CN217019104U - 结构件焊缝自动检测修补单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种结构件焊缝自动检测修补单元，包括自动检测部分、自动修补部分和集中电控部分；自动检测部分包括定位检测工位台、抓取码放机械臂Ⅰ、自动检测机械臂和自动检测电控装置；自动修补部分包括定位修补工位台、抓取码放机械臂Ⅱ、自动修补机械臂和自动修补电控装置；集中电控部分包括分别与自动检测控制器和自动修补控制器电连接的工业控制计算机。本实用新型完全采用电脑控制自动化操作、可以与工厂的数字总线无缝连接实现集中数字化管理，自动化程度较高、检测效率高，可避免因操作人员责任心、情绪等人为因素对生产进度的影响，同时可免受操作人员操作技能熟练程度的限制，特别适用于数字总线工厂的结构件焊缝检测工序。

Description

结构件焊缝自动检测修补单元

技术领域

本实用新型涉及一种检测单元，具体是一种适用于结构件的焊缝进行检测的焊缝检测单元，属于结构件制造技术领域。

背景技术

机械行业中指的结构件是用刚性材料制成的、具有一定形状并能够承受载荷的结构实体，一般是由多种不同形状的钢板零件定位拼接并焊接形成结构实体，通常有箱型结构、架型结构、杆型结构、筒型结构、罐型结构等结构形式，如工程机械的机架、油箱、机械臂、工作机具等部件，如列车的转向架、底盘等部件，如物流车辆的底盘、集装箱等部件，如储存压力气体或液体的压力容器，均属于结构件。

结构件焊接过程中，焊接工艺参数与操作工艺对焊接质量起着决定性作用，焊接工艺参数或操作工艺选用不当往往会造成咬边、未熔合、未焊透、气孔、裂纹、夹层等焊接缺陷，焊接缺陷直接影响结构件的力学性能和使用寿命、严重时甚至会诱发安全事故，因此对焊缝进行检测、并根据检测结果进行返修，对结构件而言是非常必要的。针对用于盛装液压油或燃油的油箱、或者用于盛装压力气体的压力容器等密闭结构的结构件，焊接不仅要考虑结构件的力学性能、而且还要考虑结构件整体的渗漏问题。

钢结构件焊缝检测通常无法在完成焊接后即刻进行检测，必须在焊接完成并冷却至室温后再进行焊缝检测，在第九版AWS焊接手册第一部分《材料与应用》第四卷中有记载：氢致裂纹又称为皮下裂纹、冷裂纹或延迟裂纹，常在碳钢和低合金钢焊后出现，焊缝金属或焊接热影响区的裂纹敏感性与该区域的化学成分、氢含量以及拉应力水平有关，氢致裂纹一般在150℃以下出现，既可能在焊缝冷却过程中直接出现、也可能在48小时内潜伏出现，因此对氢致裂纹较为敏感的碳钢、低合金钢等钢种，通常需在焊接完成48小时以后再进行焊缝检测。也就是说，即使结构件可以实现焊接机器人的自动焊接，也需将完成焊接的结构件焊成品自焊接平台上取下、并时效处理后再放置在检测平台上进行焊缝检测，这就存在焊缝检测的定位基准与焊接过程中的定位基准存在偏差的问题，结构件的焊缝检测无法实现在焊接平台上定位基准不变的在线检测。另外，由于焊接变形无法避免，因此焊接件的公差范围一般是粗放的毫米级别，完成焊接的结构件焊成品尺寸通常与标准的结构件设计尺寸存在偏差，这就造成按照标准的结构件设计尺寸生成的结构件焊缝建模模型的焊缝位置尺寸和路径长度与实际结构件焊成品的焊缝位置和路径长度存在偏差，因此，结构件的焊缝检测难以实现自动化，通常是采用检验人员通过检测仪器进行人工检测的方式，然而人工检测的方式不仅存在检验人员的责任心、情绪等人为因素对检测进度的影响，而且对检验人员的检测技能、检测经验等技能要求较高。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种结构件焊缝自动检测修补单元，自动化程度较高，能够实现结构件焊接成品焊缝的自动检测，可提高检测效率的同时避免人为因素的影响，特别适用于数字总线工厂的结构件焊缝检测工序。

为了实现上述目的，本结构件焊缝自动检测修补单元包括自动检测部分、自动修补部分和集中电控部分；

所述的自动检测部分包括定位检测工位台、抓取码放机械臂Ⅰ、自动检测机械臂和自动检测电控装置；

定位检测工位台包括底座Ⅰ和检测平台；底座Ⅰ固定安装在地面上；水平设置的检测平台安装在底座Ⅰ上，检测平台的顶平面上设有结构件定位检验基准原点和相对于结构件定位检验基准原点配合设置的多个结构件定位机构Ⅰ，结构件定位机构Ⅰ包括与结构件的检测基准面尺寸配合的定位基准面；

抓取码放机械臂Ⅰ设置在定位检测工位台附近，抓取码放机械臂Ⅰ至少包括X坐标驱动总成和Z坐标驱动总成、或者抓取码放机械臂Ⅰ至少包括Y坐标驱动总成和Z坐标驱动总成，抓取码放机械臂Ⅰ的末节上设有抓取码放机械手Ⅰ，抓取码放机械手Ⅰ上设有抓取码放机构，抓取码放机械臂Ⅰ附近设有结构件检测输入抓取工位和结构件检测输出码放工位；

自动检测机械臂设置在定位检测工位台附近，自动检测机械臂至少包括X坐标驱动总成、Y坐标驱动总成和Z坐标驱动总成，自动检测机械手至少通过A坐标旋转驱动总成和B坐标旋转驱动总成安装在自动检测机械臂的末节上，自动检测机械手上设有检测探头和检测距离传感器；

自动检测电控装置包括自动检测控制器和自动检测控制回路，自动检测控制器分别与抓取码放机械臂Ⅰ的坐标驱动总成、抓取码放机械手Ⅰ的抓取码放机构、自动检测机械臂的坐标驱动总成、自动检测机械手的坐标驱动总成、自动检测机械手的检测探头和检测距离传感器电连接；

