管道插接相贯线专用焊接机器人

管道插接相贯线焊缝是典型的、复杂的空间焊缝.针对管道插接焊缝的特殊焊接工艺要求,采用串并联混合方式设计了一种新型的5自由度焊接机器人,实现了机器人锚固、运动机构、焊枪姿态调节机构和送丝机构的一体化设计.设计了2自由度的自动定心手腕机构,实现了焊枪位置和焊枪姿态的独立控制,建立了专用焊接机器人的运动学模型.针对通用型的相贯线模型,建立了焊枪位置、焊枪姿态和焊接速度的实时控制数学模型.结果表明,该焊接机器人锚固牢固、定位准确,焊接过程可控性好,控制模型能够满足空间相贯线焊缝的焊接工艺要求.     

开放式管道插接专用焊接机器人控制系统

针对管道插接形成的空间相贯线焊缝,开发了一套基于PC+PMAC模式的开放式焊接机器人控制系统.提出以焊缝位姿信息为基准的焊枪轨迹控制、焊枪姿态控制和焊接工艺参数控制的三位一体逻辑控制模式,实现了真正意义上的焊接机器人运动与焊接电源参数的集成化控制.提出连续参数控制和规划参数控制两种控制方法,建立了分层递阶结构的控制系统软件,实现了焊接过程的状态检测.结果表明,该控制系统适应性强,系统运行平稳可靠,能够很好的完成空间相贯线的焊接任务.     

骑座式相贯线焊缝焊接机器人连续轨迹规划

采用弗莱纳-雪列矢量对焊枪端点的运动轨迹进行了有效地规划,针对相贯线焊缝焊接机器人的焊接要求,推导出了轨迹的时间函数和焊枪的规划矩阵,为骑座式相贯线焊缝焊接机器人的轨迹控制提供了依据和算法支持。然后通过Matlab仿真软件对一相贯线焊接轨迹进行仿真,结果表明:依此方法对焊枪端点轨迹规划可以有效地完成焊接过程焊枪轨迹控制。     

基于需求设计的并联结构相贯线焊接机器人

相贯线焊接接头是一种复杂的空间曲线焊缝形式,给焊接运动控制提出了较高的要求.本研究从相贯线数学模型出发,运用D-H方法建立运动学逆解模型,基于整体考虑实际焊接需求的机构设计与简化控制策略思想,提出一种具有四自由度的并联式焊接机器人实现整体旋转、升降及焊枪手腕机构的解耦控制.以一种斜插相贯线轨迹为例,通过运动仿真,初步验证了所设计的机构及控制策略的正确性.最终制作出并联结构相贯线机器人实物.本研究设计的机器人具有小型化、高刚度、运动解耦的特点,为实现精确的运动轨迹控制提供硬件准备.     

悬挂式接管焊接机器人机电系统

针对接管相贯线处的焊接特点,研发了悬挂式接管焊接机器人,介绍了机械结构特点和适用性.控制系统采用工业PC作为主控计算机和PMAC多轴控制卡进行多轴控制,利用二级控制结构实现作业管理,协调各轴运动完成焊接作业.进行了在筒体上外接管和内接管的焊接试验与在椭球体上外接管与内接管的焊接试验.结果表明,机器人的机械本体结构和控制系统能够实现多种接管的焊接需求,能够很好地完成接管相贯线处的焊接,提高了工作效率和焊接质量.     

焊接自动线和焊接机器人

介绍了国内首条船用管一法兰机器人焊接生产线的系统组成及特点,重点论述了管一法兰机器人焊接工艺。研究表明：采用机器人焊接能适应国产管材尺寸偏差大和椭圆度大的现状,并降低了管道上料的位置要求;焊缝成形美观,大大提高了焊接质量的稳定性;与单人单枪的焊条电弧焊相比,工作效率提高5倍以上。图5表1参8     

焊接自动线和焊接机器人

介绍了国内首条船用管一法兰机器人焊接生产线的系统组成及特点，重点论述了管一法兰机器人焊接工艺。研究表明：采用机器人焊接能适应国产管材尺寸偏差大和椭圆度大的现状，并降低了管道上料的位置要求；焊缝成形美观，大大提高了焊接质量的稳定性；与单人单枪的焊条电弧焊相比，工作效率提高5倍以上。图5表1参8     

焊接机器人自动跟踪系统研究

研究开发了一种光纤式激光焊缝跟踪系统,介绍了该系统的结构组成及工作原理,对焊缝自动跟踪的系统定位、实时跟踪算法、抗弧光干扰等关键技术问题进行了深入探讨.该系统在管道预制焊接机器人的工艺试验表明,系统自动跟踪焊缝稳定性好、精度高,可满足焊接机器人全自动焊作业需求.     

管道预制焊接机器人的研究

研究了一种管道焊接机器人系统,采用激光视觉传感,在两个维度上完成管道焊缝的识别与跟踪,并在焊接第一道焊缝(打底焊)的同时,利用机器人记忆功能完成管道焊缝示教过程,简化了焊接操作过程.试验结果验证该焊接机器人系统满足管道自动化焊接的需求.     

