一種機(jī)器人焊接系統(tǒng)及其焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是機(jī)器人焊接智能化技術(shù)領(lǐng)域的自動化焊接系統(tǒng)及方法，具體涉及一種核島主設(shè)備蒸汽發(fā)生器管子-管板焊接的機(jī)器人焊接系統(tǒng)及其焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]核電由于具有清潔、持續(xù)供電能力強(qiáng)、受地理位置限制相對較少的優(yōu)點，是未來能源發(fā)展的重要方向。《國家核電發(fā)展專題規(guī)劃》提出到2020年，我國核電運行裝機(jī)容量將達(dá)到4000萬千瓦，核電占全部電力裝機(jī)容量的比例提高到4%，年發(fā)電量達(dá)到2600~2800億千瓦時。核電建設(shè)工期的長短對其經(jīng)濟(jì)性有顯著的影響，蒸汽發(fā)生器作為核島主設(shè)備，其制造過程中管子-管板的焊接是關(guān)鍵工序，管子-管板的焊接質(zhì)量和焊接效率直接影響到管板一次側(cè)的耐腐蝕性、密封性以及蒸汽發(fā)生器的制造進(jìn)度。蒸汽發(fā)生器管子-管板焊縫數(shù)量巨大，以AP1000蒸汽發(fā)生器為例，有20050道管子-管板焊縫，目前主要采用人工手持管子-管板焊槍進(jìn)行焊接，焊接效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對目前蒸汽發(fā)生器管子-管板主要采用人工進(jìn)行焊接的現(xiàn)狀，提出一種核島主設(shè)備蒸汽發(fā)生器管子-管板焊接的機(jī)器人焊接系統(tǒng)及其焊接方法，實現(xiàn)管子-管板自動化焊接過程中的初始焊位識別與導(dǎo)引、路徑規(guī)劃與離線編程、管子-管板焊縫機(jī)器人自動化焊接、鎢極自動檢測與更換、焊縫質(zhì)量在線檢測等功能。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一個技術(shù)方案是提供一種機(jī)器人焊接系統(tǒng)，所述機(jī)器人焊接系統(tǒng)設(shè)有中央控制模塊，以及與其信號連接并受其控制的以下設(shè)備:
至少一臺六自由度的工業(yè)機(jī)器人，其工作范圍疊加實現(xiàn)對工件管板上所有管子-管板焊縫的焊接位置的覆蓋；
至少一把管子-管板焊槍；每個工業(yè)機(jī)器人分別抓持與之對應(yīng)的至少一把管子-管板焊槍至相應(yīng)的管孔處，由各管孔處的管子-管板焊槍對管子-管板焊縫進(jìn)行焊接；
焊縫質(zhì)量在線檢測模塊，根據(jù)焊縫形貌對焊縫質(zhì)量進(jìn)行在線檢測。
[0005]優(yōu)選地，所述機(jī)器人焊接系統(tǒng)還設(shè)有與中央控制模塊信號連接并受其控制的路徑規(guī)劃與離線編程模塊，對多個工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行焊接路徑防碰撞的規(guī)劃，并對規(guī)劃的方案進(jìn)行尚線編程。
[0006]優(yōu)選地，所述機(jī)器人焊接系統(tǒng)還設(shè)有與中央控制模塊信號連接并受其控制的激光掃描定位模塊，其根據(jù)激光傳感器對管孔的掃描結(jié)果獲得管孔的圓心坐標(biāo)，作為初始焊接位置識別與自主導(dǎo)引的參考數(shù)值。
[0007]優(yōu)選地，所述機(jī)器人焊接系統(tǒng)設(shè)有兩臺工業(yè)機(jī)器人，每臺工業(yè)機(jī)器人分別抓持兩把用來對管子-管板焊縫進(jìn)行自動鎢極氬弧焊的管子-管板焊槍。
[0008]優(yōu)選地，各個所述工業(yè)機(jī)器人安裝在與其對應(yīng)的豎直支架上并能夠隨豎直支架進(jìn)行水平移動；所述工業(yè)機(jī)器人能夠在豎直支架上進(jìn)行上下移動。
[0009]優(yōu)選地，各個所述豎直支架安裝在系統(tǒng)平臺上并能夠隨系統(tǒng)平臺水平移動；所述系統(tǒng)平臺能夠沿地面導(dǎo)軌分別移動至各個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發(fā)生器。
[0010]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)平臺上還設(shè)置有以下設(shè)備:
鎢極自動更換平臺，其位于相應(yīng)工業(yè)機(jī)器人可操作的范圍內(nèi)，用于更換鎢極；
焊接電源，為各把所述管子-管板焊槍供電；
機(jī)器人控制柜，其中設(shè)置各個工業(yè)機(jī)器人的機(jī)器人控制設(shè)備；
中央控制平臺，其中設(shè)置有所述中央控制模塊、焊縫質(zhì)量在線檢測模塊、路徑規(guī)劃與離線編程模塊及激光掃描定位模塊。
