特种用途焊接机器人的应用与发展

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：近年来，我国自主开发了针对不同需求的特种焊接机器人，如球罐焊接机器人、管道焊接机器人、钢结构现场焊接机器人、马鞍焊割一体化机器人、海底管道铺设焊接机器人等。图12-27是采用无导轨全位置焊接机器人对管道的焊接。图12-29分别是用于钢结构现场的方管和圆管焊接机器人。图12-31是海底铺管焊接机器人工作站控制系统框图及工作现场。图12-32是该类焊接机器人的应用示例。

近年来，我国自主开发了针对不同需求的特种焊接机器人，如球罐焊接机器人、管道焊接机器人、钢结构现场焊接机器人、马鞍焊割一体化机器人、海底管道铺设焊接机器人等。这类机器人系统有自主的决策能力，能够应付复杂的环境和条件变化、复杂空间曲线焊接部件，适合于造船、大型储罐或容器、建筑钢结构以及水电、核电等大型工程现场的焊接，促进了焊接机器人数字化与智能化技术开拓与发展。图12-27是采用无导轨全位置焊接机器人对管道的焊接。图12-28是马鞍形相贯线坡口切割和焊接一体化机器人的使用情况。图12-29分别是用于钢结构现场的方管和圆管焊接机器人。图12-30所示为核电汽轮机导流环自动堆焊机器人现场工作情况。

图12-31是海底铺管焊接机器人工作站控制系统框图及工作现场。针对海底油气输送管道（管径152～1219mm）对接环形焊缝的焊接工艺特点，开发了用于3000m深水铺管的具备窄间隙焊接能力的海底管道铺设焊接机器人，以及管道环缝窄坡口全自动焊接工艺。整个生产线由坡口制备、预热、消磁、根焊、填充焊、盖面焊、无损检验和修补、防腐涂覆以及管道输送等工段组成，焊接作业线每个工作站配备两套双炬管道焊接机器人系统，在管道左右两侧对称分布并各自完成半个圆周的下行5G焊接，即钢管对接水平固定全位置焊接。焊接机器人控制网络系统由主控单元、机器人本体驱动单元、焊接电源、手控盒系统以及电气辅助系统组成。主控单元系统包括基于Windows软控制的六个功能单元模块、人机组态平台以及数据库系统。主控单元控制器选择紧凑型工业平板电脑，系统可同时运行控制程序以及组态监控程序，主控单元集成了实时以太网，通信接口保证数据的实时交换，实现铺管生产线的动态协调及信息化管理。同时，海底管线铺设焊接机器人系统控制网络的多个功能子系统的多条现场总线通过高速以太网连接至各总线的耦合器模块，完成了各功能单元系统过程数据的实时交换。数据传输采用抗干扰能力较强的CAN总线通信，在高速实时以太网耦合单元下挂接CAN总线主站模块，焊接机器人运动控制单元各伺服驱动器、倾角传感器以及焊接电源作为CAN-open从站站点，通过过程数据通信

图12-27 管道焊接机器人全位置焊接效果

图12-28 马鞍焊割一体化机器人应用示例（左：装备；中：切割；右：焊缝）

图12-29 钢结构现场焊接机器人（左：方管；右：圆管）

图12-30 核电汽轮机导流环自动堆焊机器人现场工作情况（左：装备；右：堆焊层）

方式完成CAN-open主从站的数据通信。海底管线铺设焊接机器人控制网络系统结构简单，具备开放性、同步性、可重构性、实时网络性等特点，可满足管道铺设高效可靠焊接的要求。

图12-31 海底铺管焊接机器人工作站

a）系统总体结构框图 b）焊接机器人装备及作业

为了满足大型焊接结构制造自动化的需求，移动式便携焊接机器人也已成为焊接机器人家族中新的成员，近年来国内外不断推出工业化产品。该类焊接机器人的特点是将视觉处理与机器人控制集成为一体，配有界面友好的示教盒、图形化的编程方式，确保系统易于在施工现场使用。除了具有焊缝跟踪功能外，激光视觉可以辅助机器人示教，精确测定焊枪的位置和角度。在焊接时，操作者可以专注于焊接过程并精细调整焊接参数。图12-32是该类焊接机器人的应用示例。

图12-32 界面友好的移动式便携机器人

特种用途焊接机器人的应用与发展

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