[發明專利]基于線激光與攝像頭協同的曲面拼板焊接裝置及焊接方法

在審

• 申請號: 202211531752.1
• 申請日: 2022-12-01
• 公開（公告）號: CN115846817A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 姜軍;陳好楠;牛延丹;馬秋杰;沈文軒
• 申請（專利權）人: 上海船舶工藝研究所（中國船舶集團有限公司第十一研究所）
• 主分類號: B23K9/16
• 分類號: B23K9/16;B23K9/00;B23K9/32
• 代理公司: 上海世圓知識產權代理有限公司 31320
• 代理人: 王佳妮

1.基于線激光與攝像頭協同的曲面拼板焊接裝置，其特征在于：焊接裝置包括可移動門架和與可移動門架相配合的焊接機器人，焊接機器人上設有三絲氣體保護焊槍，三絲氣體保護焊槍上設有線激光傳感器與攝像頭協同的傳感單元；可移動門架包括X軸、Y軸和Z軸移動機構，X軸移動機構設有雙直線導軌，X軸移動機構的雙直線導軌之間布設有多個活絡胎架構成的胎架陣列。

2.根據權利要求1所述的基于線激光與攝像頭協同的曲面拼板焊接裝置，其特征在于：X軸、Y軸和Z軸移動機構均設有基體、直線導軌、滑座、齒條、伺服減速電機和齒輪，其中，直線導軌和齒條均安裝于基體上，齒條沿直線導軌設置，伺服減速電機安裝于滑座上且其輸出軸連接有齒輪，齒輪與齒條相嚙合；Y軸、Z軸移動機構的基體均安裝于X軸移動機構的雙直線導軌的滑座上，焊接機器人安裝于Z軸移動機構的滑座上。

3.根據權利要求2所述的基于線激光與攝像頭協同的曲面拼板焊接裝置，其特征在于：X軸、Y軸和Z軸移動機構還設有拖鏈槽、與拖鏈槽相配合的拖鏈，以及與拖鏈相連的拖鏈支架，拖鏈槽設置于基體上且平行于直線導軌，拖鏈支架設置于滑座的一端，拖鏈設置于拖鏈槽內且一端與拖鏈支架相連。

4.根據權利要求1所述的基于線激光與攝像頭協同的曲面拼板焊接裝置，其特征在于：三絲氣體保護焊槍共有三把槍，分別為基準槍和兩把保護焊槍，三把槍安裝在焊接機器人的6軸上，基準槍上設有線激光傳感器與攝像頭配合的傳感單元。

5.根據權利要求1所述的基于線激光與攝像頭協同的曲面拼板焊接裝置，其特征在于：焊接裝置還包括上位機，上位機設有控制模塊，控制模塊與可移動門架、三絲氣體保護焊槍和線激光傳感器相連。

6.根據權利要求1所述的基于線激光與攝像頭協同的曲面拼板焊接裝置的焊接方法，其特征在于：所述的焊接方法包括如下步驟：

S1、調整三絲氣體保護焊槍的基準槍與另兩把保護焊槍的相對位置，使得基準槍與另外兩把槍錯位15度-30度；

S2、將待焊接的兩塊曲面拼板放置在活絡胎架上，并完成裝配；

S3、將可移動門架移動至兩塊曲面拼板間焊縫的位置處；

S4、通過線激光傳感器對焊縫進行識別，獲取焊縫起始點數據，并上傳至上位機；

S5、上位機根據曲面拼板的板厚和坡口數據，利用焊接工藝數據庫自動匹配焊接工藝數據；

S6、上位機將焊接指令下發給焊接機器人，焊接機器人進行曲面拼板焊接作業；

S7、在曲面拼板焊接過程中，通過線激光傳感器進行焊縫跟蹤，識別曲面拼板的間隙，獲得間隙數據；

S8、上位機依據間隙數據自動調整焊接機器人的焊接工藝和動作，保證曲面拼板的焊接質量；

S9、重復S4—S8動作，完成下兩塊曲面拼板的智能焊接作業。

7.根據權利要求6所述的基于線激光與攝像頭協同的曲面拼板焊接裝置的焊接方法，其特征在于：S7步驟中，線激光與攝像頭傳感單元測量毫秒級焊縫表面高度數據，通過點云數據處理算法將提取的離散數據匯聚成連續數據，乘以勻速速度獲得間隙截面積數據，1毫秒為例，每隔3次間隔測量為一組，求得一組測量截面積數據的平均值作為焊接間隙數據，計算公式(1)和(2)如下所示：

式(1)和(2)中，S為間隙三角形截面積，L為界面間隙三角形底邊長，h為界面間隙三角形高；Si為第i次計算得到的間隙截面積；Sa為3次計算得到的間隙截面積，即為實際間隙截面積。

8.根據權利要求6所述的基于線激光與攝像頭協同的曲面拼板焊接裝置的焊接方法，其特征在于：S8步驟中，通過開展不同曲面拼板間隙截面積的工藝試驗，以1.2mm焊絲為例，焊接速度為0.3m/min-0.7m/min，逐一進行焊接工藝試驗，獲得不同截面積類型的焊接工藝和動作數據。