CN112809129A - 基于线激光焊缝检测与跟踪的曲面拼板焊接装置及方法 - Google Patents

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Abstract

基于线激光焊缝检测与跟踪的曲面拼板焊接装置，包括机器人焊接门架、三丝气体保护焊接系统、线激光传感器、活络胎架；机器人焊接门架包括3自由度可移动门架、6自由度焊接机器人，3自由度可移动门架包括X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构，6自由度焊接机器人安装于Z轴移动机构上；三丝气体保护焊接系统包括三丝气体保护焊枪，线激光传感器安装于基准焊枪上，多个活络胎架设置于X轴移动机构的双直线导轨之间。还提供一种曲面拼板焊接方法。本发明设计了合理高效的三丝气体保护焊接系统，可一次实现对三道焊缝焊接，减少了焊接作业时间，提升了焊接效率；线激光传感器实现了焊缝识别定位与过程跟踪的双重功能，保证了焊接质量。

Description

基于线激光焊缝检测与跟踪的曲面拼板焊接装置及方法
技术领域
本发明属于船舶建造装备技术领域，具体地说是一种基于线激光焊缝检测与跟踪的曲面拼板焊接装置及方法，尤其涉及用于船舶曲板焊接的装置。
背景技术
船舶工业是劳动力密集型产业，针对招工难、用工荒的情况，船厂不断深入推进智能制造，围绕船舶焊接技术智能化转型，先后研究突破了小组立、中组立、二维弧线焊缝这些智能化焊接共性技术，解决了船舶平面分段智能化焊接技术难题，部分智能化焊接装备在骨干船厂实现了示范应用，提升了船舶建造质量与效率。船舶曲面分段的智能化焊接相比平面分段技术难度更高，且被国外技术垄断。
基于已有的基础条件，结合技术发展趋势，开展船舶舷侧、底部位置曲面分段开展智能化焊接关键技术研究和智能焊接装备研制，攻克船舶行业多年存在技术瓶颈，提升船舶曲面分段建造质量和效率。船舶曲面拼板焊接作为曲面分段关键工艺环节之一，目前主要以人工或半自动化焊接为主，存在焊接效率低、施工难度高、质量不稳定的问题，且焊接产生的烟尘和弧光影响职业健康。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种基于线激光焊缝检测与跟踪的曲面拼板焊接装置及方法。
本发明的目的可以通过下述技术方案来实现：一种基于线激光焊缝检测与跟踪的曲面拼板焊接装置，包括机器人焊接门架、三丝气体保护焊接系统、线激光传感器、活络胎架；
所述机器人焊接门架包括3自由度可移动门架、6自由度焊接机器人，所述3自由度可移动门架包括X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构，所述X轴移动机构为双直线导轨结构，所述Y轴移动机构安装于X轴移动机构上且由X轴移动机构带动沿X轴移动，所述Z轴移动机构安装于Y轴移动机构上且由Y轴移动机构带动沿X轴移动，所述6自由度焊接机器人安装于Z轴移动机构上且由Z轴移动机构带动沿X轴移动；
所述三丝气体保护焊接系统包括三丝气体保护焊枪，所述三丝气体保护焊枪安装于6自由度焊接机器人的T轴上，三丝气体保护焊枪包括基准焊枪和另两把焊枪；
所述线激光传感器安装于三丝气体保护焊枪的基准焊枪上；
多个所述活络胎架呈阵列状排布地安装于X轴移动机构的双直线导轨之间。
进一步地，所述3自由度可移动门架的X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构均包括基体、直线导轨、滑座、齿条、伺服减速电机、齿轮，所述直线导轨和齿条均安装于基体上，所述齿条沿直线导轨设置，所述伺服减速电机安装于滑座上且其输出轴连接有齿轮，所述齿轮与齿条啮合实现传动；所述Y轴移动机构的基体安装于X轴移动机构的双直线导轨的滑座上，所述Z轴移动机构的基体安装于Y轴移动机构的滑座上，所述6自由度焊接机器人安装于Z轴移动机构的滑座上。
