CN114714020A - 一种多腔体钢构件的坡口焊缝焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多腔体钢构件的坡口焊缝焊接方法，属于钢结构焊接技术领域，其特征在于，包括以下步骤：a、对待焊工件需要焊接的焊缝进行放置引导板或预设标记；b、焊接装置找到引导板或预设标记，采集对应焊缝的焊接工艺参数；c、调整焊枪的姿态，将焊枪对准焊缝进行实时跟踪焊接；d、焊缝采用多层多道焊接，每焊接完成一道焊缝，调整焊枪的姿态和高度，自动调取对应层数的焊接工艺参数，直至将所有焊缝焊接完成。本发明通过将机器人和图像识别有机结合，采用人工放置引导板或预设标记的方式，能够通过三维视觉自动识别多腔体钢构件焊缝位置，对焊缝进行精准焊接，满足小空间构件施焊的需要，提高焊接效率和焊接质量。

Description

一种多腔体钢构件的坡口焊缝焊接方法
技术领域
本发明涉及到钢结构焊接技术领域，尤其涉及一种多腔体钢构件的坡口焊缝焊接方法。
背景技术
随着机器人技术日益成熟，焊接机器人正逐渐被广泛应用于工业制造各个领域。因焊接机器人具有多轴联动与程序智能化控制功能，动作重复精度高、产品质量稳定以及生产效率高的优势，适合在流水线上应用，如汽车制造、医疗器械、化工生产及包装具有程序化和标准化特点的行业。
在水利水电钢结构件中，如弧门和机架，目前主要采用手弧焊方式进行焊接。手弧焊操作劳动强度大，焊接质量不稳定，生产效率低。将智能化的机器人焊接技术应用于该类产品制造，替代手弧焊可有效解决质量与效率问题。但由于该类焊接件存在结构复杂、施焊方向变换多和空间狭窄的特点，特别是多腔体钢构件，每个内腔尺寸要求达到175mmx200mm，深1900 mm，板厚50mm，坡口组合焊缝。因为空间小，难以进入内腔进行焊缝的施焊。为了实现窄小空间焊接，用一种小空间长悬臂内焊装置安装在机器人手臂上，可对多腔体钢构件的坡口焊缝进行焊接。但由于空间小、空间封闭、焊缝长且坡口组合焊缝直线度大于3mm，又看不见实时焊接情况，靠编程实现焊接保证不了焊缝质量。
公开号为CN112847128A，公开日为2021年05月28日的中国专利文献公开了一种基于六轴机器人的焊缝打磨装置，包括六轴机器人，其特征在于：所述六轴机器人末端铰接工装夹具，工装夹具一侧安装打磨电主轴，工装夹具另一侧安装气动打磨头，打磨电主轴和气动打磨头分别安装不同精度的打磨铣刀。
该专利文献公开的基于六轴机器人的焊缝打磨装置，采用粗打磨和细打磨组合的方式，适用于各种焊缝。但是，对于多腔体钢构件，仍然存在难以观察内腔焊缝的施焊情况，无法精准找寻焊接位置，不能满足小空间构件施焊的需要，影响焊接效率和焊接质量。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种多腔体钢构件的坡口焊缝焊接方法，本发明通过将机器人和图像识别有机结合，采用人工放置引导板或预设标记的方式，能够通过三维视觉自动识别多腔体钢构件焊缝位置，对焊缝进行精准焊接，满足小空间构件施焊的需要，提高焊接效率和焊接质量。
本发明通过下述技术方案实现：
一种多腔体钢构件的坡口焊缝焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将待焊工件吊装到焊接指定区域，对待焊工件需要焊接的焊缝进行放置引导板或预设标记；
b、焊接装置的六轴机器人沿机器人外部轴的轨道移动，在摄像机及三维激光扫描仪的自动跟踪和扫描下，找到引导板或预设标记，采集对应焊缝的焊接工艺参数；
c、六轴机器人转动轴，调整焊枪的姿态，再在摄像机及三维激光扫描仪的自动跟踪和扫描下，将焊枪对准焊缝进行实时跟踪焊接；
d、焊缝采用多层多道焊接，每焊接完成一道焊缝，调整焊枪的姿态和高度，根据软件控制，自动调取对应层数的焊接工艺参数，直至将所有焊缝焊接完成。
所述步骤b中，三维激光扫描仪，用于获取焊缝三维点云数据，并自动计算焊缝中心点位置。
