本發(fā)明涉及焊槍的夾持裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于機(jī)器人深熔焊焊接并基于焊接視覺(jué)系統(tǒng)的焊槍夾持裝置。

背景技術(shù)：

高效深熔TIG焊在焊接過(guò)程具有焊接不開(kāi)坡口，單面一次焊透且雙面成形，焊接速度快，焊接效率高的優(yōu)點(diǎn)。但焊接時(shí)，焊接電流大，通常產(chǎn)生強(qiáng)烈弧光，造成焊接過(guò)程中不易觀測(cè)焊縫信息，影響焊接質(zhì)量，此外還會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)輻射危害人身體健康和過(guò)大電磁干擾等一系列問(wèn)題。隨著焊接自動(dòng)化和智能化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)在焊接領(lǐng)域的運(yùn)用越來(lái)越廣泛化，并投入生產(chǎn)。各種焊接方法的產(chǎn)生催生出不同的視覺(jué)跟蹤方法以及視覺(jué)夾具的設(shè)計(jì)。

目前市場(chǎng)上通用的視覺(jué)夾持裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)存在諸多問(wèn)題，其問(wèn)題主要有以下幾方面：①通常機(jī)械臂采用魔術(shù)手臂，手臂末端連接蟹鉗，蟹鉗用于固定相機(jī)。魔術(shù)手臂另一端固定在機(jī)器人或者移動(dòng)平臺(tái)上，由于魔術(shù)手臂關(guān)節(jié)間是由螺栓固定，且所有關(guān)節(jié)均由一個(gè)螺栓固定，因此操作起來(lái)比較困難；此外，由于該結(jié)構(gòu)靈活，在焊接機(jī)器人或焊接平臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)，容易發(fā)生抖動(dòng)和松動(dòng)，影響拍攝效果；最后，魔術(shù)手臂可以全方向運(yùn)動(dòng)，因此將相機(jī)固定在合適的位置非常困難，造成視場(chǎng)偏斜抖動(dòng)等現(xiàn)象，相機(jī)固定在蟹鉗上，鏡頭和相機(jī)也不能很好的得到保護(hù)。②目前一些科研機(jī)構(gòu)或公司使用的焊槍夾持裝置大而笨重，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且調(diào)節(jié)困難，通常是將相機(jī)固定在一確切位置，物距、相機(jī)角度等都已經(jīng)固定不可調(diào)節(jié)。因此當(dāng)更換相機(jī)型號(hào)或更換鏡頭，導(dǎo)致相機(jī)裝配不合適或物距發(fā)生變化導(dǎo)致對(duì)焦不準(zhǔn)造成拍攝圖像模糊的現(xiàn)象。③視覺(jué)系統(tǒng)夾持裝置復(fù)雜，采用鑄鐵材料，易受電磁干擾等影響，且成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種基于焊接視覺(jué)系統(tǒng)的焊槍夾持裝置，該裝置結(jié)構(gòu)合理、重量合適、使用壽命長(zhǎng)，能實(shí)現(xiàn)焊接機(jī)器人末端XY平面任意方向焊接，能用于對(duì)接焊縫、角接焊縫和搭接焊縫的全位置焊接的跟蹤，可獲得成形美觀、性能良好的焊縫。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種基于焊接視覺(jué)系統(tǒng)的焊槍夾持裝置，該夾持裝置用于機(jī)器人深熔焊的焊接；所述夾持裝置包括：焊槍、法蘭盤(pán)、十字滑臺(tái)機(jī)構(gòu)、水平移動(dòng)導(dǎo)軌、相機(jī)盒、軸器、尼龍環(huán)和焊槍外筒；

所述尼龍環(huán)和焊槍外筒套在焊槍的外部，所述尼龍環(huán)用于包裹焊槍?zhuān)?/p>

所述法蘭盤(pán)連接設(shè)置有支架；

所述聯(lián)軸器用于連接焊槍外筒和法蘭盤(pán)所連接的支架；

所述焊槍外筒設(shè)置為圓形，并連接設(shè)置有支架，在該支架的末端設(shè)置一塊加強(qiáng)筋，支架的下方連接有一氣體保護(hù)罩托罩，且在焊槍外筒的邊緣開(kāi)有一個(gè)U型槽；

