CN117773400B - 一种智能制造梁场自动化生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能制造梁场自动化生产工艺，属于梁制造技术领域，采用图像采集装置对需要焊接梁的焊接头进行图像采集，并将采集的焊接头的图像信息传输至中央处理器，中央处理器内的图像处理单元根据图像采集装置采集的图像信息，判断梁的焊接头处是否有污物；按照梁生产的特点将待焊接的部分划分为直线区域和拐角区域，沿着直线区域以第一焊接区域的两端为起点，分别向直线区域的两端取M距离，划定为第一应力分散区域，再分别以两个第一应力分散区域的端点向直线区域的两端取L距离划定为第二焊接区域，采用此方式将直线区域划分出N个应力分散区域和K个焊接区域，以此解决了焊接区域的应力集中的问题。

Description

一种智能制造梁场自动化生产工艺

技术领域

本发明属于梁制造技术领域，具体涉及一种智能制造梁场自动化生产工艺。

背景技术

制梁场是钢结构件生产加工的一个重要环节，主要负责加工各种形状、尺寸的钢梁、钢柱、钢板等构件，随着建筑行业的快速发展，钢结构建筑的市场需求逐年增加，为了可以高效、稳定的生产钢结构件，当前采用了在制梁场中加入了智能化控制方式，可以依靠自动化生产的方式来生产和加工钢结构件，大大提高了生产钢结构件的效率。

目前的智能制造梁场自动化生产工艺通常包括以下几个环节：材料准备、开料加工、孔加工、焊接加工、表面处理和成品质检，经过以上几个环节处理之后的钢结构件才可以投入使用，但是目前的智能制造梁场自动化生产工艺在生产钢结构件时，存在一些影响钢结构件精度的问题：目前在梁焊接加工时，由于待焊接部分的距离较长，焊接时候需要以一端连续焊到另一端，但是由于焊接时焊缝处的受到高温产生热变形，产生热应力，就会导致焊接区域的应力集中，从而导致钢结构件的强度和刚度降低，对此，提出一种智能制造梁场自动化生产工艺。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种智能制造梁场自动化生产工艺，解决了现有技术在梁焊接加工时，由于待焊接部分的距离较长，焊接时候需要以一端连续焊到另一端，但是由于焊接时焊缝处的受到高温产生热变形，产生热应力，就会导致焊接区域的应力集中，从而导致钢结构件的强度和刚度降低的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种智能制造梁场自动化生产工艺，包括以下步骤：

S1：采用图像采集装置对需要焊接梁的焊接头进行图像采集，并将采集的焊接头的图像信息传输至中央处理器，中央处理器内的图像处理单元根据图像采集装置采集的图像信息，判断梁的焊接头处是否有污物；若判断为存在污物，中央处理器控制机械手将梁表面存在污物进行清理；

S2：将待焊接的部分划分为直线区域和拐角区域，在直线区域的直线中心处取L距离划定为第一焊接区域，沿着直线区域以第一焊接区域的两端为起点，分别向直线区域的两端取M距离，划定为第一应力分散区域，再分别以两个第一应力分散区域的端点向直线区域的两端取L距离划定为第二焊接区域，以此类推，将直线区域划分出N个应力分散区域和K个焊接区域；

S3：在中央处理器中预设震动参数，并绘制出震动曲线，通过震动曲线是否出现异常，判断焊接时是否出现应力集中，若判断为焊接时出现应力集中，中央处理器控制敲打机构对焊接位置进行敲打以此减少焊缝的应力集中；

S4：中央处理器控制机械手将两个梁的焊接头拼接在一起，中央处理器控制焊机对焊接头进行焊接；

S5：通过焊机分别对两个第一焊接区域、两个第二焊接区域直到两个第K焊接区域进行焊接，再对两个第一应力分散区域、两个第二应力分散区域直到两个第N应力分散区域进行焊接；

