专利名称：一种管道环形焊接机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及焊接机器人技术，具体为一种管道环形焊接机器人，特别是一种可自动识别焊缝，并可实现自动跟踪焊缝进行焊接的管道环形焊接机器人，国际专利分类号拟为Int.Cl7B25J 11/00。
背景技术：
焊接机器人是一种可自动进行焊接的机器设备，具有工作效率高，焊接质量好，节省人力，安全可靠等特点，是一种现代制造技术。管道环形焊接机器人是焊接机器人的一种，主要用于各种大型管道的环形焊接。例如，我国重点基础设施建设项目西气东输、南水北调、石油输送、三峡水电站和隧道等大型工程施工所需的各种大型运送管道的连接，就急需大量高效优质的管道环焊机器人。但现有的管道环形焊接设备工作前需要先在大型管道上铺设焊接导向的机械模板或装置，或者在大型管道上画出与焊缝相平行的标记线，以引导焊接设备进行环焊。这种前期辅助工作繁琐，劳动强度大，人员操作要求高，效率低，特别是安装焊接导向的机械模板，或是描画所述的标记线，都需要操作人员来完成，因而其素质的高低和工作态度的好坏，或者说其工作精度和质量好坏，都将直接影响焊接效果的稳定和优劣，也影响焊接的工作效率和自动化功能的发挥，甚至会导致质量或安全隐患。
实用新型内容针对现有技术的不足，本实用新型主要解决的技术问题就是提供一种管道环形焊接机器人，它可自动识别焊缝，并可实现自动跟踪焊缝进行焊接，具有工作效率高，焊接质量好，操作简单，节省人力，减少物耗等优点。
本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，设计的一种管道环形焊接机器人，其特征在于它包括行走车、分别后、前安装在行走车上的水平箱体与竖直箱体，水平与竖直跟踪执行机构、前视觉传感器与后视觉传感器、焊枪机构、计算机控制系统以及焊接电源系统；所述的行走车包括安装在车体上的四个永磁车轮及其驱动机构和驱动电机，行走车通过永磁车轮可贴附在焊接管道的表面平稳运行；所述的水平与竖直跟踪执行机构用连接板连接，并固装在行走车的上表面上；所述的水平跟踪执行机构安装在水平箱体内，包括立式弯板，其上固装的水平驱动电机和水平导轨、水平驱动电机与水平丝杠-螺母机构机械连接，丝杠-螺母机构的水平滑鞍的另一端与所述的连接板连接；所述的竖直跟踪执行机构安装在竖直箱体内，包括立板，其上固装的竖直驱动电机和竖直导轨，竖直驱动电机与竖直丝杠-螺母机构机械连接，丝杠-螺母机构的竖直滑鞍的另一端与所述的焊枪机构中的焊枪弯板相连接；所述的前视觉传感器安装在所述竖直箱体的前侧，包括安装在传感器外壳内壁上的CCD摄像机、半导体激光器和柱面透镜，CCD摄像机和半导体激光器的光轴处于同一平面内；所述的后视觉传感器与前视觉传感器结构相同，安装在所述水平箱体的后侧；所述的前、后视觉传感器安装位置均应使其垂直对准焊接管道的焊缝；所述的焊枪机构包括一端安装在竖直跟踪执行机构上的焊枪弯板，焊枪弯板的另一端安装有固定焊枪的可调焊枪夹头，可调焊枪夹头可使焊枪沿被焊管道的法向调整；所述的计算机控制系统包括计算机、电缆和相应软件；计算机通过电缆分别连接可获取焊缝的几何形状与位置信息的所述前、后视觉传感器，行走车、水平与竖直跟踪执行机构和焊接电源系统；计算机控制系统通过软件操控行走车和所述的其他全部机构协调工作。
本实用新型的管道环形焊接机器人设计了计算机控制系统操控的通过永磁车轮可贴附在焊接管道表面平稳运行的行走车，并且行走车的运动取决于计算机源于所述的前、后视觉传感器和CCD摄像机采集的焊接管道焊缝信息的分析判断，同时通过计算机指令所述的水平和竖直执行机构跟踪管道焊缝，自动识别管道焊缝，并指令焊枪准确工作，完成自动焊接。
