CN115722839A - 一种长直焊缝构件智能焊接加工生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种长直焊缝构件智能焊接加工生产工艺，包括步骤（一），构件进料；步骤（二），相机扫描；步骤（三），获取数据；步骤（四），数据处理；步骤（五），离线编程；步骤（六），执行加工；本发明长直焊缝构件智能焊接加工生产工艺满足客户需求对长直焊缝构件的焊接加工要求，整个生产工艺包括软件层面：三维视觉算法、多层多道焊缝规划、离线编程、上位机协同管理等，以及硬件层面：3D相机、焊接机械臂、台架、导轨、上位机等，通过各个设备的整体协作，形成长直焊缝构件智能焊接加工系统；比传统生产方式，减少了现场工人的数量和劳动强度，大幅提高焊接工作效率和焊接稳定性，增加了安全性，产品的良品率。

Description

一种长直焊缝构件智能焊接加工生产工艺

技术领域

本发明属于钢板加工技术领域，尤其涉及一种长直焊缝构件智能焊接加工生产工艺。

背景技术

钢结构是绿色、环保、可持续发展的产业；钢结构建筑具备装配式建筑特性，建造过程符合绿色建筑的要求，是建筑工业化的主要发展方向。

长直焊缝构件在建筑钢结构中常见的形式，广泛应用于厂房、高层、电厂等建筑。常见的长直焊缝构件一般为十字柱、箱型构件，箱型构件由两块翼缘板、两块腹板以及若干隔板焊接而成，常用作建筑梁、柱等主要受力构件，考虑其抗弯、抗扭、翘曲等性能以及构件主焊缝焊接工作量大的影响，因此需对其进行智能焊接加工，主要为四角打底焊。

现有长直焊缝构件焊接加工工艺存在以下缺点：第一、构件尺寸、装配形式、类型多样，非标准件多的特点；第二、柔性程度大，决定其人工手动装配，人工焊接量大，造成焊接质量不稳定，且人工操作安全性差等；第三、人工操作繁杂，造成自动化程度低、加工效率低；成为了实现长直焊缝构件焊接制造高度自动化和智能化的主要瓶颈。

针对以上问题，故有必要对其进行改进。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术中的缺陷，提出了一种操作便利，自动化、信息化、智能化程度高，劳动强度较低，加工质量稳定，安全系数较高的长直焊缝构件智能焊接加工生产工艺。

为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种长直焊缝构件智能焊接加工生产工艺，包括以下步骤：

步骤（一），构件进料；将所需焊接加工的长直焊缝构件通过吊机，吊装放置于台架上；

步骤（二），相机扫描；焊接机械臂上装配的3D相机，对长直焊缝构件进行3D拍摄，主要针对构件端部、相关截面，确定工件实际所处的空间位置；

步骤（三），获取数据；3D相机拍摄生成相应的点云数据，通过视觉算法处理，获得构件具体尺寸、初始位置、长度方向上截面坡口信息，判断构件是否符合焊接加工标准，确定构件空间位置坐标；

步骤（四），数据处理；将构件空间位置坐标以及焊接所需点位坐标输入，多层多道焊缝规划软件进行数据处理，导出对应焊接加工轨迹，包括起止点、长度、道数、层数、焊接工艺包；

步骤（五），离线编程；将轨迹数据导入对应离线编程软件，进行仿真模拟，生成工业机器人可执行代码，其中包含焊接机械臂、导轨运动轨迹和焊接数据，可直接通过上位机进行下发执行，实现焊接加工；

步骤（六），执行加工；可执行代码发送给上位机，通过上位机协同管理系统指挥机械臂和导轨运动控制，导轨通过已规划完成的轨迹进行横向模块运动；并发送指令给焊接机械臂，通过已有的焊接轨迹对指定位置进行主焊缝多层多道焊接；完成对长直焊缝构件的智能焊接加工。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤（一）中，构件进料包括负责对长直焊缝构件的输送、定位；吊机将构件吊装到台架，通过放置机架及夹紧定位结构实现对位。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤（二）中，三维扫描将3D相机安装在远离原点的焊接机械臂上；通过控制焊接机械臂运动，进行3D相机对应点位的拍摄，获取三维点云数据；包括对长直焊缝构件的端部、长度方向上的梯形坡口截面等点位拍摄。

作为本发明的一种优选方案，所述构件进行相应翻转，3D相机需重新对加工面进行3D拍摄扫描，以保证装配加工精度和准确性。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤（三）中，获取数据包括对构件是否达到设备加工条件的判定，以及视觉算法进行执行；确定构件相应空间坐标点位、构件端部初始位置以及各截面坡口数据。

