本發(fā)明涉及一種自動(dòng)堆焊及質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，尤其涉及一種履帶齒輪盤機(jī)器人自動(dòng)堆焊及視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，是用于齒輪盤自動(dòng)焊接加工及焊后質(zhì)量檢測(cè)的全自動(dòng)機(jī)器人集成裝備。

背景技術(shù)：

履帶齒輪盤是大型履帶式工程車輛的關(guān)鍵零件，一般作為履帶式行走系的驅(qū)動(dòng)輪使用。履帶齒輪盤的加工質(zhì)量(加工精度、耐磨損性)直接影響車輛的運(yùn)動(dòng)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(yè)主要采用熔化極氣體保護(hù)焊工藝對(duì)齒輪盤的齒形表面實(shí)施堆焊。常用的加工方式有兩種，一種是人工手動(dòng)堆焊，另一種是由焊接機(jī)器人和變位機(jī)組成的焊接工作站實(shí)施自動(dòng)堆焊。手動(dòng)堆焊時(shí)，工人要將齒輪盤裝夾到專用夾具上，手持焊槍對(duì)工件實(shí)施焊接操作；自動(dòng)堆焊時(shí)，工人要先將工件裝夾到變位機(jī)上，再操作示教器由機(jī)器人和變位機(jī)對(duì)工件實(shí)施協(xié)同堆焊作業(yè)。堆焊作業(yè)結(jié)束后，必須等工件冷卻下來(lái)才能將其從專用夾具或變位機(jī)上取下。由于堆焊精度較低，堆焊好的齒輪盤還需由工人對(duì)其進(jìn)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(duì)于人工手動(dòng)焊接方式，工件焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，受人為因素影響大，工人工作環(huán)境惡劣，工作強(qiáng)度大；2、對(duì)于基于焊接工作站的自動(dòng)堆焊方式，雖實(shí)現(xiàn)了一定程度的自動(dòng)化，但仍需人工上下料，設(shè)備利用率低，產(chǎn)品堆焊質(zhì)量有一定程度的提高，但仍需打磨；3、最終產(chǎn)品質(zhì)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(huán)境惡劣，招工困難且人力成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決背景技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種履帶齒輪盤機(jī)器人自動(dòng)堆焊及視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)履帶齒輪盤的自動(dòng)上料、雙機(jī)器人協(xié)同焊接、焊接質(zhì)量在線檢測(cè)以及成品的分倉(cāng)碼垛。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明包括固定料倉(cāng)、搬運(yùn)機(jī)器人系統(tǒng)、焊接機(jī)器人系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)和移動(dòng)料倉(cāng)；固定料倉(cāng)、焊接機(jī)器人系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)和移動(dòng)料倉(cāng)均放置在搬運(yùn)機(jī)器人系統(tǒng)的周圍；固定料倉(cāng)設(shè)置在上料工位，焊接機(jī)器人系統(tǒng)放置在焊接工位，視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)置在檢測(cè)工位，移動(dòng)料倉(cāng)設(shè)置在下料工位，智能控制系統(tǒng)分別與焊接機(jī)器人系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)和搬運(yùn)機(jī)器人系統(tǒng)連接，控制系統(tǒng)運(yùn)行。

固定料倉(cāng)用于上料，搬運(yùn)機(jī)器人系統(tǒng)將履帶齒輪盤從固定料倉(cāng)先搬運(yùn)到焊接機(jī)器人系統(tǒng)處進(jìn)行焊接，再搬運(yùn)到視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)處進(jìn)行焊接質(zhì)量的檢測(cè)，最后搬運(yùn)到移動(dòng)料倉(cāng)。

