一种火焰坡口机器人K型坡口切割装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种火焰坡口机器人K型坡口切割装置，其包括：机器人、操作平台、激光扫描仪、切割枪及控制系统；该操作平台用于放置待加工的工件；该激光扫描仪可沿该切割枪移动对该切割枪进行扫描从而保证该切割枪在切割前的切割直线度；该控制系统内部通过离线编程方式设有该切割枪的姿态、位置及角度参数信息；该控制系统将该切割枪的实际位姿信息与该控制系统内部设定的该切割枪的参数信息进行比较，并根据比较结果自动调整该切割枪的姿态及行走轨迹以对该工件进行坡口切割；上述结构，不仅缩短加工时间，降低生产成本，操作直观、方便、稳定；而且采用离线编程的方式，自动调节切割枪的位姿及行走轨迹，使工件无需翻身即可完成坡口切割。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钢结构生产施工中的火焰切割
，尤其涉及一种采用机器人对钢结构的K型坡口进行火焰切割的火焰坡口机器人K型坡口切割装置。
技术介绍
随着国民经济的发展，要建造更多更大的体育、休闲、展览、航空港、机库等大空间和超大空间建筑物的需求十分旺盛。此类建筑形式一般为空间钢结构，结构型式可分为网架(轻钢)、空间桁架(重钢)等。这些建筑物通常都具有跨度大、造型独特、受力复杂及建成后具有地区标志性意义等特点。在这些大跨度钢结构中，需要对钢板板材工件进行二次坡口切割加工形成如V型坡口、Y型坡口或K型坡口等形状各异的零件以满足不同钢结构需求。目前，材料(主要指普通钢材)切割技术已经非常成熟和丰富，常用的切割方法包括：等离子切割、激光切割及火焰切割等。等离子切割及激光切割方法精度高，但是成本也高，而且板材的切割厚度受到很大的限制。而单纯的火焰切割办法只能实现平面切割，无法满足高精度及高质量的要求。现有常用的火焰切割方法是采用火焰垂直切割用以切断板材，从而形成形状各异的零件。而钢结构零件焊接需要在零件焊接部位切割K型或V型坡口，在此情况下，采用平面切割的火焰切割方式并不能解决上述坡口切割要求，于是需要开发火焰坡口切割机构或者工艺，用以达到零件坡口切割的要求，其中以K型坡口的加工最为复杂。现有的K型坡口的切割成型方式很多，如采用传统方法分次切割的，此种方法需将零件翻身后进行二次切割，不仅耗费工时，而且很难保证加工精度。专利号CN202388088U中揭示的一种龙门式多头火焰切割机K型坡口切割装置，采用双割嘴同步切割，在减小切割变形的同时增加了割嘴数量，增大设备投入和操作难度，切割风险不可控；同时，由于割嘴的角度选择各有不同，也极大地影响了切割的效果；而专利号CN202344098U中揭示的另一种火焰切割机坡口切割火焰三割炬装置，采用三割嘴同步切割的方法实现K型坡口加工，该设备除操作要求高及复杂繁琐外，原材料损耗率较大显得更不可忽视。上述现有的多种火焰坡口切割装置均不能根据不同的板厚和坡口形式自动计算生成加工参数，或者按照合适的加工参数进行切割枪自动定位和坡口切割工作，导致自动化程度不高、加工精度不够、成本较高、劳动强度大，对操作人员的经验要求较高；另外，现有的火焰坡口切割枪不能自动旋转180°，导致加工双面坡口时需要对工件翻身，加工效率低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种火焰坡口机器人K型坡口切割装置，旨在其不仅能够缩短加工时间，降低量产时的生产及人工成本，切割操作直观、方便、稳定性更佳；而且采用离线编程的方式，自动调节加设在火焰坡口机器人第六轴端部的切割枪的位姿及行走轨迹，能够使工件无需翻身即可完成坡口的切割加工。