一种针对复杂管系的机器人对接焊系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种针对复杂管系的机器人对接焊系统及方法，系统包括复杂管系变位平台、机器人焊接平台、应力调控单元和系统集成单元；复杂管系变位平台用于支撑并自定心卡紧待焊管件，并提供旋转变位；应力调控单元用于在系统焊接过程中通过超声导波束进行焊缝位置的能量导入，实现组织结晶的均匀化；系统集成单元通过总控制柜的操控终端来实现系统作业参数的输入、设备运行状态显示、信息的输出。本发明专利技术实现了不同管件的参数化焊接，解决了管系焊接装备工艺参数积累及自动下发等问题，提高了装备自适应焊接的能力，减少人工辅助作业，提升了管件生产过程中的智能化水平。

【技术实现步骤摘要】
一种针对复杂管系的机器人对接焊系统及方法
本专利技术属于复杂高价值管系智能制造领域，特别是一种针对复杂管系的机器人对接焊系统及方法。
技术介绍
在传统的管件对接焊装备使用过程中，普遍采用电动辅助装卡、人工在线手工调整寻位、手动调节工艺参数。导致人工参与度过高，装备在自动化、智能化水平较低。同时，由于焊接加热产生不均匀温度场而引起的残余应力，往往导致后期管件使用中的应力腐蚀、应力释放缺陷。面对诸多特种材质及高价值管系的高精度及可靠性要求，尤其是面向有色金属管-管、管-法兰、管三通、管弯头等附件对接焊应用，当前手工或半自动装备基本无法满足装配精度及焊后成品质量需要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种针对复杂管系的机器人对接焊系统及方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种针对复杂管系的机器人对接焊系统，包括复杂管系变位平台、机器人焊接平台、应力调控单元和系统集成单元；所述复杂管系变位平台用于支撑并自定心卡紧待焊管件，并提供旋转变位；所述应力调控单元用于在系统焊接过程中通过超声导波束进行焊缝位置的能量导入；所述机器人焊接平台包括六轴工业机器人、机器人轨道、焊接电源、焊枪和焊缝跟踪传感器；所述六轴工业机器人通过安装座安装于机器人轨道，用于完成待焊管件的扫描和不同焊缝位置的轴向滑移；焊枪安装于机器人末端，焊缝跟踪传感器通过过渡支架夹持并前置安装于焊枪上，焊缝跟踪传感器相对与焊枪末端存在前置量；所述系统集成单元通过总控制柜的操控终端来实现系统作业参数的输入、设备运行状态显示、信息的输出。一种针对复杂管系的机器人对接焊方法，包括如下步骤：步骤1、将待焊管件材质、管径、壁厚、应力调控时间、高能声束强度这些参数通过显示设置终端的系统任务界面录入；系统设备至初始零位状态，前、后支撑滚轮架自动提升至待焊管件对心中心高度；步骤2、待焊管件通过行车吊装至前、后支撑滚轮架上，并按照预置的焊缝区间进行摆放；步骤3、U型变位卡钳的卡抓完成自定心卡紧；步骤4、六轴工业机器人控制单元接收到U型变位卡钳的卡紧完成信号，驱动六轴工业机器人行进至预置焊缝区间，启动机器人扫描程序开始焊缝扫描；焊缝跟踪传感器完成扫描并将焊缝参数上传至六轴工业机器人控制单元；步骤5、机器人控制单元获取焊缝位置参数，启动机器人焊缝跟踪程序；若管径小于等于设定阈值，调用机器人焊缝跟踪程序一，先沿周扫描待焊焊缝，完成特征数据的提取并上传至六轴工业机器人控制单元；若管径大于设定阈值，调用机器人焊缝跟踪程序二，待焊接时进行实时在线跟踪；步骤6、六轴工业机器人控制器读取任务信息并自动匹配机器人焊接过程的机器人欧拉参数、变位机旋转速度、起弧参数、焊接参数、收弧参数、摆动参数、偏移参数、应力调控起始时间、应力调控终止时间及高能声束强度，并根据步骤4获得的焊缝位置自主规划起弧位置，焊接的同时根据机器人焊缝跟踪程序一或机器人焊缝跟踪程序二提取的位置参数进行实时调整焊枪末端位置，实现焊缝跟踪；焊接过程中系统根据预设的时间启动应力调控单元，总控制柜根据输入的高能声束强度参数配置多路信号控制器输出，实现焊接过程的应力在线调控；步骤7、完成管件焊接，系统各设备恢复初始位置，六轴工业机器人恢复到初始位置，U型变位卡钳旋转至零位并打开卡抓；显示设置终端显示焊接工作完成，等待人工取件。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)本专利技术实现复杂管系对接焊自动定心夹持、自动寻位、在线应力调控、连续自动焊缝跟踪，工作效率高、焊缝质量好、节省人力物力；(2)具有工艺数据库存储与调用功能，焊接工作任务时序设计，使各个任务动作连续、协调一致，尽可能的使各个任务动作并行运行，减少循环时间，提高系统自动化率；(3)设计人机界面，搭建软件控制系统实现焊接、应力调控等系统工艺的参数化设置。附图说明图1为复杂管系的机器人对接焊系统三维结构示意图。图2为复杂管系的机器人对接焊系统平面结构示意图。