所述的自动修补部分包括定位修补工位台、抓取码放机械臂Ⅱ、自动修补机械臂和自动修补电控装置；

定位修补工位台包括底座Ⅱ和修补平台；底座Ⅱ固定安装在地面上；水平设置的修补平台安装在底座Ⅱ上，修补平台的顶平面上设有对应结构件定位检验基准原点的结构件定位修补基准原点和相对于结构件定位修补基准原点配合设置的多个结构件定位机构Ⅱ，结构件定位机构Ⅱ包括与结构件的检测基准面尺寸配合的定位基准面；

抓取码放机械臂Ⅱ设置在定位修补工位台的附近，抓取码放机械臂Ⅱ至少包括X坐标驱动总成和Z坐标驱动总成、或者抓取码放机械臂Ⅱ至少包括Y坐标驱动总成和Z坐标驱动总成，抓取码放机械臂Ⅱ的末节上设有抓取码放机械手Ⅱ，抓取码放机械手Ⅱ上设有抓取码放机构，抓取码放机械臂Ⅱ附近设有结构件修补输入抓取工位和结构件修补输出码放工位；

自动修补机械臂设置在定位修补工位台附近，自动修补机械臂至少包括X坐标驱动总成、Y坐标驱动总成和Z坐标驱动总成，自动修补机械手通过A坐标旋转驱动总成、B坐标旋转驱动总成和C坐标旋转驱动总成安装在自动检测机械臂的末节上，自动修补机械手上设有焊缝处理机构、与送丝机构连接的自动焊枪以及修补距离传感器；

自动修补电控装置包括自动修补控制器和自动修补控制回路，自动修补控制器分别与抓取码放机械臂Ⅱ的坐标驱动总成、抓取码放机械手Ⅱ的坐标驱动总成、抓取码放机械手Ⅱ的抓取码放机构、自动修补机械臂的坐标驱动总成、自动修补机械手的坐标驱动总成、焊缝处理机构、自动焊枪和修补距离传感器电连接；

所述的集中电控部分包括工业控制计算机，工业控制计算机分别与自动检测控制器和自动修补控制器电连接。

作为本实用新型的进一步改进方案，修补平台的几何中心位置通过C坐标旋转驱动总成与底座Ⅱ安装连接；修补平台还通过A坐标旋转驱动总成或B坐标旋转驱动总成与底座Ⅱ安装连接，且修补平台通过A坐标旋转驱动总成或B坐标旋转驱动总成进行旋转时，修补平台的几何中心位置相对于底座Ⅱ的高度尺寸不变。

作为本实用新型的优选方案，针对结构件的焊缝缺陷检测，自动检测机械手上的检测探头优选为相控阵超声探头。

作为本实用新型的进一步改进方案，针对油箱结构件或压力容器结构件的渗漏检测，自动检测部分还包括法兰端盖密闭封堵装置，法兰端盖密闭封堵装置包括与结构件的法兰端口的数量和尺寸配合的法兰密封端盖，法兰密封端盖上设有与结构件的法兰端口配合的密封环或密封垫等密封部件、且至少一个法兰密封端盖上设有贯穿法兰密封端盖的压力气体输入端口，自动检测机械手上的检测探头是气密性检测探头。

作为本实用新型的进一步改进方案，法兰端盖密闭封堵装置还包括设置在定位检测工位台附近的法兰密封端盖码放架和设置在定位检测工位台与法兰密封端盖码放架之间的法兰密封端盖抓取码放机械臂，不同规格的法兰密封端盖顺序定位码放在法兰密封端盖码放架上，法兰密封端盖抓取码放机械臂至少包括X坐标驱动总成或Y坐标驱动总成或Z坐标驱动总成，法兰密封端盖抓取码放机械臂的末节上设有包括抓取码放机构的法兰密封端盖抓取码放机械手，自动检测电控装置还包括法兰密封端盖自动安装控制回路，法兰密封端盖抓取码放机械臂的坐标驱动总成和法兰密封端盖抓取码放机械手的抓取码放机构分别与自动检测控制器电连接。

作为本实用新型的进一步改进方案，法兰密封端盖上设有自锁紧结构。

作为本实用新型的一种实施方式，自动检测机械手上的气密性检测探头是图像识别传感器、且自动检测机械手上图像识别传感器沿焊缝检测路径移动方向的前方位置设有皂液均匀涂抹机构，皂液均匀涂抹机构通过管路与皂液供给源连接。

作为本实用新型的另一种实施方式，充入结构件内部的压力气体是惰性气体，自动检测机械手上的气密性检测探头是对应充入惰性气体的惰性气体质谱检测探头。

作为本实用新型的进一步改进方案，定位检测工位台和定位修补工位台并列设置，抓取码放机械臂Ⅰ与抓取码放机械臂Ⅱ共用同一个门架结构抓取码放机械臂，结构件检测输入抓取工位与结构件修补输入抓取工位共用同一个工位，结构件检测输出码放工位与结构件修补输出码放工位共用同一个工位。

作为本实用新型的进一步改进方案，抓取码放机械手Ⅰ和抓取码放机械手Ⅱ上均设有抓取码放距离传感器和/或抓取码放模式识别传感器。

与现有技术相比，本结构件焊缝自动检测修补单元对结构件进行焊缝自动检测时，工业控制计算机通过人工输入或数字总线的方式获得包括标准结构件模型和需检测焊缝的位置信息、焊缝高度信息、焊缝长度信息等标准焊缝数据信息后，先以检测平台的结构件定位检验基准原点为基准构建包括焊缝检测路径数据、检测探头与需检测焊缝之间的距离数据以及检测探头垂直于需检测焊缝的位姿角度数据的结构件检测模型，再控制自动检测机械手使检测探头沿焊缝检测路径坐标移动，检测探头实时向工业控制计算机反馈检测结果，工业控制计算机记录焊缝缺陷的坐标位置信息、焊缝缺陷沿焊缝走向的缺陷长度信息以及焊缝缺陷的深度信息并存储，检测探头移动至焊缝检测路径终点后即完成结构件焊成品的焊缝自动检测；对结构件进行焊缝自动修补时，工业控制计算机先以结构件检测模型为基础构建结构件修补模型，再控制自动修补机械手使焊缝处理机构贴靠在焊缝缺陷位置、并对焊缝缺陷位置附近设定范围内的焊缝进行破除，然后控制自动修补机械手使自动焊枪按照焊缝修补长度数据以及焊缝修补高度数据进行补焊。本结构件焊缝自动检测修补单元完全采用电脑控制自动化操作、可以与工厂的数字总线无缝连接实现集中数字化管理，自动化程度较高、检测效率高，可避免因操作人员责任心、情绪等人为因素对生产进度的影响，同时可免受操作人员操作技能熟练程度的限制，特别适用于数字总线工厂的结构件焊缝检测工序。