所述十字滑臺(tái)通過(guò)連接的U型槽支架固定于焊槍外筒上；

所述水平移動(dòng)導(dǎo)軌固定于十字滑臺(tái)上，相機(jī)盒安裝在所述水平移動(dòng)導(dǎo)軌上；并通過(guò)水平移動(dòng)導(dǎo)軌在所述水平滑臺(tái)上水平移動(dòng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可以具有如下優(yōu)點(diǎn)：

采用十字滑臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)上下左右平移，調(diào)節(jié)相機(jī)的高度和左右位置；

水平導(dǎo)軌可以調(diào)節(jié)相距與焊槍的距離，并可通過(guò)水平移動(dòng)導(dǎo)軌末端的弧形槽來(lái)控制相機(jī)的角度。

夾持裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、使用方便、調(diào)節(jié)量不大，焊接過(guò)程中穩(wěn)定性高，不會(huì)出現(xiàn)屏幕抖動(dòng)現(xiàn)象；通用性廣，適合多種相機(jī)和變鏡頭焊接跟蹤；使用壽命長(zhǎng)，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。

夾持裝置可進(jìn)行直線、曲線、折線、環(huán)形等各種焊縫性狀的焊縫，并且可實(shí)現(xiàn)焊縫自動(dòng)跟蹤，監(jiān)控效果良好，能采集到清晰的圖像而不抖動(dòng)。

夾持裝置也適用于角接和搭接接頭焊縫的焊縫跟蹤，與傳統(tǒng)的焊接技術(shù)相比，可顯著提高焊接效率。

夾持裝置還可以添加氣體保護(hù)罩保護(hù)焊接后的焊縫，防止焊縫被氧化，此外，還可采用在焊槍外筒前端添加保護(hù)焊絲進(jìn)行焊接，實(shí)現(xiàn)多功能焊接。

附圖說(shuō)明

圖1是基于焊接視覺(jué)系統(tǒng)的焊槍夾持裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1聯(lián)軸器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的局部三視圖；

圖3是圖1相機(jī)盒旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的局部三視圖；

圖4是圖1氣體保護(hù)罩機(jī)構(gòu)的三視圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

如圖1、圖2和圖3所示，為基于焊接視覺(jué)系統(tǒng)的焊槍夾持裝置結(jié)構(gòu)，包括：焊槍1、法蘭盤(pán)6、十字滑臺(tái)機(jī)構(gòu)、水平移動(dòng)導(dǎo)軌、相機(jī)盒19、聯(lián)軸器8、尼龍環(huán)和焊槍外筒；

所述尼龍環(huán)和焊槍外筒套在焊槍的外部，所述尼龍環(huán)2用于包裹焊槍?zhuān)?/p>

所述法蘭盤(pán)連接設(shè)置有支架；

所述聯(lián)軸器用于連接焊槍外筒3和法蘭盤(pán)所連接的支架；聯(lián)軸器可以拆卸，聯(lián)軸器之間用螺栓9緊固，內(nèi)嵌梯形齒狀結(jié)構(gòu)。聯(lián)軸器以每45°為一單位旋轉(zhuǎn)，其目的是使焊槍與機(jī)器人末端角度可在大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，小范圍微調(diào)則可以調(diào)節(jié)機(jī)器人的第五軸。