更进一步地，所述3自由度可移动门架的X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构均还包括拖链槽、拖链支架、拖链，所述拖链槽安装于基体上且平行于直线导轨，所述拖链支架安装于滑座的一端，所述拖链设置于拖链槽内且其一端与拖链支架连接。
进一步地，所述三丝气体保护焊接系统还包括焊接操作平台，所述焊接操作平台设置于机器人焊接门架的旁侧。
进一步地，还包括上位机，所述上位机具有控制系统，所述控制系统与机器人焊接门架、三丝气体保护焊接系统、线激光传感器连接。
一种基于线激光焊缝检测与跟踪的曲面拼板焊接方法，采用上述装置，包括以下步骤：
S1、调整三丝气体保护焊枪的基准枪与另两把枪的相对位置；
S2、将待焊接的两块曲面拼板放置在活络胎架上，并完成装配；
S3、3自由度可移动门架移动至两块曲面拼板间焊缝的大致位置；
S4、通过线激光传感器对焊缝识别，获取焊缝起始点数据，并上至上位机；
S5、上位机根据曲面拼板的板厚和坡口数据，利用焊接工艺数据库自动匹配焊接工艺数据；
S6、上位机将焊接指令下发给6自由度焊接机器人，6自由度焊接机器人进行曲面拼板焊接作业；
S7、在曲面拼板焊接过程中，通过线激光传感器进行焊缝跟踪，识别曲面拼板的间隙，获得间隙数据；
S8、上位机依据间隙数据自动调整6自由度焊接机器人的焊接工艺和动作，保证曲面拼板的焊接质量。
进一步地，还包括以下步骤：
S9、重复S4~S8动作，完成下两块曲面拼板的智能焊接作业。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、船舶曲面分段拼板一般为厚板焊接，往往采用多层多道焊接方式，在大量焊接工艺试验的基础上，本方案设计了合理高效的三丝气体保护焊接系统，可一次实现对三道焊缝焊接，大大减少了焊接作业时间，提升了焊接效率。
2、线激光传感器实现了焊缝识别定位与过程跟踪的双重功能。在起始点识别定位中，线激光传感器用于获取精确焊缝位置数据；在焊接过程中，线激光传感器用于焊缝位置跟踪，检测到两块曲面拼板的间隙数据，上位机根据间隙数据自动调整三丝气体保护焊枪的焊接工艺参数和焊接动作，保证了曲面拼板的焊接质量。
附图说明
图1为本发明的一实施例的整体结构示意图。
图2为本发明的一实施例的正视图。
图3为本发明的一实施例的侧视图。
图4为本发明的一实施例的俯视图。
图5为本发明的一实施例中的三丝气体保护焊枪和激光传感器的结构示意图。
图6为本发明的一实施例中的三丝气体保护焊枪和激光传感器的俯视图。
图中部件标号如下：
1 3自由度可移动门架
2 6自由度焊接机器人
3三丝气体保护焊枪
4线激光传感器
5活络胎架
6曲面拼板。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式，使本领域的技术人员更清楚地理解如何实践本发明。尽管结合其优选的具体实施方案描述了本发明，但这些实施方案只是阐述，而不是限制本发明的范围。
参见图1至图4，一种基于线激光焊缝检测与跟踪的曲面拼板焊接装置，用于对船舶曲面拼板进行智能焊接，其包括机器人焊接门架、三丝气体保护焊接系统、线激光传感器4、活络胎架5。
所述机器人焊接门架包括3自由度可移动门架1、6自由度焊接机器人2。