附图说明

图1是采用本结构件焊缝自动检测修补单元对油箱结构件进行自动检测和修补时的三维示意图。

图中：1、定位检测工位台，11、底座Ⅰ，12、检测平台，2、抓取码放机械臂Ⅰ，21、抓取码放机械手Ⅰ，3、自动检测机械臂，31、自动检测机械手，4、定位修补工位台，41、底座Ⅱ，42、修补平台，5、抓取码放机械臂Ⅱ，51、抓取码放机械手Ⅱ，6、自动修补机械臂，61、自动修补机械手。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型做进一步说明(以下以沿水平左右方向坐标移动为X坐标方向、以沿水平前后方向坐标移动为Y坐标方向、以沿竖直上下方向坐标移动为Z坐标方向、以沿X坐标轴作为旋转轴线的旋转坐标移动为A坐标方向、以沿Y坐标轴作为旋转轴线的旋转坐标移动为B坐标方向、以沿Z坐标轴作为旋转轴线的旋转坐标移动为C坐标方向进行描述)。

如图1所示，本结构件焊缝自动检测修补单元包括自动检测部分、自动修补部分和集中电控部分。

所述的自动检测部分包括定位检测工位台1、抓取码放机械臂Ⅰ2、自动检测机械臂3和自动检测电控装置；

定位检测工位台1包括底座Ⅰ11和检测平台12；底座Ⅰ11固定安装在地面上；水平设置的检测平台12安装在底座Ⅰ11上，检测平台12的顶平面上设有结构件定位检验基准原点和相对于结构件定位检验基准原点配合设置的多个结构件定位机构Ⅰ，为简化基准相对坐标计算，检测平台12的结构件定位检验基准原点位置优选为检测平台12的几何中心位置，结构件定位机构Ⅰ包括与结构件的检测基准面尺寸配合的定位基准面，结构件定位机构Ⅰ可以是针对特定单一结构件的检测基准面、相对于检测平台12的结构件定位检验基准原点位置简单定位设置在检测平台12顶平面上的定位凹槽或定位凸起，通过将特定单一结构件的检测基准面置入定位凹槽内部或由多个定位凸起围成的定尺空间内部实现特定单一结构件的准确坐标定位，结构件定位机构Ⅰ也可以是为实现通用性而相对于检测平台12的结构件定位检验基准原点位置设置的多个定位块、且定位块通过X坐标驱动总成或Y坐标驱动总成安装在检测平台12的顶平面上，可控制多个定位块相对于检测平台12的结构件定位检验基准原点的坐标移动定位实现改变定位块之间的间距尺寸、进而可以通过将结构件的检测基准面置入由多个定位块围成的定尺空间内部实现结构件的准确坐标定位；

抓取码放机械臂Ⅰ2设置在定位检测工位台1的附近，抓取码放机械臂Ⅰ2至少包括X坐标驱动总成和Z坐标驱动总成、或者抓取码放机械臂Ⅰ2至少包括Y坐标驱动总成和Z坐标驱动总成，抓取码放机械臂Ⅰ2的末节上设有抓取码放机械手Ⅰ21，抓取码放机械手Ⅰ21上设有抓取码放机构，抓取码放机构可以是通过电磁控制的磁吸附抓取码放结构、也可以是通过控制机械指或定位夹持块的开合进行夹持的夹持抓取码放结构等其他抓取码放结构，抓取码放机械臂Ⅰ2的附近设有结构件检测输入抓取工位和结构件检测输出码放工位；为了实现抓取码放机械手Ⅰ21的准确抓取和码放，抓取码放机械手21上可设置抓取码放距离传感器和/或抓取码放模式识别传感器；

自动检测机械臂3设置在定位检测工位台1的附近，自动检测机械臂3至少包括X坐标驱动总成、Y坐标驱动总成和Z坐标驱动总成，自动检测机械手31至少通过A坐标旋转驱动总成和B坐标旋转驱动总成安装在自动检测机械臂3的末节上，自动检测机械手31上设有检测探头和检测距离传感器，为实现双面焊缝的检测，自动检测机械臂3可相对于定位检测工位台1对置设置为两个；

自动检测电控装置包括自动检测控制器和自动检测控制回路，自动检测控制器分别与抓取码放机械臂Ⅰ2的坐标驱动总成、抓取码放机械手Ⅰ21的抓取码放机构、自动检测机械臂3的坐标驱动总成、自动检测机械手31的坐标驱动总成、自动检测机械手31的检测探头和检测距离传感器电连接。

所述的自动修补部分包括定位修补工位台4、抓取码放机械臂Ⅱ5、自动修补机械臂6和自动修补电控装置；

定位修补工位台4包括底座Ⅱ41和修补平台42；底座Ⅱ41固定安装在地面上；水平设置的修补平台42安装在底座Ⅱ41上，修补平台42的顶平面上设有对应结构件定位检验基准原点的结构件定位修补基准原点和相对于结构件定位修补基准原点配合设置的多个结构件定位机构Ⅱ，同结构件定位机构Ⅰ，结构件定位机构Ⅱ包括与结构件的检测基准面尺寸配合的定位基准面，结构件定位机构Ⅱ可以是针对特定单一结构件的检测基准面、相对于修补平台42的结构件定位修补基准原点位置简单定位设置在修补平台42顶平面上的定位凹槽或定位凸起，通过将特定单一结构件的检测基准面置入定位凹槽内部或由多个定位凸起围成的定尺空间内部实现特定单一结构件的准确坐标定位，结构件定位机构Ⅱ也可以是为实现通用性而相对于修补平台42的结构件定位修补基准原点位置设置的多个定位块、且定位块通过X坐标驱动总成或Y坐标驱动总成安装在修补平台42的顶平面上，可控制多个定位块相对于修补平台42的结构件定位修补基准原点的坐标移动定位实现改变定位块之间的间距尺寸、进而可以通过将结构件的检测基准面置入由多个定位块围成的定尺空间内部实现结构件的准确坐标定位；

