CN114559130A - 一种中厚板焊接机器人工作站及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种中厚板焊接机器人工作站及方法。该工作站，包括焊接机器人Ⅰ和焊接机器人Ⅱ，焊接机器人Ⅰ和焊接机器人Ⅱ的执行末端分别设有焊枪Ⅰ和焊枪Ⅱ，焊枪Ⅰ和焊枪Ⅱ分别用于完成立板两侧穿过过焊接孔的多层多道焊缝的焊接。立板垂直设置于平板上，立板的两侧与平板之间形成焊缝；立板的两侧均设有加强板，加强板与立板和平板之间形成过焊接孔；焊接机器人Ⅰ和焊接机器人Ⅱ分别设置于平板的两侧。本发明减少焊缝接点成形不均匀、未熔合、气孔等焊缝的焊接质量缺陷；减少焊缝接点处的应力集中，提高焊缝接点质量一致性。

Description

一种中厚板焊接机器人工作站及方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种中厚板焊接机器人工作站及方法。

背景技术

机器人自动焊接技术被广泛应用于汽车生产、船舶制造、零部件生产、电子电气制造等多个领域，并在相关产业中占据了主导地位，具有焊接质量稳定可靠、生产效率高、生产成本低且便于现代化管理等优点。在对100mm以上厚度的钢板采用机器人自动焊接技术进行焊缝焊接时，机器人需对焊缝完成多层多道焊接。当采用机器人焊枪对焊缝进行焊接时,机器人焊枪在过焊孔时会有接点、焊缝接点成形不均匀、未熔合、气孔等焊接质量缺陷，也给机器人焊枪控制编程带来困难。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种中厚板焊接机器人工作站及方法，以解决现有机器人焊枪在过焊孔时会有接点、焊缝接点成形不均匀、未熔合、气孔等焊接质量缺陷。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一实施例提供一种中厚板焊接机器人工作站，包括焊接机器人Ⅰ和焊接机器人Ⅱ，焊接机器人Ⅰ和焊接机器人Ⅱ的执行末端分别设有焊枪Ⅰ和焊枪Ⅱ，焊枪Ⅰ和焊枪Ⅱ分别用于完成立板两侧穿过过焊接孔的多层多道焊缝的焊接。

在一种可能实现的方式中，所述立板垂直设置于平板上，所述立板的两侧与平板之间形成焊缝；所述立板的两侧均设有加强板，加强板与立板和平板之间形成所述过焊接孔；

所述焊接机器人Ⅰ和所述焊接机器人Ⅱ分别设置于所述平板的两侧。

本发明另一实施例提供一种中厚板焊接方法，所述中厚板焊接方法利用如上所述的中厚板焊接机器人工作站实现，焊接机器人Ⅰ和焊接机器人Ⅱ分别通过焊枪Ⅰ和焊枪Ⅱ在立板两侧完成多层多道焊缝的施焊；多层多道焊缝穿过过焊接孔，且多层多道焊缝在过焊接孔处的摆弧接点错开。

在一种可能实现的方式中，所述多层多道焊缝中，同一层的每道焊缝的摆弧接点从下到上在加强板的中性面两侧交替布置。

在一种可能实现的方式中，所述多层多道焊缝中，同一层的每道焊缝的摆弧接点距离中性面的距离相等，且内层焊缝的摆弧接点与中性面之间的距离大于外层焊缝的摆弧接点与中性面之间的距离。

在一种可能实现的方式中，所述焊接机器人Ⅰ通过焊枪Ⅰ在立板一侧完成多层多道焊缝的施焊过程，及所述焊接机器人Ⅱ通过焊枪Ⅱ在立板的另一侧完成多层多道焊缝的施焊过程，均包括以下步骤：