所述焊槍外筒設(shè)置為圓形，并連接設(shè)置有支架，在該支架的末端設(shè)置一塊加強(qiáng)筋5，支架的下方連接有一氣體保護(hù)罩托罩10，托罩隨著焊槍一起運(yùn)動(dòng)，氬氣由氬氣孔11通入，為防止氧氣從托罩邊緣進(jìn)入，因此在托罩兩邊緣12粘貼一層鐵氟龍高溫膠帶。緊固螺釘4通過(guò)螺釘孔擠壓焊槍尼龍環(huán)2，焊槍1受到到尼龍內(nèi)環(huán)的摩擦作用固定于某處。在焊槍外筒的邊緣開(kāi)有一個(gè)U型槽13，支架14通過(guò)螺栓和U型槽連接，使支架可以在U型槽內(nèi)180°方向任意滑動(dòng)，且該槽通過(guò)支架連接到十字滑臺(tái)，使十字滑臺(tái)(帶動(dòng))相機(jī)盒在該槽內(nèi)滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人XY平面上任意角度方向焊接。外筒與焊槍之間有3-4mm間隙，該間隙用未封閉的尼龍環(huán)包裹，緊固在外筒上的螺栓壓縮尼龍環(huán)，尼龍環(huán)受力壓縮使焊槍固定。尼龍環(huán)另一作用為絕緣，隔絕焊槍與夾具之間的聯(lián)系，使焊接時(shí)電弧更加穩(wěn)定；所述保護(hù)罩內(nèi)通氬氣，防止焊接過(guò)程中焊縫被氧化。

支架與面板27通過(guò)螺絲連接，十字滑臺(tái)上下行駛機(jī)構(gòu)26背面與面板連接，增加了接觸面積，連接更加牢固，穩(wěn)定性更好，旋轉(zhuǎn)絲桿25，可使十字滑臺(tái)24做上下移動(dòng)，升降相機(jī)，旋轉(zhuǎn)水平絲桿17可使十字滑臺(tái)做水平移動(dòng)，調(diào)節(jié)焊槍鎢針正好處于圖像的正中央。移動(dòng)水平導(dǎo)軌23可以控制相機(jī)距離焊槍的距離，即物距，通過(guò)螺釘可以緊固兩支架。

所述十字滑臺(tái)固定于焊槍外筒上；

所述水平移動(dòng)導(dǎo)軌固定于十字滑臺(tái)上，相機(jī)盒安裝在所述移動(dòng)導(dǎo)軌上；并通過(guò)移動(dòng)導(dǎo)軌在所述水平滑臺(tái)上水平移動(dòng)。

上述法蘭盤(pán)分別設(shè)置在夾具初始端和機(jī)器人末端，設(shè)置在夾具上的法蘭盤(pán)設(shè)置有八個(gè)對(duì)稱(chēng)的螺栓孔，且通過(guò)螺栓孔與機(jī)器人末端的法蘭盤(pán)通過(guò)螺栓固定連接。設(shè)置在所述夾具初始端法蘭盤(pán)呈兩層圓形凸臺(tái)7結(jié)構(gòu)，該圓形凸臺(tái)7與機(jī)器人末端凹槽配合，法蘭盤(pán)另一層與焊接機(jī)器人通過(guò)六個(gè)緊固螺栓進(jìn)行配合；其作用是防止過(guò)重的焊槍夾具使在垂直方向承受壓力過(guò)大而損害夾具，因此凸臺(tái)可以承受大部分壓力。

上述焊槍外筒與十字滑臺(tái)之間用一固定面板相連，滑臺(tái)固定在面板上從而使滑臺(tái)更加穩(wěn)定。十字滑臺(tái)可以上下左右平移，當(dāng)相機(jī)拍攝到視場(chǎng)偏高或者偏低，可旋鈕上下絲桿的旋鈕調(diào)節(jié)，使焊槍在圖像中的合適位置，然后固定上下旋鈕，使其不能活動(dòng)。水平方向旋鈕可以調(diào)節(jié)焊槍在圖像中是否偏左、偏右還是在圖像的中心線上，因此，當(dāng)焊槍偏離中心線時(shí)，可調(diào)節(jié)水平絲桿的旋鈕使其對(duì)中。固定并連接十字滑臺(tái)的水平移動(dòng)導(dǎo)軌，連接于相機(jī)盒，相機(jī)盒在導(dǎo)軌上水平移動(dòng)，當(dāng)物距不合適時(shí)，導(dǎo)致拍攝的圖像是模糊不清的，焦距調(diào)節(jié)不起作用時(shí)，可以調(diào)節(jié)該水平移動(dòng)導(dǎo)軌。當(dāng)想換不同焦距的鏡頭時(shí)，也可以調(diào)節(jié)該導(dǎo)軌，移動(dòng)相機(jī)盒。相機(jī)可以在XYZ軸方向移動(dòng)，調(diào)節(jié)方便。