[0011]優(yōu)選地，各個所述豎直支架上分別安裝有相應(yīng)的線束支架，用來放置工業(yè)機(jī)器人及其對應(yīng)管子-管板焊槍的導(dǎo)線；
所述系統(tǒng)平臺的地面導(dǎo)軌，包含橫向?qū)к壖翱v向?qū)к墶?br>[0012]優(yōu)選地，所述焊縫質(zhì)量在線檢測模塊是根據(jù)激光傳感器對焊接焊縫的掃描結(jié)果，獲得焊縫的三維重建圖像，并根據(jù)焊縫形貌對焊縫質(zhì)量進(jìn)行在線檢測。
[0013]優(yōu)選地，所述激光傳感器設(shè)置在所述工業(yè)機(jī)器人的機(jī)器人臂前端上。
[0014]本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是提供一種機(jī)器人焊接系統(tǒng)的焊接方法，其包含以下過程:
將多個工件分別安裝在各自的支承架上；
通過地面導(dǎo)軌將系統(tǒng)平臺移動到其中一個工件的管板前，以便機(jī)器人焊接系統(tǒng)設(shè)置在系統(tǒng)平臺上的設(shè)備能夠進(jìn)行相應(yīng)操作:
每個工業(yè)機(jī)器人抓持與之對應(yīng)的其中一把焊槍到達(dá)管板上當(dāng)前待焊管孔的焊接位置進(jìn)行焊槍的定位；焊槍定位后，工業(yè)機(jī)器人松開焊槍夾具，以便抓取與該工業(yè)機(jī)器人對應(yīng)的另一把焊槍；
已經(jīng)定位的焊槍根據(jù)中央控制模塊的命令啟動焊接，在對單個管子-管板焊縫焊接完成后給出焊接完成信號；工業(yè)機(jī)器人將給出焊接完成信號的焊槍抓放到下一個管孔處定位，以便進(jìn)行下一個管子-管板焊縫的焊接；
通過多個工業(yè)機(jī)器人與其各自焊槍的配合完成該工件管板上所有管子-管板的焊接后，通過地面導(dǎo)軌將系統(tǒng)平臺移動到另一個工件的管板前，完成所有管子-管板焊縫的焊接。
[0015]優(yōu)選地，所述焊接方法進(jìn)一步包含:由每個工業(yè)機(jī)器人帶動機(jī)器人臂前端設(shè)置的激光傳感器移動，通過激光傳感器掃描管板上當(dāng)前待焊管孔，并通過激光掃描定位模塊確定該管孔的中心位置，以便該工業(yè)機(jī)器人抓持與之對應(yīng)的其中一把焊槍到達(dá)該管孔的焊接位置進(jìn)行焊槍的定位。
[0016]優(yōu)選地，所述焊接方法進(jìn)一步包含:在焊槍完成單個管子-管板焊縫焊接之后，通過激光傳感器對管子-管板焊縫進(jìn)行掃描，通過焊縫質(zhì)量在線檢測模塊獲得焊縫的三維重建圖像，并根據(jù)焊縫形貌對焊縫質(zhì)量進(jìn)行在線檢測及超標(biāo)缺陷報警。
[0017]優(yōu)選地，所述焊接方法進(jìn)一步包含:將多個工件分別安裝在各自的支承架上之后，建立與各工件等比例的三維模型，導(dǎo)入機(jī)器人控制系統(tǒng)；以及，將系統(tǒng)平臺移動到任意一個工件的管板前之后，對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行人工示教操作，以多個參考點確認(rèn)工件實際坐標(biāo)，來校正工件三維模型的坐標(biāo)系；并且，通過路徑規(guī)劃與離線編程模塊執(zhí)行多個工業(yè)機(jī)器人的焊接路徑防碰撞的規(guī)劃，并對規(guī)劃的方案進(jìn)行離線編程。
[0018]優(yōu)選地，任意一把焊槍被工業(yè)機(jī)器人抓持到當(dāng)前待焊管孔的焊接位置時，將焊槍定位芯軸插入當(dāng)前待焊管孔，使焊槍上部設(shè)置的氣動輔助定位脹管插入管口，并在焊槍軸向到位后使氣動定位脹管自動漲緊，漲緊確認(rèn)后機(jī)器人松開焊槍夾具。
[0019]本發(fā)明公開了一種機(jī)器人焊接系統(tǒng)及其焊接方法，屬于機(jī)器人焊接自動化技術(shù)領(lǐng)域，適用于核島主設(shè)備蒸汽發(fā)生器管子-管板焊接。本發(fā)明中的工業(yè)機(jī)器人具有工作效率高、穩(wěn)定可靠、重復(fù)精度高等優(yōu)點，采用機(jī)器人取代人工進(jìn)行焊接在提高焊接效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性、改善工人工作環(huán)境和降低工人勞動強(qiáng)度等方面具有非常明顯的優(yōu)勢。
[0020]本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)核島主設(shè)備蒸汽發(fā)生器管子-管板焊接的初始焊縫位置識別與自主導(dǎo)引、路徑規(guī)劃與離線編程、管子-管板機(jī)器人自動化焊接以及焊縫質(zhì)量的在線檢測。對于提高管子-管板的焊接效率、保證焊縫質(zhì)量的穩(wěn)定性、縮短蒸汽發(fā)生器的交貨周期、提高核電經(jīng)濟(jì)性具有非常重要的意義。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明所述核島主設(shè)