图3为复杂管系的机器人对接焊系统组成框图。图4为应力调控单元组成及原理示意图。图5为复杂管系的机器人对接焊系统实施逻辑顺序图。具体实施方式如图1-3所示，一种针对复杂管系的机器人对接焊系统，包括复杂管系变位平台、机器人焊接平台、应力调控单元和系统集成单元；所述复杂管系变位平台用于支撑并自定心卡紧待焊管件，并提供旋转变位；所述应力调控单元11用于在系统焊接过程中通过超声导波束进行焊缝位置的能量导入，实现组织结晶的均匀化；所述系统集成单元通过总控制柜1的操控终端来实现系统作业参数的输入、设备运行状态显示、信息的输出。进一步的，所述复杂管系变位平台由支撑轨道10、U型旋转变位卡盘8、前支撑滚轮架12和后支撑滚轮架9组成；所述U型旋转变位卡钳8固定安装于支撑轨道10上，前支撑滚轮架12和后支撑滚轮架9安放于U型旋转变位卡钳8两侧，并通过滑块连接至支撑轨道10上，通过齿轮齿条传动实现管件轴线方向的自动调整；前支撑滚轮架12和后支撑滚轮架9通过电机驱动涡轮蜗杆减速器带动支撑托辊上下移动。进一步的，如图4所示，所述应力调控单元11由四组楔块1101、高能声束换能器1102、换能器安装调整架1103、环形过渡安装座1105、环形支座1104和信号放大器及多路超声信号控制器组成；四路高能声束换能器1102通过螺钉固定在四组楔块1101上，楔块1101经过安装调整支架1103连接至环形过渡安装座1105上，四件过渡安装座1105经过螺钉安装至环形支座1104；环形支座由沿周锁紧螺钉固定在待焊管件上；应力调控由系统集成单元设置并下发调控时间、调控强度参数，多路超声信号控制器通过信号放大器将信号放大并由高能声束换能器1102进行输出，实现沿周焊缝的多区域应力调控。进一步的，所述机器人焊接平台包括六轴工业机器人5、机器人轨道4、焊接电源13、焊枪6和焊缝跟踪传感器7；所述六轴工业机器人5通过安装座安装于机器人轨道4，用于完成待焊管件14的扫描和不同焊缝位置的轴向滑移；焊枪6安装于机器人末端，焊缝跟踪传感器7通过过渡支架夹持并前置安装于焊枪6上，焊缝跟踪传感器7相对与焊枪6末端存在一定前置量。对于待焊管径小于前置量则无法在线跟踪，需要采用预扫描离线跟踪的方式来执行。进一步的，所述的机器人轨道4、U型变位卡盘8作为六轴工业机器人5外部轴，由机器人控制器直接控制；系统启动前，将待焊管件放置于前后支撑滚轮架上，其中待焊焊缝处于预设焊缝范围内；系统启动时，U型变位卡盘8将待焊管件自动对中卡紧，机器人携带焊缝跟踪传感器7沿着机器人轨道自动扫描管件焊缝，将焊缝位置参数进行提取并自动引导系统对焊缝位置进行定位。进一步的，直径小于140mm以下管件，由焊缝跟踪传感器7先沿周扫描并提取焊缝位置参数，再由机器人根据提取的焊缝位置参数进行离线轨迹规划跟踪焊缝位置；直径大于140mm的管件，通过实时采集焊缝数据，进行机器人在线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对复杂管系的机器人对接焊系统，其特征在于，包括复杂管系变位平台、机器人焊接平台、应力调控单元(11)和系统集成单元；/n所述复杂管系变位平台用于支撑并自定心卡紧待焊管件，并提供旋转变位；/n所述应力调控单元(11)用于在系统焊接过程中通过超声导波束进行焊缝位置的能量导入；/n所述机器人焊接平台包括六轴工业机器人(5)、机器人轨道(4)、焊接电源(13)、焊枪(6)和焊缝跟踪传感器(7)；所述六轴工业机器人(5)通过安装座安装于机器人轨道(4)，用于完成待焊管件(14)的扫描和不同焊缝位置的轴向滑移；焊枪(6)安装于机器人末端，焊缝跟踪传感器(7)通过过渡支架夹持并前置安装于焊枪(6)上，焊缝跟踪传感器(7)相对与焊枪(6)末端存在前置量；/n所述系统集成单元通过总控制柜的操控终端来实现系统作业参数的输入、设备运行状态显示、信息的输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种针对复杂管系的机器人对接焊系统，其特征在于，包括复杂管系变位平台、机器人焊接平台、应力调控单元(11)和系统集成单元；
所述复杂管系变位平台用于支撑并自定心卡紧待焊管件，并提供旋转变位；
所述应力调控单元(11)用于在系统焊接过程中通过超声导波束进行焊缝位置的能量导入；
所述机器人焊接平台包括六轴工业机器人(5)、机器人轨道(4)、焊接电源(13)、焊枪(6)和焊缝跟踪传感器(7)；所述六轴工业机器人(5)通过安装座安装于机器人轨道(4)，用于完成待焊管件(14)的扫描和不同焊缝位置的轴向滑移；焊枪(6)安装于机器人末端，焊缝跟踪传感器(7)通过过渡支架夹持并前置安装于焊枪(6)上，焊缝跟踪传感器(7)相对与焊枪(6)末端存在前置量；
所述系统集成单元通过总控制柜的操控终端来实现系统作业参数的输入、设备运行状态显示、信息的输出。