上述相機(jī)盒與所述水平移動(dòng)導(dǎo)軌通過(guò)螺釘固定連接，連接處開(kāi)設(shè)有弧形槽，所述相機(jī)盒在弧形槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)角度調(diào)節(jié)，相機(jī)盒可拆卸，因此相機(jī)盒可自行設(shè)計(jì)其他類(lèi)型。

相機(jī)18密封在相機(jī)盒內(nèi)，相機(jī)盒與支架22相連，相機(jī)盒可以通過(guò)弧形槽21的軌跡下轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)到合適位置，擰緊螺釘20，固定相機(jī)盒，其三視圖可由說(shuō)明書(shū)附圖圖3所示。相機(jī)盒的前端開(kāi)設(shè)有兩個(gè)凹槽，分別用來(lái)嵌入玻璃片和濾光片，靠近鎢針的槽口15用于安裝有機(jī)玻璃片或普通玻璃片，防止焊接時(shí)飛濺對(duì)鏡頭造成干擾，靠近鏡頭的槽口16可插入濾光片，用于過(guò)濾弧光；相機(jī)密封在相機(jī)盒內(nèi)可以有效地排除焊接過(guò)程中干擾或噪聲對(duì)相機(jī)采集圖片質(zhì)量的影響，甚至是造成程序中斷或卡死。

上述實(shí)施例的運(yùn)行過(guò)程如下：

焊接機(jī)器人移至大致中心位置，調(diào)節(jié)焊槍1高度，使鎢針離焊件表面約1-3mm，將像機(jī)18通電，接通工業(yè)計(jì)算機(jī)，打開(kāi)軟件，在PC機(jī)顯示屏上初步顯示焊槍位置。若焊槍鎢針在圖像的上方甚至看不見(jiàn)鎢針時(shí)，調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)絲桿25，使相機(jī)盒19向下移動(dòng)，移到一合適位置，固定絲桿25。若圖像中只能拍攝到焊槍或焊槍鎢針在圖像平面最下方，則要旋轉(zhuǎn)絲桿25使相機(jī)盒上移，合適即止。

圖像中觀測(cè)到的焊槍或者鎢針不在圖像的中間而在兩側(cè)或者看不到焊槍?zhuān)瑒t需要調(diào)節(jié)水平移動(dòng)十字滑臺(tái)24，緩慢旋動(dòng)水平絲桿17，注意觀察，最終使焊槍及鎢針處在圖像的正中心線上，然后固定絲桿旋鈕。

調(diào)節(jié)焦距后圖像還是稍微不清楚或者換焦距鏡頭時(shí)，則要調(diào)節(jié)移動(dòng)水平導(dǎo)軌23，調(diào)整物距，使其可以獲得清晰的圖像，適用性較廣泛。旋轉(zhuǎn)相機(jī)盒弧形槽21，可以從不同的角度得到鎢針的形態(tài)和焊縫的形態(tài)，找到一個(gè)最合適的形態(tài)，固定相機(jī)盒。最后移動(dòng)焊接機(jī)器人，通過(guò)圖像觀測(cè)焊槍鎢針和焊縫的偏差，矯正偏差，對(duì)整焊縫。

上述實(shí)施例主要適用于焊接過(guò)過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)控，將拍攝到的圖片實(shí)時(shí)傳輸給計(jì)算機(jī)處理，計(jì)算出偏差交給機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)糾偏。因此，系統(tǒng)穩(wěn)定性能好，調(diào)節(jié)方便，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單?？蛇m用于直線、曲線、管道、折線等多種焊縫形式的跟蹤，同時(shí)可以用于監(jiān)控對(duì)接接頭、角接接頭和搭接接頭的焊接，窄縫開(kāi)破口形式也能很好地實(shí)現(xiàn)跟蹤。

雖然本發(fā)明所揭露的實(shí)施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實(shí)施的形式上及細(xì)節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書(shū)所界定的范圍為準(zhǔn)。