所述的固定料倉(cāng)設(shè)置在上料工位，包括氣動(dòng)控制柜、固定料倉(cāng)架、夾緊氣缸、夾緊塊、夾緊氣缸座、定位氣缸、工件檢測(cè)開關(guān)和定位銷；固定料倉(cāng)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(cè)開關(guān)和定位銷組成的工件定位組件，氣動(dòng)控制柜固定設(shè)置在固定料倉(cāng)架上，氣動(dòng)控制柜分別連接夾緊氣缸和定位氣缸；工件檢測(cè)開關(guān)安裝在固定料倉(cāng)架上的側(cè)部，用于檢測(cè)固定料倉(cāng)架上履帶齒輪盤的有無(wú)；夾緊氣缸通過(guò)夾緊氣缸座安裝于固定料倉(cāng)架上的一側(cè)，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(cāng)架另一側(cè)，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(yùn)機(jī)器人系統(tǒng)包括搬運(yùn)機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人控制柜、安裝法蘭、三爪氣缸和夾爪；搬運(yùn)機(jī)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(gè)用于履帶齒輪盤裝夾的夾爪；搬運(yùn)機(jī)器人控制柜放置在搬運(yùn)機(jī)器人側(cè)方，搬運(yùn)機(jī)器人控制柜連接搬運(yùn)機(jī)器人并控制運(yùn)動(dòng)。

所述的焊接機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)置在焊接工位，包括清槍器、焊接機(jī)器人、焊槍、激光尋位傳感器、焊接電源、送絲機(jī)和焊接機(jī)器人控制柜；焊接機(jī)器人末端設(shè)置有焊槍和激光尋位傳感器，焊接電源、送絲機(jī)、清槍器和焊接機(jī)器人控制柜均放置在焊接機(jī)器人側(cè)方，焊接機(jī)器人控制柜連接焊接機(jī)器人并控制運(yùn)動(dòng)；送絲機(jī)通過(guò)管道與焊槍連接。

所述的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)置在檢測(cè)工位，包括遮光罩、檢測(cè)系統(tǒng)支架、滑臺(tái)座、滾珠絲杠副、滑臺(tái)、工業(yè)相機(jī)、鏡頭、背光源以及圖像處理軟件；圖像處理軟件設(shè)置于智能控制系統(tǒng)上；滑臺(tái)座水平固定在檢測(cè)系統(tǒng)支架，滑臺(tái)通過(guò)滾珠絲杠副安裝于滑臺(tái)座上，使得滑臺(tái)在滑臺(tái)座上水平移動(dòng)；鏡頭和工業(yè)相機(jī)均安裝在滑臺(tái)上，鏡頭和工業(yè)相機(jī)連接，鏡頭前方設(shè)置有背光源，背光源與檢測(cè)系統(tǒng)支架固定連接，鏡頭和背光源之間區(qū)域?yàn)槁膸X輪盤的焊接質(zhì)量檢測(cè)區(qū)域；遮光罩設(shè)置在檢測(cè)系統(tǒng)支架外周圍使得罩內(nèi)部形成黑箱，并在焊接質(zhì)量檢測(cè)區(qū)域下方留有工件進(jìn)入的開口。

所述的移動(dòng)料倉(cāng)包括傳感器支架、料倉(cāng)檢測(cè)開關(guān)、滑動(dòng)擋板、料倉(cāng)底座和墊塊；料倉(cāng)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(shè)置有用于限位履帶齒輪盤工件下料位置的滑動(dòng)擋板，兩個(gè)對(duì)射的料倉(cāng)檢測(cè)開關(guān)通過(guò)傳感器支架安裝在料倉(cāng)底座的兩側(cè)方。

所述的智能控制系統(tǒng)設(shè)置有人機(jī)界面，用于實(shí)現(xiàn)履帶齒輪盤機(jī)器人自動(dòng)堆焊及視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的總控。

所述的夾爪末端設(shè)置有用于連接履帶齒輪盤內(nèi)孔壁的彈簧鋼片。

所述的移動(dòng)料倉(cāng)至少設(shè)置兩個(gè)，一個(gè)移動(dòng)料倉(cāng)用于放置檢測(cè)合格的齒輪盤，另一個(gè)移動(dòng)料倉(cāng)用于放置檢測(cè)不合格的齒輪盤。