与现有技术相比，本实用新型管道环形焊接机器人不需要事先在管道的外表面铺设导向装置或者画出与焊缝相平行作为焊枪移动基准的标记线，可省去这些冗繁的前期辅助工序，而是基于视觉焊缝识别技术直接由计算机控制行走车自动实现焊缝跟踪运动，减少了大量辅助工时，提高了生产效率，也降低了操作者的劳动强度。另外，本实用新型设计的管道环形焊接机器人还可以自动识别焊缝的几何形状，并通过计算机对管道焊道数目、层数以及行走车的跟踪运动自动进行规划，可以保证焊接质量的稳定和最优化。
图1为本实用新型管道环形焊接机器人整体结构的主视示意图；图2为本实用新型管道环形焊接机器人整体结构的侧视示意图；图3为本实用新型管道环形焊接机器人控制系统原理示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图对本实用新型作进一步叙述本实用新型设计的一种管道环形焊接机器人(参见图1、2)，其特征在于它包括行走车1、分别后、前安装在行走车1上的水平箱体20与竖直箱体30，水平与竖直跟踪执行机构2和3、前视觉传感器与后视觉传感器4和5、焊枪机构6以及计算机控制系统7；所述的行走车1包括安装在车体11上的四个永磁车轮12及其驱动机构13和驱动电机14，行走车1通过永磁车轮12可贴附在焊接管道9的表面平稳运行；所述的水平与竖直跟踪执行机构2和3用连接板8连接，并固装在行走车1的上表面上；所述的水平跟踪执行机构2安装在水平箱体20内，包括立式弯板21，其上固装的水平驱动电机22和水平导轨24、水平驱动电机22与水平丝杠-螺母机构23机械连接，丝杠-螺母机构23的水平滑鞍25的另一端与所述的连接板8连接；所述的竖直跟踪执行机构3安装在竖直箱体30内，包括立板31，其上固装的竖直驱动电机33和竖直导轨32，竖直驱动电机33与竖直丝杠-螺母机构34机械连接，丝杠-螺母机构34的竖直滑鞍35的另一端与所述的焊枪机构6中的焊枪弯板61相连接；所述的前视觉传感器4安装在所述竖直箱体30的前侧，包括安装在传感器外壳40内壁上的CCD摄像机41、半导体激光器42和柱面透镜43，CCD摄像机41和半导体激光器42的光轴处于同一平面内；所述的后视觉传感器5与前视觉传感器结构相同，安装在所述水平箱体20的后侧；所述的前、后视觉传感器4、5安装位置均应使其垂直对准焊接管道9的焊缝91；所述的焊枪机构6包括一端安装在竖直跟踪执行机构3上的焊枪弯板61，焊枪弯板61的另一端安装有固定焊枪63的可调焊枪夹头62，可调焊枪夹头62可使焊枪6 3沿被焊管道9的法向调整；所述的计算机控制系统7包括计算机71、电缆72和相应软件；计算机71通过电缆72分别连接可获取焊缝91的几何形状与位置信息的所述前、后视觉传感器4、5，以及所述行走车1、水平与竖直跟踪执行机构2和3，并通过电缆73连接焊接电源系统10；所述的焊接电源系统10为原有的一元化焊接电源系统；计算机控制系统7通过软件操控行走车1和所述的其他全部机构协调工作。
本实用新型所述管道环形焊接机器人的工作原理如下将本实用新型所述管道环形焊接机器人放置在被焊接的管道9外表面上，由4个永磁车轮12将所述管道环形焊接机器人吸附在管道9上。前视觉传感器4和后视觉传感器5的下端口均对准待焊接的焊缝91中心。前视觉传感器4的半导体激光器42发出激光经过柱面透镜43变换成条纹照在焊缝上，形成结构光。CCD摄像机41将结构光的图像采集到计算机71中进行处理，得到焊缝的几何形状及位置信息。所述机器人的行走车1沿管道9上焊缝91做圆周运动。如果在焊枪弯板61上固装着的焊枪63偏离焊缝91中心，计算机71控制水平跟踪执行机构2实现水平跟踪运动，使焊枪63重新对准焊缝91的中心。后视觉传感器5的工作原理同于前视觉传感器4，它将行走车1与焊缝91之间的相对位置信息送给计算机71，进而控制行走车体1实现对焊缝91的自动跟踪。