抓取码放机械臂Ⅱ5设置在定位修补工位台4的附近，抓取码放机械臂Ⅱ5至少包括X坐标驱动总成和Z坐标驱动总成、或者抓取码放机械臂Ⅱ5至少包括Y坐标驱动总成和Z坐标驱动总成，抓取码放机械臂Ⅱ5的末节上设有抓取码放机械手Ⅱ51，同抓取码放机械手Ⅰ21，抓取码放机械手Ⅱ51上设有抓取码放机构，抓取码放机构可以是通过电磁控制的磁吸附抓取码放结构、也可以是通过控制机械指或定位夹持块的开合进行夹持的夹持抓取码放结构等其他抓取码放结构，抓取码放机械臂Ⅱ5的附近设有结构件修补输入抓取工位和结构件修补输出码放工位；为了实现抓取码放机械手Ⅱ51的准确抓取和码放，抓取码放机械手Ⅱ51上可设置抓取码放距离传感器和/或抓取码放模式识别传感器；

自动修补机械臂6设置在定位修补工位台4的附近，自动修补机械臂6至少包括X坐标驱动总成、Y坐标驱动总成和Z坐标驱动总成，自动修补机械手61通过A坐标旋转驱动总成、B坐标旋转驱动总成和C坐标旋转驱动总成安装在自动检测机械臂3的末节上，自动修补机械手61上设有焊缝处理机构、与送丝机构连接的自动焊枪以及修补距离传感器，焊缝处理机构可以是安装有端面铣刀或铣刀盘或钻头的修补动力头结构、也可以是包括气刨碳棒夹持器和压力气体喷头的电弧气刨结构；为提高焊缝修补效率，自动修补机械臂6可相对于定位修补工位台4设置为多个；

自动修补电控装置包括自动修补控制器和自动修补控制回路，自动修补控制器分别与抓取码放机械臂Ⅱ5的坐标驱动总成、抓取码放机械手Ⅱ51的坐标驱动总成、抓取码放机械手Ⅱ51的抓取码放机构、自动修补机械臂6的坐标驱动总成、自动修补机械手61的坐标驱动总成、焊缝处理机构、自动焊枪和修补距离传感器电连接。

所述的集中电控部分包括工业控制计算机，工业控制计算机分别与自动检测控制器和自动修补控制器电连接。针对数字总线工厂，工业控制计算机还可以与工厂的数字总线无缝连接实现集中数字化管理。

挖掘机、装载机、压路机等工程机械的油箱通常包括燃油箱和液压油箱，不论是燃油箱还是液压油箱，均是由底板、顶盖板以及围板共同围成油液容纳空腔的典型箱型结构件。由于油箱结构件以及压力容器结构件的密闭结构工艺要求，因此针对需承受载荷的重型油箱结构件以及压力容器结构件，不仅需要进行普通的焊缝检测、而且还需进行渗漏检测。以下以油箱结构件为例来描述本结构件焊缝自动检测修补单元的工作过程。

焊缝检测准备：自动化生产的核心是有序生产，即，准确位置定位的排序是自动化生产中最至关重要的工序，为实现对油箱结构件焊成品的准确抓取和码放，需将油箱结构件焊成品进行定位排序并码放在转运托盘上后、再将转运托盘准确坐标移动转运至抓取码放机械臂Ⅰ2附近的结构件检测输入抓取工位。为便于油箱结构件焊成品的定位排序与码放，同检测平台12，转运托盘上设有工件定位机构，工件定位机构可以是针对特定单一油箱结构件焊成品的简单定位设置在转运托盘顶平面上的定位凹槽或定位凸起，通过将特定单一油箱结构件焊成品置入定位凹槽内部或由多个定位凸起围成的定尺空间内部实现特定单一油箱结构件焊成品的准确定位和码放，工件定位机构也可以是为实现通用性而设置的多个定位块、且定位块通过X坐标驱动总成或Y坐标驱动总成安装在转运托盘的顶平面上，可控制多个定位块的坐标位置实现改变定位块之间的间距尺寸、进而可以通过将油箱结构件焊成品置入由多个定位块围成的定位空间内部实现油箱结构件焊成品的准确定位和码放。将油箱结构件焊成品码放在转运托盘上的方式，可以简单采用吊装的方式、也可以通过机械臂进行准确坐标定位抓取码放的方式。完成油箱结构件焊成品的定位排序码放后，载有油箱结构件焊成品的转运托盘即可通过AGV或RGV或数字叉车坐标移动托载运输并坐标定位至本结构件焊缝自动检测修补单元抓取码放机械臂Ⅰ2附近的结构件检测输入抓取工位、空载转运托盘通过AGV或RGV或数字叉车坐标移动并坐标定位至本结构件焊缝自动检测修补单元抓取码放机械臂Ⅰ2附近的结构件检测输出码放工位和抓取码放机械臂Ⅱ5附近的结构件修补输出码放工位，即可通过本结构件焊缝自动检测修补单元进行自动检测和修补。

