CN116921955A - 一种钢构件焊接方法及其焊接设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及焊接领域，且公开了一种钢构件焊接方法及其焊接设备，用于钢构件的焊接工作，包括以下步骤：将运载装置移动至工作区域；移动机械臂单元至工作区域，放置在运载装置上并使用吸附装置固定机械臂单元；根据焊接需求和工件的几何形状设计焊接路径，确定关键参数；将焊接机器人连接到相应的编程环境中进行可视化编程工作；进入拖动示教模式，控制机器人的末端执行器沿着预定的焊接路径移动，并记录相关的位置和姿态信息，传感器实时捕捉并记录机器人的运动。本发明所述的一种钢构件焊接方法及其焊接设备，相对于人工焊接而言，大大提高了加工效率，提升了自动化水平，使得人工工作量降低、也提升了加工质量和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及焊接领域，具体为一种钢构件焊接方法及其焊接设备。
背景技术
钢结构件生产需要采用焊接工艺技术，焊接生产工艺劳动强度高，环境差，安全性也不佳，建筑、桥梁、船舶等产品大多是非标准产品，结构类型各异，焊缝种类繁多，装配误差大，焊缝位置不精确，加工生产难度较大。
目前钢结构焊接的方式主要有几种：一是人工焊接，生产现场布置混乱，造成加工效率低、自动化水平较低、人工工作量大、加工质量不稳定，安全性差等状况；二是采用传统工业机器人焊接，但因其需要专业技术人员编程，对操作工人技能水平要求较高，前期焊接编程准备时间较长，受钢结构形式多样，非标准件多等因素影响，传统工业机器人焊接在钢结构焊接基本无法满足生产。三是采用智能焊接机器人，通过3D模型导入，焊接程序自动生产，视觉修正实际焊接轨迹，由于此套系统，目前技术尚不成熟，可靠性无法保证，受技术和构件的特点制约，只能在局部简单构件上得到一定应用，绝大多数构件无法满足生产要求。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种钢构件焊接方法及其焊接设备，来解决上述问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种钢构件焊接方法，包括以下步骤：
将运载装置移动至工作区域；
移动机械臂单元至工作区域，放置在运载装置上并使用吸附装置固定机械臂单元；
根据焊接需求和工件的几何形状设计焊接路径，确定关键参数；
将焊接机器人连接到相应的编程环境中进行可视化编程工作；
进入拖动示教模式，控制机器人的末端执行器沿着预定的焊接路径移动，并记录相关的位置和姿态信息，传感器实时捕捉并记录机器人的运动；
基于所述示教模式中录制的数据，拖动编程软件自动生成相应的程序代码，所述程序代码描述了机器人的运动轨迹和动作指令，包括焊接点的坐标、速度、加速度、姿态等参数，对程序参数进行优化调整；
将生成的程序上传到焊接机器人控制系统中，并进行验证和测试，使用仿真环境确保程序的正确性和安全性；
启动焊接机器人执行焊接任务，机器人根据预定的路径和动作指令，沿着焊接路径移动并进行焊接操作；
通过传感器和监控系统实时监测焊接质量和机器人状态，完成焊接后，对焊缝进行质量检查和评估。
优选的，所述关键参数为焊接点、焊缝以及移动轨迹。
优选的，所述编程环境包括编程软件，且设有直观的用户界面。
优选的，所述程序参数包括，焊接速度、加工路径以及姿态控制。
优选的，焊接工作可连续进行，从所述设计焊接路径开始重复上述步骤，直到完成所有焊接任务。
