CN108188548A - 一种机器人多层多道焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于厚板坡口焊缝的机器人多层多道焊接方法，采用机器人对以T型材面板为例的厚板进行多层多道自动MAG焊接，机器人系统集成有弧焊机器人、弧焊电源系统、机器人焊枪系统、线激光扫描系统及机器人控制系统，线激光扫描系统可以获得V形坡口焊缝的坡口信息如坡口顶部宽度、坡口底部宽度、坡口中心位置等，通过线激光扫描获得坡口底部宽度匹配工艺数据库完成1‑2层的多层多道焊接，多次进行线激光扫描后完成整个焊缝的多层多道焊接，该方法有效解决了传统多层多道自动焊接中层道过多造成路径不准确的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及厚板焊接技术领域，特别涉及一种用于厚板坡口焊缝的机器人多层多道焊接方法。
背景技术
在工业生产中，厚板(板厚大于20mm)焊接需要采用多层多道的方法来实现，例如大型船舶分段制造中存在较多的厚板焊接工作，如分段T型材的焊接：T型材面板厚度较大(≥30mm)，需要开坡口进行多层多道焊接。
目前船厂的多层多道焊接过程中，通常采用手工焊接，工人劳动强度大，生产效率底下，质量不稳定，容易产生焊接缺陷。机器人焊接具有焊接质量稳定、生产效率高的特点，授权公告号为CN205764381U的一项名为“一种用于船舶分段制造的焊接机器人”的中国国家发明专利，该机器人在结构形式上可以用于船舶分段焊接。本发明则是为分段制造中的厚板机器人多层多道焊接提供了实现方法。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
多层多道焊接常规的自动化实现方法是通过传感器获得坡口的相关信息后，直接调用焊接数据库中的对应填充策略完成多层多道焊接。
但是由于实际工况较为复杂：T型材面板厚度较大，因此需要焊接的层道较多，经多次误差累计后容易出现焊接缺陷；人工组对过程中装配间隙误差范围较大，不同批次面板的坡口角度也存在差别，造成坡口信息众多，这对工艺数据库的精度和广度要求很高，通过坡口信息一次给出填充策略难度较大。
发明内容
鉴于已有技术和装置存在的缺陷，本发明提供一种用于厚板的机器人多层多道焊接方法，以解决上述背景技术中的技术缺点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种用于厚板的机器人多层多道焊接方法，包括以下步骤：
(1)对待焊厚板进行校准，避免错边，对厚板人工打底；
(2)使用线激光扫描系统寻找焊缝坡口中心位置及焊缝始末点位置；
(3)使用线激光扫描系统扫描获取焊缝坡口顶部宽度、坡口底部宽度，通过预先输入的板厚信息计算坡口角度；
(4)根据获得的坡口底部宽度及坡口角度匹配填充工艺数据库，获取焊接填充工艺参数；
(5)按照步骤(4)获取的焊接填充工艺参数开始自动焊接，结束上述焊接后重新执行线激光扫描程序，重新获取坡口底部宽度，根据新获取的坡口底部宽度重新匹配填充工艺数据库，获得新的焊接路径及参数规划，随后机器人开始自动焊接；
(6)循环重复步骤(5)，直到坡口底部距坡口顶部的高度小于2mm后，机器人根据坡口底部宽度和坡口角度匹配盖面工艺数据库，获取焊接盖面工艺参数；
(7)机器人按照获取的盖面工艺参数开始自动多层多道焊接，直至焊接完成，一个工件焊接结束。
进一步地，步骤(1)中，对校准后的待焊厚板进行焊前清理。
进一步地，所述填充工艺数据库和盖面工艺数据库是根据坡口底部宽度及坡口角度进行编排的，根据底部宽度不同来规划多层和多道的焊接路径及参数。
进一步地，步骤(6)中，坡口底部距坡口顶部的高度通过如下公式2计算获得，
式中，HP为坡口底部距顶部的高度，a为坡口顶部宽度，b为坡口底部宽度，θ为坡口角度的一半，已通过第一次扫描获得的数据计算得到。
进一步地，一个工件焊接结束后，还包括步骤(8)，机器人移动至下一位置，开始下一个工件的自动焊接。
进一步地，步骤(3)中计算坡口角度按照如下公式1进行计算：
式中，2θ为坡口角度值，a为坡口顶部宽度，b为坡口底部宽度，H为板厚，h为打底层厚度。