焊缝自动检测：工业控制计算机首先根据油箱结构件焊成品托盘码放信息通过自动检测控制器控制抓取码放机械臂Ⅰ2动作使抓取码放机械手Ⅰ21坐标移动至结构件检测输入抓取工位、并坐标移动调整抓取码放机械手Ⅰ21的位姿后通过抓取码放机构对油箱结构件焊成品进行抓取，然后自动检测控制器控制抓取码放机械臂Ⅰ2动作使抓取码放机械手Ⅰ21抓取着油箱结构件焊成品坐标移动至检测平台12、调整抓取码放机械手Ⅰ21的位姿后将油箱结构件焊成品相对于检测平台12的结构件定位检验基准原点定位码放在由检测平台12的多个结构件定位机构Ⅰ的定位基准面围成的定位空间内，抓取码放机械臂Ⅰ2复位后完成油箱结构件焊成品的定位抓取和码放。工业控制计算机通过人工输入或数字总线的方式获得包括标准油箱结构件模型和需检测焊缝的位置信息、焊缝高度信息、焊缝长度信息等标准焊缝数据信息以及载有油箱结构件焊成品的转运托盘的油箱结构件焊成品码放位置信息和数量信息等油箱结构件焊成品托盘码放信息后，先以检测平台12的结构件定位检验基准原点为基准计算并确定标准油箱结构件模型中需检测焊缝的位置信息、焊缝高度信息、焊缝长度信息，然后按焊缝高度信息对各个需检测焊缝进行分类，然后以结构件定位检验基准原点为基准按最短路径进行规划计算得出最优检测路径，存储后生成包括焊缝检测路径数据、检测探头与需检测焊缝之间的距离数据以及检测探头垂直于需检测焊缝的位姿角度数据的油箱结构件检测模型，然后启动自动检测控制回路。工业控制计算机根据油箱结构件检测模型通过自动检测控制器控制自动检测机械臂3动作使自动检测机械手31根据检测距离传感器的反馈按检测探头与需检测焊缝之间的距离数据和检测探头垂直于需检测焊缝的位姿角度数据沿焊缝检测路径坐标移动，检测探头实时向工业控制计算机反馈检测结果，检测探头移动检测过程中，若焊缝中存在缺陷，则工业控制计算机记录焊缝缺陷的坐标位置信息、焊缝缺陷沿焊缝走向的缺陷长度信息以及焊缝缺陷的深度信息并存储，检测探头移动至焊缝检测路径终点后自动检测机械臂3复位，完成油箱结构件焊成品的焊缝自动检测；工业控制计算机通过自动检测控制器控制抓取码放机械臂Ⅰ2动作将已完成焊缝自动检测的油箱结构件焊成品抓取并定位码放在结构件检测输出码放工位的空载转运托盘上进行输出。

焊缝自动修补：若已完成焊缝自动检测的油箱结构件焊成品的焊缝中存在缺陷，则载有已完成焊缝自动检测的油箱结构件焊成品的转运托盘即可通过AGV或RGV或数字叉车坐标移动托载运输并坐标定位至抓取码放机械臂Ⅱ5附近的结构件修补输入抓取工位，工业控制计算机根据各个焊缝缺陷的坐标位置信息、缺陷长度信息和焊缝缺陷深度信息进行规划，先沿焊缝走向方向将缺陷长度信息延伸至设定范围形成焊缝局部修补段，然后再将有交叉重叠的焊缝局部修补段进行合并拟合形成焊缝拟合修补段，最后以结构件定位修补基准原点为基准按最短路径将焊缝局部修补段和焊缝拟合修补段连接、规划计算得出最优修补路径，存储后以油箱结构件检测模型为基础、结合油箱结构件标准数据信息的焊缝高度信息生成针对该油箱结构件的包括焊缝修补路径数据、缺陷焊缝破除深度数据、焊缝修补长度数据以及焊缝修补高度数据的油箱结构件修补模型，然后工业控制计算机启动自动修补控制回路。工业控制计算机通过自动修补控制器控制抓取码放机械臂Ⅱ5动作使抓取码放机械手Ⅱ51自结构件修补输入抓取工位定位抓取已完成焊缝自动检测的油箱结构件焊成品、并相对于修补平台42的结构件定位修补基准原点定位码放在由修补平台42的多个结构件定位机构Ⅱ的定位基准面围成的定位空间内，抓取码放机械臂Ⅱ5复位后已完成焊缝自动检测的油箱结构件焊成品完成定位抓取和码放；然后工业控制计算机根据油箱结构件修补模型通过自动修补控制器控制自动修补机械臂6和自动修补机械手61动作使焊缝处理机构沿焊缝修补路径坐标移动并正对焊缝缺陷位置，然后自动修补控制器根据修补距离传感器的反馈控制焊缝处理机构贴靠在焊缝缺陷位置，并按缺陷焊缝破除深度数据对焊缝缺陷位置附近设定范围内的焊缝进行破除；完成破除后，自动修补控制器根据修补距离传感器的反馈控制自动修补机械臂6和自动修补机械手61动作使自动焊枪正对已破除缺陷焊缝的需修补位置并按照焊缝修补长度数据以及焊缝修补高度数据进行补焊；依次类推，沿焊缝修补路径依次完成所有焊缝缺陷的自动修补；工业控制计算机通过自动修补控制器控制抓取码放机械臂Ⅱ5动作将已完成焊缝自动修补的油箱结构件焊成品抓取并定位码放在结构件修补输出码放工位的空载转运托盘上进行输出。

由于焊接变形无法完全避免，因此结构件完成焊接后往往有可能会造成各个焊缝的位置相对于结构件检测模型产生微小偏移，为了保证检测探头准确沿实际焊缝的位置和走向移动检测、保证焊缝检测的准确性，作为本实用新型的进一步改进方案，工业控制计算机获得包括标准油箱结构件模型和需检测焊缝的位置信息、焊缝高度信息、焊缝长度信息等油箱结构件标准数据信息后，先通过控制自动检测机械臂3使自动检测机械手31以检测平台12的结构件定位检验基准原点为基准、根据检测距离传感器的反馈围绕油箱结构件焊成品对油箱结构件焊成品进行形位检测，并在标准油箱结构件模型的基础上生成实际油箱结构件模型，以实际油箱结构件模型作为油箱结构件检测模型的基础。