根据本发明实施例的又一方面，提供了一种钢构件焊接设备，包括运载装置，以及设置在运载装置上的机械臂单元和送丝机构，所述运载装置包括设备主体和移动装置，所述移动装置设置有四组，分布于设备主体的两侧外表面，所述设备主体的后端外表面固定连接有放置架，所述放置架的上端设置有气罐，所述气罐的上端设置有气管，所述气管远离气罐的一端与机械臂单元可拆卸连接，所述机械臂单元包括机械臂、焊枪、吸附装置，所述吸附装置的上端外表面与机械臂固定连接，所述焊枪设置在机械臂远离吸附装置的一端，所述送丝机构包括焊丝盘、总成架体、线缆，所述焊丝盘设置在放置架上，位于气罐的一侧，焊丝盘内设置有焊丝，所述总成架体焊接在设备主体的后端外表面，位于焊丝盘的上端，所述总成架体的上端连接有线缆，焊丝盘内的焊丝通过总成架体进入线缆，通过线缆进入焊枪，所述设备主体的内部设置有焊接电源与电控箱，所述焊接电源的输出端与焊枪的输入端电性连接，所述电控箱的输出端与吸附开关的输入端电性连接。
优选的，所述吸附装置为永磁铁，所述永磁铁由陶瓷磁体制成，所述设备主体的上端外表面为钢制工件，所述永磁铁的下端外表面与设备主体的上端外表面磁吸连接。
优选的，所述吸附装置为电磁底座，所述电磁底座内部设置有电磁铁，所述电磁底座的下端内表面设置有金属板，所述设备主体的上端外表面为钢制工件，所述电磁底座的下端外表面与设备主体的上端外表面磁吸连接。
优选的，所述吸附装置为真空吸附垫，所述真空吸附垫的下端设置有吸附面，所述吸附面的内部设有吸孔，所述设备主体的内部设置有真空系统，所述真空系统由真空泵、控制阀门和传感器组成，其中控制阀门设置在设备主体的外壁，所述设备主体的上端外表面开设有连接槽，所述真空泵通过连接槽对真空吸附垫内的气体进行抽离工作。
根据本发明实施例的又一方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个人机交互界面、计算机程序以及一个或多个处理器，所述一个或多个人机交互界面用于控制所述计算机程序，所述一个或多个处理器用于存储一个或多个计算机程序，所述一个或多个计算机程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备实现根据权利要求1-5任一项所述的钢构件焊接方法。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种钢构件焊接方法及其焊接设备，具备以下有益效果：
本发明提供的一种钢构件焊接方法及其焊接设备，首先相对于人工焊接而言，大大提高了加工效率，提升了自动化水平，使得人工工作量降低、也提升了加工质量和安全性，其次相当于传统工业机器人而言，采用拖动编程方式，降低了对操作工人的技能水平要求，并且缩短了前期焊接的编程准备时间，进一步提升了加工效率，且提供了三种不同的吸附方式，可以满足不同施工环境对焊接工作的要求。
附图说明
图1为本发明的整体技术方案工作流程示意图；
图2为本发明中钢构件焊接设备的结构示意图。
图中：1.设备主体；2.移动装置；3.气罐；4.气管；5.焊丝盘；6.总成架体；7.线缆；8.机械臂；9.焊枪；10.吸附装置。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例，对本技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，在本发明中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应当理解，在本发明中，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“包含A、B和C”、“包含A、B、C”是指A、B、C三者都包含，“包含A、B或C”是指包含A、B、C三者之一，“包含A、B和/或C”是指包含A、B、C三者中任1个或任2个或3个。
下面以具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明，实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