进一步地，采用机器人系统对厚板进行多层多道自动MAG焊接，机器人系统包括弧焊机器人、弧焊电源系统、机器人焊枪系统、机器人控制系统及线激光扫描系统。
本发明通过多次线激光扫描坡口底部宽度来匹配工艺数据库的方法具有更大的柔性，可以有效克服传统方法层道过多造成路径不准确的缺点；本发明通过坡口底部宽度和坡口角度建立的分解工艺数据库与传统的完整数据库相比适用性更广且大大减小了数据库建立难度。
附图说明
图1为本发明多层多道焊接方法的流程示意图；
图2为本发明多层多道焊接方法的未填充焊缝坡口示意图；
图3为本发明多层多道焊接方法的部分填充焊缝坡口示意图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方法进行进一步的详细描述。
本发明提供了一种用于厚板坡口焊缝的机器人多层多道焊接方法，尤其是针对T型材面板多层多道焊接进行设计的，图1为本发明实施例的厚板坡口焊缝的机器人多层多道焊接方法的流程示意图，本发明采用机器人系统对厚板进行多层多道自动MAG焊接，机器人系统包括弧焊机器人、弧焊电源系统、机器人焊枪系统、线激光扫描系统及机器人控制系统。机器人控制系统具有弧焊软件包：可以控制焊接工艺参数如焊接电流、焊接电压等；可以实现焊枪摆动。线激光扫描系统可以获得V形坡口焊缝的坡口信息如坡口顶部宽度、坡口底部宽度、坡口中心位置等。本发明的厚板多层多道焊接方法在上述机器人系统中加以实现，以T型材面板的焊接为例，该焊接方法包括：
1)对待焊T型材进行校准，避免错边，对校准后进行焊前清理，对T型材人工打底；
2)机器人就位，运行程序，使用线激光寻找焊缝坡口中心位置及焊缝始末点位置；
运行程序前会输入板厚信息，用于计算坡口角度。
3)使用线激光扫描焊缝长度方向，获取焊缝坡口顶部宽度、坡口底部宽度，通过预先输入的板厚信息计算坡口角度，坡口角度仅在第一次激光扫描后计算；
焊缝坡口示意图如图2所示，坡口角度的计算公式如下：
坡口角度
式中，2θ为坡口角度值，a为坡口顶部宽度，b为坡口底部宽度，H为板厚，h为打底层厚度。
4)根据扫描获得的坡口底部宽度及坡口角度匹配工艺数据库，获取焊接工艺参数。工艺数据库是根据坡口底部宽度及坡口角度进行编排的，根据坡口底部宽度不同规划1-2层的焊接路径及参数，工艺数据库包含填充数据库和盖面数据库；
表1、表2为填充数据库和盖面数据库的部分参数示例(由于完整数据库内容较多，因此只列出部分参数示例)。
表1填充工艺数据库部分参数
表2：盖面工艺数据库部分参数
数据库中包含了坡口角度、坡口底部宽度、层道规划信息、焊接参数、摆动参数、焊道偏移量等参数，下面对每个参数一一说明。
a)坡口角度：坡口角度的变化影响填充量的变化，因此不同的坡口角度需要对应不同的填充及盖面参数，激光第一次先扫描后通过计算得到坡口角度值，与工艺库中的相应的坡口角度参数进行匹配；
b)坡口底部宽度：每次焊接后坡口底部宽度都会变化，激光扫描得到坡口底部宽度后，与工艺库中相应的坡口底部宽度值参数进行匹配；
c)层、道：在匹配好坡口角度和坡口底部宽度后找到对应的一组参数进行焊接。在本发明的填充工艺库中，当间隙小于等于16时，每次激光扫描后会自动焊接2层，当间隙大于16小于32时，每次激光扫描后会自动焊接1层，1层焊缝由两道组成。当间隙大于等于32时，每次扫描后会自动焊接1层，1层焊缝由三道组成，盖面工艺库与填充工艺库的布道原理大致相同，但是为了美观设计，相同坡口底部宽度下的焊道数量有所增加；
d)送丝速度、电压：焊接电源为一元匹配模式，给定送丝速度后电流电压是自动匹配的，可以通过电压参数微调，此处显示的电压值为自动匹配后电压参数的百分比，如103，即将电压调整为自动匹配值大小的103％；
e)焊接速度：焊接时焊枪前进的平均速度，单位mm/s；
f)频率：1秒内焊枪摆动的周期数，不包括侧边停留时间；
g)摆幅：焊枪由中心点向侧边摆动的距离。如摆幅为4mm，则焊枪的摆动平面宽为8mm；
h)侧边停留时间：焊枪摆动到侧边时停留的时间；
i)焊枪偏移：如果一层焊缝中只有一道，则在焊缝中心处进行摆动即可，如果一层中有两道，则两道摆动的参数需要由中心线向两侧偏移一定的距离，偏移距离中Z的值就是代表由中心线向两侧偏移的距离。
