CN108581260B - 一种机器人全自动焊接配变油箱波纹壁工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人全自动焊接配变油箱波纹壁工艺方法，本方法根据波纹壁长度和翅片的数量，确定侧焊缝寻位点数量；利用焊接机器人手臂焊枪伸出的焊丝依次触碰寻位点处翅片的侧面、端面和油箱骨架上平面，获取组成第一寻位坐标组，多个寻位点坐标连线构成侧焊缝焊接路径，手臂焊枪对侧焊缝进行焊接；在直焊缝位置两侧设置定位挡块，利用手臂焊枪伸出的焊丝对直焊缝位置定位挡块侧面、外端面和油箱骨架上平面进行触碰，获取构成第二寻位坐标组；根据第二寻位坐标组计算直焊缝焊接路径的端点坐标，两个端点坐标连线构成直焊缝焊接路径；本发明利用焊接机器人实现对波纹壁和配变油箱之间焊缝的自动寻位，然后焊枪对对应的焊缝实现自动焊接。

Description

一种机器人全自动焊接配变油箱波纹壁工艺方法

技术领域

本发明涉及配变油箱焊接技术领域，更具体地说，特别涉及一种机器人全自动焊接配变油箱波纹壁工艺方法。

背景技术

目前国内配变油箱波纹壁焊接采用的工艺流程如下：

工序1：骨架打磨；

工序2： 人工骨架与波纹壁点焊；

工序3：人工骨架与波纹壁满焊；

工序4：油箱补焊；

工序5：油箱打压试漏；

上述工艺方法存在以下缺点：

1、人工焊接。焊缝质量受人员技能影响较大，焊缝质量不稳定，焊接过程中，需多次翻转整个油箱，费时费力。

2、波纹壁需专人点焊，组焊后满焊，费工费时。

3、骨架与波纹壁组焊后存在渗漏点（焊接熔孔、局部热变形等焊接缺陷、虚焊），需要专人打压试漏，并对所有渗漏的位置进行补焊。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现利焊接机器人自动进行寻位，然后将波纹壁和油箱骨架相互焊接，自动化程度高，工人劳动强度低的机器人全自动焊接配变油箱波纹壁工艺方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种机器人全自动焊接配变油箱波纹壁工艺方法，波纹壁与油箱骨架接触线位置预设直焊缝和侧焊缝，与翅片平行的接触线位置处的焊缝为直焊缝，与翅片垂直的接触线位置处为侧焊缝；

工艺方法包括以下步骤：

S1、将波纹壁和油箱骨架拼合安装在焊接工装上；

S2、设定侧焊缝寻位点的数量n，设定原则为：最外端的两个翅片需要寻位点判定，且中间每隔3-6个翅片确定一个寻位点；

S3、利用焊接机器人手臂焊枪伸出的焊丝依次触碰被测寻位点处对应翅片的侧面、端面和油箱骨架上平面，获得第一寻位坐标组，上述三个坐标点所在平面的交点为寻位点，根据第一寻位坐标组计算对应侧焊缝焊接路径该寻位点处坐标，焊接机器人手臂焊枪对侧焊缝进行焊接；

在直焊缝位置两侧设置定位挡块，定位挡块为方体形，其某一个角坐标与直焊缝的端点坐标重合，利用焊接机器人手臂焊枪伸出的焊丝对直焊缝端点位置的定位挡块的侧面、端面和油箱骨架上平面依次进行触碰，记录第二寻位坐标组；根据第二寻位坐标组计算定位挡块处的直焊缝焊接路径端点寻位点坐标，两个端点寻位点坐标连线构成直焊缝焊接路径；焊接机器人手臂焊枪对直焊缝进行焊接。

定义：第一寻位坐标组为侧焊缝寻位点Hn处翅片侧面、端面、油箱上平面的坐标组，第二寻位组为直焊缝端点处定位挡块侧面、端面、油箱上平面的坐标组。

所述步骤S3中，根据焊丝接触到油箱骨架、波纹壁、定位挡块产生电压反射信号时，记录对应的坐标，进行第一寻位组坐标判定时，焊丝位移象限的X、Y、Z轴分别与翅片的侧面、端面、油箱上平面平行，进行第二寻位组坐标判定时，焊丝位移象限的X、Y、Z轴分别与定位挡块的侧面、端面、油箱上平面平行，以油箱固定好角度之后，第一次碰触点为原点，第二次、第三次以及下一组第一寻位组和第二寻位组的坐标点碰触根据象限中焊丝的位移量进行定义坐标，根据第二次和第三次坐标位移量计算出需要判定的该处寻位点坐标。