本专利技术是这样实现的，一种火焰坡口机器人K型坡口切割装置，其包括：包括机器人、操作平台、激光扫描仪、切割枪及控制系统；所述操作平台用于放置待加工的工件；所述激光扫描仪设置在所述切割枪上并可沿所述切割枪的长度方向移动以对所述切割枪的位姿信息进行扫描从而保证所述切割枪在切割前的切割直线度；所述控制系统内部通过离线编程方式设有所述切割枪的姿态、位置及角度参数信息；所述切割枪与所述机器人的末端连接并可随所述机器人的末端一起运动；所述控制系统将所述切割枪的实际位姿信息与所述控制系统内部设定的所述切割枪的参数信息进行比较以得出所述实际位姿信息与所设定的参数信息之间的差异，并根据所述比较结果驱动所述机器人自动调整所述切割枪的姿态及行走轨迹以对所述工件进行坡口切割。进一步地，前述的工件可以单一的或者批量的放置在所述操作平台上并处于所述机器人的工作范围内，所述工件的坡口的待切割面与所述机器人的世界坐标系的坐标轴平行。进一步地，前述的机器人为工业六轴机器人，所述激光扫描仪为三维激光扫描仪；所述激光扫描仪的排列方向与所述切割枪的长度方向平行以便使所述激光扫描仪具有沿所述切割枪的长度方向移动的充足行程，所述激光扫描仪沿所述切割枪的长度方向移动的行程范围为50-100mm；所述切割枪连接在所述机器人的第六轴的末端。进一步地，前述的切割枪切割的电压由切割电源提供，所述切割电源上设置有水冷装置以用于降低所述切割电源的温度，防止所述切割枪因温度过高而发生安全事故；所述切割枪与所述第六轴末端位于一条直线上或者处于相互平行的状态，所述切割枪的型号可根据坡口切割的需求进行调整，且与切割氧及燃烧气体的压力相匹配。进一步地，前述的控制系统包括离线编程模块、校准模块及机器人控制器；所述离线编程模块与所述校准模块及所述机器人控制器电性连接，相互间能进行数据传递；所述离线编程模块用于根据带有所述工件标准坐标的三维CAD模型生成所述工件的加工路径及利用预先建立或者已有的机器人模型以及选定的机器人路径生成机器人离线数据代码；所述校准模块根据所述激光扫描仪扫描得到的所述切割枪的位姿信息与内部通过离线编程所设定的所述切割枪的参数信息进行比较以得出所述实际位姿信息与所设定的参数信息之间的差异，并将比较结果传送给所述机器人控制器；所述机器人控制器根据所述比较结果修正所述机器人及所述切割枪的加工路径。进一步地，前述的切割装置还包括驱动装置，所述驱动装置与所述机器人及所述激光扫描仪连接并根据所述控制系统传递的信息驱动所述机器人前进、后退、升降、旋转等运动而带动所述切割枪自动调整所述切割枪的姿态及行走轨迹；所述机器人控制器负责控制所述机器人、所述激光扫描仪及所述切割枪的动作；所述机器人控制器通过所述工件的厚度和坡口坐标自动计算生成所述机器人及所述切割枪的定位数据，该定位数据包括所述驱动装置的位置参数；所述机器人在所述驱动装置的作用下带动所述切割枪旋转180°，对所述工件进行无翻身的内侧坡口及外侧坡口的切割。进一步地，前述的离线编程模块包括输入及读取模块、离线数据生成模块、仿真模块及输入控制模块；所述输入及读取模块、所述离线数据生成模块、所述仿真模块及所述输入控制模块分别连接，且相互之间能进行数据传递；所述输入及读取模块用于输入带有工件标准坐标的三维CAD模型，及在所述CAD中读取其二维图形设计文件并对文件中的所述工件设置坡口特征。进一步地，前述的离线数据生成模块用于打开设置好的工件坡口的特征文件，并利用预先建立或者已有的机器人模型以及选定的机器人路径，生成不同的机器人离线数据代码；所述仿真模块用于对所生成的离线数据代码进行计算机模拟、仿真和防碰撞数据验证，然后输出给所述输入控制模块；所述输入控制模块用于接收所述仿真模块输出的所述机器人离线数据代码，并将其传输到所述机器人控制器中以控制所述机器人带动所述切割枪对所述工件进行坡口切割。进一步地，前述的机器人的路径产生后，所述离线数据生成模块根据在工件坐标系下所述机器人路径各点的坐标，该路径的路径方向，该路径的坡口角度，计算该路径上每一点的机器人直角坐标空间的位姿以及各关节的旋转角度；通过采用齐次坐标变换来描述机器人机械手各关节坐标之间以及工件与机器人之间的关系，并生成所述机器人离线数据代码；所述工件的实际坐标数据与所述机器人离线数据代码内的坐标值一致。