所述步骤b中，采集对应焊缝的焊接工艺参数具体是指根据焊缝的种类、焊角的高度和焊缝的宽度，调用已编辑的焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接摆动宽度和焊接摆动速度对相应焊缝进行焊接。
所述步骤b中，焊接装置包括六轴机器人、加长杆、防撞器、摄像机、焊枪、三维激光扫描仪和机器人外部轴，六轴机器人滑动连接在机器人外部轴的轨道上，加长杆连接在六轴机器人的法兰上，摄像机和三维激光扫描仪抱卡连接在焊枪的枪杆上，防撞器的一端与加长杆连接，防撞器的另一端与焊枪连接。
所述步骤c中，将焊枪对准焊缝进行实时跟踪焊接具体是指根据采集到的对应焊缝的焊接工艺参数进行实时焊接。
所述步骤d中，根据软件控制具体是指当六轴机器人扫描并识别到待焊接区域需要焊接焊缝的种类后自动调用焊缝焊接程序。
所述步骤d中，多层多道焊接具体是指六轴机器人自动按照焊缝中心线，计算每道焊接轨迹，自动调取对应层的焊接工艺参数进行焊接。
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
1、本发明，a、将待焊工件吊装到焊接指定区域，对待焊工件需要焊接的焊缝进行放置引导板或预设标记；b、焊接装置的六轴机器人沿机器人外部轴的轨道移动，在摄像机及三维激光扫描仪的自动跟踪和扫描下，找到引导板或预设标记，采集对应焊缝的焊接工艺参数；c、六轴机器人转动轴，调整焊枪的姿态，再在摄像机及三维激光扫描仪的自动跟踪和扫描下，将焊枪对准焊缝进行实时跟踪焊接；d、焊缝采用多层多道焊接，每焊接完成一道焊缝，调整焊枪的姿态和高度，根据软件控制，自动调取对应层数的焊接工艺参数，直至将所有焊缝焊接完成，较现有技术而言，通过将机器人和图像识别有机结合，采用人工放置引导板或预设标记的方式，能够通过三维视觉自动识别多腔体钢构件焊缝位置，对焊缝进行精准焊接，满足小空间构件施焊的需要，提高焊接效率和焊接质量。
2、本发明，针对手工无法施焊，质量不稳定及效率低的问题，采用六轴机器人，利用机械手多轴联动运行带动焊枪进行焊接，保障了焊接质量，提高了焊接效率。
3、本发明，采用三维激光扫描仪的激光扫描焊缝位置，自动引导六轴机器人将焊枪对准焊缝指定位置，能够保持焊缝跟踪精度，满足焊接工艺要求，减轻在线编程难度和工作量。
4、本发明，通过摄像机的图像采集，能够引导六轴机器人自动找寻引导板或预设标记，并按照引导板或预设标记搜索焊缝位置，对焊缝进行精准定位。
5、本发明，根据不同层焊接工艺不同和同一层坡口不规则的焊缝多层多道特点，实时采集焊缝相关参数，自动调整焊缝焊接工艺参数，从而能够对焊缝进行精准焊接，保证焊接质量和外形。
6、本发明，有效解决了多腔体、小空间及长焊缝，难以观察内腔焊缝的钢构件的焊接问题。
7、本发明，焊接装置结构简单，操作简便，较手弧焊操作而言，极大的降低了劳动强度，避免了焊接质量不稳定，空间小难以焊接的难题。
8、本发明，采用机器人外部轴，增大了六轴机器人的操作范围，利于提高焊接效率。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明：
图1为本发明的流程框图；
图2为本发明焊接装置的结构示意图；
图中标记：1、六轴机器人，2、加长杆，3、防撞器，4、摄像机，5、焊枪，6、三维激光扫描仪，7、机器人外部轴。
具体实施方式
实施例1
参见图1和图2，一种多腔体钢构件的坡口焊缝焊接方法，包括以下步骤：
a、将待焊工件吊装到焊接指定区域，对待焊工件需要焊接的焊缝进行放置引导板或预设标记；
b、焊接装置的六轴机器人1沿机器人外部轴7的轨道移动，在摄像机4及三维激光扫描仪6的自动跟踪和扫描下，找到引导板或预设标记，采集对应焊缝的焊接工艺参数；
c、六轴机器人1转动轴，调整焊枪5的姿态，再在摄像机4及三维激光扫描仪6的自动跟踪和扫描下，将焊枪5对准焊缝进行实时跟踪焊接；