所述3自由度可移动门架1包括X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构，所述X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构均包括基体、直线导轨、滑座、齿条、伺服减速电机、齿轮、拖链槽、拖链支架、拖链，所述直线导轨和齿条均安装于基体上，所述齿条沿直线导轨设置，所述伺服减速电机安装于滑座上且其输出轴连接有齿轮，所述齿轮与齿条啮合实现传动，所述拖链槽安装于基体上且平行于直线导轨，所述拖链支架安装于滑座的一端，所述拖链设置于拖链槽内且其一端与拖链支架连接。其中，所述X轴移动机构为双直线导轨结构，所述Y轴移动机构的基体两端分别安装于X轴移动机构的双直线导轨的滑座上，Y轴移动机构由X轴移动机构带动沿X轴移动，所述Z轴移动机构的基体安装于Y轴移动机构的滑座上，Z轴移动机构由Y轴移动机构带动沿Y轴移动。
所述6自由度焊接机器人2安装于Z轴移动机构的滑座上，6自由度焊接机器人2由Z轴移动机构带动沿X轴移动，6自由度焊接机器人2配合3自由度可移动门架1构成9自由度的机器人焊接门架，可以有效完成船舶曲面拼板智能焊接作业。
所述三丝气体保护焊接系统包括三丝气体保护焊枪3和焊接操作平台，所述三丝气体保护焊枪3安装于6自由度焊接机器人2的T轴上，三丝气体保护焊枪3中的一焊枪为基准焊枪，所述焊接操作平台设置于机器人焊接门架的旁侧，焊接操作平台便于人员控制和监视三丝气体保护焊枪3的作业，采用三丝气体保护焊接系统，解决了船舶曲面分段拼板多层多道焊接的技术难题，减少了焊接作业时间，降低了对工人的技术要求。
参见图5和图6，所述线激光传感器4安装于三丝气体保护焊枪3的基准焊枪上，线激光传感器4实现了焊缝识别定位与过程跟踪的双重功能。在起始点识别定位中，通过线激光传感器4获取精确焊缝位置数据；在焊接过程中，用于焊缝位置跟踪，检测到拼板间隙数据，自动调整三丝气体保护焊枪3的焊接工艺参数和焊接动作，保证焊接质量。
参见图1至图4，多个所述活络胎架5呈阵列状排布地安装于X轴移动机构的双直线导轨之间，多个活络胎架5构成支撑船舶曲面拼板6的支撑平台。
还包括上位机，所述上位机具有控制系统，所述控制系统与3自由度可移动门架1、6自由度焊接机器人2、三丝气体保护焊枪3、焊接操作平台、线激光传感器4连接。
采用本曲面拼板焊接装置进行曲面拼板焊接的方法，包括以下步骤：
S1、调整三丝气体保护焊枪3的基准枪与另两把枪的相对位置，这步需要通过大量焊接工艺试验进行验证。
S2、将待焊接的两块曲面拼板6放置在活络胎架5上，并完成装配。
S3、3自由度可移动门架1移动至两块曲面拼板6间焊缝的大致位置。
S4、通过线激光传感器4对焊缝识别，获取焊缝起始点数据，并上至上位机。
S5、上位机根据曲面拼板6的板厚和坡口数据，利用焊接工艺数据库自动匹配焊接工艺数据。
S6、上位机将焊接指令下发给6自由度焊接机器人2，6自由度焊接机器人2进行曲面拼板6焊接作业。
S7、在曲面拼板6焊接过程中，通过线激光传感器4进行焊缝跟踪，识别曲面拼板6的间隙，获得间隙数据。
S8、上位机依据间隙数据自动调整6自由度焊接机器人2的焊接工艺和动作，保证曲面拼板6的焊接质量。
S9、重复S4~S8动作，完成下一条曲面拼板6的智能焊接作业。
S10、依次完成船舶曲面分段多条曲面拼板6的智能焊接作业。
应当指出，对于经充分说明的本发明来说，还可具有多种变换及改型的实施方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作为本发明的说明，而不是对本发明的限制。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims (7)