采用本发明所述的工艺库设计方法，根据当前坡口角度及底部宽度值布置层道，具有很好的柔性，一定程度上克服了在传统多层多道数据库中的“空中楼阁”(即布置多层焊道时并不知道上一层焊道的实际尺寸信息，完全靠计算，误差会越累越大)缺点，大大降低了工艺库设计难度。
5)数据库匹配完成后开始自动焊接，根据坡口底部宽度不同会焊接1-2层后结束，结束焊接后机器人会重新执行线激光扫描程序，重新获取坡口底部宽度，根据新获取的坡口底部宽度重新匹配填充工艺数据库，获得新的焊接路径及参数规划，随后机器人开始自动焊接；
配合本发明方法配备的工艺库，本发明的多次扫描方法具有很好的实时性，极大提高了每次扫描焊接后焊接路径的准确性，避免了因焊道轨迹偏差较大而产生焊接缺陷。
6)如此循环往复，直到坡口底部距坡口顶部的高度小于2mm，机器人根据坡口底部宽度匹配填充工艺数据库，随后机器人开始自动焊接，直至焊接完成，一个工件焊接结束。
坡口底部距坡口顶部的高度无法直接测量，但是可以通过计算得到，
坡口底部距坡口顶部的高度
式中，HP为坡口底部距顶部的高度，a为坡口顶部宽度，b为坡口底部宽度，θ为坡口角度的一半，已通过第一次扫描获得的数据计算得到。
7)机器人移动至下一位置，开始下一个工件的自动焊接。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于厚板坡口焊缝的机器人多层多道焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对待焊厚板进行校准，对T型材人工打底；
(2)使用线激光扫描系统寻找焊缝中心位置及焊缝始末点位置；
(3)使用线激光扫描系统扫描获取焊缝坡口顶部宽度、坡口底部宽度，通过预先输入的板厚信息计算坡口角度；
(4)根据获得的坡口底部宽度及坡口角度匹配填充工艺数据库，获取焊接填充工艺参数；
(5)按照步骤(4)获取的焊接填充工艺参数开始自动焊接，结束上述焊接后重新执行线激光扫描程序，重新获取坡口底部宽度，根据新获取的坡口底部宽度重新匹配填充工艺数据库，获得新的焊接路径及参数规划，随后机器人开始自动焊接；
(6)循环重复步骤(5)，直到坡口底部距坡口顶部的高度小于2mm后，机器人根据坡口底部宽度和坡口角度匹配盖面工艺数据库，获取焊接盖面工艺参数；
(7)机器人按照获取的盖面工艺参数开始自动多层多道焊接，直至焊接完成，一个工件焊接结束。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，对校准后的待焊厚板进行焊前清理。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述填充工艺数据库和盖面工艺数据库是根据底部宽度及坡口角度进行编排的，根据底部宽度不同来规划多层和多道的焊接路径及参数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(6)中，所述坡口底部距坡口顶部的高度通过如下公式2计算获得，
式中，HP为坡口底部距顶部的高度，a为坡口顶部宽度，b为坡口底部宽度，θ为坡口角度的一半，已通过第一次扫描获得的数据计算得到。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：一个工件焊接结束后，还包括步骤(8)，机器人移动至下一位置，开始下一个工件的自动焊接。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中计算坡口角度按照如下公式1进行计算：
式中，2θ为坡口角度值，a为坡口顶部宽度，b为坡口底部宽度，H为板厚，h为打底层厚度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：采用机器人系统对厚板进行多层多道自动MAG焊接，机器人系统包括弧焊机器人、弧焊电源系统、机器人焊枪系统、线激光扫描系统及机器人控制系统。
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