焊缝缺陷自动修补过程中，为了保证角焊缝的焊接质量，作为本实用新型的进一步改进方案，修补平台42的几何中心位置通过C坐标旋转驱动总成与底座Ⅱ41安装连接；修补平台42还通过A坐标旋转驱动总成或B坐标旋转驱动总成与底座Ⅱ41安装连接，且修补平台42通过A坐标旋转驱动总成或B坐标旋转驱动总成进行旋转时，修补平台42的几何中心位置相对于底座Ⅱ41的高度尺寸不变。焊缝缺陷自动修补前，工业控制计算机可根据焊缝缺陷所在的具体焊缝的位置信息和焊接工艺信息等数据结合油箱结构件修补模型控制修补平台42的A坐标旋转驱动总成或B坐标旋转驱动总成动作实现需修补的角焊缝沿修补平台42的几何中心位置翻转设定角度，针对竖直焊缝也可以变换为倾斜焊缝、甚至变换为平焊缝，工业控制计算机根据修补平台42沿A坐标或B坐标的旋转角度计算需修补的角焊缝的变换位置坐标后、再控制自动修补机械臂6和自动修补机械手61动作使自动焊枪按照焊缝修补长度数据以及焊缝修补高度数据进行补焊，从而实现降低焊接难度、保证焊接质量。

为了减少机构设置、减少空间占用，作为本实用新型的进一步改进方案，定位检测工位台1和定位修补工位台4并列设置，抓取码放机械臂Ⅰ2与抓取码放机械臂Ⅱ5共用同一个门架结构抓取码放机械臂，结构件检测输入抓取工位与结构件修补输入抓取工位共用同一个工位，结构件检测输出码放工位与结构件修补输出码放工位共用同一个工位。如此设置，不仅可减少机构设置、减少空间占用，而且若已完成焊缝自动检测的油箱结构件焊成品的焊缝中存在缺陷，则门架结构抓取码放机械臂可直接将已完成焊缝自动检测的油箱结构件焊成品自检测平台12上抓取并码放在修补平台42上，可节省焊缝中存在缺陷的、已完成焊缝自动检测的油箱结构件焊成品的转运工序，作业效率更高。

针对结构件的焊缝缺陷检测，本结构件焊缝自动检测修补单元的焊缝检测方式可以采用射线检测方式、超声检测方式等无损检测方式，由于超声相控阵能够有效地控制发射超声束(波阵面)的形状和方向、能够实现超声波的波束扫描、偏转和聚焦，能够为确定不连续性的形状、大小和方向提供出比单个或多个传统超声探头更大的能力，因此优选超声相控阵检测，即，自动检测机械手31上的检测探头优选为相控阵超声探头。

为了实现抓取码放机械手Ⅰ21和抓取码放机械手Ⅱ51的准确抓取和码放，作为本实用新型的进一步改进方案，抓取码放机械手Ⅰ21和抓取码放机械手Ⅱ51上均设有抓取码放距离传感器和/或抓取码放模式识别传感器，抓取码放机械手Ⅰ21和抓取码放机械手Ⅱ51进行定位抓取和码放过程中，自动检测控制器和自动修补控制器可以根据距离传感器和/或模式识别传感器的反馈实现准确控制抓取码放机械手Ⅰ21和抓取码放机械手Ⅱ51的抓取码放位置和抓取码放距离。

根据结构件的尺寸大小，抓取码放机械臂Ⅰ2和抓取码放机械臂Ⅱ5可以采用多关节集中控制机械臂，也可以采用如图1所示的框架式分体控制机械臂，或者采用Delta机械臂等其他形式的机械臂，由于第一种方案的多关节机械臂和第三种方案的Delta机械臂的控制是集中控制，其精准的坐标控制较复杂，需经过工业控制计算机大量的计算、软件控制程序复杂，且制造成本较高，电脑控制负担重，易出现故障；第二种方案采用分体控制，即几个坐标系分别控制，控制相对简单、直接，不易出现故障，且可最大限度避免发生运动干涉，因此优选第二种方案，即，作为本实用新型的优选方案，抓取码放机械臂Ⅰ2和抓取码放机械臂Ⅱ5均是框架式分体控制的门架结构机械臂。

由于焊接过程中会产生大量的烟雾，为了实现降尘环保，作为本实用新型的进一步改进方案，自动修补部分还包括负压排烟装置，负压排烟装置包括排风机和与排风机连接的排烟管路，排烟管路的排风口与烟尘净化机构连接，为了实现更好的排烟效果，排烟管路的吸风口通过软管设置在自动修补机械手61上，排风机与自动拼点焊接控制器电连接。自动修补机械手61焊接修补过程中产生的烟雾可经排烟管路排出至烟尘净化机构进行净化。

针对油箱结构件或压力容器结构件的渗漏检测，可采用向结构件内部充入压力气体的方式进行渗漏检测，即本结构件焊缝自动检测修补单元的自动检测部分还包括法兰端盖密闭封堵装置，法兰端盖密闭封堵装置包括与结构件的法兰端口的数量和尺寸配合的法兰密封端盖，法兰密封端盖上设有与结构件的法兰端口配合的密封环或密封垫等密封部件、且至少一个法兰密封端盖上设有贯穿法兰密封端盖的压力气体输入端口，自动检测机械手31上的检测探头是气密性检测探头，通过法兰密封端盖将结构件的法兰端口密闭封堵后，将压力气体输入端口通过管路连接压力气源，即可控制自动检测机械手31沿焊缝检测路径坐标移动、实现通过气密性检测探头检测焊缝的气密性，若焊缝中存在气密性缺陷，则工业控制计算机记录焊缝气密性缺陷的坐标位置信息并存储。为了实现自动安装法兰密封端盖，法兰端盖密闭封堵装置还包括设置在定位检测工位台1附近的法兰密封端盖码放架和设置在定位检测工位台1与法兰密封端盖码放架之间的法兰密封端盖抓取码放机械臂，不同规格的法兰密封端盖顺序定位码放在法兰密封端盖码放架上，法兰密封端盖抓取码放机械臂至少包括X坐标驱动总成或Y坐标驱动总成或Z坐标驱动总成，法兰密封端盖抓取码放机械臂的末节上设有包括抓取码放机构的法兰密封端盖抓取码放机械手，抓取码放机构可以是通过电磁控制的磁吸附抓取码放结构、也可以是通过控制机械指或定位夹持块的开合进行夹持的夹持抓取码放结构等其他抓取码放结构，自动检测电控装置还包括法兰密封端盖自动安装控制回路，法兰密封端盖抓取码放机械臂的坐标驱动总成和法兰密封端盖抓取码放机械手的抓取码放机构分别与自动检测控制器电连接，可以通过控制法兰密封端盖抓取码放机械臂和法兰密封端盖抓取码放机械手的抓取码放机构的动作实现法兰密封端盖的定位抓取和码放。法兰密封端盖与结构件的法兰端口的密闭连接方式可以采用控制法兰密封端盖自主连接的方式，即在法兰密封端盖上设有可将法兰密封端盖锁止在结构件的法兰端口上的自锁紧结构，自锁紧结构可以是法兰密封端盖内部的、包括磁力变换转轴的永磁吸盘，通过法兰密封端盖抓取码放机械手旋转控制磁力变换转轴改变永磁吸盘内部磁力系统的方式实现法兰密封端盖与结构件的法兰端口的吸持或释放(即永磁吸盘结构)，自锁紧结构也可以是包括多个锁止卡爪和卡爪伸缩控制机构的纯机械结构，卡爪伸缩控制机构是轴线方向沿法兰密封端盖轴向方向设置的、可自锁配合的丝杠丝母结构，通过法兰密封端盖抓取码放机械手控制卡爪伸缩控制机构使锁止卡爪锁止在结构件的法兰端口内部的方式实现法兰密封端盖与结构件的法兰端口的密闭连接或分离，法兰密封端盖通过自锁紧结构与结构件的法兰端口密闭连接后、法兰密封端盖抓取码放机械手即可撤除；结构件的法兰端口与法兰密封端盖的密闭连接方式也可以采用控制法兰密封端盖非自主连接的方式，即控制法兰密封端盖抓取码放机械手抓取法兰密封端盖并定位卡接在结构件的法兰端口上、并加载压紧后控制法兰密封端盖抓取码放机械手坐标定位，待渗漏检测完成后再控制法兰密封端盖抓取码放机械手将法兰密封端盖取下复位。