所述步骤S3中，第一寻位坐标组记录方法为：

焊丝触碰到对应寻位点位置处的翅片侧面时，记录原始基础坐标A1（X1,Y1,Z1）；焊丝沿X轴反方向相对X轴和Z轴所在平面水平移动d1，然后沿Z轴反方向相对X轴和Z轴所在平面水平移动d2，再沿X轴方向相对X轴和Z轴所在平面水平移动d3触碰到翅片端面时，记录坐标B1（X2,Y1,Z2）轴坐标；焊丝继续沿X轴反方向相对X轴和Z轴所在平面水平移动d4，然后沿Y轴反方向相对X轴和Z轴所在平面竖直向下移动d5触碰到对应翅片位置处的油箱骨架上平面时，记录坐标C1（X3,Y2,Z2）；将本步骤中记录的A1、B1、C1记录第一寻位坐标组,通过计算获得该处寻位点坐标H1(X2,Y2,Z1)，以此类推，H2至Hn的坐标确定，都需要对寻位点Hn处的翅片侧面点An、端面Bn和油箱骨架上平面点Cn进行碰触，以原始基础坐标A1为参考点，根据焊丝三系位面的位移量d进行计算获取碰触点的坐标，多个相近的第一寻位点H1、H2至Hn坐标连线，构成侧焊缝的焊接路径；

所述步骤S3中，第二寻位坐标组记录方法为：

焊丝在象限内的移动方向参照同上，焊丝触碰到定位挡块侧面时，记录坐标D1；焊丝触碰到定位挡块端面时，记录坐标E1;焊丝触碰到直焊缝位置的油箱骨架上平面时，记录坐标F1；将本步骤中记录的D1、E1、F1坐标记录为第二寻位坐标组，通过计算获得该处端点G1寻位坐标，两个端点G1、G2寻位坐标连线构成直焊缝路径。

所述步骤S3中，计算对应侧焊缝焊接路径寻位点坐标方法为：

第一寻位坐标组中的A1点坐标中X1减去d1加上d3作为B1点X2值，即寻位点H1的X轴坐标值,Z1减去d2为Z2坐标值，Y1减去d5为Y2坐标值，X1减去d1加上d3减去d4为X3坐标值。

所述步骤S3中，第二寻位坐标组的坐标值判定同第一寻位坐标组判定方式，象限参考方式为；

计算对应直焊缝焊接路径两个端点坐标方法为：

焊丝移动路径同第一寻位坐标组的判定移动路径，获得D1（X4,Y4,Z4）, E1（X5,Y4,Z5）,F1（X6,Y5,Z5）, D2（X7,Y7,Z7）, E2（X8,Y7,Z8）,F2（X9,Y8,Z8）定位挡块的厚度为L，则直焊缝左边端点寻位点G1坐标为（X5+L，Y5,Z4），G2点坐标为（X8,Y8,Z7）。

每个所述侧焊缝的焊接路径是沿对应的所有寻位点组成的线正向或反向焊接，侧焊缝的第一次焊接为打底焊，通过回焊的方式进行翅片下端三角区的补焊。

每个回焊路径是通过以下方法确定，

以每个翅片三角区中心点向两边各延长一预定距离确定回焊路径点M、N，焊接路径为M→N→M→N。

与现有技术相比，利用焊接机器人实现对波纹壁和配变油箱之间焊缝的自动寻位，然后焊枪对对应的焊缝实现自动焊接。

本发明的优点在于：

1、解决了人工焊接配变波纹片的焊接方式，实现“机器代人”；

2、机器人焊接，焊缝外形美观；

3、消除了焊接过程中出现的焊接熔孔和打压渗漏点，去除了打压工序。是传统配变油箱焊接工艺方法的突破。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明中的侧焊缝位置处的结构示意图；

图2是本发明中的直焊缝位置处的结构示意图。

图3是本发明中的回焊路径位置处的结构示意图。

图4为第一寻位坐标组示意图；

图5为第二寻位坐标组示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅图1、图2所示，本发明提供的一种机器人全自动焊接配变油箱波纹壁工艺方法，波纹壁1与油箱骨架2接触线位置预设直焊缝4和侧焊缝5，与翅片平行的接触线位置处的焊缝为直焊缝4，与翅片垂直的接触线位置处为侧焊缝5；

工艺方法包括以下步骤：

S1、将波纹壁1和油箱骨架2拼合安装在焊接工装上；焊接工装可以是焊接翻转架，或者是全自动焊接机器人附带的焊接工装上。波纹壁1和油箱骨架2按照图纸位置对齐，夹紧，防止自动焊接前有位移。本实施例中焊接机器人采用山东泰开机器人公司的型号为AWR-M10-TPS5000Stel-BTJ-050焊接机器人，也可以采用其他公司具有焊丝寻位工作能力的焊接机器人。