进一步地，前述的离线数据生成模块计算所述机器人路径上每一点的机器人直角坐标空间的位姿以及各关节的旋转角度的过程包括：所述切割枪切割所述工件的坡口本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用机器人对钢结构的K型坡口进行火焰切割的火焰坡口机器人K型坡口切割装置，其特征在于：所述切割装置包括机器人、操作平台、激光扫描仪、切割枪及控制系统；所述操作平台用于放置待加工的工件；所述激光扫描仪设置在所述切割枪上并可沿所述切割枪的长度方向移动以对所述切割枪的位姿信息进行扫描从而保证所述切割枪在切割前的切割直线度；所述控制系统内部通过离线编程方式设有所述切割枪的姿态、位置及角度参数信息；所述切割枪与所述机器人的末端连接并可随所述机器人的末端一起运动；所述控制系统将所述切割枪的实际位姿信息与所述控制系统内部设定的所述切割枪的参数信息进行比较以得出所述实际位姿信息与所设定的参数信息之间的差异，并根据所述比较结果驱动所述机器人自动调整所述切割枪的姿态及行走轨迹以对所述工件进行坡口切割。

【技术特征摘要】
1.一种采用机器人对钢结构的K型坡口进行火焰切割的火焰坡口机器人K型坡口切割装置，其特征在于：所述切割装置包括机器人、操作平台、激光扫描仪、切割枪及控制系统；所述操作平台用于放置待加工的工件；所述激光扫描仪设置在所述切割枪上并可沿所述切割枪的长度方向移动以对所述切割枪的位姿信息进行扫描从而保证所述切割枪在切割前的切割直线度；所述控制系统内部通过离线编程方式设有所述切割枪的姿态、位置及角度参数信息；所述切割枪与所述机器人的末端连接并可随所述机器人的末端一起运动；所述控制系统将所述切割枪的实际位姿信息与所述控制系统内部设定的所述切割枪的参数信息进行比较以得出所述实际位姿信息与所设定的参数信息之间的差异，并根据所述比较结果驱动所述机器人自动调整所述切割枪的姿态及行走轨迹以对所述工件进行坡口切割。2.如权利要求1所述的火焰坡口机器人K型坡口切割装置，其特征在于，所述工件可以单一的或者批量的放置在所述操作平台上并处于所述机器人的工作范围内，所述工件的坡口的待切割面与所述机器人的世界坐标系的坐标轴平行。3.如权利要求2所述的火焰坡口机器人K型坡口切割装置，其特征在于，所述机器人为工业六轴机器人，所述激光扫描仪为三维激光扫描仪；所述激光扫描仪的排列方向与所述切割枪的长度方向平行以便使所述激光扫描仪具有沿所述切割枪的长度方向移动的充足行程，所述激光扫描仪沿所述切割枪的长度方向移动的行程范围为50-100mm；所述切割枪连接在所述机器人的第六轴的末端。4.如权利要求3所述的火焰坡口机器人K型坡口切割装置，其特征在于，所述切割枪切割的电压由切割电源提供，所述切割电源上设置有水冷装置以用于降低所述切割电源的温度，防止所述切割枪因温度过高而发生安全事故；所述切割枪与所述第六轴末端位于一条直线上或者处于相互平行的状态，所述切割枪的型号可根据坡口切割的需求进行调整，且与切割氧及燃烧气体的压力相匹配。5.如权利要求4所述的火焰坡口机器人K型坡口切割装置，其特征在于，所述控制系统包括离线编程模块、校准模块及机器人控制器；所述离线编程模块与所述校准模块及所述机器人控制器电性连接，相互间能进行数据传递；所述离线编程模块用于根据带有所述工件标准坐标的三维CAD模型生成所述工件的加工路径及利用预先建立或者已有的机器人模型以及选定的机器人路径生成机器人离线数据代码；所述校准模块根据所述激光扫描仪扫描得到的所述切割枪的位姿信息与内部通过离线编程所设定的所述切割枪的参数信息进行比较以得出所述实际位姿信息与所设定的参数信息之间的差异，并将比较结果传送给所述机器人控制器；所述机器人控制器根据所述比较结果修正所述机器人及所述切割枪的加工路径。6.如权利要求5所述的火焰坡口机器人K型坡口切割装置，其特征在于，还包括驱动装置，所述驱动装...

【专利技术属性】
技术研发人员：张成国，于增广，郑淼，冯清川，赖腾飞，谢成利，
申请(专利权)人：中建钢构有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44