一种大尺寸立体曲线焊缝智能焊接设备的制造方法

文档序号:9083208阅读:367来源:国知局
一种大尺寸立体曲线焊缝智能焊接设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及焊接领域,具体设及一种大尺寸立体曲线焊缝智能焊接设备。 技术背景
[0002] 大尺寸=维立体曲线对接焊缝常分布于船舶表面等大型曲面上,现有的固定式焊 接系统的焊接行程难W达到,故其一直处于手工半自动焊的状态。然而手工半自动化焊接 存在W下问题:首先,工人在强烈弧光、烟尘、有害气体、高溫等影响因素下,容易疲劳,影响 焊接质量;其次,焊枪在焊接过程中发烫较快,焊不到一米,工人需要稍停W下,再继续着 焊,使得焊接中出现较多的融合点,影响了焊缝质量;接着,在船头、船尾运类曲面的焊接过 程中,工人需要借助升降平台或铺设导轨的方式实现焊接,严重的制约了焊接效率;最后, 焊接工种本身就对工人有一定的技术要求,尤其是船舶焊接,而工人的技术水平的高低层 次不齐,直接影响了焊缝质量的均一性。随着造船技术的快速发展,焊接工种的稀缺,大吨 位的船舶的需求量的增加,大尺寸=维立体曲线焊接程中传统的手工焊接方式远远不能满 足造船业的需求。
[0003] 鉴于上述缺陷,本实用新型创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本实用新 型。 【实用新型内容】
[0004] 为解决上述技术缺陷,本实用新型采用的技术方案在于,提供一种大尺寸立体曲 线焊缝智能焊接设备,包括一行走系统、一运动系统、一焊接系统、一控制系统,所述行走系 统为焊接设备提供主体支撑并且能够带动设备进行运动,所述控制系统控制所述行走系统 沿待焊焊缝前行、控制所述运动系统带动所述焊接系统对准焊缝、控制所述焊接系统对焊 缝进行焊接,其特征在于,其还包括一用于指导所述行走系统行进轨迹的第一视觉系统与 一用于指导所述运动系统位置的第二视觉系统。
[0005] 较佳的,所述第一视觉系统包括一第一图像获取装置与一线形激光器;所述第二 视觉系统包括一第二图像获取装置与一环形激光器。
[0006] 较佳的,所述运动系统为一多自由度机械手,所述第一图像获取装置为第一相机, 所述第二图像获取装置为第二相机。
[0007] 较佳的,所述控制系统,包括一用于控制所述行走系统前后运动、转向运动的行动 控制器、一用于控制所述运动系统动作的运动控制器与一用于处理所述第一图像获取装置 与所述第二图像获取装置获取数据的图像数据处理器与一用于调整所述焊接系统焊接工 艺参数的焊接控制器。
[0008] 较佳的,所述焊接系统包括一位于所述运动系统终端的焊枪,所述第二相机与所 述焊枪活动连接,并且能够W焊枪为轴进行转动。
[0009] 与现有技术相比较,本实用新型的有益效果在于:
[0010] (1)本实用新型效率高、焊接质量好,本实用新型采用二级视觉监控系统,分别对 移动的小车行进轨迹、焊枪相对于焊缝的空间位置进行监控与引导,消除或减少移动小车、 多自由度机械手等系统叠加因素带来的焊枪位置、位姿与待焊焊缝不匹配的问题,实现大 尺寸=维立体曲线对接焊缝自动化焊接中的智能跟踪监测和自适应反馈,避免或减少焊 前、焊中、焊后人工检测、补焊的工作量,提高焊接质量和效率;
[0011] (2)通用性好,可实现厚板、薄板及多种坡口的焊接件的焊缝识别及跟踪,本实用 新型的二级视觉识别及跟踪系统对待焊接工件没有材质、形状、尺寸的特定限制,既可W用 于大尺寸=维立体曲线对接焊缝的智能化焊接,也可用于大尺寸的直线焊缝的智能化焊 接,对待焊件板厚及是否开坡口都没限制;
[0012] (3)本实用新型智能化程度较高,在焊接过程中不需要人工对零及采用复杂的夹 具、轨道等辅助,只需要将该装备放置于装配好的待焊件的焊接起点附近处的曲面上,就可 W实现自动焊接。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型所述大尺寸立体曲线焊缝智能焊接设备结构图;
[0014] 图2为本实用新型所述第一视觉系统示意图;
[0015] 图3为本实用新型所述第二视觉系统示意图;
[0016] 图4a为本实用新型第一视觉系统视场示意图a;
[0017] 图4b为本实用新型第一视觉系统视场示意图b;
[0018] 图5a为本实用新型Z轴旋转之前第二相机视场示意图;
[0019] 图化为本实用新型Z轴旋转之前第二相机Z轴截面示意图;