作为渗漏检测方式的一种实施方式，可在采用控制法兰密封端盖自主连接的方式将法兰密封端盖密闭安装在结构件的法兰端口上后采用水泡法的方式，即，检测平台12上相对于结构件定位检验基准原点还密闭连接设有包围体积大于油箱结构件体积的检测液容纳结构、且上端开放的检测液容纳结构是透明材质，检测液容纳结构内设有水或油等透光检测液，自动检测机械手31上的气密性检测探头是图像识别传感器，在将结构件置入检测液容纳结构内并坐标定位后，即可控制自动检测机械手31在检测液容纳结构外部沿焊缝检测路径坐标移动，若焊缝中存在气密性缺陷而造成气泡溢出，则工业控制计算机记录焊缝气密性缺陷的坐标位置信息并存储。

作为渗漏检测方式的另一种实施方式，可在将法兰密封端盖密闭连接在结构件的法兰端口上后采用皂泡法的方式，即，自动检测机械手31上的气密性检测探头是图像识别传感器、且自动检测机械手31上图像识别传感器沿焊缝检测路径移动方向的前方位置设有皂液均匀涂抹机构，皂液均匀涂抹机构通过管路与皂液供给源连接，皂液均匀涂抹机构可以是滚刷结构、或板刷结构、或喷嘴结构等其他结构，自动检测机械手31沿焊缝检测路径坐标移动过程中，位于图像识别传感器前方的皂液均匀涂抹机构持续在焊缝上均匀涂抹皂液，若焊缝中存在气密性缺陷而造成生成皂泡，则工业控制计算机记录焊缝气密性缺陷的坐标位置信息并存储。

作为渗漏检测方式的另一种实施方式，可在将法兰密封端盖密闭连接在结构件的法兰端口上后采用质谱法的方式，即，充入结构件内部的压力气体是氦气、氩气等惰性气体，自动检测机械手31上的气密性检测探头是对应充入惰性气体的惰性气体质谱检测探头，自动检测机械手31沿焊缝检测路径坐标移动过程中，若焊缝中存在气密性缺陷而造成惰性气体溢出，则工业控制计算机记录焊缝气密性缺陷的坐标位置信息并存储。

本结构件焊缝自动检测修补单元是数字化控制系统，可以与工厂的数字总线无缝连接实现集中数字化管理，不局限于上述的具体控制方式，自动化程度较高、检测效率高，可避免因操作人员责任心、情绪等人为因素对生产进度的影响，同时可免受操作人员操作技能熟练程度的限制，特别适用于数字总线工厂的结构件焊缝检测工序。

Claims (10)

1.一种结构件焊缝自动检测修补单元，其特征在于，包括自动检测部分、自动修补部分和集中电控部分；

所述的自动检测部分包括定位检测工位台(1)、抓取码放机械臂Ⅰ(2)、自动检测机械臂(3)和自动检测电控装置；

定位检测工位台(1)包括底座Ⅰ(11)和检测平台(12)；底座Ⅰ(11)固定安装在地面上；水平设置的检测平台(12)安装在底座Ⅰ(11)上，检测平台(12)的顶平面上设有结构件定位检验基准原点和相对于结构件定位检验基准原点配合设置的多个结构件定位机构Ⅰ，结构件定位机构Ⅰ包括与结构件的检测基准面尺寸配合的定位基准面；

抓取码放机械臂Ⅰ(2)设置在定位检测工位台(1)附近，抓取码放机械臂Ⅰ(2)至少包括X坐标驱动总成和Z坐标驱动总成、或者抓取码放机械臂Ⅰ(2)至少包括Y坐标驱动总成和Z坐标驱动总成，抓取码放机械臂Ⅰ(2)的末节上设有抓取码放机械手Ⅰ(21)，抓取码放机械手Ⅰ(21)上设有抓取码放机构，抓取码放机械臂Ⅰ(2)附近设有结构件检测输入抓取工位和结构件检测输出码放工位；

自动检测机械臂(3)设置在定位检测工位台(1)附近，自动检测机械臂(3)至少包括X坐标驱动总成、Y坐标驱动总成和Z坐标驱动总成，自动检测机械手(31)至少通过A坐标旋转驱动总成和B坐标旋转驱动总成安装在自动检测机械臂(3)的末节上，自动检测机械手(31)上设有检测探头和检测距离传感器；