S6：对拐角区域焊接，沿着拐角区域的两端向中间进行焊接。

作为本发明进一步的方案，所述S2中的M距离小于L距离。

作为本发明进一步的方案，所述敲打机构包括支撑部、齿轮部、连杆部和敲击部，所述齿轮部和敲击部之间通过连杆部连接，所述齿轮部和敲击部均转动设置在支撑部上，所述齿轮部驱动连杆部往返运动，所述连杆部驱动敲击部往返敲击焊接区域或应力分散区域。

作为本发明进一步的方案，所述连杆部包括弧形连杆和与弧形连杆连接的第一连接杆，所述弧形连杆的两端通过与齿轮部间歇接触，使敲击部往返敲击。

作为本发明进一步的方案，所述弧形连杆包括直杆、第二连接杆和第三连接杆，所述直杆的两端分别与第二连接杆和第三连接杆的一端连接，且直杆与第二连接杆的夹角为钝角，所述直杆与第三连接杆的夹角为锐角，所述第二连接杆和第三连接杆的另一端与齿轮部间歇接触。

作为本发明进一步的方案，所述敲击部包括转动杆和垂直套设在转动杆上的敲击杆，所述连杆部设置在转动杆上，所述转动杆通过阻尼弹簧转动设置在支撑部上，所述连杆部驱动转动杆转动，所述转动杆驱动敲击杆敲击焊接区域或应力分散区域。

作为本发明进一步的方案，所述敲击杆头部设有用于检测焊接区域或应力分散区域处温度的温度传感器，所述敲击杆头部设有用于检测焊接区域或应力分散区域处温度的温度传感器，所述温度传感器将实时监测的温度信息传输至中央处理器，所述中央处理器根据接收的来自温度传感器的实时温度信息控制焊机的焊枪温度。

作为本发明进一步的方案，所述支撑部下方设有移动轮。

本发明的有益效果为：

按照梁生产的特点将待焊接的部分划分为直线区域和拐角区域，当针对直线区域焊接时，在直线区域的直线中心处取L距离划定为第一焊接区域，沿着直线区域以第一焊接区域的两端为起点，分别向直线区域的两端取M距离，划定为第一应力分散区域，再分别以两个第一应力分散区域的端点向直线区域的两端取L距离划定为第二焊接区域，采用此方式将直线区域划分出N个应力分散区域和K个焊接区域，然后分别对两个第一焊接区域、两个第二焊接区域直到两个第K焊接区域进行焊接，再对两个第一应力分散区域、两个第二应力分散区域直到两个第N应力分散区域进行焊接，最后再沿着拐角区域的两端向中间进行焊接，以此解决了焊接时焊缝处的受到高温产生热变形，产生热应力，就会导致焊接区域的应力集中，从而导致钢结构件的强度和刚度降低的问题。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的敲打机构结构示意图；

图2为本发明的弧形连杆结构示意图；

图3为本发明的敲击部结构示意图;

图4为本发明的应力分散区域和焊接区域的划分示意图。

主要元件符号说明：

图中：1、支撑部；2、齿轮部；3、连杆部；31、弧形连杆；311、直杆；312、第二连接杆；313、第三连接杆；32、第一连接杆；4、敲击部；41、转动杆；42、敲击杆；A、直线区域；B、拐角区域。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

请参阅图1-4，本实施例提供了一种智能制造梁场自动化生产工艺，包括以下步骤：

S1：采用图像采集装置对需要焊接梁的焊接头进行图像采集，并将采集的焊接头的图像信息传输至中央处理器，中央处理器内的图像处理单元根据图像采集装置采集的图像信息，判断梁的焊接头处是否有污物；若判断为存在污物，中央处理器控制机械手将梁表面存在污物进行清理；通过对梁表面存在污物进行清理，可以减少了焊接时应力集中，中央处理器外接智能化控制系统，整个梁场生产工艺是通过智能化控制系统控制实现自动化生产的，无需人工参与生产；