d、焊缝采用多层多道焊接，每焊接完成一道焊缝，调整焊枪5的姿态和高度，根据软件控制，自动调取对应层数的焊接工艺参数，直至将所有焊缝焊接完成。
本实施例为最基本的实施方式，通过将机器人和图像识别有机结合，采用人工放置引导板或预设标记的方式，能够通过三维视觉自动识别多腔体钢构件焊缝位置，对焊缝进行精准焊接，满足小空间构件施焊的需要，提高焊接效率和焊接质量。
实施例2
参见图1和图2，一种多腔体钢构件的坡口焊缝焊接方法，包括以下步骤：
a、将待焊工件吊装到焊接指定区域，对待焊工件需要焊接的焊缝进行放置引导板或预设标记；
b、焊接装置的六轴机器人1沿机器人外部轴7的轨道移动，在摄像机4及三维激光扫描仪6的自动跟踪和扫描下，找到引导板或预设标记，采集对应焊缝的焊接工艺参数；
c、六轴机器人1转动轴，调整焊枪5的姿态，再在摄像机4及三维激光扫描仪6的自动跟踪和扫描下，将焊枪5对准焊缝进行实时跟踪焊接；
d、焊缝采用多层多道焊接，每焊接完成一道焊缝，调整焊枪5的姿态和高度，根据软件控制，自动调取对应层数的焊接工艺参数，直至将所有焊缝焊接完成。
所述步骤b中，三维激光扫描仪6，用于获取焊缝三维点云数据，并自动计算焊缝中心点位置。
本实施例为一较佳实施方式，针对手工无法施焊，质量不稳定及效率低的问题，采用六轴机器人1，利用机械手多轴联动运行带动焊枪5进行焊接，保障了焊接质量，提高了焊接效率。
实施例3
参见图1和图2，一种多腔体钢构件的坡口焊缝焊接方法，包括以下步骤：
a、将待焊工件吊装到焊接指定区域，对待焊工件需要焊接的焊缝进行放置引导板或预设标记；
b、焊接装置的六轴机器人1沿机器人外部轴7的轨道移动，在摄像机4及三维激光扫描仪6的自动跟踪和扫描下，找到引导板或预设标记，采集对应焊缝的焊接工艺参数；
c、六轴机器人1转动轴，调整焊枪5的姿态，再在摄像机4及三维激光扫描仪6的自动跟踪和扫描下，将焊枪5对准焊缝进行实时跟踪焊接；
d、焊缝采用多层多道焊接，每焊接完成一道焊缝，调整焊枪5的姿态和高度，根据软件控制，自动调取对应层数的焊接工艺参数，直至将所有焊缝焊接完成。
进一步的，所述步骤b中，三维激光扫描仪6，用于获取焊缝三维点云数据，并自动计算焊缝中心点位置。
进一步的，所述步骤b中，采集对应焊缝的焊接工艺参数具体是指根据焊缝的种类、焊角的高度和焊缝的宽度，调用已编辑的焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接摆动宽度和焊接摆动速度对相应焊缝进行焊接。
进一步的，所述步骤b中，焊接装置包括六轴机器人1、加长杆2、防撞器3、摄像机4、焊枪5、三维激光扫描仪6和机器人外部轴7，六轴机器人1滑动连接在机器人外部轴7的轨道上，加长杆2连接在六轴机器人1的法兰上，摄像机4和三维激光扫描仪6抱卡连接在焊枪5的枪杆上，防撞器3的一端与加长杆2连接，防撞器3的另一端与焊枪5连接。
本实施例为又一较佳实施方式，采用三维激光扫描仪6的激光扫描焊缝位置，自动引导六轴机器人1将焊枪5对准焊缝指定位置，能够保持焊缝跟踪精度，满足焊接工艺要求，减轻在线编程难度和工作量。
实施例4
参见图1和图2，一种多腔体钢构件的坡口焊缝焊接方法，包括以下步骤：
a、将待焊工件吊装到焊接指定区域，对待焊工件需要焊接的焊缝进行放置引导板或预设标记；
b、焊接装置的六轴机器人1沿机器人外部轴7的轨道移动，在摄像机4及三维激光扫描仪6的自动跟踪和扫描下，找到引导板或预设标记，采集对应焊缝的焊接工艺参数；
c、六轴机器人1转动轴，调整焊枪5的姿态，再在摄像机4及三维激光扫描仪6的自动跟踪和扫描下，将焊枪5对准焊缝进行实时跟踪焊接；
d、焊缝采用多层多道焊接，每焊接完成一道焊缝，调整焊枪5的姿态和高度，根据软件控制，自动调取对应层数的焊接工艺参数，直至将所有焊缝焊接完成。
所述步骤b中，三维激光扫描仪6，用于获取焊缝三维点云数据，并自动计算焊缝中心点位置。