如图1所示，一种钢构件焊接方法，首先将运载装置移动至工作区域，可以使用人工控制的方法，将运载装置推至焊接现场附近，到达预定焊接位置；然后移动机械臂单元至工作区域，具体来说，可以人工将机械臂单元提起并送至预定焊接位置，放在运载装置上，放置平稳后利用吸附装置来固定机械臂单元；随后根据焊接需求和工件的几何形状设计焊接路径，确定关键参数，这一步骤也可以提前进行并完成，需要说明的是，关键参数包括焊接点、焊缝以及移动轨迹；在焊接路径设计完成后，再将焊接机器人连接到相应的编程环境中进行可视化编程工作，编程环境包括各类编程软件，设有直观的用户界面，通过编程环境进入拖动示教模式，控制机器人的末端执行器沿着预定的焊接路径移动，具体来说，末端执行器就是焊枪，焊枪移动时，记录相关的位置和姿态信息，在这一过程中，传感器实时捕捉并记录机器人的运动，基于上面的数据，操作人员进行拖动编程软件，自动生成相应的程序代码，程序代码描述了机器人的运动轨迹和动作指令，包括焊接点的坐标、速度、加速度、姿态等参数，工作人员可以对程序参数进行优化调整，具体来说，对焊接速度、加工路径以及姿态控制进行优化调整；调整完成后再将生成的程序上传到焊接机器人控制系统中，并进行验证和测试，使用仿真环境确保程序的正确性和安全性，测试完成后，工作人员启动焊接机器人执行焊接任务，机器人根据预定的路径和动作指令，沿着焊接路径移动并进行焊接操作，完成阶段焊接工作后，通过传感器和监控系统实时监测焊接质量和机器人状态，并对焊缝进行质量检查和评估，需要说明的是，如果需要继续进行下一阶段的焊接工作，可以继续设计新的焊接路径开始重复上述步骤，直到完成所有焊接任务。
根据本发明实施例的另一方面，提供了一种钢构件焊接设备。
如图2所示，一种钢构件焊接设备，包括运载装置，可以人工控制运载装置，将运载装置推至预定焊接位置，以及设置在运载装置上的机械臂单元和送丝机构，机械臂单元与运载装置设计成可分离式结构，在空间有限的工作环境可以更加灵活的使用，送丝机构可以将焊丝送至焊枪并控制送丝速度，运载装置包括设备主体1和移动装置2，移动装置2设置有四组，分布于设备主体1的两侧外表面，设备主体1还配备有保证气体输出连接的其他组件。
示例性地，设备主体1配备有气体管道系统，包括进气管道和出气管道，进气管道用于将气体引入到焊接机器人系统中，而出气管道用于将气体传送到焊枪。
示例性地，设备主体1配备有连接器，包括压力调节器和快速接头。可以与焊接机器人的气体管道系统相连接，压力调节器用于控制气罐中气体的压力，并将其适应于焊接过程所需的值，快速接头用于使气罐与焊接机器人之间的连接更加方便和可靠。
示例性地，设备主体1配备有安全阀，用于在气罐内部压力超过设定值时释放过多的气体，以避免气罐爆炸的风险。
示例性地，设备主体1配备有压力表、流量计，用于监测和调节气体的压力和流量。
参照图2，在钢构件焊接设备中，设备主体1的后端外表面固定连接有放置架，放置架的上端设置有气罐3，气罐3的上端设置有气管4，气管4远离气罐3的一端与机械臂单元可拆卸连接，气罐3可以对机械臂单元的焊接工作提供辅助。
示例性地，气罐3可以对机械臂单元提供惰性气体，用于保护焊接区域免受大气中的氧气和其他杂质的影响，有助于防止氧化、腐蚀和污染等问题，并提高焊接质量。通过将惰性气体储存在气罐中，可以通过焊接机器人的气体管道系统将其引导到焊接区域。
示例性地，气罐3可以对机械臂单元提供保护气体，用于控制焊接区域的温度、减少氧化和气泡的形成等。气罐中储存的保护气体可以通过焊接机器人的气体管道系统被释放到焊接区域。
示例性地，气罐3可以对机械臂单元提供气体压力控制，通过配备压力调节装置，以控制气体的压力。在焊接过程中，通过控制气罐中气体的压力，可以实现稳定而受控制的气流供应。
需要说明的是，连接气罐和焊接机器人时，需要确保连接的牢固性和密封性。