本發(fā)明集成先進(jìn)焊接工藝、機(jī)器人協(xié)同焊接技術(shù)、智能視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)、基于PC的軟PLC控制技術(shù)等新技術(shù)，針對(duì)齒輪盤的焊接加工以及視覺(jué)檢測(cè)環(huán)節(jié)，研制高效、高精度、智能化、柔性化的履帶齒輪盤機(jī)器人自動(dòng)堆焊及視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)齒輪盤的自動(dòng)上料、雙機(jī)器人協(xié)同焊接、焊接質(zhì)量檢測(cè)以及成品的分倉(cāng)碼垛，系統(tǒng)高度集成化、智能化。

本發(fā)明能夠應(yīng)用田口方法與灰度關(guān)聯(lián)分析法研究不同堆焊參數(shù)(焊接電流、焊接電壓、焊接速度、送絲速度、保護(hù)氣流量、弧長(zhǎng)等)對(duì)異種金屬多層堆焊質(zhì)量的影響，優(yōu)化工件焊接加工的工藝參數(shù)及路徑，實(shí)現(xiàn)堆焊加工近凈成形，提高了零件焊接加工的生產(chǎn)效率、表面質(zhì)量和精度。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了履帶齒輪盤的自動(dòng)上料、雙機(jī)器人協(xié)同焊接、焊接質(zhì)量在線檢測(cè)以及成品的分倉(cāng)碼垛等功能，設(shè)備自動(dòng)化程度高，全程不需要人工干預(yù)，焊接質(zhì)量一致性高。

2、本發(fā)明配備激光尋位系統(tǒng)和雙機(jī)器人協(xié)同控制系統(tǒng)，焊接精度高，加工柔性好。焊接過(guò)程中先對(duì)工件進(jìn)行激光掃描，根據(jù)檢測(cè)的信息智能修正機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑，然后焊接機(jī)器人和搬運(yùn)機(jī)器人協(xié)同動(dòng)作，完成工件堆焊操作。

3、本發(fā)明配備視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)焊后齒形實(shí)施質(zhì)量檢測(cè)，智能化程度高，能保存歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)，也能根據(jù)齒形檢測(cè)結(jié)果對(duì)工件進(jìn)行分倉(cāng)碼垛，若檢測(cè)結(jié)果異常系統(tǒng)立即報(bào)警，待人工處理。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為固定料倉(cāng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為搬運(yùn)機(jī)器人系統(tǒng)的示意圖；

圖4為焊接機(jī)器人系統(tǒng)的示意圖；

圖5為視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的示意圖；

圖6為移動(dòng)料倉(cāng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，固定料倉(cāng)100、氣動(dòng)控制柜101、固定料倉(cāng)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(cè)開關(guān)107、定位銷108；搬運(yùn)機(jī)器人系統(tǒng)200、搬運(yùn)機(jī)器人201、搬運(yùn)機(jī)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(jī)器人系統(tǒng)300、清槍器301、焊接機(jī)器人302、焊槍303、激光尋位傳感器304、焊接電源305、送絲機(jī)306、焊接機(jī)器人控制柜307；智能控制系統(tǒng)400；視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)500、遮光罩501、檢測(cè)系統(tǒng)支架502、滑臺(tái)座503、滾珠絲杠副504、滑臺(tái)505、工業(yè)相機(jī)506、鏡頭507、背光源508；移動(dòng)料倉(cāng)600、傳感器支架601、料倉(cāng)檢測(cè)開關(guān)602、滑動(dòng)擋板603、料倉(cāng)底座604、墊塊605。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如附圖1所示，本發(fā)明具體實(shí)施的一套系統(tǒng)包括兩個(gè)固定料倉(cāng)100、一個(gè)搬運(yùn)機(jī)器人系統(tǒng)200、一個(gè)焊接機(jī)器人系統(tǒng)300、一個(gè)智能控制系統(tǒng)400、一個(gè)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)500和兩個(gè)移動(dòng)料倉(cāng)600。搬運(yùn)機(jī)器人系統(tǒng)200設(shè)置在地面中央?yún)^(qū)域，固定料倉(cāng)100、焊接機(jī)器人系統(tǒng)300、智能控制系統(tǒng)400、視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)500和移動(dòng)料倉(cāng)600均放置在搬運(yùn)機(jī)器人系統(tǒng)200的周圍；固定料倉(cāng)100設(shè)置在上料工位，焊接機(jī)器人系統(tǒng)300放置在焊接工位，視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)500設(shè)置在檢測(cè)工位，移動(dòng)料倉(cāng)600設(shè)置在下料工位，智能控制系統(tǒng)400分別與焊接機(jī)器人系統(tǒng)300、智能控制系統(tǒng)400、視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)500和搬運(yùn)機(jī)器人系統(tǒng)200連接，控制系統(tǒng)運(yùn)行。

