一種大尺寸立體曲線焊縫智能焊接設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及焊接領(lǐng)域，具體設(shè)及一種大尺寸立體曲線焊縫智能焊接設(shè)備。 技術(shù)背景
[0002] 大尺寸=維立體曲線對(duì)接焊縫常分布于船舶表面等大型曲面上，現(xiàn)有的固定式焊 接系統(tǒng)的焊接行程難W達(dá)到，故其一直處于手工半自動(dòng)焊的狀態(tài)。然而手工半自動(dòng)化焊接 存在W下問(wèn)題：首先，工人在強(qiáng)烈弧光、煙塵、有害氣體、高溫等影響因素下，容易疲勞，影響 焊接質(zhì)量；其次，焊槍在焊接過(guò)程中發(fā)燙較快，焊不到一米，工人需要稍停W下，再繼續(xù)著 焊，使得焊接中出現(xiàn)較多的融合點(diǎn)，影響了焊縫質(zhì)量；接著，在船頭、船尾運(yùn)類曲面的焊接過(guò) 程中，工人需要借助升降平臺(tái)或鋪設(shè)導(dǎo)軌的方式實(shí)現(xiàn)焊接，嚴(yán)重的制約了焊接效率；最后， 焊接工種本身就對(duì)工人有一定的技術(shù)要求，尤其是船舶焊接，而工人的技術(shù)水平的高低層 次不齊，直接影響了焊縫質(zhì)量的均一性。隨著造船技術(shù)的快速發(fā)展，焊接工種的稀缺，大噸 位的船舶的需求量的增加，大尺寸=維立體曲線焊接程中傳統(tǒng)的手工焊接方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿 足造船業(yè)的需求。
[0003] 鑒于上述缺陷，本實(shí)用新型創(chuàng)作者經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究和實(shí)踐終于獲得了本實(shí)用新 型。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 為解決上述技術(shù)缺陷，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案在于，提供一種大尺寸立體曲 線焊縫智能焊接設(shè)備，包括一行走系統(tǒng)、一運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、一焊接系統(tǒng)、一控制系統(tǒng)，所述行走系 統(tǒng)為焊接設(shè)備提供主體支撐并且能夠帶動(dòng)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，所述控制系統(tǒng)控制所述行走系統(tǒng) 沿待焊焊縫前行、控制所述運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)所述焊接系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)焊縫、控制所述焊接系統(tǒng)對(duì)焊 縫進(jìn)行焊接，其特征在于，其還包括一用于指導(dǎo)所述行走系統(tǒng)行進(jìn)軌跡的第一視覺(jué)系統(tǒng)與 一用于指導(dǎo)所述運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)位置的第二視覺(jué)系統(tǒng)。
[0005] 較佳的，所述第一視覺(jué)系統(tǒng)包括一第一圖像獲取裝置與一線形激光器；所述第二 視覺(jué)系統(tǒng)包括一第二圖像獲取裝置與一環(huán)形激光器。
[0006] 較佳的，所述運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)為一多自由度機(jī)械手，所述第一圖像獲取裝置為第一相機(jī)， 所述第二圖像獲取裝置為第二相機(jī)。
[0007] 較佳的，所述控制系統(tǒng)，包括一用于控制所述行走系統(tǒng)前后運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的行動(dòng) 控制器、一用于控制所述運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)控制器與一用于處理所述第一圖像獲取裝置 與所述第二圖像獲取裝置獲取數(shù)據(jù)的圖像數(shù)據(jù)處理器與一用于調(diào)整所述焊接系統(tǒng)焊接工 藝參數(shù)的焊接控制器。
[0008] 較佳的，所述焊接系統(tǒng)包括一位于所述運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)終端的焊槍，所述第二相機(jī)與所 述焊槍活動(dòng)連接，并且能夠W焊槍為軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型的有益效果在于：
[0010] (1)本實(shí)用新型效率高、焊接質(zhì)量好，本實(shí)用新型采用二級(jí)視覺(jué)監(jiān)控系統(tǒng)，分別對(duì) 移動(dòng)的小車行進(jìn)軌跡、焊槍相對(duì)于焊縫的空間位置進(jìn)行監(jiān)控與引導(dǎo)，消除或減少移動(dòng)小車、 多自由度機(jī)械手等系統(tǒng)疊加因素帶來(lái)的焊槍位置、位姿與待焊焊縫不匹配的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)大 尺寸=維立體曲線對(duì)接焊縫自動(dòng)化焊接中的智能跟蹤監(jiān)測(cè)和自適應(yīng)反饋，避免或減少焊 前、焊中、焊后人工檢測(cè)、補(bǔ)焊的工作量，提高焊接質(zhì)量和效率；