S2：将待焊接的部分划分为直线区域和拐角区域，在直线区域的直线中心处取L距离划定为第一焊接区域，沿着直线区域以第一焊接区域的两端为起点，分别向直线区域的两端取M距离，划定为第一应力分散区域，再分别以两个第一应力分散区域的端点向直线区域的两端取L距离划定为第二焊接区域，以此类推，将直线区域划分出N个应力分散区域和K个焊接区域，如图4所示；

S3：在中央处理器中预设震动参数，并绘制出震动曲线，通过震动曲线是否出现异常，判断焊接时是否出现应力集中，若判断为焊接时出现应力集中，中央处理器控制敲打机构对焊接位置进行敲打以此减少焊缝的应力集中；

S4：中央处理器控制机械手将两个梁的焊接头拼接在一起，中央处理器控制焊机对焊接头进行焊接，此处通过采用中央处理器控制机械手将两个梁的焊接头拼接在一起时，是需要保证两个梁的焊接头之间紧密贴合，没有缝隙；

S5：通过焊机分别对两个第一焊接区域、两个第二焊接区域直到两个第K焊接区域进行焊接，再对两个第一应力分散区域、两个第二应力分散区域直到两个第N应力分散区域进行焊接；此处两个第二焊接区域直到两个第K焊接区域和两个第一应力分散区域、两个第二应力分散区域直到两个第N应力分散区域中的两个相同的区域都是关于直线中心处对称的，因为只有设计对称的才可以保证两端受力均匀，可以更好的减少应力集中；

S6：对拐角区域焊接，沿着拐角区域的两端向中间进行焊接，此处对于拐角区域焊接时，由于拐角区域的距离相比于直线区域是比较小的，因此对于拐角区域焊接，沿着拐角区域的两端向中间进行焊接即可，不用再对此划分多个区域了。

在制作钢结构构件之前，需要准备各种材料，包括钢板、钢管等，材料的质量和参数要符合设计要求，目前的制梁场是钢结构件生产加工的一个重要环节，为了提高生产效率，采用了在制梁场中加入了智能化控制方式，依靠自动化生产的方式来生产和加工钢结构件，大大提高了生产钢结构件的效率，智能制造梁场自动化生产工艺通常包括以下几个环节：材料准备、开料加工、孔加工、焊接加工、表面处理和成品质检，经过以上几个环节处理之后的钢结构件才可以投入使用，但是目前的智能制造梁场自动化生产工艺在生产钢结构件时，存在一些影响钢结构件精度的问题，目前在梁焊接加工时，由于待焊接部分的距离较长，焊接时候需要以一端连续焊到另一端，但是由于焊接时焊缝处的受到高温产生热变形，产生热应力，就会导致焊接区域的应力集中，从而导致钢结构件的强度和刚度降低。

为了解决上述问题，本实施例中，采用图像采集装置对需要焊接梁的焊接头进行图像采集，并将采集的焊接头的图像信息传输至中央处理器，中央处理器内的图像处理单元根据图像采集装置采集的图像信息，判断梁的焊接头处是否有污物；若判断为存在污物，中央处理器控制机械手将梁表面存在污物进行清理；通过对梁表面存在污物进行清理，可以减少了焊接时污物对应力集中的影响，按照梁生产的特点将待焊接的部分划分为直线区域和拐角区域，当针对直线区域焊接时，在直线区域的直线中心处取L距离划定为第一焊接区域，沿着直线区域以第一焊接区域的两端为起点，分别向直线区域的两端取M距离，划定为第一应力分散区域，再分别以两个第一应力分散区域的端点向直线区域的两端取L距离划定为第二焊接区域，采用此方式将直线区域划分出N个应力分散区域和K个焊接区域，然后分别对第一焊接区域、两个第二焊接区域直到两个第K焊接区域进行焊接，再对两个第一应力分散区域、两个第二应力分散区域直到两个第N应力分散区域进行焊接，最后再沿着拐角区域的两端向中间进行焊接，以此解决了焊接时焊缝处的受到高温产生热变形，产生热应力，就会导致焊接区域的应力集中，从而导致钢结构件的强度和刚度降低的问题。