作为本发明的一种优选方案，所述视觉算法可自主判断构件是否满足设备加工条件，对于构件制造工艺存在的误差，可通过视觉算法进行相应补偿，修正坐标数据。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤（四）中，数据处理包括多层多道焊缝规划软件；对主焊缝位置进行识别并判断，规划对应焊缝道数和层数，确定焊缝类型、道数、层数、起始点以及焊接工艺包电流、电压。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤（五）中，离线编程包括对应读取数据接口、离线编程软件；通过读取数据接口，读取并导入点位数据、相关指令至有关离线编程软件，生成工业机器人可执行代码。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤（六）中，执行加工包括上位机协同管理系统；协同3D相机、焊接机械臂、导轨等设备，上位机接收工业机器人可执行代码并进行处理下发，负责指挥3D相机拍摄对应点位，导轨横向运动，焊接机械臂运动控制执行系统，两台机械臂协同作业以及配置相应焊接工艺包。

作为本发明的一种优选方案，所述焊接机械臂进行主焊缝焊接，通过3D相机、视觉算法、多层多道焊缝规划软件、离线编程等导出轨迹数据，通过上位机协同管理系统协作完成智能焊接加工工艺。

本发明的有益效果是：本发明长直焊缝构件智能焊接加工生产工艺满足客户需求对长直焊缝构件的焊接加工要求，整个生产工艺包括软件层面：三维视觉算法、多层多道焊缝规划、离线编程、上位机协同管理等，以及硬件层面：3D相机、焊接机械臂、台架、导轨、上位机等，通过各个设备的整体协作，形成长直焊缝构件智能焊接加工系统；本发明设备分工明确，操作便捷，全程自主设计，控制实现全自动化，比传统生产方式，减少了现场工人的数量和劳动强度，大幅提高焊接工作效率和焊接稳定性，增加了安全性，产品的良品率。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

一种长直焊缝构件智能焊接加工生产工艺，整体工序包括构件进料、相机扫描、获取数据、数据处理、离线编程、执行加工等步骤；

其工作原理如下：通过3D相机对长直焊缝构件得到三维点云；通过视觉算法处理，判断构件是否满足设备焊接加工标准，确定构件端部、截面坡口数据，以及构件在整体坐标系下的空间位置。

通过数据处理，运用多层多道焊缝规划软件，导出对应加工焊接轨迹，焊缝信息、工艺参数等；将处理数据通过读取接口调入离线编程软件中，进行仿真模拟，生成机器人可执行文件。

将可执行文件发送至上位机协同管理系统进行处理并下发，指挥3D相机拍摄对应点位，导轨横向运动，焊接机械臂运动控制以及焊接工艺包，实现长直焊缝构件智能焊接加工。

具体的，一种长直焊缝构件智能焊接加工生产工艺，包括以下步骤：

步骤（一），构件进料；将所需焊接加工的长直焊缝构件通过吊机，吊装放置于台架上；此步骤主要包括负责对长直焊缝构件的输送、定位，构件通过放置机架及夹紧定位结构实现对位。

步骤（二），相机扫描；在远离原点的焊接机械臂上安装3D相机，上位机控制焊机机械臂运动，对长直焊缝构件进行3D拍摄，主要包括构件的端部、长度方向上的梯形坡口截面、带有电渣焊孔处等点位拍摄，获得三维点云数据，确定工件实际所处的空间位置。

相机扫描的动作流程具体为：第一步，焊机机械臂从构件端部侧面拍摄端面，明确构件的中心点位置；第二步，搬运机械臂从构件中心点位置拍摄，隔一定间距进行坡口截面拍摄，确定对应截面的坡口截面形式、尺寸数据以及横向位置；第三步，一面主焊缝焊接完成后翻转180度，重复上述过程，完成焊接加工。

步骤（三），获取数据；第一步，读取3D相机拍摄所生成的点云数据，通过三维视觉算法分析；第二步，明确长直焊缝构件坡口截面尺寸、构件焊接面中心位置以及构件在世界坐标系下的空间位置；第三步，判断长直焊缝构件能否满足设备加工标准，坡口宽度、焊缝深度与焊丝伸长量、焊枪姿态等关系。

步骤（四），数据处理；将构件空间位置坐标以及对应坡口截面点位坐标输入多层多道焊缝规划软件，该软件可自动规划焊缝类型、道数、层数以及匹配相应的焊接工艺包，具体参数包括：焊接工艺包（电流、电压、摆动幅度等），焊缝规划（焊缝类型、焊缝高度、焊缝道数、焊缝层数、起止点、）；形成完整主焊缝焊接加工数据流，并且形成符合工业机器人焊接工艺的轨迹数据文件。

步骤（五），离线编程；第一步，读取多层多道焊缝规划软件导出的轨迹数据；第二步，通过离线编程软件的接口脚本，对点位数据、事件、指令等数据进行自动整理与排序，形成满足离线编程软件读取的文件格式；第三步，导入到离线编程软件中，生成工业机器人可执行代码，代码包括焊接机械臂焊接轨迹、焊接机械臂运行轨迹、焊接工艺参数包以及通讯指令，导轨运动轨迹和相关事件指令、通讯指令。