自动检测电控装置包括自动检测控制器和自动检测控制回路，自动检测控制器分别与抓取码放机械臂Ⅰ(2)的坐标驱动总成、抓取码放机械手Ⅰ(21)的抓取码放机构、自动检测机械臂(3)的坐标驱动总成、自动检测机械手(31)的坐标驱动总成、自动检测机械手(31)的检测探头和检测距离传感器电连接；

所述的自动修补部分包括定位修补工位台(4)、抓取码放机械臂Ⅱ(5)、自动修补机械臂(6)和自动修补电控装置；

定位修补工位台(4)包括底座Ⅱ(41)和修补平台(42)；底座Ⅱ(41)固定安装在地面上；水平设置的修补平台(42)安装在底座Ⅱ(41)上，修补平台(42)的顶平面上设有对应结构件定位检验基准原点的结构件定位修补基准原点和相对于结构件定位修补基准原点配合设置的多个结构件定位机构Ⅱ，结构件定位机构Ⅱ包括与结构件的检测基准面尺寸配合的定位基准面；

抓取码放机械臂Ⅱ(5)设置在定位修补工位台(4)的附近，抓取码放机械臂Ⅱ(5)至少包括X坐标驱动总成和Z坐标驱动总成、或者抓取码放机械臂Ⅱ(5)至少包括Y坐标驱动总成和Z坐标驱动总成，抓取码放机械臂Ⅱ(5)的末节上设有抓取码放机械手Ⅱ(51)，抓取码放机械手Ⅱ(51)上设有抓取码放机构，抓取码放机械臂Ⅱ(5)附近设有结构件修补输入抓取工位和结构件修补输出码放工位；

自动修补机械臂(6)设置在定位修补工位台(4)附近，自动修补机械臂(6)至少包括X坐标驱动总成、Y坐标驱动总成和Z坐标驱动总成，自动修补机械手(61)通过A坐标旋转驱动总成、B坐标旋转驱动总成和C坐标旋转驱动总成安装在自动检测机械臂(3)的末节上，自动修补机械手(61)上设有焊缝处理机构、与送丝机构连接的自动焊枪以及修补距离传感器；

自动修补电控装置包括自动修补控制器和自动修补控制回路，自动修补控制器分别与抓取码放机械臂Ⅱ(5)的坐标驱动总成、抓取码放机械手Ⅱ(51)的坐标驱动总成、抓取码放机械手Ⅱ(51)的抓取码放机构、自动修补机械臂(6)的坐标驱动总成、自动修补机械手(61)的坐标驱动总成、焊缝处理机构、自动焊枪和修补距离传感器电连接；

所述的集中电控部分包括工业控制计算机，工业控制计算机分别与自动检测控制器和自动修补控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的结构件焊缝自动检测修补单元，其特征在于，修补平台(42)的几何中心位置通过C坐标旋转驱动总成与底座Ⅱ(41)安装连接；修补平台(42)还通过A坐标旋转驱动总成或B坐标旋转驱动总成与底座Ⅱ(41)安装连接，且修补平台(42)通过A坐标旋转驱动总成或B坐标旋转驱动总成进行旋转时，修补平台(42)的几何中心位置相对于底座Ⅱ(41)的高度尺寸不变。

3.根据权利要求1或2所述的结构件焊缝自动检测修补单元，其特征在于，针对结构件的焊缝缺陷检测，自动检测机械手(31)上的检测探头为相控阵超声探头。

4.根据权利要求1或2所述的结构件焊缝自动检测修补单元，其特征在于，针对结构件的渗漏检测，自动检测部分还包括法兰端盖密闭封堵装置，法兰端盖密闭封堵装置包括与结构件的法兰端口的数量和尺寸配合的法兰密封端盖，法兰密封端盖上设有与结构件的法兰端口配合的密封环或密封垫等密封部件、且至少一个法兰密封端盖上设有贯穿法兰密封端盖的压力气体输入端口，自动检测机械手(31)上的检测探头是气密性检测探头。

5.根据权利要求4所述的结构件焊缝自动检测修补单元，其特征在于，法兰端盖密闭封堵装置还包括设置在定位检测工位台(1)附近的法兰密封端盖码放架和设置在定位检测工位台(1)与法兰密封端盖码放架之间的法兰密封端盖抓取码放机械臂，不同规格的法兰密封端盖顺序定位码放在法兰密封端盖码放架上，法兰密封端盖抓取码放机械臂至少包括X坐标驱动总成或Y坐标驱动总成或Z坐标驱动总成，法兰密封端盖抓取码放机械臂的末节上设有包括抓取码放机构的法兰密封端盖抓取码放机械手，自动检测电控装置还包括法兰密封端盖自动安装控制回路，法兰密封端盖抓取码放机械臂的坐标驱动总成和法兰密封端盖抓取码放机械手的抓取码放机构分别与自动检测控制器电连接。

6.根据权利要求5所述的结构件焊缝自动检测修补单元，其特征在于，法兰密封端盖上设有自锁紧结构。

7.根据权利要求4所述的结构件焊缝自动检测修补单元，其特征在于，自动检测机械手(31)上的气密性检测探头是图像识别传感器、且自动检测机械手(31)上图像识别传感器沿焊缝检测路径移动方向的前方位置设有皂液均匀涂抹机构，皂液均匀涂抹机构通过管路与皂液供给源连接。

8.根据权利要求4所述的结构件焊缝自动检测修补单元，其特征在于，充入结构件内部的压力气体是惰性气体，自动检测机械手(31)上的气密性检测探头是对应充入惰性气体的惰性气体质谱检测探头。

9.根据权利要求1或2所述的结构件焊缝自动检测修补单元，其特征在于，定位检测工位台(1)和定位修补工位台(4)并列设置，抓取码放机械臂Ⅰ(2)与抓取码放机械臂Ⅱ(5)共用同一个门架结构抓取码放机械臂，结构件检测输入抓取工位与结构件修补输入抓取工位共用同一个工位，结构件检测输出码放工位与结构件修补输出码放工位共用同一个工位。

10.根据权利要求1或2所述的结构件焊缝自动检测修补单元，其特征在于，抓取码放机械手Ⅰ(21)和抓取码放机械手Ⅱ(51)上均设有抓取码放距离传感器和/或抓取码放模式识别传感器。

Images