所述步骤b中，采集对应焊缝的焊接工艺参数具体是指根据焊缝的种类、焊角的高度和焊缝的宽度，调用已编辑的焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接摆动宽度和焊接摆动速度对相应焊缝进行焊接。
所述步骤b中，焊接装置包括六轴机器人1、加长杆2、防撞器3、摄像机4、焊枪5、三维激光扫描仪6和机器人外部轴7，六轴机器人1滑动连接在机器人外部轴7的轨道上，加长杆2连接在六轴机器人1的法兰上，摄像机4和三维激光扫描仪6抱卡连接在焊枪5的枪杆上，防撞器3的一端与加长杆2连接，防撞器3的另一端与焊枪5连接。
所述步骤c中，将焊枪5对准焊缝进行实时跟踪焊接具体是指根据采集到的对应焊缝的焊接工艺参数进行实时焊接。
本实施例为又一较佳实施方式，通过摄像机4的图像采集，能够引导六轴机器人1自动找寻引导板或预设标记，并按照引导板或预设标记搜索焊缝位置，对焊缝进行精准定位。
实施例5
参见图1和图2，一种多腔体钢构件的坡口焊缝焊接方法，包括以下步骤：
a、将待焊工件吊装到焊接指定区域，对待焊工件需要焊接的焊缝进行放置引导板或预设标记；
b、焊接装置的六轴机器人1沿机器人外部轴7的轨道移动，在摄像机4及三维激光扫描仪6的自动跟踪和扫描下，找到引导板或预设标记，采集对应焊缝的焊接工艺参数；
c、六轴机器人1转动轴，调整焊枪5的姿态，再在摄像机4及三维激光扫描仪6的自动跟踪和扫描下，将焊枪5对准焊缝进行实时跟踪焊接；
d、焊缝采用多层多道焊接，每焊接完成一道焊缝，调整焊枪5的姿态和高度，根据软件控制，自动调取对应层数的焊接工艺参数，直至将所有焊缝焊接完成。
所述步骤b中，三维激光扫描仪6，用于获取焊缝三维点云数据，并自动计算焊缝中心点位置。
所述步骤b中，采集对应焊缝的焊接工艺参数具体是指根据焊缝的种类、焊角的高度和焊缝的宽度，调用已编辑的焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接摆动宽度和焊接摆动速度对相应焊缝进行焊接。
所述步骤b中，焊接装置包括六轴机器人1、加长杆2、防撞器3、摄像机4、焊枪5、三维激光扫描仪6和机器人外部轴7，六轴机器人1滑动连接在机器人外部轴7的轨道上，加长杆2连接在六轴机器人1的法兰上，摄像机4和三维激光扫描仪6抱卡连接在焊枪5的枪杆上，防撞器3的一端与加长杆2连接，防撞器3的另一端与焊枪5连接。
所述步骤c中，将焊枪5对准焊缝进行实时跟踪焊接具体是指根据采集到的对应焊缝的焊接工艺参数进行实时焊接。
所述步骤d中，根据软件控制具体是指当六轴机器人1扫描并识别到待焊接区域需要焊接焊缝的种类后自动调用焊缝焊接程序。
本实施例为又一较佳实施方式，根据不同层焊接工艺不同和同一层坡口不规则的焊缝多层多道特点，实时采集焊缝相关参数，自动调整焊缝焊接工艺参数，从而能够对焊缝进行精准焊接，保证焊接质量和外形。
实施例6
参见图1和图2，一种多腔体钢构件的坡口焊缝焊接方法，包括以下步骤：
a、将待焊工件吊装到焊接指定区域，对待焊工件需要焊接的焊缝进行放置引导板或预设标记；
b、焊接装置的六轴机器人1沿机器人外部轴7的轨道移动，在摄像机4及三维激光扫描仪6的自动跟踪和扫描下，找到引导板或预设标记，采集对应焊缝的焊接工艺参数；
c、六轴机器人1转动轴，调整焊枪5的姿态，再在摄像机4及三维激光扫描仪6的自动跟踪和扫描下，将焊枪5对准焊缝进行实时跟踪焊接；
d、焊缝采用多层多道焊接，每焊接完成一道焊缝，调整焊枪5的姿态和高度，根据软件控制，自动调取对应层数的焊接工艺参数，直至将所有焊缝焊接完成。
所述步骤b中，三维激光扫描仪6，用于获取焊缝三维点云数据，并自动计算焊缝中心点位置。
所述步骤b中，采集对应焊缝的焊接工艺参数具体是指根据焊缝的种类、焊角的高度和焊缝的宽度，调用已编辑的焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接摆动宽度和焊接摆动速度对相应焊缝进行焊接。