如附圖2所示，固定料倉(cāng)100設(shè)置在上料工位，包括氣動(dòng)控制柜101、固定料倉(cāng)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(cè)開關(guān)107和定位銷108；固定料倉(cāng)架102構(gòu)成固定料倉(cāng)100的主體部件，固定料倉(cāng)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(cè)開關(guān)107和定位銷108組成的工件定位組件，氣動(dòng)控制柜101固定設(shè)置在固定料倉(cāng)架102上，氣動(dòng)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(cè)開關(guān)107安裝在固定料倉(cāng)架102上的側(cè)部，用于檢測(cè)固定料倉(cāng)架102上履帶齒輪盤的有無(wú)；夾緊氣缸103通過(guò)夾緊氣缸座105安裝于固定料倉(cāng)架102上的一側(cè)，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(duì)履帶齒輪盤進(jìn)行位置調(diào)整和定位；定位氣缸106安裝在固定料倉(cāng)架102另一側(cè)，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(guò)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(yùn)機(jī)器人系統(tǒng)200包括搬運(yùn)機(jī)器人201、搬運(yùn)機(jī)器人控制柜202、安裝法蘭203、三爪氣缸204和夾爪205；搬運(yùn)機(jī)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(gè)用于履帶齒輪盤裝夾的夾爪205；搬運(yùn)機(jī)器人控制柜202放置在搬運(yùn)機(jī)器人201側(cè)方，搬運(yùn)機(jī)器人控制柜202連接搬運(yùn)機(jī)器人201并控制運(yùn)動(dòng)；夾爪205末端設(shè)置有用于連接履帶齒輪盤內(nèi)孔壁的彈簧鋼片206。

如附圖4所示，焊接機(jī)器人系統(tǒng)300設(shè)置在焊接工位，包括清槍器301、焊接機(jī)器人302、焊槍303、激光尋位傳感器304、焊接電源305、送絲機(jī)306和焊接機(jī)器人控制柜307；焊接機(jī)器人302末端設(shè)置有焊槍303和激光尋位傳感器304，焊接電源305、送絲機(jī)306、清槍器301和焊接機(jī)器人控制柜307均放置在焊接機(jī)器人302側(cè)方，焊接機(jī)器人控制柜307連接焊接機(jī)器人302并控制運(yùn)動(dòng)；送絲機(jī)306通過(guò)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(duì)送絲機(jī)306進(jìn)行供電。

如附圖5所示，視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)500設(shè)置在檢測(cè)工位，包括遮光罩501、檢測(cè)系統(tǒng)支架502、滑臺(tái)座503、滾珠絲杠副504、滑臺(tái)505、工業(yè)相機(jī)506、鏡頭507、背光源508以及圖像處理軟件；圖像處理軟件設(shè)置于智能控制系統(tǒng)400上；檢測(cè)系統(tǒng)支架502作為視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)500的支撐主體，滑臺(tái)座503水平固定在檢測(cè)系統(tǒng)支架502，滑臺(tái)座503中安裝有滾珠絲杠副504，滑臺(tái)505通過(guò)滾珠絲杠副504安裝于滑臺(tái)座503上，使得滑臺(tái)505在滑臺(tái)座503上水平移動(dòng)；鏡頭507和工業(yè)相機(jī)506均安裝在滑臺(tái)505上，鏡頭507和工業(yè)相機(jī)506連接，鏡頭507前方設(shè)置有背光源508，背光源508與檢測(cè)系統(tǒng)支架502固定連接，鏡頭507和背光源508之間區(qū)域?yàn)槁膸X輪盤的焊接質(zhì)量檢測(cè)區(qū)域；遮光罩501設(shè)置在檢測(cè)系統(tǒng)支架502外周圍使得罩內(nèi)部形成黑箱，并在焊接質(zhì)量檢測(cè)區(qū)域下方留有工件進(jìn)入的開口；

