一种机器人焊接系统及其焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是机器人焊接智能化技术领域的自动化焊接系统及方法，具体涉及一种核岛主设备蒸汽发生器管子-管板焊接的机器人焊接系统及其焊接方法。
【背景技术】
[0002]核电由于具有清洁、持续供电能力强、受地理位置限制相对较少的优点，是未来能源发展的重要方向。《国家核电发展专题规划》提出到2020年，我国核电运行装机容量将达到4000万千瓦，核电占全部电力装机容量的比例提高到4%，年发电量达到2600~2800亿千瓦时。核电建设工期的长短对其经济性有显著的影响，蒸汽发生器作为核岛主设备，其制造过程中管子-管板的焊接是关键工序，管子-管板的焊接质量和焊接效率直接影响到管板一次侧的耐腐蚀性、密封性以及蒸汽发生器的制造进度。蒸汽发生器管子-管板焊缝数量巨大，以AP1000蒸汽发生器为例，有20050道管子-管板焊缝，目前主要采用人工手持管子-管板焊枪进行焊接，焊接效率低。
【发明内容】
[0003]本发明针对目前蒸汽发生器管子-管板主要采用人工进行焊接的现状，提出一种核岛主设备蒸汽发生器管子-管板焊接的机器人焊接系统及其焊接方法，实现管子-管板自动化焊接过程中的初始焊位识别与导引、路径规划与离线编程、管子-管板焊缝机器人自动化焊接、钨极自动检测与更换、焊缝质量在线检测等功能。
[0004]为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供一种机器人焊接系统，所述机器人焊接系统设有中央控制模块，以及与其信号连接并受其控制的以下设备:
至少一台六自由度的工业机器人，其工作范围叠加实现对工件管板上所有管子-管板焊缝的焊接位置的覆盖；
至少一把管子-管板焊枪；每个工业机器人分别抓持与之对应的至少一把管子-管板焊枪至相应的管孔处，由各管孔处的管子-管板焊枪对管子-管板焊缝进行焊接；
焊缝质量在线检测模块，根据焊缝形貌对焊缝质量进行在线检测。
[0005]优选地，所述机器人焊接系统还设有与中央控制模块信号连接并受其控制的路径规划与离线编程模块，对多个工业机器人进行焊接路径防碰撞的规划，并对规划的方案进行尚线编程。
[0006]优选地，所述机器人焊接系统还设有与中央控制模块信号连接并受其控制的激光扫描定位模块，其根据激光传感器对管孔的扫描结果获得管孔的圆心坐标，作为初始焊接位置识别与自主导引的参考数值。
[0007]优选地，所述机器人焊接系统设有两台工业机器人，每台工业机器人分别抓持两把用来对管子-管板焊缝进行自动钨极氩弧焊的管子-管板焊枪。
[0008]优选地，各个所述工业机器人安装在与其对应的竖直支架上并能够随竖直支架进行水平移动；所述工业机器人能够在竖直支架上进行上下移动。
[0009]优选地，各个所述竖直支架安装在系统平台上并能够随系统平台水平移动；所述系统平台能够沿地面导轨分别移动至各个待焊接工件的管板前；
所述工件是放置在各自支承架上的蒸汽发生器。
[0010]优选地，所述系统平台上还设置有以下设备:
钨极自动更换平台，其位于相应工业机器人可操作的范围内，用于更换钨极；
焊接电源，为各把所述管子-管板焊枪供电；
机器人控制柜，其中设置各个工业机器人的机器人控制设备；
中央控制平台，其中设置有所述中央控制模块、焊缝质量在线检测模块、路径规划与离线编程模块及激光扫描定位模块。
[0011]优选地，各个所述竖直支架上分别安装有相应的线束支架，用来放置工业机器人及其对应管子-管板焊枪的导线；
所述系统平台的地面导轨，包含横向导轨及纵向导轨。
[0012]优选地，所述焊缝质量在线检测模块是根据激光传感器对焊接焊缝的扫描结果，获得焊缝的三维重建图像，并根据焊缝形貌对焊缝质量进行在线检测。
[0013]优选地，所述激光传感器设置在所述工业机器人的机器人臂前端上。
[0014]本发明的另一个技术方案是提供一种机器人焊接系统的焊接方法，其包含以下过程:
将多个工件分别安装在各自的支承架上；
通过地面导轨将系统平台移动到其中一个工件的管板前，以便机器人焊接系统设置在系统平台上的设备能够进行相应操作:
每个工业机器人抓持与之对应的其中一把焊枪到达管板上当前待焊管孔的焊接位置进行焊枪的定位；焊枪定位后，工业机器人松开焊枪夹具，以便抓取与该工业机器人对应的另一把焊枪；
已经定位的焊枪根据中央控制模块的命令启动焊接，在对单个管子-管板焊缝焊接完成后给出焊接完成信号；工业机器人将给出焊接完成信号的焊枪抓放到下一个管孔处定位，以便进行下一个管子-管板焊缝的焊接；
通过多个工业机器人与其各自焊枪的配合完成该工件管板上所有管子-管板的焊接后，通过地面导轨将系统平台移动到另一个工件的管板前，完成所有管子-管板焊缝的焊接。
[0015]优选地，所述焊接方法进一步包含:由每个工业机器人带动机器人臂前端设置的激光传感器移动，通过激光传感器扫描管板上当前待焊管孔，并通过激光扫描定位模块确定该管孔的中心位置，以便该工业机器人抓持与之对应的其中一把焊枪到达该管孔的焊接位置进行焊枪的定位。
[0016]优选地，所述焊接方法进一步包含:在焊枪完成单个管子-管板焊缝焊接之后，通过激光传感器对管子-管板焊缝进行扫描，通过焊缝质量在线检测模块获得焊缝的三维重建图像，并根据焊缝形貌对焊缝质量进行在线检测及超标缺陷报警。
[0017]优选地，所述焊接方法进一步包含:将多个工件分别安装在各自的支承架上之后，建立与各工件等比例的三维模型，导入机器人控制系统；以及，将系统平台移动到任意一个工件的管板前之后，对工业机器人进行人工示教操作，以多个参考点确认工件实际坐标，来校正工件三维模型的坐标系；并且，通过路径规划与离线编程模块执行多个工业机器人的焊接路径防碰撞的规划，并对规划的方案进行离线编程。
[0018]优选地，任意一把焊枪被工业机器人抓持到当前待焊管孔的焊接位置时，将焊枪定位芯轴插入当前待焊管孔，使焊枪上部设置的气动辅助定位胀管插入管口，并在焊枪轴向到位后使气动定位胀管自动涨紧，涨紧确认后机器人松开焊枪夹具。
[0019]本发明公开了一种机器人焊接系统及其焊接方法，属于机器人焊接自动化技术领域，适用于核岛主设备蒸汽发生器管子-管板焊接。本发明中的工业机器人具有工作效率高、稳定可靠、重复精度高等优点，采用机器人取代人工进行焊接在提高焊接效率、保证产品质量稳定性、改善工人工作环境和降低工人劳动强度等方面具有非常明显的优势。
[0020]本发明能够实现核岛主设备蒸汽发生器管子-管板焊接的初始焊缝位置识别与自主导引、路径规划与离线编程、管子-管板机器人自动化焊接以及焊缝质量的在线检测。对于提高管子-管板的焊接效率、保证焊缝质量的稳定性、缩短蒸汽发生器的交货周期、提高核电经济性具有非常重要的意义。
【附图说明】
[0021]图1是本发明所述核岛主设