CN110883466A - 一种大型汽轮发电机凸环焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大型汽轮发电机凸环焊接方法，属于汽轮发电机焊接制造技术领域。可以实现汽轮发电机凸环全位置焊缝的自动化焊接，机器人通过视觉系统在全天候工厂光照环境下自动识别焊缝位置，通过离线编程软件自动进行多层多道焊接顺序、路径规划，焊接过程中自动检测工件变形量，焊接参数出现异常时监控软件会进行实时报警。本发明解决了大型汽轮发电机穿装焊接中，凸环焊接工作量大、工作环境恶劣、焊接质量不可控的技术问题，提升了焊接工作效率、降低职业健康危害、提高发电机产品质量。

Description

一种大型汽轮发电机凸环焊接方法

技术领域

本发明涉及一种大型汽轮发电机凸环焊接方法，属于汽轮发电机焊接制造技术领域。

背景技术

在大型汽轮发电机制造过程中，凸环是连接定子机座与定子铁芯的重要部件。凸环的一侧与定子机座上的弹簧板焊接相连，另一侧与定子铁心夹紧环焊接相连。凸环焊接质量的好坏是直接关系到汽轮发电机整体连接的强度、发电机振动等状况的关键要素，对于发电机的运行稳定性有很大的影响。

为了达到连接定子机座与定子铁芯一定的连接强度，凸环焊缝尺寸一般设计的都比较大，采用传统的手工焊方式进行焊接时，存在以下问题：1.焊工的劳动强度非常高，容易产生因疲劳作业导致的焊接质量隐患；2.凸环焊接作业时的工况环境比较恶劣，不利于焊工身体健康；3.凸环的焊缝由于结构、空间所限，无法进行无损检测，而手工焊接作业相比于自动化焊接作业具有更大的不稳定性，存在一定的质量风险。

发明内容

本发明的目的是为解决凸环焊接作业自动化并保证大型汽轮发电机凸环焊接质量的技术问题。

为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种大型汽轮发电机凸环焊接方法，包括如下步骤：

步骤1：在计算机中建立工件三维模型，然后在软件中进行机器人手臂运动及焊枪可达性模拟，根据工位平台负载、机器人末端负载、机器人限位、工件焊接空间等因素，选择合适的机器人型号及焊枪尺寸；

步骤2：离线编程软件根据输入的工件、焊缝尺寸信息，自动分析每一道焊缝的不同焊接位置、焊缝截面积，从已经积累的试板焊接参数库中选择适当的单道焊接参数，自动组合后形成整个焊缝的焊接参数组，形成特定焊接程序(运动轨迹)，传输至机器人进行焊接；

步骤3：采用结构光视觉传感器进行视觉识别定位，检测凸环边缘圆周上的的任一0度点、相对应0度点的90度点、相对应0度点的180度点，共3个标定点位置数据，通过凸环边缘圆周上相隔90度圆心角的3点计算得到圆环的圆心坐标值，通过共面约束的条件，求出圆环圆心坐标值、+Y方向圆环上的坐标值、+Z方向圆环上的坐标值三点建立标定坐标系；定位完成后开始进行焊接；

步骤4：焊接过程中的凸环变形监测：分别在工件的左右两侧设置激光测距传感器，焊接时实时检测工件因受热变形产生的位置偏差；先预设偏差值上限，当某一侧传感器检测到变形量超差时，会立即报警，该侧焊接自动停止，而进行与该侧相对应凸环圆周上的相对一侧的焊缝进行焊接，直至变形量恢复至正常范围内，再重新进行对原来一侧焊缝的焊接；反复操作直至焊接完成。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明解决了大型汽轮发电机穿装焊接过程中，凸环焊接工作量大、工作环境恶劣、焊接质量不可控的技术问题，提升了焊接工作效率、降低了职业健康危害、提高了发电机产品质量。本发明具有可扩展性，可用于今后同类穿装结构的发电机新产品焊接作业，从而为发电机系列化、模块化设计提供了有力的技术支持。

附图说明

图1为本发明凸环焊接时角焊缝焊道排布示意图；

图2为本发明凸环焊接时坡口焊缝焊道排布示意图；

图3为本发明凸环焊接方法视觉定位原理图；

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

以1000MW水氢冷发电机凸环焊接为例：

步骤1：在计算机中建立工件三维模型，然后在软件中进行机器人手臂运动及焊枪可达性模拟，根据工位平台负载、机器人末端负载、机器人限位、工件焊接空间等因素，选择合适的机器人型号及焊枪尺寸；

步骤2：离线编程软件根据输入的工件、焊缝尺寸信息，自动分析每一道焊缝的不同焊接位置、焊缝截面积，从已经积累的试板焊接参数库中选择适当的单道焊接参数，自动组合后形成整个焊缝的焊接参数组，形成特定焊接程序(运动轨迹)，传输至机器人进行焊接。