由于在焊接过程中，划分应力分散区域的目的是将整个连续的焊接区域切开，以此来减少应力集中，但是如果划分应力分散区域长度大于每次一小段的焊接区域长度，后续还需要对应力分散区域再次划分，那么会导致焊接效率变慢，因为焊接区域长度划分是根据实际采用的焊接方式以及焊条材料以及工件材料等诸多因素共同确定的长度，因此，在一实施例中，S2中的M距离小于L距离，此处还可以将M距离的设置值不小于L距离的二分之一即可，这样可以减少焊接时分段的次数。

另外，焊接时，因为焊接加工前会进行孔加工，如果遇到钢结构件上的孔靠近焊接部位时，可以先对孔边缘进行处理使得孔的边缘变为圆滑的，可以以此先减少孔对应力集中的影响，然后再处理附近焊接时应力集中的影响，可以避免了孔的存在导致应力集中对焊接造成影响。

值得说明的是，在实际焊接过程中，由于焊接是将金属材料加热至熔点，然后使其冷却固化的过程，在这个过程中，由于热量的集中和不均匀引起了材料的热胀冷缩，从而形成了焊接应力，上述采用了分别对焊接区域和应力分散区域的焊接，可以减少了大部分的应力集中，但是仍会有部分的残余应力存在，而梁设计时又需要的精度较高，为了解决此问题，在一实施例中，对焊接区域和应力分散区域进行焊接时，在焊缝和堆焊层炽热的状态下采用敲打机构对焊接之后的焊接区域或应力分散区域进行敲打，通过敲打用于减少焊缝的收缩和内应力集中。

需要说明的是，通过对已经焊接的区域进行敲打以此减少焊缝的收缩和内应力集中，在具体敲打时，若采用锤子进行人工敲打，会降低焊接效率，同时人工敲打的力度大小是无法保证的，无法保证每一次敲打的力度刚好，如果敲击过重会导致影响焊接处的效果，若敲击过轻就会导致无法避免内应力集中，为了解决此问题，对此，在一实施例中，敲打机构包括支撑部1、齿轮部2、连杆部3和敲击部4，支撑部1是将齿轮部2、连杆部3和敲击部4支撑起来，更方便敲击焊接处，齿轮部2为齿轮，齿轮部2和敲击部4之间通过连杆部3连接，齿轮部2和敲击部4均转动设置在支撑部1上，齿轮部2驱动连杆部3往返运动，连杆部3驱动敲击部4往返敲击焊接区域或应力分散区域，支撑部1下方安装有移动轮，此处的移动轮可以由智能化控制系统控制着运动，便于对所有的焊接位置进行敲击操作，齿轮部2是连接有驱动电机的，驱动电机和智能化控制系统通信连接，通过电机驱动齿轮部2转动，齿轮部2通过齿轮的齿牙带动了连杆部3往返运动，而连杆部3往返运动驱动了敲击部4往返敲击焊接区域或应力分散区域，通过对已经焊接的区域进行敲打以此减少焊缝的收缩和内应力集中，并且此处采用机械结构，可以保证每次的敲击力度是相同的，此敲击力度可以根据实际情况预先设计好。

由于在使用时，是通过连杆部3往返运动驱动了敲击部4往返敲击焊接区域或应力分散区域，但是实际上连杆部3的两端如果是一直和齿轮部2接触，那么就会出现连杆部3与齿轮部2的齿牙阻挡，会导致齿轮部2的齿牙与连杆部3形成干涉，为了避免此情况发生，对此，在一实施例中，连杆部3包括弧形连杆31和与弧形连杆31连接的第一连接杆32，弧形连杆31的两端通过间歇与齿轮部2接触，使敲击部4往返敲击，此处的弧形连杆31的两端通过间歇与齿轮部2接触意思是，弧形连杆31的其中一端与齿轮部2接触时，另一端没有和齿轮部2接触，弧形连杆31以此方式交替间歇与齿轮部2接触，使得敲击部4往返敲击。