1.一种基于线激光焊缝检测与跟踪的曲面拼板焊接装置，其特征在于，包括机器人焊接门架、三丝气体保护焊接系统、线激光传感器、活络胎架；
所述机器人焊接门架包括3自由度可移动门架、6自由度焊接机器人，所述3自由度可移动门架包括X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构，所述X轴移动机构为双直线导轨结构，所述Y轴移动机构安装于X轴移动机构上且由X轴移动机构带动沿X轴移动，所述Z轴移动机构安装于Y轴移动机构上且由Y轴移动机构带动沿X轴移动，所述6自由度焊接机器人安装于Z轴移动机构上且由Z轴移动机构带动沿X轴移动；
所述三丝气体保护焊接系统包括三丝气体保护焊枪，所述三丝气体保护焊枪安装于6自由度焊接机器人的T轴上，三丝气体保护焊枪包括基准焊枪和另两把焊枪；
所述线激光传感器安装于三丝气体保护焊枪的基准焊枪上；
多个所述活络胎架呈阵列状排布地安装于X轴移动机构的双直线导轨之间。
2.根据权利要求1所述的基于线激光焊缝检测与跟踪的曲面拼板焊接装置，其特征在于，所述3自由度可移动门架的X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构均包括基体、直线导轨、滑座、齿条、伺服减速电机、齿轮，所述直线导轨和齿条均安装于基体上，所述齿条沿直线导轨设置，所述伺服减速电机安装于滑座上且其输出轴连接有齿轮，所述齿轮与齿条啮合实现传动；所述Y轴移动机构的基体安装于X轴移动机构的双直线导轨的滑座上，所述Z轴移动机构的基体安装于Y轴移动机构的滑座上，所述6自由度焊接机器人安装于Z轴移动机构的滑座上。
3.根据权利要求2所述的基于线激光焊缝检测与跟踪的曲面拼板焊接装置，其特征在于，所述3自由度可移动门架的X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构均还包括拖链槽、拖链支架、拖链，所述拖链槽安装于基体上且平行于直线导轨，所述拖链支架安装于滑座的一端，所述拖链设置于拖链槽内且其一端与拖链支架连接。
4.根据权利要求1所述的基于线激光焊缝检测与跟踪的曲面拼板焊接装置，其特征在于，所述三丝气体保护焊接系统还包括焊接操作平台，所述焊接操作平台设置于机器人焊接门架的旁侧。
5.根据权利要求1~4任一项所述的基于线激光焊缝检测与跟踪的曲面拼板焊接装置，其特征在于，还包括上位机，所述上位机具有控制系统，所述控制系统与机器人焊接门架、三丝气体保护焊接系统、线激光传感器连接。
6.一种基于线激光焊缝检测与跟踪的曲面拼板焊接方法，其特征在于，采用权利要求1~5任一项所述基于线激光焊缝检测与跟踪的曲面拼板焊接装置，包括以下步骤：
S1、调整三丝气体保护焊枪的基准枪与另两把枪的相对位置；
S2、将待焊接的两块曲面拼板放置在活络胎架上，并完成装配；
S3、3自由度可移动门架移动至两块曲面拼板间焊缝的大致位置；
S4、通过线激光传感器对焊缝识别，获取焊缝起始点数据，并上至上位机；
S5、上位机根据曲面拼板的板厚和坡口数据，利用焊接工艺数据库自动匹配焊接工艺数据；
S6、上位机将焊接指令下发给6自由度焊接机器人，6自由度焊接机器人进行曲面拼板焊接作业；
S7、在曲面拼板焊接过程中，通过线激光传感器进行焊缝跟踪，识别曲面拼板的间隙，获得间隙数据；
S8、上位机依据间隙数据自动调整6自由度焊接机器人的焊接工艺和动作，保证曲面拼板的焊接质量。
7.根据权利要求6所述的基于线激光焊缝检测与跟踪的曲面拼板焊接方法，还包括以下步骤：
S9、重复S4~S8动作，完成下两块曲面拼板的智能焊接作业。
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