[0011] (2)通用性好，可實(shí)現(xiàn)厚板、薄板及多種坡口的焊接件的焊縫識(shí)別及跟蹤，本實(shí)用 新型的二級(jí)視覺(jué)識(shí)別及跟蹤系統(tǒng)對(duì)待焊接工件沒(méi)有材質(zhì)、形狀、尺寸的特定限制，既可W用 于大尺寸=維立體曲線對(duì)接焊縫的智能化焊接，也可用于大尺寸的直線焊縫的智能化焊 接，對(duì)待焊件板厚及是否開(kāi)坡口都沒(méi)限制；
[0012] (3)本實(shí)用新型智能化程度較高，在焊接過(guò)程中不需要人工對(duì)零及采用復(fù)雜的夾 具、軌道等輔助，只需要將該裝備放置于裝配好的待焊件的焊接起點(diǎn)附近處的曲面上，就可 W實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型所述大尺寸立體曲線焊縫智能焊接設(shè)備結(jié)構(gòu)圖；
[0014] 圖2為本實(shí)用新型所述第一視覺(jué)系統(tǒng)示意圖；
[0015] 圖3為本實(shí)用新型所述第二視覺(jué)系統(tǒng)示意圖；
[0016] 圖4a為本實(shí)用新型第一視覺(jué)系統(tǒng)視場(chǎng)示意圖a;
[0017] 圖4b為本實(shí)用新型第一視覺(jué)系統(tǒng)視場(chǎng)示意圖b;
[0018] 圖5a為本實(shí)用新型Z軸旋轉(zhuǎn)之前第二相機(jī)視場(chǎng)示意圖；
[0019] 圖化為本實(shí)用新型Z軸旋轉(zhuǎn)之前第二相機(jī)Z軸截面示意圖；
[0020] 圖6a為本實(shí)用新型Z軸旋轉(zhuǎn)之后第二相機(jī)視場(chǎng)示意圖；
[0021] 圖化為本實(shí)用新型Z軸旋轉(zhuǎn)之后第二相機(jī)Z軸截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 為便于本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行理解，特結(jié)合附 圖對(duì)【具體實(shí)施方式】進(jìn)行如下描述。
[0023] 實(shí)施例一：
[0024] 請(qǐng)參閱圖1所示，本實(shí)用新型所述的大尺寸立體曲線焊縫智能焊接設(shè)備，包括行 走系統(tǒng)1、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)2、焊接系統(tǒng)3、第一視覺(jué)系統(tǒng)4、第二視覺(jué)系統(tǒng)5與控制系統(tǒng)6。
[0025] 其中，所述行走系統(tǒng)1為所述大尺寸立體曲線焊縫智能焊接設(shè)備的動(dòng)力結(jié)構(gòu)部分 與主體支撐結(jié)構(gòu)部分，本實(shí)施例中，其為一能夠吸附在待測(cè)曲面7上的行走小車，所述行走 小車包括行走機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)W實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的前后運(yùn)動(dòng)W及360°原地轉(zhuǎn)向，所述移 動(dòng)小車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可依靠重量緊貼待焊曲面運(yùn)行，也可依靠磁吸附、壓力吸附等方式緊 貼待焊曲面運(yùn)行，其緊貼待焊曲面運(yùn)行的方式不限于此；所述移動(dòng)小車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可采 取履帶式的爬行方式，也可采用輪式、多足式等方式實(shí)現(xiàn)前后爬行，其爬行方式不限于此。
[0026] 所述運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)2帶動(dòng)所述焊接系統(tǒng)3進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，本實(shí)施例中，其為一多自由度機(jī)械 手，其可W為多關(guān)節(jié)式，模塊化式、并聯(lián)式，其實(shí)現(xiàn)方式不限于此。本實(shí)施例中，所述運(yùn)動(dòng)系 統(tǒng)固定于所述行走系統(tǒng)1上，隨所述行走系統(tǒng)1 一起運(yùn)動(dòng)。
[0027] 所述焊接系統(tǒng)3包括焊頭及其他部件，所述焊接系統(tǒng)3與所述運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)2集成在 一起，如圖1所示，所述運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)2的前端為所述焊頭，所述運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)能夠帶動(dòng)所述焊接系 統(tǒng)到指定的位置進(jìn)行焊接工作。
