基于离线编程与激光跟踪的机舱板自动化焊接

摘要

焊接作为船舶装备建造的关键技术，在船体的建造过程中，焊接工作量占到了总工作量50%以上，花费的成本占总成本的40%左右。针对大型船舶曲面中厚板的焊接，采用传统的人工进行多层多道焊的方法，作业效率低下，焊接质量不稳定。机器人自动化焊接技术具有焊接效率高、焊缝成型稳定等优良的特点。针对机器人自动化焊接过程中在线示教工作量大、工作环境恶劣的问题，将离线编程技术应用于机器人曲面中厚板自动化焊接过程中，可以显著提高生产效率，改善工人的作业环境；针对离线编程过程中由于理论模型与实际工件存在偏差、实际工件定位偏差以及焊接变形等原因导致的定位误差，将激光跟踪技术应用于大型船舶曲面中厚板的焊接中，对焊缝进行实时跟踪，可以显著提高焊接作业的精度，改善焊接质量；针对船舶曲面中厚板需要进行多次焊接，焊接效率低的问题，通过焊接工作头的特殊设计可以实现大型船舶曲面中厚板的单面焊双面成型，最大限度的提高焊接效率。因此，将焊接机器人、离线编程技术、焊缝跟踪系统以及特制焊接工作头结合起来的焊接技术将会在大型船舶曲面中厚板的焊接中得到广泛的应用。 本文将全门式龙门、焊接机器人、乐驰焊机、工控机、交换机、激光视觉传感器、离线编程系统以及自主设计研发的可以实现大型船舶曲面中厚板单面焊双面成型的三枪双丝焊接工作头等设备组成机器人自动化高效焊接平台，进行12-30mm厚船舶曲面板的焊接试验。通过网络连接建立龙门与机器人、机器人与焊机、龙门与总控、机器人与总控之间的通讯，实现了大型船舶曲面中厚板长距离自动化焊接过程中各设备之间的通讯以及机器人的长距离移动；利用SolidWorks软件对离线仿真工作站中关键部件进行尺寸设计以及模型建立，并将建立的模型导入到模拟仿真软件RobotStudio中建立仿真工作站，通过模拟仿真软件的可视化界面验证了高效焊接平台在大型船舶曲面中厚板长距离自动化焊接过程中操作方面的可行性；将激光视觉传感技术应用于焊接过程，通过对焊接过程中焊缝信息的实时反馈，实现焊接机器人对焊接路径的及时调整，有效的提高了焊接的精度。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 焊接机器人发展概述

1.3 机器人离线编程现状与进展

1.3.1 国外离线编程现状

1.3.2 国内离线编程现状

1.4 离线编程软件RobotStudio简介

1.5 焊缝跟踪系统简介

1.6 激光跟踪原理简介

1.7 本文主要内容

2 船舶机舱板拼焊平台设计

2.1 船舶机舱板拼焊平台构成

2.2 拼焊平台主要设备功能及参数

2.2.1 曲面列板

2.2.2 龙门

2.2.3 ABB IRB4600机器人

2.2.4 乐驰焊机

2.2.5 焊接工作头

2.2.6 送丝装置

2.2.7 通讯模块

2.2.8Power-Cam 3D激光视觉传感器

2.3 拼焊平台各装备控制形式

2.3.1 机器人与焊机之间的控制形式

2.3.2 龙门与机器人之间的控制形式

2.3.3 龙门与总控之间的控制形式

2.3.4 机器人与总控之间的控制形式

2.3.5 机器人与激光跟踪之间的控制形式

2.4 本章小结

3 船舶机舱板拼焊平台模拟仿真工作站建立

3.1 船舶机舱板拼焊平台模拟仿真工作站建模

3.1.1 龙门的建模

3.1.2 ABB IRB4600机器人模型

3.1.3 焊接工作头的建模

3.1.4 船舶机舱板的建模

3.2 机械装置创建

3.2.1 焊枪工具

3.2.2 机器人外轴

3.3 在RobotStudio中布局模拟仿真工作站

3.4 本章小结

4 船舶机舱板拼焊平台离线编程及模拟仿真

4.1 离线编程前期准备工作

4.1.1 机器人系统的建立

4.1.2 工具坐标系设定

4.1.3 工件坐标系设定

4.2 离线编程及模拟仿真

4.2.1 RAPID语言

4.2.2 离线编程步骤

4.2.3 焊接路径离线编程与仿真

4.2.4 离线程序解析

4.3 本章小结

5 焊缝跟踪系统调试与应用

5.1Power-Cam 3D激光视觉传感器的安装

5.2 网络连接

5.3 传感器标定

5.4 编程与调试

5.5 本章小结

结论

参考文献

致谢

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