参照图2，在钢构件焊接设备中，机械臂单元包括机械臂8、焊枪9、吸附装置10，吸附装置10的上端外表面与机械臂8固定连接，焊枪9设置在机械臂8远离吸附装置10的一端，吸附装置10可以将机械臂单元固定在运载装置上。
示例性地，吸附装置10为永磁吸附装置，具体为永磁铁，永磁铁具有自身的磁场，并能持续地产生磁力。根据磁性原理，相同极性的磁体会相互排斥，而不同极性的磁体会相互吸引。永磁铁与运载装置接触时会形成吸附力。永磁吸附装置具有结构简单、无需外部电源、稳定性高等优点，并且通常不会对被吸附的物体产生损坏或变形。
示例性地，吸附装置10为电磁吸附装置，具体为电磁底座，电磁底座内部设置有电磁铁，电磁底座的下端内表面设置有金属板，使用时将电源连接到电磁底座，通过通电使电磁底座中的电磁铁激活，形成磁场，电磁底座的金属板与运载装置接触时，受到磁场的影响，金属板会吸附在运载装置上。需要分离机械臂单元与运载装置时，通过断开电源或停止通电，来使磁场消失，吸附力也随之消失，使得机械臂单元与运载装置可以分离，即机械臂单元可以取下。
示例性地，吸附装置10为真空吸附装置，具体为真空吸附垫，真空吸附垫的下端设置有吸附面，吸附面的内部设有吸孔，设备主体1的内部设置有真空系统，真空系统由真空泵、控制阀门和传感器组成，其中控制阀门设置在设备主体1的外壁，设备主体1的上端外表面开设有连接槽，真空泵通过连接槽对真空吸附垫内的气体进行抽离工作，通过启动真空吸附装置中的真空泵，打开控制阀门，将真空吸附垫内的气体抽出，降低气压，在真空吸附垫和运载装置之间形成负压环境，负压形成后，运载装置被吸附在真空吸附垫上。需要分离机械臂单元与运载装置时，通过关闭控制阀门，停止真空泵的工作，恢复大气压力，使得机械臂单元与运载装置可以分离，即机械臂单元可以取下。
参照图2，送丝机构包括焊丝盘5、总成架体6、线缆7，焊丝盘5设置在放置架上，位于气罐3的一侧，焊丝盘5内设置有焊丝，总成架体6焊接在设备主体1的后端外表面，位于焊丝盘5的上端，总成架体6的上端连接有线缆7，焊丝盘5内的焊丝通过总成架体6进入线缆7，通过线缆7进入焊枪9，设备主体1的内部设置有焊接电源与电控箱，焊接电源的输出端与焊枪的输入端电性连接，电控箱的输出端与吸附开关的输入端电性连接。
根据本发明实施例的又一方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个人机交互界面、计算机程序以及一个或多个处理器，一个或多个人机交互界面用于控制计算机程序，一个或多个处理器用于存储一个或多个计算机程序，一个或多个计算机程序被一个或多个处理器执行时，使得电子设备实现根据权利要求1-5任一项的钢构件焊接方法。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种钢构件焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
将运载装置移动至工作区域；
移动机械臂单元至工作区域，放置在运载装置上并使用吸附装置固定机械臂单元；
根据焊接需求和工件的几何形状设计焊接路径，确定关键参数；
将焊接机器人连接到相应的编程环境中进行可视化编程工作；
进入拖动示教模式，控制机器人的末端执行器沿着预定的焊接路径移动，并记录相关的位置和姿态信息，传感器实时捕捉并记录机器人的运动；
基于所述示教模式中录制的数据，拖动编程软件自动生成相应的程序代码，所述程序代码描述了机器人的运动轨迹和动作指令，包括焊接点的坐标、速度、加速度、姿态等参数，对程序参数进行优化调整；
将生成的程序上传到焊接机器人控制系统中，并进行验证和测试，使用仿真环境确保程序的正确性和安全性；
启动焊接机器人执行焊接任务，机器人根据预定的路径和动作指令，沿着焊接路径移动并进行焊接操作；
通过传感器和监控系统实时监测焊接质量和机器人状态，完成焊接后，对焊缝进行质量检查和评估。