1)焊枪Ⅰ和/或焊枪Ⅱ从立板的一端开始进行一层一道焊缝的施焊，一层一道焊缝在加强板的中性面内具有一层一道焊缝摆弧接点；

2)焊枪Ⅰ和/或焊枪Ⅱ从立板的另一端开始，在一层一道焊缝的上方进行二层一道焊缝的施焊，二层一道焊缝在加强板的一侧具有二层一道摆弧接点；

3)焊枪Ⅰ和/或焊枪Ⅱ从立板的一端开始，在一层一道焊缝和二层一道焊缝的上方进行二层二道焊缝的施焊，二层二道焊缝在加强板的另一侧具有二层二道摆弧接点；

4)焊枪Ⅰ和/或焊枪Ⅱ从立板的另一端开始，在二层一道焊缝的外侧进行三层一道焊缝的施焊，三层一道焊缝在加强板的一侧具有三层一道摆弧接点；

5)焊枪Ⅰ和/或焊枪Ⅱ从立板的一端开始，在三层一道焊缝和二层二道焊缝的外侧进行三层二道焊缝的施焊，三层二道焊缝在加强板的另一侧具有三层二道摆弧接点；

6)焊枪Ⅰ和/或焊枪Ⅱ从立板的另一端开始，在三层二道焊缝和二层二道焊缝的外侧进行三层三道焊缝的施焊，三层三道焊缝在加强板的一侧具有三层三道摆弧接点；

7)以此类推，进行第N层焊缝的施焊。

在一种可能实现的方式中，所述二层一道摆弧接点和所述二层二道摆弧接点与所述加强板的中性面之间的距离均为b；

所述三层一道摆弧接点、三层二道摆弧接点及三层三道摆弧接点与所述加强板的中性面之间的距离均为a；

所述第N层焊缝的摆弧接点与所述加强板的中性面之间的距离为n；

且b﹥a……﹥n。

在一种可能实现的方式中，在进行第二层以上焊缝的施焊时，所述焊枪Ⅰ和/或焊枪Ⅱ由起始位置施焊至过焊接孔处，且由过焊接孔探至加强板的另一侧停止施焊，形成焊缝摆弧接点；所述焊接机器人Ⅰ和所述焊接机器人Ⅱ分别将所述焊枪Ⅰ和所述焊枪Ⅱ由过焊接孔抽出，且移动至加强板的另一侧，从焊缝摆弧接点处继续向前进行施焊，完成一道焊缝的焊接。

本发明的优点及有益效果是：本发明提供的一种中厚板焊接机器人工作站，通过两个焊接机器人在立板的两侧高质量、高效率的完成多层多道焊缝的施焊，多层多道焊缝含有穿过过焊接孔的特性，且多层多道焊缝的摆弧接点规则分布在过焊接孔的两侧，减少焊缝接点处的应力集中，提高焊缝接点质量一致性。

本发明提供的一种中厚板焊接方法，减少焊缝接点成形不均匀、未熔合、气孔等焊缝的焊接质量缺陷；减少焊缝接点位置控制机器人焊枪编程带来的困难；减少焊缝接点处的应力集中，提高焊缝接点质量一致性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明一种中厚板焊接机器人工作站的等轴测图之一；

图2为图1中Ⅰ处局部放大图；

图3为本发明一种中厚板焊接机器人工作站的等轴测图之二；

图4为图3中Ⅱ处局部放大图；

图5为图3中Ⅲ处局部放大图；

图6为本发明一种中厚板焊接机器人工作站完成的焊缝俯视图；

图中：1为焊接机器人Ⅰ，2为焊枪Ⅰ，3为焊接机器人Ⅱ，4为焊枪Ⅱ，5为平板，6为立板，7为加强板Ⅰ，8为加强板Ⅱ，9为一层一道焊缝，10为二层一道焊缝，11为二层二道焊缝，12为三层一道焊缝，13为三层二道焊缝，14为三层三道焊缝，15为另一侧一层一道焊缝，16为另一侧二层一道焊缝，17为另一侧二层二道焊缝，18为过焊接孔，19为二层二道摆弧接点，20为二层一道摆弧接点，21为三层一道摆弧接点，22为三层二道摆弧接点，23为三层三道摆弧接点，24为中性面。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明一实施例提供一种中厚板焊接机器人工作站，通过两个焊接机器人在立板的两侧高质量、高效率的完成多层多道焊缝的施焊。参见图1至图4所示，该中厚板焊接机器人工作站包括焊接机器人Ⅰ1和焊接机器人Ⅱ3，焊接机器人Ⅰ1和焊接机器人Ⅱ3的执行末端分别设有焊枪Ⅰ2和焊枪Ⅱ4，焊枪Ⅰ2和焊枪Ⅱ4分别用于完成立板6两侧穿过过焊接孔18的多层多道焊缝的焊接。焊接机器人Ⅰ1可以为焊枪Ⅰ2提供空间六自由度运动，焊接机器人Ⅱ3可以为焊枪Ⅱ4提供空间六自由度运动。