需要说明的是，如果此处采用的弧形连杆31是普通的弧形连杆31，那么就不能保证齿轮部2转动时刚好可以使得弧形连杆31交替间歇地与齿轮部2接触，从而使得敲击部4往返敲击，对此，需要对此处弧形连杆31的具体结构做限制说明，对此，在一实施例中，弧形连杆31包括直杆311、第二连接杆312和第三连接杆313，直杆311的两端分别与第二连接杆312和第三连接杆313的一端连接，且直杆311与第二连接杆312的夹角为钝角，直杆311与第三连接杆313的夹角为锐角，此处的直杆311与第二连接杆312和第三连接杆313的夹角，一个为钝角，一个为锐角，是属于特定的结构，如果更换钝角和锐角的位置导致弧形连杆31无法交替间歇地与齿轮部2接触，具体结构如图2所示的，第二连接杆312和第三连接杆313的另一端间歇与齿轮部2接触。

进一步地，当弧形连杆31运动时，当齿轮部2的齿牙驱动第三连接杆313沿着齿牙底部向顶部运动时，使得敲击部4远离焊接位置，当第三连接杆313滑过齿牙顶部运动时，此时如果只是依靠敲击部4重力使得第三连接杆313恢复原位，同时使得敲击部4敲击焊接位置，那么就会导致敲击时的力度太小，且不容易控制敲击力度，为了解决此问题，在一实施例中，敲击部4包括转动杆41和垂直套设在转动杆41上的敲击杆42，连杆部3设置在转动杆41上，转动杆41通过阻尼弹簧转动设置在支撑部1上，连杆部3驱动转动杆41转动，转动杆41驱动敲击杆42敲击焊接区域或应力分散区域，此处的阻尼弹簧可以使得当齿轮部2的齿牙驱动第三连接杆313沿着齿牙底部向顶部运动时，阻尼弹簧压缩，当第三连接杆313滑过齿牙顶部运动时，阻尼弹簧恢复形变，使得第三连接杆313恢复原位，可以根据实际需要敲击的力设计阻尼弹簧即可，且此处的阻尼弹簧可以更换。

另外，需要说明的一点是，焊接钢件的温度很高，特别是电弧温度得2000℃以上，敲打时，在焊接之后温度还是比较高的，在焊接之后立马进行敲打的效果不好，因为焊金属温度800℃时效果最好，温度过低，在300℃左右就不允许敲打了，如果再敲打就会导致焊接处发生裂纹，为了解决此问题，在一实施例中，敲击杆42头部设有用于检测焊接区域或应力分散区域处温度的温度传感器，温度传感器外接智能化控制系统，通过温度传感器可以得知焊接区域或应力分散区域的温度，不仅可以在最佳的温度进行敲打，还可以避免温度过低敲打时导致焊接处发生裂纹。

本发明的工作原理及使用流程：

使用时，采用图像采集装置对需要焊接梁的焊接头进行图像采集，并将采集的焊接头的图像信息传输至中央处理器，中央处理器内的图像处理单元根据图像采集装置采集的图像信息，判断梁的焊接头处是否有污物；若判断为存在污物，中央处理器控制机械手将梁表面存在污物进行清理；通过对梁表面存在污物进行清理，可以减少了焊接时污物对应力集中的影响，按照梁生产的特点将待焊接的部分划分为直线区域和拐角区域，当针对直线区域焊接时，在直线区域的直线中心处取L距离划定为第一焊接区域，沿着直线区域以第一焊接区域的两端为起点，分别向直线区域的两端取M距离，划定为第一应力分散区域，再分别以两个第一应力分散区域的端点向直线区域的两端取L距离划定为第二焊接区域，采用此方式将直线区域划分出N个应力分散区域和K个焊接区域，然后分别对两个第一焊接区域、两个第二焊接区域直到两个第K焊接区域进行焊接，再对两个第一应力分散区域、两个第二应力分散区域直到两个第N应力分散区域进行焊接，最后再沿着拐角区域的两端向中间进行焊接；

