基于视觉管道环焊机器人焊接自动化措施的研究

摘要

随着我国国民经济的迅速发展和社会技术的进步，石油和天然气的需求量日趋增长，全力建设油、气输送的基础设施已迫在眉睫，提高长输管道焊接技术的水平受到各领域研究人员的极大关注。但是，长期以来管道焊接的自动化水平一直很低。其中采用的设备大部分都是进口设备，国内急需建设配套的长距离、大口径、高压、高耐蚀性、厚壁的天然气管道，天然气输送管网，水电站的压力管道和隧道工程所需的大直径管道环焊机器人。 从目前国内外的研究状况可以看出，国外的焊接机器人技术已在工程领域获得了运用，但是造价极其昂贵。由于国内施工现场的管道焊接技术落后，施工速度低及人为因素的干扰，严重制约了油、气输送管道建设的发展速度，因此，开发具有自主知识产权的基于视觉控制管道环焊机器人，势在必行。 本课题中的“基于视觉管道环焊机器人”是在移动机器人的基础上，配用相应的传感器及控制系统，从而能够实现管道外圆周自动焊接的一种自动化装置。研究与开发其焊接自动化工艺措施是实现其走向实用化的关键技术，本课题以此为出发点来进行深入的研究。 本文对管线钢的焊接性进行了分析；根据弧焊机器人的特点分析了焊接电弧的静特性和焊接电源的外特性，提出了管道环焊机器人焊接电源的配置，并进行了实验。分析和研究了多层焊的填充策略、下向焊工艺，规划了焊枪的运动；分析了（视觉）结构光的焊缝轨迹的生成等。 利用管道环焊机器人进行了管线钢的焊接，给出了焊接工艺参数；并就不同坡口形式对焊接质量的影响进行了实验研究；对焊枪的摆动参数进行了分析与探讨。实验结果证明该设备性能稳定、可靠，完全能满足管线钢的焊接要求。 就管道环焊机器人焊接电源、机器人本体、计算机的配置问题进行了分析与研究，提出了一种适应于大型管道环型焊接机器人焊接电源的智能控制系统。