[0020] 图6a为本实用新型Z轴旋转之后第二相机视场示意图;
[0021] 图化为本实用新型Z轴旋转之后第二相机Z轴截面示意图。
【具体实施方式】
[0022] 为便于本领域技术人员对本实用新型的技术方案和有益效果进行理解,特结合附 图对【具体实施方式】进行如下描述。
[0023] 实施例一:
[0024] 请参阅图1所示,本实用新型所述的大尺寸立体曲线焊缝智能焊接设备,包括行 走系统1、运动系统2、焊接系统3、第一视觉系统4、第二视觉系统5与控制系统6。
[0025] 其中,所述行走系统1为所述大尺寸立体曲线焊缝智能焊接设备的动力结构部分 与主体支撑结构部分,本实施例中,其为一能够吸附在待测曲面7上的行走小车,所述行走 小车包括行走机构与驱动机构W实现运动过程中的前后运动W及360°原地转向,所述移 动小车在运动过程中可依靠重量紧贴待焊曲面运行,也可依靠磁吸附、压力吸附等方式紧 贴待焊曲面运行,其紧贴待焊曲面运行的方式不限于此;所述移动小车在运动过程中可采 取履带式的爬行方式,也可采用轮式、多足式等方式实现前后爬行,其爬行方式不限于此。
[0026] 所述运动系统2带动所述焊接系统3进行运动,本实施例中,其为一多自由度机械 手,其可W为多关节式,模块化式、并联式,其实现方式不限于此。本实施例中,所述运动系 统固定于所述行走系统1上,随所述行走系统1 一起运动。
[0027] 所述焊接系统3包括焊头及其他部件,所述焊接系统3与所述运动系统2集成在 一起,如图1所示,所述运动系统2的前端为所述焊头,所述运动系统能够带动所述焊接系 统到指定的位置进行焊接工作。
[0028] 请参见图2所示,图2为所述第一视觉系统结构图,图2中省略了所述运动系统2 W及焊接系统3。
[0029] 所述第一视觉系统4包括一第一图像获取装置41与一线形激光器42,所述第一图 像获取装置41能够获取所述线形激光器42向焊缝8发射的激光视场并将其传送至所述控 制系统6。
[0030] 所述第一视觉系统能够识别所述行动系统1当前位置与当前焊缝位置,将识别数 据传送至所述控制系统6,反馈时时修正所述行动系统能够沿焊缝向前施焊,进而实现自动 化焊缝,并且能够提供一定的焊接精度。
[0031] 所述第二视觉系统5包括一第二图像获取装置与一环形激光器,请参见图3所示, 图=为所述运动系统2的细节图,所述运动系统2的末端为所述焊接系统3的焊枪31。第 二视觉系统5与所述焊枪31为一体化装置,一同在装载本实施例中多自由度机械手末端。 所述第二视觉系统5能够围绕所述焊枪31中屯、轴线转动,所述环形激光器的环形投影线始 终位于焊枪前方(相对于运动方向而言)。
[0032] 所述第二视觉系统5能够检测焊缝、所述焊枪31的相对位置,并且将位置信息反 馈至所述控制系统6反馈控制所述运动系统2作出运动调整所述运动系统2的位置,从而 实现精准与高质量焊接。
[0033] 本实施例中,所述第一图像获取装置与所述第二图像获取装置均为相机。
[0034] 所述控制系统6包括一用于带动所述行走系统1前后运动、转向运动的行动控制 器、一用于控制所述行走系统1吸附动作、所述运动系统2动作的运动控制器、一用于处理 焊前一定距离的线型激光线投影图像、焊前附件的圆环型激光线投影图像,得到磁吸附移 动小车在曲面上的二维轨迹、焊枪空间位置及位姿调整量的图像数据处理器与一用于调整 焊接工艺参数的焊接控制器。
[0035] 所述控制系统6所包含的各控制器,可W通过集成、外挂或其他方式实现,本实用 新型中不做任何限制。
[0036] 在实际焊接过程中,本实用新型所述设备采用如下方法完成焊接工作。
[0037] S1 :行走系统定位于焊接起点附化智能获取焊接起点位置,并且开始施焊;
[0038] 本实施例移动小车的工作坐标系XYZ,W多关节机械手的安装位置的中屯、为原点 0,W移动小车长度方向为X方向,垂直于移动小车上平面的方向为Z方向,与面XZ垂直方 向为Y方向,所述小车在运动过程中沿着X方向前进,且绕着Z方向转动;焊枪的工作坐标 系XAZi,W多关节机械手末端中屯、为原点,W其轴线方向为Zi方向,相机光轴与Z1的垂线 方向为Xi方向,与面X品垂直方向为Y式向。
[0039] 第一相机坐标系UVW,原点〇1,光轴方向为W向,与Xi方向平行的方向为U向,与面 UW垂直方向为V方向;所述第二相机的坐标系为RST,原点〇2,光轴方向为
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