或退磁，即使突然断电也不失磁，能够形成较好的掉电保护。
37.如图4所示，定位组对工装ⅰ6的程序控制可采用目前成熟的工业自动控制系统，即多自由度机械臂1携带定位组对工装ⅰ6在视觉单元3的引导下移动到位后，通过i/o信号控制下电永磁吸盘接通和断开达到磁性的有无以此来将定位组对工装ⅰ6固定在焊接平台5。
38.为满足焊接结构件非垂直焊接时的定位组对要求，该工装还可设计成图5所示的定位组对工装ⅱ4，上电永磁吸盘15向上倾斜设置。该定位组对拼焊工装根据焊接要求制作出满足要求的支架16，然后再安装上电永磁吸盘15和下电永磁吸盘17，上电永磁吸盘和下电永磁吸盘的程序控制与定位组对工装ⅰ6相同。
39.通过快换工具a13与多自由度机械臂1端部快换工具b14连接，如图6所示，多自由度机械臂1的端部安装有视觉单元3。
40.如图7所示，拾取拼焊工装2包括快换工具a13、和通过连接管19连接的电永磁吸盘18，电永磁吸盘18垂直设置。电永磁吸盘18通过程序控制其磁性吸力有无，正常工作时带有磁性，不工作时不带磁性。
41.拾取拼焊工装2的程序控制采用目前成熟的工业自动控制系统，即多自由度机械臂通过视觉单元3对焊接结构件11进行识别和定位后，多自由度机械臂携带拾取拼焊工装2移动到位后，利用其i/o信号控制电永磁吸盘的接通以此来拾取工件，如图8所示。
42.本实用新型通过提前导入焊接结构件成品10的三维模型，使多自由度机械臂1可根据焊接结构件成品10的结构特征，配合组对视觉单元3通过固连不同的定位组对工装ⅰ6或定位组对工装ⅱ4和拾取拼焊工装2在焊接平台5上利用程序控制各工装上电永磁吸盘的磁性吸力来完成焊接结构件11的拾取、精确定位并组对拼装，快换系统支架12可放置不同的工装供多自由度机械臂1调用，完成焊接结构件11定位组对拼装过程。
43.采用本实用新型装置进行基于柔性工装和视觉定位的对拼焊过程如下：
44.1)提前将焊接结构件成品10整体三维模型导入多自由度机械臂1系统中；
45.2)多自由度机械臂1通过在快换系统支架12上，通过快换工具b14与快换工具a13配合连接；将定位组对工装ⅰ6连接在多自由度机械臂1上，然后将定位组对工装ⅰ6放置在焊接平台5上；通过程序控制使定位组对工装ⅰ6的下电永磁吸盘17产生磁性吸力，固定在焊接平台5上；
46.3)多自由度机械臂1再移动至快换系统支架12处，通过快换工具b14与快换工具a13配合连接，将拾取拼焊工装2连接在多自由度机械臂1上，通过视觉单元3对焊接结构件11进行识别定位，将拾取拼焊工装2移动至焊接结构件11位置处，通过程序控制使拾取拼焊工装2的电永磁吸盘18产生磁性吸力拾取焊接结构件11；
47.4)多自由度机械臂1拾取焊接结构件11后移动至焊接平台5上的定位组对工装ⅰ6附近，通过视觉单元3对定位组对工装ⅰ6进行识别和定位后，准确摆放焊接结构件11至定位组对工装ⅰ6处；通过程序控制使定位组对工装ⅰ6的上电永磁吸盘15产生磁性吸力固定焊接结构件11；此时，第一块焊接结构件定位组对完毕；
48.5)多自由度机械臂1移动至快换系统支架12处，放下拾取拼焊工装2，拾取定位组对工装ⅰ6，重复步骤2)，以此进行定位组对工装ⅰ6的精确放置；
49.6)多自由度机械臂1移动至快换系统支架12处，连接拾取拼焊工装2，重复步骤3)和4)，以此进行焊接结构件11的精确拾取和拼装；
50.7)循环步骤2)
‑
步骤4)，直到整个焊接结构件11被拼装完成。
51.其中，在组对拼装步骤2)中，根据焊接结构件11的拼装需要，多自由度机械臂1可随时调用定位组对工装ⅱ4进行作业。
52.本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。