本发明的实施例中，立板6垂直设置于平板5上，立板6的两侧与平板5之间形成焊缝；立板6的两侧均设有加强板，加强板与立板6和平板5之间形成过焊接孔18；具体地，立板6的两侧分别设有加强板Ⅰ7和加强板Ⅱ8，焊接机器人Ⅰ1和焊接机器人Ⅱ3分别设置于平板5的两侧，焊接机器人Ⅰ1和焊接机器人Ⅱ3分别通过焊枪Ⅰ2和焊枪Ⅱ4进行多层多道焊缝的焊接。因多层多道焊缝穿过过焊接孔18，所以每层每道焊缝均具有摆弧接点。本实施例中，每层每道焊缝的摆弧接点均规则分布在过焊接孔18的两侧，避免重合，从而减少焊缝接点成形不均匀、未熔合、气孔等焊缝焊接质量缺陷，同时减少焊缝接点处的应力集中，提高焊缝接点质量一致性。

本发明提供的一种中厚板焊接机器人工作站，其根据当前需要进行多层多道焊接的焊道的相关参数，建立特定的计算模型和编排策略，以计算出精确的焊接所需全部运动轨迹和焊枪姿态所达到的多层多道焊缝的焊接，使通过过焊孔接点分布规则，并自动生成机器人控制器的运行程序进行相应的焊接动作，从而实现基于机器人自动离线编程的高质量、高效率的多层多道焊缝焊接。

参见图1至图5所示，本发明另一实施例提供一种中厚板焊接方法，该中厚板焊接方法利用上述实施例中的中厚板焊接机器人工作站实现，焊接机器人Ⅰ1和焊接机器人Ⅱ3分别通过焊枪Ⅰ2和焊枪Ⅱ4在立板6两侧完成多层多道焊缝的施焊；多层多道焊缝穿过过焊接孔18，且多层多道焊缝在过焊接孔18处的摆弧接点错开。

进一步地，在多层多道焊缝中，同一层的每道焊缝的摆弧接点从下到上在加强板的中性面24两侧交替布置。

进一步地，在多层多道焊缝中，同一层的每道焊缝的摆弧接点距离中性面24的距离相等，且内层焊缝的摆弧接点与中性面24之间的距离大于外层焊缝的摆弧接点与中性面24之间的距离，以方便外层焊缝的焊接,提高机器人焊枪操作空间利用率。

具体地，参见图5、图6所示，焊接机器人Ⅰ1通过焊枪Ⅰ2在立板6一侧完成多层多道焊缝的施焊过程，及焊接机器人Ⅱ3通过焊枪Ⅱ4在立板6的另一侧完成多层多道焊缝的施焊过程，均包括以下步骤：

1)焊枪Ⅰ2和/或焊枪Ⅱ4从立板6的一端开始进行一层一道焊缝9的施焊，一层一道焊缝9位于立板6与平板5的一侧夹角处，一层一道焊缝9在加强板的中性面24内具有一层一道焊缝摆弧接点；

2)焊枪Ⅰ2和/或焊枪Ⅱ4从立板6的另一端开始，在一层一道焊缝9的上方进行二层一道焊缝10的施焊，二层一道焊缝10在加强板的一侧具有二层一道摆弧接点20；

3)焊枪Ⅰ2和/或焊枪Ⅱ4从立板6的一端开始，在一层一道焊缝9和二层一道焊缝10的上方进行二层二道焊缝11的施焊，二层二道焊缝11在加强板的另一侧具有二层二道摆弧接点19；

4)焊枪Ⅰ2和/或焊枪Ⅱ4从立板6的另一端开始，在二层一道焊缝10的外侧进行三层一道焊缝12的施焊，三层一道焊缝12在加强板的一侧具有三层一道摆弧接点21；

5)焊枪Ⅰ2和/或焊枪Ⅱ4从立板6的一端开始，在三层一道焊缝12和二层二道焊缝11的外侧进行三层二道焊缝13的施焊，三层二道焊缝13在加强板的另一侧具有三层二道摆弧接点22；