在焊接时，通过智能化控制系统控制移动轮运动，通过智能化控制系统控制驱动电机运动，驱动电机驱动齿轮部2转动，齿轮部2驱动弧形连杆31交替间歇地与齿轮部2接触，弧形连杆31的其中一端与齿轮部2接触时，另一端没有和齿轮部2接触，弧形连杆31以此方式交替间歇与齿轮部2接触，使得敲击部4往返敲击，以此减少焊缝的收缩和内应力集中。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种智能制造梁场自动化生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1：采用图像采集装置对需要焊接梁的焊接头进行图像采集，并将采集的焊接头的图像信息传输至中央处理器，中央处理器内的图像处理单元根据图像采集装置采集的图像信息，判断梁的焊接头处是否有污物；若判断为存在污物，中央处理器控制机械手将梁表面存在污物进行清理；

S2：将待焊接的部分划分为直线区域和拐角区域，在直线区域的直线中心处取L距离划定为第一焊接区域，沿着直线区域以第一焊接区域的两端为起点，分别向直线区域的两端取M距离，划定为第一应力分散区域，再分别以两个第一应力分散区域的端点向直线区域的两端取L距离划定为第二焊接区域，以此类推，将直线区域划分出N个应力分散区域和K个焊接区域；

S3：在中央处理器中预设震动参数，并绘制出震动曲线，通过震动曲线是否出现异常，判断焊接时是否出现应力集中，若判断为焊接时出现应力集中，中央处理器控制敲打机构对焊接位置进行敲打以此减少焊缝的应力集中；

S4：中央处理器控制机械手将两个梁的焊接头拼接在一起，中央处理器控制焊机对焊接头进行焊接；

S5：通过焊机分别对两个第一焊接区域、两个第二焊接区域直到两个第K焊接区域进行焊接，再对两个第一应力分散区域、两个第二应力分散区域直到两个第N应力分散区域进行焊接；

S6：对拐角区域焊接，沿着拐角区域的两端向中间进行焊接；

所述敲打机构包括支撑部、齿轮部、连杆部和敲击部，所述齿轮部和敲击部之间通过连杆部连接，所述齿轮部和敲击部均转动设置在支撑部上，所述齿轮部驱动连杆部往返运动，所述连杆部驱动敲击部往返敲击焊接区域或应力分散区域；

所述连杆部包括弧形连杆和与弧形连杆连接的第一连接杆，所述弧形连杆的两端通过与齿轮部间歇接触，使敲击部往返敲击；

所述弧形连杆包括直杆、第二连接杆和第三连接杆，所述直杆的两端分别与第二连接杆和第三连接杆的一端连接，且直杆与第二连接杆的夹角为钝角，所述直杆与第三连接杆的夹角为锐角，所述第二连接杆和第三连接杆的另一端与齿轮部间歇接触。

2.根据权利要求1所述的一种智能制造梁场自动化生产工艺，其特征在于，所述S2中的M距离小于L距离。

3.根据权利要求1所述的一种智能制造梁场自动化生产工艺，其特征在于，所述敲击部包括转动杆和垂直套设在转动杆上的敲击杆，所述连杆部设置在转动杆上，所述转动杆通过阻尼弹簧转动设置在支撑部上，所述连杆部驱动转动杆转动，所述转动杆驱动敲击杆敲击焊接区域或应力分散区域。

4.根据权利要求3所述的一种智能制造梁场自动化生产工艺，其特征在于，所述敲击杆头部设有用于检测焊接区域或应力分散区域处温度的温度传感器，所述温度传感器将实时监测的温度信息传输至中央处理器，所述中央处理器根据接收的来自温度传感器的实时温度信息控制焊机的焊枪温度。

5.根据权利要求1所述的一种智能制造梁场自动化生产工艺，其特征在于，所述支撑部下方设有移动轮。