管桩端板自动焊接机器人/机械手系统组成与方案介绍

目前，在大型的金属部件焊接加工车间，对一些焊接质量要求高、人工焊接劳动强度大、焊接技术要求高的场合，往往引入了焊接机器人代替人工焊接，如电力杆、立柱等的管桩端板（管端法兰盘）由于产品的特殊性，管桩端板毛坯切割下来后有一个缺口，需要将其焊接，这个产品采用焊接机器人工作站来完成，既可以提高焊接效率、也可以提高焊接质量，从而解决了目前企业招工难、焊接环境恶劣的难题。

     管桩端板焊接机器人工作站包括控制系统、电流调节装置、焊机、电流表、第四单向阀、液压油泵、夹具系统、机器视觉系统、机器人系统、焊接系统和安全防护系统；

     控制系统包括机器人控制柜、一个PLC控制柜和人机界面，用于控制机器人制机器人本体运动；PLC控制柜通过电缆与机器人控制柜通信；人机界面通过电缆与PLC控制柜、机器人控制柜通信，人机界面是该系统的运行监控和显示平台，设置启动按钮、停止按钮和焊接程序切换按钮；

    管桩端板/法兰焊接机器人夹具系统包括一个上料机器人夹具、两个供料机器人夹具、两个上料毛坯架和两个成品架；上料机器人夹具与机器人手腕连接，机器人手腕旋转带动上料机器人夹具转动，上料机器人夹具内安装焊缝检测传感器、测距传感器和电永磁铁，电永磁铁用于夹紧管桩端板毛坯；

    电流调节装置、焊机和电流表均串联，电流表的测量值输出端连接机器人系统的第一信息输入端，机器人系统的第二信息输入端连接电流调节装置；

    液压油泵的液压油输入端连接有油箱，液压油泵的液压油输出端连接有第二单向阀和第三单向阀，第二单向阀连接有第一单向阀和第一同步阀，第一单向阀连接油箱，第一同步阀连接有第一液压缸、第一液压缸、第三液压缸和第四液压缸；

     第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸和第四液压缸连接有第二同步阀，第二同步阀连接第三单向阀和第四单向阀，第四单项阀连接油箱；

      机器人系统的控制信息输出端连接第一单向阀、第二单向阀、第一同步阀、第二同步阀、第三单向阀、第四单向阀和液压油泵

      两个供料机器人夹具内安装测距传感器和和电永磁铁；两个成品架放置在两个供料机器人手臂下方；底座上安装汽缸锁紧装置，将上料毛坯架固定在底座上；

    机器视觉系统包括CCD传感器、辅助光源和工控机；

    工控机位于PLC控制柜内，工控机内安装数据采集卡和图像处理软件；

      在辅助光源照射下，CCD图像传感器对管桩端板拍照获取焊缝图像，数据采集卡将焊缝图像传输给图像处理软件，图像处理软件对焊缝图像进行图像预处理和特征提取得到焊缝图像特征点，图像处理软件由焊缝图像特征点得到焊缝数据信息，并将焊缝数据信息传送至焊接机器人控制柜，焊接机器人控制柜根据控制算法得出焊缝数据信息与机器人关节变量之间的转换关系；

      PLC控制柜向焊接机器人控制柜发送开始焊接指令，焊接机器人控制柜执行焊接程序，控制焊接机器人完成焊接任务得到成品；

      机器人系统包括两个供料机器人、两个焊接机器人和一个上料机器人；

       上料机器人位于中转工位台后方，上料机器人两侧各有一个上料毛坯架，上料机器人通过焊缝检测传感器检测管桩端板毛坯的焊缝位置，夹紧管桩端板毛坯后将其搬运至中转工位台；

       两个供料机器人背向放置于中转工位台前方两侧，将中转工位台上的管桩端板毛坯搬运至CCD传感器下方拍照后移至焊接机器人，并将成品搬运至成品架；

      两个焊接机器人并排放置在两个供料机器人前方；  另一供料机器人重复上述供料机器人的动作，依次进行焊接。

       焊缝数据信息包括焊缝宽度和焊缝中心线坐标，焊缝宽度X为1≤X≤3mm，焊接机器人控制柜在不同焊缝宽度区间调用不同焊接程序，焊接机器人执行不同动作指令；动作指令为焊枪的焊接速度和移动轨迹。

      焊接系统与焊接机器人控制柜连接，包括焊枪、焊接电源、气瓶和清枪器、括外围护栏、安全门、防碰撞传感器和安全光栅。 

      焊枪安装于焊接机器人手腕部位，焊接电源与焊接机器人控制柜通信，输出焊接电压和电流。气瓶为焊枪提供CO2气源，焊接采用CO2保护焊。清枪器剪切焊枪内焊丝末端残渣，并对焊枪喷洒硅油。

    该焊接机器人工作站利用了焊接机器人资源，提高了焊接效率；通过焊缝检测传感器和机器视觉系统，能够准确识别焊缝位置和宽度，实现了自动识别焊缝信息的智能化；设置上料机器人自动上料，降低了劳动强度，实现了上料、供料和焊接全过程的高度自动化。

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