2.根据权利要求1所述的针对复杂管系的机器人对接焊系统，其特征在于，所述复杂管系变位平台由支撑轨道(10)、U型旋转变位卡盘(8)、前支撑滚轮架(12)和后支撑滚轮架(9)组成；所述U型旋转变位卡钳(8)固定安装于支撑轨道(10)上，前支撑滚轮架(12)和后支撑滚轮架(9)安放于U型旋转变位卡钳(8)两侧，并通过滑块连接至支撑轨道(10)上，通过齿轮齿条传动实现管件轴线方向的自动调整；前支撑滚轮架(12)和后支撑滚轮架(9)通过电机驱动涡轮蜗杆减速器带动支撑托辊上下移动。


3.根据权利要求2所述的针对复杂管系的机器人对接焊系统，其特征在于，所述应力调控单元(11)由四组楔块(1101)、四路高能声束换能器(1102)、四件换能器安装调整架(1103)、四件环形过渡安装座(1105)、环形支座(1104)和信号放大器及多路超声信号控制器组成；四路高能声束换能器(1102)通过螺钉固定在四组楔块(1101)上，楔块(1101)经过安装调整支架(1103)连接至环形过渡安装座(1105)上，四件过渡安装座(1105)经过螺钉安装至环形支座(1104)；环形支座(1104)固定在待焊管件上；应力调控由系统集成单元设置并下发调控时间、调控强度参数，多路超声信号控制器通过信号放大器将信号放大并由高能声束换能器(1102)进行输出，实现沿周焊缝的多区域应力调控。


4.根据权利要求3所述的针对复杂管系的机器人对接焊系统，其特征在于，所述环形支座(1104)由周向布置的锁紧螺钉固定在待焊管件上。


5.根据权利要求3所述的复杂管系的机器人对接焊方法，其特征在于，直径小于140mm以下管件，由焊缝跟踪传感器(7)先沿周扫描并提取焊缝位置参数，再由机器人根据提取的焊缝位置参数进行离...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋小伟，徐春广，廖良闯，史超，陆姜全，张锐，胡晓磊，张成，梁乐，王传生，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一六研究所，江苏杰瑞科技集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32