[0028] 請(qǐng)參見(jiàn)圖2所示，圖2為所述第一視覺(jué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，圖2中省略了所述運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)2 W及焊接系統(tǒng)3。
[0029] 所述第一視覺(jué)系統(tǒng)4包括一第一圖像獲取裝置41與一線形激光器42,所述第一圖 像獲取裝置41能夠獲取所述線形激光器42向焊縫8發(fā)射的激光視場(chǎng)并將其傳送至所述控 制系統(tǒng)6。
[0030] 所述第一視覺(jué)系統(tǒng)能夠識(shí)別所述行動(dòng)系統(tǒng)1當(dāng)前位置與當(dāng)前焊縫位置，將識(shí)別數(shù) 據(jù)傳送至所述控制系統(tǒng)6,反饋時(shí)時(shí)修正所述行動(dòng)系統(tǒng)能夠沿焊縫向前施焊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng) 化焊縫，并且能夠提供一定的焊接精度。
[0031] 所述第二視覺(jué)系統(tǒng)5包括一第二圖像獲取裝置與一環(huán)形激光器，請(qǐng)參見(jiàn)圖3所示， 圖=為所述運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)2的細(xì)節(jié)圖，所述運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)2的末端為所述焊接系統(tǒng)3的焊槍31。第 二視覺(jué)系統(tǒng)5與所述焊槍31為一體化裝置，一同在裝載本實(shí)施例中多自由度機(jī)械手末端。 所述第二視覺(jué)系統(tǒng)5能夠圍繞所述焊槍31中屯、軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，所述環(huán)形激光器的環(huán)形投影線始 終位于焊槍前方（相對(duì)于運(yùn)動(dòng)方向而言）。
[0032] 所述第二視覺(jué)系統(tǒng)5能夠檢測(cè)焊縫、所述焊槍31的相對(duì)位置，并且將位置信息反 饋至所述控制系統(tǒng)6反饋控制所述運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)2作出運(yùn)動(dòng)調(diào)整所述運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)2的位置，從而 實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)與高質(zhì)量焊接。
[0033] 本實(shí)施例中，所述第一圖像獲取裝置與所述第二圖像獲取裝置均為相機(jī)。
[0034] 所述控制系統(tǒng)6包括一用于帶動(dòng)所述行走系統(tǒng)1前后運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的行動(dòng)控制 器、一用于控制所述行走系統(tǒng)1吸附動(dòng)作、所述運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)2動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)控制器、一用于處理 焊前一定距離的線型激光線投影圖像、焊前附件的圓環(huán)型激光線投影圖像，得到磁吸附移 動(dòng)小車在曲面上的二維軌跡、焊槍空間位置及位姿調(diào)整量的圖像數(shù)據(jù)處理器與一用于調(diào)整 焊接工藝參數(shù)的焊接控制器。
[0035] 所述控制系統(tǒng)6所包含的各控制器，可W通過(guò)集成、外掛或其他方式實(shí)現(xiàn)，本實(shí)用 新型中不做任何限制。
[0036] 在實(shí)際焊接過(guò)程中，本實(shí)用新型所述設(shè)備采用如下方法完成焊接工作。
[0037] S1 :行走系統(tǒng)定位于焊接起點(diǎn)附化智能獲取焊接起點(diǎn)位置，并且開(kāi)始施焊；
[0038] 本實(shí)施例移動(dòng)小車的工作坐標(biāo)系XYZ，W多關(guān)節(jié)機(jī)械手的安裝位置的中屯、為原點(diǎn) 0,W移動(dòng)小車長(zhǎng)度方向?yàn)閄方向，垂直于移動(dòng)小車上平面的方向?yàn)閆方向，與面XZ垂直方 向?yàn)閅方向，所述小車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中沿著X方向前進(jìn)，且繞著Z方向轉(zhuǎn)動(dòng)；焊槍的工作坐標(biāo) 系XAZi，W多關(guān)節(jié)機(jī)械手末端中屯、為原點(diǎn)，W其軸線方向?yàn)閆i方向，相機(jī)光軸與Z1的垂線 方向?yàn)閄i方向，與面X品垂直方向?yàn)閅式向。
[0039] 第一相機(jī)坐標(biāo)系UVW，原點(diǎn)〇1，光軸方向?yàn)閃向，與Xi方向平行的方向?yàn)閁向，與面 UW垂直方向?yàn)閂方向；所述第二相機(jī)的坐標(biāo)系為RST，原點(diǎn)〇2,光軸方向?yàn)?