步骤（六），执行加工；可执行代码发送给上位机，配合机械臂、导轨以及协同管理系统，智能化自动指挥机械臂和导轨运动控制；导轨通过已规划完成的轨迹进行横向模块运动；并发送指令给焊接机械臂，通过已有的焊接轨迹对指定位置进行主焊缝多层多道焊接；完成对长直焊缝构件的智能焊接加工。

焊接机械臂进行主焊缝焊接，通过3D相机、视觉算法、多层多道焊缝规划软件、离线编程等导出轨迹数据，通过上位机协同管理系统协作完成智能焊接加工工艺。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种长直焊缝构件智能焊接加工生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：

步骤（一），构件进料；将所需焊接加工的长直焊缝构件通过吊机，吊装放置于台架上；

步骤（二），相机扫描；焊接机械臂上装配的3D相机，对长直焊缝构件进行3D拍摄，主要针对构件端部、相关截面，确定工件实际所处的空间位置；

步骤（三），获取数据；3D相机拍摄生成相应的点云数据，通过视觉算法处理，获得构件具体尺寸、初始位置、长度方向上截面坡口信息，判断构件是否符合焊接加工标准，确定构件空间位置坐标；

步骤（四），数据处理；将构件空间位置坐标以及焊接所需点位坐标输入，多层多道焊缝规划软件进行数据处理，导出对应焊接加工轨迹，包括起止点、长度、道数、层数、焊接工艺包；

步骤（五），离线编程；将轨迹数据导入对应离线编程软件，进行仿真模拟，生成工业机器人可执行代码，其中包含焊接机械臂、导轨运动轨迹和焊接数据，可直接通过上位机进行下发执行，实现焊接加工；

步骤（六），执行加工；可执行代码发送给上位机，通过上位机协同管理系统指挥机械臂和导轨运动控制，导轨通过已规划完成的轨迹进行横向模块运动；并发送指令给焊接机械臂，通过已有的焊接轨迹对指定位置进行主焊缝多层多道焊接；完成对长直焊缝构件的智能焊接加工。

2.根据权利要求1所述的一种长直焊缝构件智能焊接加工生产工艺，其特征在于：所述步骤（一）中，构件进料包括负责对长直焊缝构件的输送、定位；吊机将构件吊装到台架，通过放置机架及夹紧定位结构实现对位。

3.根据权利要求1所述的一种长直焊缝构件智能焊接加工生产工艺，其特征在于：所述步骤（二）中，三维扫描将3D相机安装在远离原点的焊接机械臂上；通过控制焊接机械臂运动，进行3D相机对应点位的拍摄，获取三维点云数据；包括对长直焊缝构件的端部、长度方向上的梯形坡口截面等点位拍摄。

4.根据权利要求1或3所述的一种长直焊缝构件智能焊接加工生产工艺，其特征在于：所述构件进行相应翻转，3D相机需重新对加工面进行3D拍摄扫描，以保证装配加工精度和准确性。

5.根据权利要求1所述的一种长直焊缝构件智能焊接加工生产工艺，其特征在于：所述步骤（三）中，获取数据包括对构件是否达到设备加工条件的判定，以及视觉算法进行执行；确定构件相应空间坐标点位、构件端部初始位置以及各截面坡口数据。

6.根据权利要求1或5所述的一种长直焊缝构件智能焊接加工生产工艺，其特征在于：所述视觉算法可自主判断构件是否满足设备加工条件，对于构件制造工艺存在的误差，可通过视觉算法进行相应补偿，修正坐标数据。

7.根据权利要求1所述的一种长直焊缝构件智能焊接加工生产工艺，其特征在于：所述步骤（四）中，数据处理包括多层多道焊缝规划软件；对主焊缝位置进行识别并判断，规划对应焊缝道数和层数，确定焊缝类型、道数、层数、起始点以及焊接工艺包电流、电压。

8.根据权利要求1所述的一种长直焊缝构件智能焊接加工生产工艺，其特征在于：所述步骤（五）中，离线编程包括对应读取数据接口、离线编程软件；通过读取数据接口，读取并导入点位数据、相关指令至有关离线编程软件，生成工业机器人可执行代码。

9.根据权利要求1所述的一种长直焊缝构件智能焊接加工生产工艺，其特征在于：所述步骤（六）中，执行加工包括上位机协同管理系统；协同3D相机、焊接机械臂、导轨等设备，上位机接收工业机器人可执行代码并进行处理下发，负责指挥3D相机拍摄对应点位，导轨横向运动，焊接机械臂运动控制执行系统，两台机械臂协同作业以及配置相应焊接工艺包。

10.根据权利要求9所述的一种长直焊缝构件智能焊接加工生产工艺，其特征在于：所述焊接机械臂进行主焊缝焊接，通过3D相机、视觉算法、多层多道焊缝规划软件、离线编程等导出轨迹数据，通过上位机协同管理系统协作完成智能焊接加工工艺。