所述步骤b中，焊接装置包括六轴机器人1、加长杆2、防撞器3、摄像机4、焊枪5、三维激光扫描仪6和机器人外部轴7，六轴机器人1滑动连接在机器人外部轴7的轨道上，加长杆2连接在六轴机器人1的法兰上，摄像机4和三维激光扫描仪6抱卡连接在焊枪5的枪杆上，防撞器3的一端与加长杆2连接，防撞器3的另一端与焊枪5连接。
进一步的，所述步骤c中，将焊枪5对准焊缝进行实时跟踪焊接具体是指根据采集到的对应焊缝的焊接工艺参数进行实时焊接。
进一步的，所述步骤d中，根据软件控制具体是指当六轴机器人1扫描并识别到待焊接区域需要焊接焊缝的种类后自动调用焊缝焊接程序。
进一步的，所述步骤d中，多层多道焊接具体是指六轴机器人1自动按照焊缝中心线，计算每道焊接轨迹，自动调取对应层的焊接工艺参数进行焊接。
本实施例为最佳实施方式，有效解决了多腔体、小空间及长焊缝，难以观察内腔焊缝的钢构件的焊接问题。
焊接装置结构简单，操作简便，较手弧焊操作而言，极大的降低了劳动强度，避免了焊接质量不稳定，空间小难以焊接的难题。
采用机器人外部轴7，增大了六轴机器人1的操作范围，利于提高焊接效率。

Claims (7)

1.一种多腔体钢构件的坡口焊缝焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将待焊工件吊装到焊接指定区域，对待焊工件需要焊接的焊缝进行放置引导板或预设标记；
b、焊接装置的六轴机器人（1）沿机器人外部轴（7）的轨道移动，在摄像机（4）及三维激光扫描仪（6）的自动跟踪和扫描下，找到引导板或预设标记，采集对应焊缝的焊接工艺参数；
c、六轴机器人（1）转动轴，调整焊枪（5）的姿态，再在摄像机（4）及三维激光扫描仪（6）的自动跟踪和扫描下，将焊枪（5）对准焊缝进行实时跟踪焊接；
d、焊缝采用多层多道焊接，每焊接完成一道焊缝，调整焊枪（5）的姿态和高度，根据软件控制，自动调取对应层数的焊接工艺参数，直至将所有焊缝焊接完成。
2.根据权利要求1所述的一种多腔体钢构件的坡口焊缝焊接方法，其特征在于：所述步骤b中，三维激光扫描仪（6），用于获取焊缝三维点云数据，并自动计算焊缝中心点位置。
3.根据权利要求1所述的一种多腔体钢构件的坡口焊缝焊接方法，其特征在于：所述步骤b中，采集对应焊缝的焊接工艺参数具体是指根据焊缝的种类、焊角的高度和焊缝的宽度，调用已编辑的焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接摆动宽度和焊接摆动速度对相应焊缝进行焊接。
4.根据权利要求1所述的一种多腔体钢构件的坡口焊缝焊接方法，其特征在于：所述步骤b中，焊接装置包括六轴机器人（1）、加长杆（2）、防撞器（3）、摄像机（4）、焊枪（5）、三维激光扫描仪（6）和机器人外部轴（7），六轴机器人（1）滑动连接在机器人外部轴（7）的轨道上，加长杆（2）连接在六轴机器人（1）的法兰上，摄像机（4）和三维激光扫描仪（6）抱卡连接在焊枪（5）的枪杆上，防撞器（3）的一端与加长杆（2）连接，防撞器（3）的另一端与焊枪（5）连接。
5.根据权利要求1所述的一种多腔体钢构件的坡口焊缝焊接方法，其特征在于：所述步骤c中，将焊枪（5）对准焊缝进行实时跟踪焊接具体是指根据采集到的对应焊缝的焊接工艺参数进行实时焊接。
6.根据权利要求1所述的一种多腔体钢构件的坡口焊缝焊接方法，其特征在于：所述步骤d中，根据软件控制具体是指当六轴机器人（1）扫描并识别到待焊接区域需要焊接焊缝的种类后自动调用焊缝焊接程序。
7.根据权利要求1所述的一种多腔体钢构件的坡口焊缝焊接方法，其特征在于：所述步骤d中，多层多道焊接具体是指六轴机器人（1）自动按照焊缝中心线，计算每道焊接轨迹，自动调取对应层的焊接工艺参数进行焊接。
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