S2、计算侧焊缝寻位点的数量n，最外端的两个翅片需要寻位,即两端的翅片位置处具有寻位点，且中间每隔3-6个翅片确定一个寻位点；

S3、利用焊接机器人手臂焊枪伸出的焊丝依次触碰被测寻位点处对应翅片的侧面、端面和油箱骨架上平面，获得第一寻位坐标组，上述三个坐标点所在平面的交点为寻位点，根据第一寻位坐标组计算对应侧焊缝焊接路径该寻位点处坐标，焊接机器人手臂焊枪对侧焊缝进行焊接；本步骤是为了寻位所有的寻位点位置，然后可以根据寻位点作为三角区焊缝中心位置来平焊以及回焊侧焊缝。

在直焊缝位置两侧设置定位挡块，定位挡块为方体形，其某一个角坐标与直焊缝的端点坐标重合，优选的定位挡块的侧面与翅片平行，利用焊接机器人手臂焊枪伸出的焊丝对直焊缝位置的定位挡块的侧面、端面和油箱骨架上平面，记录第二寻位坐标组；根据第二寻位坐标组计算直焊缝焊接路径坐标；焊接机器人手臂焊枪对直焊缝进行焊接。本步骤中利用定位挡块来辅助定位。

本方法可以利用焊接机器人实现对波纹壁1和配变油箱2之间焊缝的自动寻位，然后焊枪对对应的焊缝实现自动焊接。

在本实施例中，所述步骤S3中，根据焊丝接触到油箱骨架或波纹壁产生电压反射信号时，记录对应的坐标。焊丝触碰平面产生电压信号的原理为现有技术，在此不做敷述，在本步骤中，利用该原理，可以方便的对需要焊接的位置进行寻位，然后定位需要焊接的侧焊缝和直焊缝。

本案中所述的坐标系的建立依附于工业机器人TCP。

进行第一寻位组坐标判定时，焊丝位移象限的X、Y、Z轴分别与翅片的侧面、端面、油箱上平面平行，进行第二寻位组坐标判定时，焊丝位移象限的X、Y、Z轴分别与定位挡块的侧面、端面、油箱上平面平行，以油箱固定好角度之后，第一次碰触点为原点，第二次、第三次以及下一组第一寻位组和第二寻位组的坐标点碰触根据象限的位移量进行定义坐标，根据第二次和第三次坐标位移量计算出需要判定的该处寻位点坐标。

第一寻位组和第二寻位组坐标中，第一次碰触到的侧面寻位坐标为基点，第二次端面和第三次油箱上表面的坐标由基点衍生而来。

参阅图1所示，所述步骤S3中，第一寻位坐标组记录方法为：

参阅图4所示，焊丝触碰到对应寻位点位置处的翅片侧面时，记录原始基础坐标A1（X1,Y1,Z1）；焊丝沿X轴反方向相对X轴和Z轴所在平面水平移动d1，然后沿Z轴反方向相对X轴和Z轴所在平面水平移动d2，再沿X轴方向相对X轴和Z轴所在平面水平移动d3触碰到翅片端面时，记录坐标B1（X2,Y1,Z2）轴坐标；焊丝继续沿X轴反方向相对X轴和Z轴所在平面水平移动d4，然后沿Y轴反方向相对X轴和Z轴所在平面竖直向下移动d5触碰到对应翅片位置处的油箱骨架上平面时，记录坐标C1（X3,Y2,Z2）；将本步骤中记录的A1、B1、C1记录第一寻位坐标组,通过计算获得该处寻位点坐标H1(X2,Y2,Z1)，以此类推，H2至Hn的坐标确定，都需要对寻位点Hn处的翅片侧面点An、端面Bn和油箱骨架上平面点Cn进行碰触，以原始基础坐标A1为参考点，根据焊丝三系位面的位移量d进行计算获取碰触点的坐标，多个相近的第一寻位点H1、H2至Hn坐标连线，构成侧焊缝的焊接路径；

所述步骤S3中，第二寻位坐标组记录方法为：

参阅图5所示，焊丝在象限内的移动方向参照同上，焊丝触碰到定位挡块侧面时，记录坐标D1；焊丝触碰到定位挡块端面时，记录坐标E1;焊丝触碰到直焊缝位置的油箱骨架上平面时，记录坐标F1；将本步骤中记录的D1、E1、F1坐标记录为第二寻位坐标组，通过计算获得该处端点G1寻位坐标，两个端点G1、G2寻位坐标连线构成直焊缝路径。