其中试板焊接参数库的建立：是通过使用焊接试板进行横、立、仰多种焊接位置的单道焊接工艺试验，研究焊接速度、焊接电流等主要焊接参数对焊缝成形的影响规律，确定不同焊接位置的最佳工艺参数范围；再使用1:1实体模拟件进行全位置焊接工艺试验，验证所得参数在实物工件上的适用性，得到无飞溅实心焊丝全位置的焊接工艺，建立试板焊接参数库。

多层多道焊接离线编程软件IROPS，只需要输入所需焊接的焊缝类型、焊角(坡口)尺寸、单道焊缝截面积、层数等相关参数，即可自动生成机器人运动轨迹，实现由三维模型到机器人运动程序的转换。通过对凸环边缘进行检测，计算出凸环中心位置和边缘数据，实现离线编程的标定，从而使离线编程的程序能够通过机器人执行。IROPS离线编程软件的主要结构包括设备建模、单元布局、路径规划、运动控制等功能模块，能够实现完成从设备与工件建模到运动仿真的过程，并通过软件的后处理功能生成机器人的执行程序。在设备建模界面进行机器人、焊枪以及工件等模型的导入，并建立用户坐标系。建模完成后，将所需要的模型在单元布局界面调整至适当位置，即可进行TCP坐标系设置。随后进行焊接路径的建立，在路径生成界面，通过拾取功能建立基路径，用于多层多道路径的生成。在软件操作界面输入所需的参数，再点击生成路径，即可生成多层多道轨迹。而后进行轨迹姿态的调整，以保证焊枪角度。调整完成后可在运动界面进行运动仿真，以观察所建立路径是否会使机器人限位或与外部环境碰撞。如果生成路径不合理，可在软件操作界面进行调整。

1000MW水氢冷发电机凸环焊接时，凸环与夹紧环焊缝为56mm角焊缝，凸环与弹簧板为43mm坡口焊缝。将相关参数输入离线编程软件，对焊道进行自动排布，决定焊接顺序；结果为角焊缝10层50道，坡口焊缝9层21道。

步骤3：采用结构光视觉传感器进行视觉识别定位，检测凸环边缘圆周上的的任一0度点、相对应0度点的90度点、相对应0度点的180度点，共3个标定点位置数据，通过凸环边缘圆周上相隔90度圆心角的3点计算得到圆环的圆心坐标值，通过共面约束的条件，求出圆环圆心坐标值、+Y方向圆环上的坐标值、+Z方向圆环上的坐标值三点建立标定坐标系；定位完成后开始进行焊接；

为实现焊接过程的无人化，焊接机器人需要对工件进行自动识别、定位。一般采用视觉传感器实现自动识别功能，但普通视觉传感器在工厂环境下，由于天气、光照原因和工件本身的位置偏差等原因，视觉系统采集焊接部位物理特征也会产生变化，可能会影响采集的准确性。所以需要使用可以降低外界光照影响的光视觉传感器，达到视觉识别的精度要求。

步骤4：焊接过程中的凸环变形监测；分别在工件的左右两侧设置激光测距传感器，焊接时实时检测工件因受热变形产生的位置偏差；先预设偏差值上限，当某一侧传感器检测到变形量超差时，会立即报警，该侧焊接自动停止，而进行与该侧相对应凸环圆周上的相对一侧的焊缝进行焊接，直至变形量恢复至正常范围内，再重新进行对原来一侧焊缝的焊接；反复操作直至焊接完成。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种大型汽轮发电机凸环焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在计算机中建立工件三维模型，然后在软件中进行机器人手臂运动及焊枪可达性模拟，根据工位平台负载、机器人末端负载、机器人限位、工件焊接空间等因素，选择合适的机器人型号及焊枪尺寸；

步骤2：离线编程软件根据输入的工件、焊缝尺寸信息，自动分析每一道焊缝的不同焊接位置、焊缝截面积，从已经积累的试板焊接参数库中选择适当的单道焊接参数，自动组合后形成整个焊缝的焊接参数组，形成特定焊接程序(运动轨迹)，传输至机器人进行焊接；

步骤3：采用结构光视觉传感器进行视觉识别定位，检测凸环边缘圆周上的的任一0度点、相对应0度点的90度点、相对应0度点的180度点，共3个标定点位置数据，通过凸环边缘圆周上相隔90度圆心角的3点计算得到圆环的圆心坐标值，通过共面约束的条件，求出圆环圆心坐标值、+Y方向圆环上的坐标值、+Z方向圆环上的坐标值三点建立标定坐标系；定位完成后开始进行焊接；

步骤4：焊接过程中的凸环变形监测：分别在工件的左右两侧设置激光测距传感器，焊接时实时检测工件因受热变形产生的位置偏差；先预设偏差值上限，当某一侧传感器检测到变形量超差时，会立即报警，该侧焊接自动停止，而进行与该侧相对应凸环圆周上的相对一侧的焊缝进行焊接，直至变形量恢复至正常范围内，再重新进行对原来一侧焊缝的焊接；反复操作直至焊接完成。

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