2.根据权利要求1所述的钢构件焊接方法，其特征在于：所述关键参数为焊接点、焊缝以及移动轨迹。
3.根据权利要求1所述的钢构件焊接方法，其特征在于：所述编程环境包括编程软件，且设有直观的用户界面。
4.根据权利要求1所述的钢构件焊接方法，其特征在于：所述程序参数包括，焊接速度、加工路径以及姿态控制。
5.根据权利要求1所述的钢构件焊接方法，其特征在于：焊接工作可连续进行，从所述设计焊接路径开始重复上述步骤，直到完成所有焊接任务。
6.一种钢构件焊接设备，包括运载装置，以及设置在运载装置上的机械臂单元和送丝机构，其特征在于，所述运载装置包括设备主体(1)和移动装置(2)，所述移动装置(2)设置有四组，分布于设备主体(1)的两侧外表面，所述设备主体(1)的后端外表面固定连接有放置架，所述放置架的上端设置有气罐(3)，所述气罐(3)的上端设置有气管(4)，所述气管(4)远离气罐(3)的一端与机械臂单元可拆卸连接，所述机械臂单元包括机械臂(8)、焊枪(9)、吸附装置(10)，所述吸附装置(10)的上端外表面与机械臂(8)固定连接，所述焊枪(9)设置在机械臂(8)远离吸附装置(10)的一端，所述送丝机构包括焊丝盘(5)、总成架体(6)、线缆(7)，所述焊丝盘(5)设置在放置架上，位于气罐(3)的一侧，焊丝盘(5)内设置有焊丝，所述总成架体(6)焊接在设备主体(1)的后端外表面，位于焊丝盘(5)的上端，所述总成架体(6)的上端连接有线缆(7)，焊丝盘(5)内的焊丝通过总成架体(6)进入线缆(7)，通过线缆(7)进入焊枪(9)，所述设备主体(1)的内部设置有焊接电源与电控箱，所述焊接电源的输出端与焊枪的输入端电性连接，所述电控箱的输出端与吸附开关的输入端电性连接。
7.根据权利要求6所述的钢构件焊接设备，其特征在于：所述吸附装置为永磁铁，所述永磁铁由陶瓷磁体制成，所述设备主体(1)的上端外表面为钢制工件，所述永磁铁的下端外表面与设备主体(1)的上端外表面磁吸连接。
8.根据权利要求6所述的钢构件焊接设备，其特征在于：所述吸附装置为电磁底座，所述电磁底座内部设置有电磁铁，所述电磁底座的下端内表面设置有金属板，所述设备主体(1)的上端外表面为钢制工件，所述电磁底座的下端外表面与设备主体(1)的上端外表面磁吸连接。
9.根据权利要求6所述的钢构件焊接设备，其特征在于：所述吸附装置为真空吸附垫，所述真空吸附垫的下端设置有吸附面，所述吸附面的内部设有吸孔，所述设备主体(1)的内部设置有真空系统，所述真空系统由真空泵、控制阀门和传感器组成，其中控制阀门设置在设备主体(1)的外壁，所述设备主体(1)的上端外表面开设有连接槽，所述真空泵通过连接槽对真空吸附垫内的气体进行抽离工作。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：一个或多个人机交互界面、计算机程序以及一个或多个处理器，所述一个或多个人机交互界面用于控制所述计算机程序，所述一个或多个处理器用于存储一个或多个计算机程序，所述一个或多个计算机程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备实现根据权利要求1-5任一项所述的钢构件焊接方法。
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Citations (8)
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2023
- 2023-09-01 CN CN202311123008.2A patent/CN116921955A/zh active Pending
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