[發(fā)明專利]一種用于集箱焊接的自動焊接系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310023692.7
• 申請日: 2013-01-22
• 公開（公告）號: CN103111718A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設計）人: 崔江濤;黃享才;訾標;李海全;王忻濤;楊學兵
• 申請（專利權(quán)）人: 北京中電華強焊接工程技術有限公司
• 主分類號: B23K9/02
• 分類號: B23K9/02;B23K9/095;B23K9/28;B23K9/12
• 代理公司: 北京天悅專利代理事務所(普通合伙) 11311
• 代理人: 田明;任曉航

技術領域

本發(fā)明屬于集箱焊接技術領域，具體涉及一種用于集箱焊接的自動焊接系統(tǒng)。

背景技術

集箱（又稱聯(lián)箱）是在汽、水系統(tǒng)中用于匯集或分配工質(zhì)的圓筒形壓力容器，通常包括構(gòu)成集箱主體的母管以及焊接在母管上的接管。鍋爐壓力容器是一種常見的集箱，鍋水由鍋筒經(jīng)下降管流入下面的箱體中，由箱體分配給各管束，這些管束中的水不斷吸收熱能，匯集到上面的箱體中再流回鍋筒內(nèi)。

在大型管道和鍋爐壓力容器焊接中，時常會遇到的管--管以及管與筒體或罐體相交連接的情況，此時在相交處會形成一道由空間曲線--相貫線（又稱馬鞍形曲線）構(gòu)成的焊口，這道焊口由于構(gòu)件壁厚體積大，一次焊口既深又長，通常需要打底蓋面，中間還需要多層多道填充才能完成；尤其是焊縫呈一空間曲線，在焊接過程中焊槍須循空間軌跡行走并要求分段不斷調(diào)整姿態(tài)，焊接難度非常大。一般工廠仍由手工焊完成，制造周期長，勞動強度大，生產(chǎn)效率低且焊接質(zhì)量難以保證。

若在焊接生產(chǎn)中采用機器人焊接技術，則可以提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件穩(wěn)定和保證焊接質(zhì)量，實現(xiàn)相貫線焊縫的自動化焊接。目前，國外機器人中厚板焊接技術只限于直縫和環(huán)縫的焊接，對適用于中厚板馬鞍形空間曲線焊接的機器人系統(tǒng)在國外尚處于研究階段。而國內(nèi)機器人中厚板焊接技術目前尚處于空白階段，雖然國內(nèi)開發(fā)了一些適用于中厚板的自動化焊接設備，但效率較低，且存在諸如對中困難、難以實現(xiàn)多層多道焊的自動排焊道功能等問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種用于集箱焊接的自動焊接系統(tǒng)，采用該系統(tǒng)能夠自動調(diào)整焊槍的位置和姿態(tài)，并能夠?qū)崿F(xiàn)多層多道焊接。

為達到以上目的，本發(fā)明采用的技術方案是：一種用于集箱焊接的自動焊接系統(tǒng)，所述集箱包括待焊接的母管和接管，所述自動焊接系統(tǒng)包括設在集箱上方的操作機構(gòu)、設在操作機構(gòu)上的焊接機器人和設在焊接機器人上的焊槍，其特征在于，該系統(tǒng)還包括與焊接機器人相連的上位控制裝置和數(shù)據(jù)采集裝置，上位控制裝置中包含中央處理器、后臺計算子模塊、模擬仿真子模塊和人機交互界面，其中：

中央處理器，用于存儲、加工數(shù)據(jù)并控制上位控制裝置中各子模塊；

人機交互界面，用于用戶通過該人機交互界面輸入工藝參數(shù)和已知變量、調(diào)用后臺計算子模塊或模擬仿真子模塊，并獲取相應的結(jié)果；

后臺計算子模塊，用于產(chǎn)生焊接軌跡計算結(jié)果；

模擬仿真子模塊，用于產(chǎn)生焊接軌跡仿真結(jié)果；

數(shù)據(jù)采集裝置，用于采集焊接機器人實際的運行狀態(tài)參數(shù)。

進一步，焊接機器人連接有控制柜，上位控制裝置和數(shù)據(jù)采集裝置通過通訊電纜與焊接機器人的控制柜相連。

進一步，后臺計算子模塊的實現(xiàn)方式包括以下步驟：

（1）調(diào)用參數(shù)或已知變量，參數(shù)包括工件參數(shù)、焊道截面參數(shù)、裝配間隙、工藝參數(shù)、焊槍姿態(tài)角；已知變量包括特征點位置角度；

（2）根據(jù)管件切割要求，結(jié)合工件參數(shù)、裝配間隙和特征點位置角度，計算得到母管和接管的相貫線的表達式以及接管連接處切割形成的內(nèi)壁邊緣線和外壁邊緣線的表達式；

（3）根據(jù)等截面坡口角度設計原則，結(jié)合工件參數(shù)、焊道截面參數(shù)和特征點位置角度，計算特征點的坡口截面角度；

（4）在特征點的坡口截面角度求解的基礎上，根據(jù)多層多道焊接的焊道的排布方式和焊道的計算方法，計算得到特定坐標系下任意坡口截面的各層各道上特征點的位置坐標；

（5）在特定坐標系下，依據(jù)各層各道上特征點的位置坐標，按照由內(nèi)而外、由下而上的順序逐層逐道繪制焊接軌跡的曲線圖。

再進一步，多層多道焊接的焊道的排布方式為：自下而上，焊道層數(shù)遞增；每層焊道的道數(shù)按等差數(shù)列遞增；多層多道焊接軌道的計算方法為：將任意特征點處的整個焊道截面按三角形計算，其中第一層焊道截面按三角形計算，后續(xù)各層最上一道焊道截面按不等邊梯形、自上而下其他各道焊道截面按若干等邊菱形計算，由焊接工藝的相關工藝參數(shù)計算得到單個焊道的截面積，由此得到焊道總數(shù)，而后按照等差數(shù)列求和的方式計算得到焊道層數(shù)，并將每個菱形或梯形的左下角點的位置坐標作為在特征點處施焊時焊槍末端所在的位置坐標。

進一步，模擬仿真子模塊的實現(xiàn)仿真的方法包括以下步驟：

ⅰ）調(diào)用數(shù)據(jù)采集裝置采集到的焊接機器人的運行狀態(tài)參數(shù)；

ⅱ）根據(jù)機器人運行狀態(tài)參數(shù)，計算焊接軌道上特征點的實際位置坐標；

ⅲ）依據(jù)各層各道上特征點的實際位置坐標，按照由內(nèi)而外、由下而上的順序逐層逐道繪制實際的焊接軌跡；

ⅳ）輸出焊接軌跡的仿真結(jié)果。