6)焊枪Ⅰ2和/或焊枪Ⅱ4从立板6的另一端开始，在三层二道焊缝13和二层二道焊缝11的外侧进行三层三道焊缝14的施焊，三层三道焊缝14在加强板的一侧具有三层三道摆弧接点23；

7)以此类推，进行第N层焊缝的施焊。

具体地，二层一道摆弧接点20和二层二道摆弧接点19分别位于加强板的两侧，且二层一道摆弧接点20和二层二道摆弧接点19与加强板的中性面24之间的距离均为b；三层一道摆弧接点21、三层二道摆弧接点22及三层三道摆弧接点23与加强板的中性面24之间的距离均为a，三层一道摆弧接点21和三层一道摆弧接点21位于同一侧；第N层焊缝的摆弧接点与加强板的中性面24之间的距离为n，且b﹥a……﹥n。

进一步地，在进行第二层以上焊缝的施焊时，焊枪Ⅰ2和/或焊枪Ⅱ4由起始位置施焊至过焊接孔18处，且由过焊接孔18探至加强板的另一侧停止施焊，形成焊缝摆弧接点；焊接机器人Ⅰ1和焊接机器人Ⅱ3分别将焊枪Ⅰ2和焊枪Ⅱ4由过焊接孔18抽出，且移动至加强板的另一侧，从焊缝摆弧接点处继续向前进行施焊，完成一道焊缝的焊接。

本实施例中，加强板Ⅰ7和加强板Ⅱ8对称设置，立板6另一侧的多层多道焊缝包括另一侧一层一道焊缝15、另一侧二层一道焊缝16、另一侧二层二道焊缝17……另一侧N层焊缝；因立板6两侧的多层多道焊缝对称设置，所以，对于另一侧的焊缝实施过程，在此不再赘述。

本发明提供的一种中厚板焊接方法，能完成多层多道焊缝焊接，其根据当前需要进行多层多道焊接的焊道的相关参数，建立特定的计算模型和编排策略，以计算出精确的焊接所需全部运动轨迹和焊枪姿态所达到的多层多道焊缝,过焊孔接点分布规则，并自动生成机器人控制器的运行程序进行相应的焊接动作，从而实现基于机器人自动离线编程的高质量、高效率的多层多道焊缝的焊接。

本发明提供的一种中厚板焊接方法，完成的含有穿过过焊接孔特性的多层多道焊缝，其多层多道焊缝的摆弧接点规则分别于过焊接孔的两侧，且避免重合，减少焊缝接点成形不均匀、未熔合、气孔等焊缝的焊接质量缺陷，减少实施焊缝接点布置机器人焊枪控制编程困难，尤其减少焊缝接点的应力集中，通过焊接工艺专家系统设计方法，规划人工智能机器人焊枪在过焊孔时多层多道焊接的接点分布，从而提高焊缝接点质量一致性，提高产品质量。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种中厚板焊接机器人工作站，其特征在于，包括焊接机器人Ⅰ(1)和焊接机器人Ⅱ(3)，焊接机器人Ⅰ(1)和焊接机器人Ⅱ(3)的执行末端分别设有焊枪Ⅰ(2)和焊枪Ⅱ(4)，焊枪Ⅰ(2)和焊枪Ⅱ(4)分别用于完成立板(6)两侧穿过过焊接孔(18)的多层多道焊缝的焊接。

2.根据权利要求1所述的中厚板焊接机器人工作站，其特征在于，所述立板(6)垂直设置于平板(5)上，所述立板(6)的两侧与平板(5)之间形成焊缝；所述立板(6)的两侧均设有加强板，加强板与立板(6)和平板(5)之间形成所述过焊接孔(18)；

所述焊接机器人Ⅰ(1)和所述焊接机器人Ⅱ(3)分别设置于所述平板(5)的两侧。

3.一种中厚板焊接方法，其特征在于，所述中厚板焊接方法利用权利要求2所述的中厚板焊接机器人工作站实现，焊接机器人Ⅰ(1)和焊接机器人Ⅱ(3)分别通过焊枪Ⅰ(2)和焊枪Ⅱ(4)在立板(6)两侧完成多层多道焊缝的施焊；多层多道焊缝穿过过焊接孔(18)，且多层多道焊缝在过焊接孔(18)处的摆弧接点错开。