本实用新型计算机控制系统7通过软件操控行走车1及其他机构。其工作原理是(参见图3)前、后视觉传感器4、5将采集到的图像信号通过图像采集卡传给计算机71，经过系统软件的图像处理模块和轨迹生成模块处理，得到焊缝91的轨迹和截面信息；运动控制模块根据焊缝91的轨迹信息指令运动执行模块(包括行走车1、水平和竖直执行机构2和3)带动焊枪61跟踪焊缝91，并将焊枪63位置反馈回系统软件；焊接参数控制模块根据焊缝91截面信息得到焊接参数，并驱动焊接电源系统10，进行焊接，并将焊接参数反馈回系统软件，完成自动焊接。因此，本实用新型环形焊接机器人无需敷设导向轨道或划出与焊缝平行的指引线，而按视觉识别的焊缝91路径实现跟踪运动和自动焊接。
本实用新型管道环型焊接机器人的工作是基于视觉焊缝的自动识别与跟踪，可以应用于直径为600-4000毫米，壁厚为10-80毫米的管道环形焊缝的自动焊接，工序简化，质量稳定，效率提高。
权利要求1.一种管道环形焊接机器人，其特征在于它包括行走车1、分别后、前安装在行走车1上的水平箱体20与竖直箱体30，水平与竖直跟踪执行机构2和3、前视觉传感器与后视觉传感器4和5、焊枪机构6以及计算机控制系统7和焊接电源系统10；所述的行走车1包括安装在车体11上的四个永磁车轮12及其驱动机构13和驱动电机14，行走车1通过永磁车轮12可贴附在焊接管道9的表面平稳运行；所述的水平与竖直跟踪执行机构2和3用连接板8连接，并固装在行走车1的上表面上；所述的水平跟踪执行机构2安装在水平箱体20内，包括立式弯板21，其上固装的水平驱动电机22和水平导轨24、水平驱动电机22与水平丝杠-螺母机构23机械连接，丝杠-螺母机构23的水平滑鞍25的另一端与所述的连接板8连接；所述的竖直跟踪执行机构3安装在竖直箱体30内，包括立板31，其上固装的竖直驱动电机33和竖直导轨32，竖直驱动电机33与竖直丝杠-螺母机构34机械连接，丝杠-螺母机构34的竖直滑鞍35的另一端与所述的焊枪机构6中的焊枪弯板61相连接；所述的前视觉传感器4安装在所述竖直箱体30的前侧，包括安装在传感器外壳40内壁上的CCD摄像机41、半导体激光器42和柱面透镜43，CCD摄像机41和半导体激光器42的光轴处于同一平面内；所述的后视觉传感器5与前视觉传感器4结构相同，安装在所述水平箱体20的后侧；所述的前、后视觉传感器4、5安装位置均应使其垂直对准焊接管道9的焊缝91；所述的焊枪机构6包括一端安装在竖直跟踪执行机构3上的焊枪弯板61，焊枪弯板61的另一端安装有可固定焊枪63、并可使焊枪63沿被焊管道9法向调整的可调焊枪夹头62；所述的计算机控制系统7包括计算机71、电缆72和相应软件；计算机71通过电缆72分别连接可获取焊缝10的几何形状与位置信息的所述前、后视觉传感器4和5、所述行走车1、水平与竖直跟踪执行机构2和3以及焊接电源系统10。
专利摘要本实用新型涉及一种管道环形焊接机器人，其特征在于它包括行走车、分别后、前安装在行走车上的水平箱体与竖直箱体，水平与竖直跟踪执行机构、前视觉传感器与后视觉传感器、焊枪机构、计算机控制系统以及焊接电源系统。本实用新型管道环形焊接机器人设计了计算机控制系统操控的通过永磁车轮可贴附在焊接管道表面平稳运行的行走车，并且行走车的运动取决于计算机源于所述的前、后视觉传感器和CCD摄像机采集的焊接管道焊缝信息的分析判断，同时通过计算机指令所述的水平和竖直执行机构跟踪管道焊缝，自动识别管道焊缝，并指令焊枪准确工作，完成自动焊接。
文档编号B25J5/00GK2726836SQ20042002986
公开日2005年9月21日 申请日期2004年9月30日 优先权日2004年9月30日
发明者岳宏, 李慨, 李洪来, 赵海文, 戴士杰 申请人:河北工业大学