厚壁管道的机器人自动焊研究

全自动焊技术是管道焊接技术的发展方向.研究了一种新型管道全位置焊接机器人,分析了管道全位置焊接机器人的系统组成.并进行了焊接材料、焊接方向、焊接坡口形式、焊接规范等工艺试验研究,试验结果表明,该焊接机器人可满足现场管道焊接作业要求,焊缝成形美观、内在质量好,接头符合相关标准要求.     

全位置管道焊接机器人专家系统的研究

研制的全位置管道焊接机器人,开发出一种开放式的专家系统软件.该系统具有自学习功能,通过学习焊接专家的现场焊接实践,建立实用的焊接专家数据库,利用计算机协调控制焊接电源的焊接参数和管道自动焊接设备的运动参数,实现了管道不同位置的复杂焊接工艺的实时控制.实践证明,该焊接专家系统开放性强,实用性好,再现精度高,在一定程度上实现了管道真正意义的全位置焊接.     

基于轨道焊接机器人的马鞍形焊缝焊接技术研究

结合自行研制的轨道式全位置焊接机器人,分析了马鞍形焊缝焊接运动轨迹及马鞍形焊接运动数学模型,探讨了其运动系统工作原理和四轴伺服驱动系统控制的柔性功能,提出了利用该机器人解决马鞍形坡口焊接的技术方案,并设计了基于示教功能和基于数学模型马鞍坡口控制器,成功应用于马鞍形坡口的现场焊接实验,取得了预期的结果。     

焊接机器人管道全自动打底焊研究

采用自主研发的新型管道全位置焊接机器人,结合CMT焊接电源,研究了一种焊接机器人管道全自动打底焊方法.打底焊整圈一次完成,所焊焊道只有一个接头.试验表明,该打底焊方法焊接速度快,焊缝成形美观,背面成形良好,实现了管道全自动打底焊单面焊双面成形.     

管道焊口电加热器应用

为适应管道焊口预热温度和维持层间温度的需求,采用了管道焊口电加热器.介绍了管道焊口电加热器的基本结构、工作原理、性能和特点以及工程应用实例,该设备具有升温迅速、保温效果好、安全、节能环保等优点.该项技术达到了国际先进水平,具有显著的经济效益和社会效益.     

遥操作干式高压海底管道维修焊接机器人系统

干式高压焊接是既能保证焊接质量又易于实施的海底管道维修方法.基于目前的自动化技术水平和海管坡口制备难度大的现实,提出了基于高级焊工焊接知识和潜水员水下工作技能的遥控海底管道维修焊接策略.研制了一套干式高压环境管道全位置焊接机器人及其分置于水面母船甲板和水下干式舱的机器人焊接控制系统,研制了分别用于场景、坡口和焊缝的视觉监视系统,以及计算机远程信息采集监控系统,它们与水下干式舱系统一道构成了水下干式管道维修系统.还研究了干式舱充气气体种类、焊接电源特殊性和舱内引弧问题.利用先期在干式高压焊接实验室获得的海管焊接工艺完成了海上焊接维修试验,焊缝质量良好.

Abstract：

Among the available underwater pipeline repair methods, hyperbaric TIG welding technology may be the easier one to obtain better joint quality. Due to the low automation level and the bevel preparation difficulty, the repair welding should be conducted based on both the welding knowledge of the welder on deck and the operation skill of the diver. A tele-operated robot for all position hypetharic pipe welding was developed. In the specified case of underwater welding, the process was controlled by a surface based operator, a clear and real time image of the arc as well as the image of groove location were required. An observation system of three cameras for chamber, groove and weld was also developed respectively. All the necessary message of vision, welding current and arc voltage were collected and transferred to the surface by the developed computerized information system. The underwater pipeline maintanence system consists of the welding robot, observation system, the informarion system, together with the habitation. The chamber gas type, the welding power source and arc striking were also studied. With the welding proceedure developed in the hyperbaric welding laboratory, a good weld was obtained in a underwater pipe repair welding test at Bohai sea.     

复杂相贯线接缝自动焊接的运动控制算法

为了实现复杂相贯线接缝的自动焊接,在简要介绍设计的五轴联动数控焊接机床组成结构与工作原理的基础上,以椭球面封头自动焊接接管为例,重点介绍了通过坐标变换构建相贯线接缝曲线方程,再以相同的参数角ψs将相贯线接缝曲线离散化成N段首尾相接的小直线段,利用小直线段插补拟合整条相贯线接缝曲线,给出了各插补离散点坐标参数与焊枪姿态调整的计算方法,最后采用通用数字I/O卡和步进电机构成伺服控制系统执行运动控制算法.文中介绍的这种运动控制算法,具有较高的通用性,并且大幅度地降低了设备成本.