所述步骤S3中，计算对应侧焊缝焊接路径寻位点坐标方法为：

第一寻位坐标组中的A1点坐标中X1减去d1加上d3作为B1点X2值，即寻位点H1的X轴坐标值,Z1减去d2为Z2坐标值，Y1减去d5为Y2坐标值，X1减去d1加上d3减去d4为X3坐标值。

所述步骤S3中，第二寻位坐标组的坐标值判定同第一寻位坐标组判定方式，象限参考方式为；

计算对应直焊缝焊接路径两个端点坐标方法为：

焊丝移动路径同第一寻位坐标组的判定移动路径，获得D1（X4,Y4,Z4）, E1（X5,Y4,Z5）,F1（X6,Y5,Z5）, D2（X7,Y7,Z7）, E2（X8,Y7,Z8）,F2（X9,Y8,Z8）定位挡块的厚度为L，则直焊缝左边端点寻位点G1坐标为（X5+L，Y5,Z4），G2点坐标为（X8,Y8,Z7）。

每个所述侧焊缝的焊接路径是沿对应的所有寻位点组成的线正向或反向焊接，侧焊缝的第一次焊接为打底焊，通过回焊的方式进行翅片下端三角区的补焊。

每个回焊路径是通过以下方法确定，

以每个翅片三角区中心点向两边各延长一预定距离确定回焊路径点M、N，焊接路径为M→N→M→N。

焊缝补焊为普通摆动焊接，相当于在MN的距离上焊接了三遍；然后继续向下一个寻位中心点焊接。

在焊接侧焊缝时，其侧焊缝的回焊路径可以是M1→N1→M1→N1→M2→N2→M2→N2→M3……。

每个所述直焊缝的焊接路径是对应的第一直焊缝端点D1至第二直焊缝端点D2；即D1→D2,或者D2→D1均可以,不回焊。

本发明的优点在于：

1、解决了人工焊接配变波纹片的焊接方式，实现“机器代人”；

2、机器人焊接，焊缝外形美观；

3、消除了焊接过程中出现的焊接熔孔和打压渗漏点，去除了打压工序。是传统配变油箱焊接工艺方法的突破。

同时，此工艺方法不仅可是实现以上焊接方式，还可以实现以下焊接方式：

1、相同寻位模式下侧焊缝与直焊缝均打底焊接一遍后再进行回焊；

2、只对侧焊缝或直焊缝打底焊接一遍后再进行上述正常焊接；

可以更加有效的提高焊接质量和零渗漏率。

新工艺完全释放了人工，焊接过程中变位机自动翻转工件，工人只需要对设备进行操作即可，不需要进行焊接。顺应中国制造2025的概念，提升了制造过程自动化水平，降低了人力劳动资源。有效解决了机器人焊接过程中出现的熔孔、局部受热变形等影响焊接质量的问题，焊接的油箱不再需要打压试漏。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种机器人全自动焊接配变油箱波纹壁工艺方法，其特征在于，波纹壁与油箱骨架接触线位置预设直焊缝和侧焊缝，与翅片平行的接触线位置处的焊缝为直焊缝，与翅片垂直的接触线位置处为侧焊缝；

工艺方法包括以下步骤：

S1、将波纹壁和油箱骨架拼合安装在焊接工装上；

S2、设定侧焊缝寻位点的数量n，设定原则为：最外端的两个翅片需要寻位点判定，且中间每隔3-6个翅片确定一个寻位点；

S3、利用焊接机器人手臂焊枪伸出的焊丝依次触碰被测寻位点处对应翅片的侧面、端面和油箱骨架上平面，测得一个寻位点三组坐标，多个寻位点的坐标组成第一寻位坐标组，根据第一寻位坐标组计算对应侧焊缝焊接路径该寻位点处坐标，焊接机器人手臂焊枪对侧焊缝进行焊接；

在直焊缝位置两侧设置定位挡块，定位挡块为方体形，定位挡块的一个角坐标与直焊缝的端点坐标重合，利用焊接机器人手臂焊枪伸出的焊丝对直焊缝的端点位置的定位挡块的侧面、端面和油箱骨架上平面依次进行触碰，记录第二寻位坐标组；根据第二寻位坐标组计算定位挡块处的直焊缝焊接路径端点寻位点坐标，两个端点寻位点坐标连线构成直焊缝焊接路径；焊接机器人手臂焊枪对直焊缝进行焊接；