4.根据权利要求3所述的中厚板焊接方法，其特征在于，所述多层多道焊缝中，同一层的每道焊缝的摆弧接点从下到上在加强板的中性面(24)两侧交替布置。

5.根据权利要求4所述的中厚板焊接方法，其特征在于，所述多层多道焊缝中，同一层的每道焊缝的摆弧接点距离中性面(24)的距离相等，且内层焊缝的摆弧接点与中性面(24)之间的距离大于外层焊缝的摆弧接点与中性面(24)之间的距离。

6.根据权利要求3所述的中厚板焊接方法，其特征在于，所述焊接机器人Ⅰ(1)通过焊枪Ⅰ(2)在立板(6)一侧完成多层多道焊缝的施焊过程，及所述焊接机器人Ⅱ(3)通过焊枪Ⅱ(4)在立板(6)的另一侧完成多层多道焊缝的施焊过程，均包括以下步骤：

1)焊枪Ⅰ(2)和/或焊枪Ⅱ(4)从立板(6)的一端开始进行一层一道焊缝(9)的施焊，一层一道焊缝(9)在加强板的中性面(24)内具有一层一道焊缝摆弧接点；

2)焊枪Ⅰ(2)和/或焊枪Ⅱ(4)从立板(6)的另一端开始，在一层一道焊缝(9)的上方进行二层一道焊缝(10)的施焊，二层一道焊缝(10)在加强板的一侧具有二层一道摆弧接点(20)；

3)焊枪Ⅰ(2)和/或焊枪Ⅱ(4)从立板(6)的一端开始，在一层一道焊缝(9)和二层一道焊缝(10)的上方进行二层二道焊缝(11)的施焊，二层二道焊缝(11)在加强板的另一侧具有二层二道摆弧接点(19)；

4)焊枪Ⅰ(2)和/或焊枪Ⅱ(4)从立板(6)的另一端开始，在二层一道焊缝(10)的外侧进行三层一道焊缝(12)的施焊，三层一道焊缝(12)在加强板的一侧具有三层一道摆弧接点(21)；

5)焊枪Ⅰ(2)和/或焊枪Ⅱ(4)从立板(6)的一端开始，在三层一道焊缝(12)和二层二道焊缝(11)的外侧进行三层二道焊缝(13)的施焊，三层二道焊缝(13)在加强板的另一侧具有三层二道摆弧接点(22)；

6)焊枪Ⅰ(2)和/或焊枪Ⅱ(4)从立板(6)的另一端开始，在三层二道焊缝(13)和二层二道焊缝(11)的外侧进行三层三道焊缝(14)的施焊，三层三道焊缝(14)在加强板的一侧具有三层三道摆弧接点(23)；

7)以此类推，进行第N层焊缝的施焊。

7.根据权利要求6所述的中厚板焊接方法，其特征在于，所述二层一道摆弧接点(20)和所述二层二道摆弧接点(19)与所述加强板的中性面(24)之间的距离均为b；

所述三层一道摆弧接点(21)、三层二道摆弧接点(22)及三层三道摆弧接点(23)与所述加强板的中性面(24)之间的距离均为a；

所述第N层焊缝的摆弧接点与所述加强板的中性面(24)之间的距离为n；

且b﹥a……﹥n。

8.根据权利要求6所述的中厚板焊接方法，其特征在于，在进行第二层以上焊缝的施焊时，所述焊枪Ⅰ(2)和/或焊枪Ⅱ(4)由起始位置施焊至过焊接孔(18)处，且由过焊接孔(18)探至加强板的另一侧停止施焊，形成焊缝摆弧接点；所述焊接机器人Ⅰ(1)和所述焊接机器人Ⅱ(3)分别将所述焊枪Ⅰ(2)和所述焊枪Ⅱ(4)由过焊接孔(18)抽出，且移动至加强板的另一侧，从焊缝摆弧接点处继续向前进行施焊，完成一道焊缝的焊接。

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