焊接机器人中厚板案例集
中厚板焊接机器人焊枪位姿规划
由于焊接机器人工作 的稳定性和焊接产品质量的一致性对保证产品焊接质量至关重要 ，因此 ，焊 接 机器 人得 到广 泛应 用 ｊ ． 自２ ０世 纪 ８ ０年代 末 以来 ，国内科研 机 构做 了大 量机器 人 离线编 程研 究工 作 ，以往的工作主要集中在系统的总体框架 、工艺数据库、焊缝填充策略 、焊接智能专家系统 、焊缝 自动跟踪 和 图像 识别 等 方 面 ，很 少 对 离 线 编 程 中焊 枪 姿 态 问题 进行 研 究 Ｊ ． 在 大 型工 程 机 械 焊 接
与目 标点坐标系匹配，即焊枪姿态 由目标点坐标系决定． １ ． ２ 工 作坐 标 系与 轨迹坐 标 系关 系
工 作 坐 标 系 是 机 器 人 运 动 时 的参 考 坐 标 系 ，给 定 Ｔ Ｃ Ｐ偏 移 Ｆ ｉ ｇ
．
图 １ 工 具 坐 标 系
一
Ｔｏ ｏ ｌ ｃ ｏ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
杂曲线焊缝 ，提 高了焊接稳定性 与效 率 ，可为 离线编程研 究提供理论基础 ．
［ 关键词 ］机 器人 ；焊枪位姿 ；多层 多道 ；欧拉 角；四元数 ［ 中图分类号 ］Ｔ Ｇ ４ ０ ９ ［ 文献标志码 ］Ａ ［ 文章编 号］ １ ６ ７ ３— ４ ４ ３ ２（ ２ ０ １ ４ ）Ｏ １ — ０ ０ ０ １一 Ｏ ５
ｍ ａ ｉ ｌ ： ｊ ｍ ｙ ｉ ＠ｘ ｍ ｕ ｔ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
厦 门理 工 学 院学 报
或 者旋 转 ，基 于此 坐 标 系上 运算 ．机 器人 行 走 轨 迹 由一 系 列
目标点组 成 ，目标点坐 标系 由坐标值 ［ ， Ｙ ， ］与姿 态 ［ ｇ １ ， ｑ ， ｑ ， ， ｑ ］ 表示 ，其中 ｑ ， ｑ ， ｑ ， ， ｑ 为 四元数 ，其父坐 标系为
中厚板多层多道机器人焊接路径规划仿真研究
中厚板多层多道机器人焊接路径规划仿真研究中厚板多层多道机器人焊接路径规划仿真研究近年来，随着工业技术的不断进步和自动化水平的提高，机器人在制造业中的应用越来越广泛。
尤其是在焊接行业，传统的手工焊接已经很难满足大规模、高效率和高质量的需求。
而机器人焊接具有操作自动化、速度快、质量稳定等优势，因此被广泛应用于各个领域。
中厚板多层多道焊接是一项复杂的工艺，在机器人焊接中也是一个具有挑战性的任务。
对于传统的焊接路径规划方法来说，由于焊缝的复杂性和焊接速度的要求，使得路径规划变得十分复杂。
而且，中厚板多层多道焊接还需要考虑到热变形等因素，要求机器人在规定的位置焊接，以保证焊接质量。
为了解决中厚板多层多道焊接中的路径规划问题，研究人员开展了仿真研究。
通过建立三维模型，模拟焊接过程，可以对机器人焊接路径进行优化算法的设计和验证，以提高焊接效率和焊接质量。
首先，研究人员将焊接对象进行三维建模，包括中厚板的几何形状、焊缝的位置和尺寸等信息。
然后，确定焊接任务的要求，包括焊接速度、焊接质量等。
接着，结合焊接路径规划原理，设计了一种适合中厚板多层多道焊接的路径规划算法。
路径规划的核心是确定机器人的运动轨迹。
在仿真研究中，可以通过数学建模和计算机模拟，找到最优的运动轨迹。
研究人员可以根据焊接任务的要求设置目标函数，通过不断迭代和优化，得到最佳的焊接路径。
除了机器人的运动轨迹，还需要考虑到工作空间的限制和路径规划的实时性。
中厚板多层多道焊接过程中，机器人需要考虑到焊接速度、焊接角度、避免碰撞等因素，以确保焊接效果和工作安全。
在仿真研究中，不仅可以对路径规划算法进行验证和优化，还可以模拟不同工况下的焊接过程。
通过改变焊接任务的要求、改变焊接材料的性质等参数，可以分析机器人在不同情况下的表现，并对路径规划算法进行改进。
通过中厚板多层多道机器人焊接路径规划仿真研究，可以有效提高焊接效率和焊接质量。
通过优化路径规划算法，将机器人的运动轨迹和工作空间限制结合起来，可以使焊接过程更加稳定、高效和精确。
机器人焊接案例
机器人焊接案例一、项目背景随着制造业的不断发展，机器人焊接技术在工业生产中得到了广泛应用。
机器人焊接具有高效、精度高、重复性好等优点，可以大大提高生产效率和产品质量。
本案例介绍的是一家汽车零部件制造企业引进机器人焊接设备的情况。
二、客户需求该企业生产的汽车零部件数量庞大，传统手工焊接方式效率低下，且存在质量不稳定的问题。
因此，企业希望引进机器人焊接设备来提高生产效率和产品质量。
三、解决方案1. 设备选择考虑到该企业生产的产品形状多样，需要选购具有灵活性和适应性强的机器人焊接设备。
最终选择了ABB公司生产的IRB 2600ID机器人，并配备了ABB WeldGuide II系统。
2. 设备布局根据现场实际情况，设计出合理的设备布局方案。
将机器人安装在固定底座上，并设置安全围栏来保护工作人员安全。
3. 焊接程序编制针对不同产品形状和材料特性，编写出相应的焊接程序，并进行测试和优化，确保焊接质量稳定。