定义：第一寻位坐标组为所有侧焊缝寻位点Hn处翅片侧面、端面、油箱上平面的坐标组，第二寻位坐标组为直焊缝两个端点处定位挡块侧面、端面、油箱上平面的坐标组。

2.根据权利要求1所述的机器人全自动焊接配变油箱波纹壁工艺方法，其特征在于：所述步骤S3中，根据焊丝接触到油箱骨架、波纹壁、定位挡块产生电压反射信号时，记录对应的坐标，进行第一寻位组坐标判定时，焊丝位移象限的X、Y、Z轴分别与翅片的侧面、端面、油箱上平面平行，进行第二寻位组坐标判定时，焊丝位移象限的X、Y、Z轴分别与定位挡块的侧面、端面、油箱上平面平行，以油箱固定好角度之后，第一次碰触点为原点，第一寻位坐标组和第二寻位坐标组的坐标点根据象限中焊丝相对原点的位移量确定坐标。

3.根据权利要求2所述的机器人全自动焊接配变油箱波纹壁工艺方法，其特征在于：所述步骤S3中，第一寻位坐标组记录方法为：

焊丝触碰到对应寻位点位置处的翅片侧面时，记录原始基础坐标A1（X1,Y1,Z1）；焊丝沿X轴反方向相对X轴和Z轴所在平面水平移动d1，然后沿Z轴反方向相对X轴和Z轴所在平面水平移动d2，再沿X轴方向相对X轴和Z轴所在平面水平移动d3触碰到翅片端面时，记录坐标B1（X2,Y1,Z2）轴坐标；焊丝继续沿X轴反方向相对X轴和Z轴所在平面水平移动d4，然后沿Y轴反方向相对X轴和Z轴所在平面竖直向下移动d5触碰到对应翅片位置处的油箱骨架上平面时，记录坐标C1（X3,Y2,Z2）；将本步骤中记录的A1、B1、C1记录第一寻位坐标组,通过计算获得该处寻位点坐标H1(X2,Y2,Z1)，以此类推，确定H2至Hn的坐标，都需要对寻位点Hn处的翅片侧面点An、端面Bn和油箱骨架上平面点Cn进行碰触，以原始基础坐标A1为参考点，根据焊丝三系位面的位移量d进行计算获取碰触点的坐标，多个相近的第一寻位点H1、H2至Hn坐标连线，构成侧焊缝的焊接路径；

所述步骤S3中，第二寻位坐标组记录方法为：

焊丝在象限内的移动方向参照同上，焊丝触碰到定位挡块侧面时，记录坐标D1；焊丝触碰到定位挡块端面时，记录坐标E1;焊丝触碰到直焊缝位置的油箱骨架上平面时，记录坐标F1；将本步骤中记录的D1、E1、F1坐标记录为第二寻位坐标组，通过计算获得该处端点G1寻位坐标，两个端点G1、G2寻位坐标连线构成直焊缝路径。

4.根据权利要求3所述的机器人全自动焊接配变油箱波纹壁工艺方法，其特征在于：所述步骤S3中，计算对应侧焊缝焊接路径寻位点坐标方法为：

第一寻位坐标组中的A1点坐标中X1减去d1加上d3作为B1点X2值，即寻位点H1的X轴坐标值,Z1减去d2为Z2坐标值，Y1减去d5为Y2坐标值，X1减去d1加上d3减去d4为X3坐标值。

5.根据权利要求3所述的机器人全自动焊接配变油箱波纹壁工艺方法，其特征在于：所述步骤S3中，第二寻位坐标组的坐标值判定同第一寻位坐标组判定方式，象限参考方式为；

计算对应直焊缝焊接路径两个端点坐标方法为：

焊丝移动路径同第一寻位坐标组的判定移动路径，获得D1（X4,Y4,Z4）, E1（X5,Y4,Z5）,F1（X6,Y5,Z5）, D2（X7,Y7,Z7）, E2（X8,Y7,Z8）,F2（X9,Y8,Z8）定位挡块的厚度为L，则直焊缝左边端点寻位点G1坐标为（X5+L，Y5,Z4），G2点坐标为（X8,Y8,Z7）。

6.根据权利要求4所述的机器人全自动焊接配变油箱波纹壁工艺方法，其特征在于：每个所述侧焊缝的焊接路径是沿对应的所有寻位点组成的线正向或反向焊接，侧焊缝的第一次焊接为打底焊，通过回焊的方式进行翅片下端三角区的补焊。

每个回焊路径是通过以下方法确定，

以每个翅片三角区中心点向两边各延长一预定距离确定回焊路径点M、N，焊接路径为M→N→M→N。

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