通過(guò)搬運(yùn)機(jī)器人將履帶齒輪盤工件從開口進(jìn)入搬運(yùn)到焊接質(zhì)量檢測(cè)區(qū)域中，背光源508發(fā)光，通過(guò)工業(yè)相機(jī)506采集工件每一齒位的圖像，再進(jìn)一步通過(guò)圖像處理檢測(cè)焊接質(zhì)量。

如附圖6所示，移動(dòng)料倉(cāng)600設(shè)置在下料工位，包括傳感器支架601、料倉(cāng)檢測(cè)開關(guān)602、滑動(dòng)擋板603、料倉(cāng)底座604和墊塊605；料倉(cāng)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(shè)置有用于限位履帶齒輪盤工件下料位置的滑動(dòng)擋板603，滑動(dòng)擋板603在料倉(cāng)底座604上的位置可以調(diào)節(jié)；兩個(gè)對(duì)射的料倉(cāng)檢測(cè)開關(guān)602通過(guò)傳感器支架601安裝在料倉(cāng)底座604的兩側(cè)方，位于料倉(cāng)底座604附近，用于檢測(cè)移動(dòng)料倉(cāng)600有無(wú)到位。

移動(dòng)料倉(cāng)600至少設(shè)置兩個(gè)，一個(gè)移動(dòng)料倉(cāng)600用于放置檢測(cè)合格的齒輪盤，另一個(gè)移動(dòng)料倉(cāng)600用于放置檢測(cè)不合格的齒輪盤。

智能控制系統(tǒng)400設(shè)置有人機(jī)界面，用于實(shí)現(xiàn)履帶齒輪盤機(jī)器人自動(dòng)堆焊及視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的總控。

本發(fā)明的工作過(guò)程包括以下步驟：

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

2、操作智能控制系統(tǒng)400人機(jī)界面上按鈕，整套系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行階段；

3、搬運(yùn)機(jī)器人201運(yùn)行至上料工位，裝夾固定料倉(cāng)100上定位好的齒輪盤，將齒輪盤搬運(yùn)至焊接工位；

4、搬運(yùn)機(jī)器人201和焊接機(jī)器人302協(xié)同完成齒輪盤的堆焊加工；焊接機(jī)器人302先用激光尋位傳感器304對(duì)齒輪盤加工表面進(jìn)行掃描，焊接機(jī)器人302根據(jù)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(jìn)行焊接；搬運(yùn)機(jī)器人201在加工過(guò)程中負(fù)責(zé)齒輪盤變位；焊接完成后，焊接機(jī)器人302回原位；

5、搬運(yùn)機(jī)器人201將加工完成的齒輪盤搬運(yùn)至檢測(cè)工位，通過(guò)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)500檢測(cè)齒輪盤的焊接質(zhì)量；

具體實(shí)施采用計(jì)算機(jī)智能圖像識(shí)別的在線檢測(cè)，通過(guò)實(shí)物定位檢測(cè)與數(shù)字模型配準(zhǔn)方式，采集并處理零件焊接質(zhì)量信息，能夠快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)出零件焊接質(zhì)量缺陷。

6、搬運(yùn)機(jī)器人201根據(jù)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)500檢測(cè)的信息對(duì)齒輪盤進(jìn)行分倉(cāng)碼垛；質(zhì)量檢測(cè)合格的齒輪盤碼垛在一個(gè)移動(dòng)料倉(cāng)600里，質(zhì)量檢測(cè)不合格的齒輪盤碼垛在另一個(gè)移動(dòng)料倉(cāng)600里；

7、設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，智能控制系統(tǒng)400負(fù)責(zé)整套設(shè)備總控，并顯示設(shè)備加工狀態(tài)。