4. 操作培训为了让操作人员能够熟练掌握机器人焊接设备的操作和维护，进行了专业的操作培训。
四、实施效果引进机器人焊接设备后，该企业的生产效率得到了大幅提升。
机器人焊接设备具有高速度、高精度和高重复性等优点，可以大大减少生产周期。
同时，由于采用了精准的焊接程序和高质量的焊接材料，产品质量得到了有效保障。
此外，机器人焊接设备还能够减少工作人员的劳动强度和工伤事故发生率。
五、总结机器人焊接技术已经成为现代制造业中不可或缺的一部分。
对于需要大批量生产且要求高质量的产品来说，引进机器人焊接设备是提高生产效率和产品质量的最佳选择。
在实施机器人焊接项目时，需要根据实际情况选择合适的设备，并进行合理布局、编写优化的程序以及进行专业培训等措施来确保项目顺利实施并取得良好的效果。
基于视觉成像的机器人中厚板多层多道焊接技术
２０１８年９月２５日第２卷第９期现代信息科技Modern Information TechnologySep.2018 Vol.2 No.9基于视觉成像的机器人中厚板多层多道焊接技术李帅（中国船舶重工集团有限公司第七一六研究所 机器人事业部，江苏 连云港 222000）摘 要：大型船舶或桥梁的小组立或者中组立的建造过程中需要有大量的肋骨（T 型材）焊接的工作，本文设计了一套基于六自由度的焊接机器人，末端搭载携带线激光成像设备，通过铺设轨道在T 型材上进行移动。
基于线激光扫描成像，重构焊道并在线规划焊接路径，结合焊接数据库进行匹配，实现了T 型材对口的多层多道自动化连续。
关键词：中厚板；线激光扫描成像；焊道重构；T 型材；多层多道焊接中图分类号：TP242；TG409文献标识码：A文章编号：2096-4706（2018）09-0169-05Ｍｕｌｔｉ－ｌａｙｅｒ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｒｏｂｏｔ Ｐｌａｔｅ Ｂａｓｅｄｏｎ Ｖｉｓｉｏｎ ＩｍａｇｉｎｇLI Shuai（Robotics Division ，716 Research Institute ，China Shipbuilding Industry Group Co.，Ltd.，Lianyungang 222000，China ）Abstract ：A large group of ships or bridges needs a large number of ribs （T profiles ）to be welded during the construction process.A set of six degrees of freedom welding robot is designed in this paper. The terminal carrying line laser imaging equipment is used to move on the T profile by laying the track. Based on line laser scanning and imaging ，welding path reconstructing and planning online ，the multi-layer and multi-channel automation of the T profile is realized with welding database matching.Keywords ：plate ；line laser scanning imaging ；bead reconstruction ；T profile ；multi-layer and multi-channel welding收稿日期：2018-08-060 引 言大型船舶或桥梁的小组立或者中组立的建造过程中需要有大量的肋骨（T 型材）焊接的工作，国内有相关机构研究过船舶分段建造过程中的机器人焊接问题[1-3]，也有高校研究钢结构的格子间的机器人焊接问题[4]，以及国外的inrotech 等公司，都推出了舱室焊接的机器人产品，但是都没有在实际应用中解决T 型材的多层多道的焊接问题，并设计制造出相应的产品。
机器人焊接中厚板的工艺应用
技术应用Technique and application 42机器人技术与应用202030 引言焊接工艺多种多样，博大精深，跟焊接方法、焊接的材质、焊接环境以及应用的等级等诸多因素密切相关。
在进行焊接工作之前，设计人员首先要根据具体情况选择确定焊接方法；焊接方法确定后，要进一步调试焊接参数；最终进行焊缝结果对比，并对焊样进行严格检测，确定焊接工艺。
当然，严格意义上影响焊接工艺的因素有很多，并不只是工艺参数，其他如热变形需考虑焊接顺序、需要做硬支撑、甚至需要做预热或冷处理等。
对于专业的焊接工人，个人的焊接技术是需要经过长期的实践和长期的积累，其焊接技艺才会越来越好。
但是人的精力总是有限的，再加上焊接工作是特殊工种，对工人身体素质的要求相对较高，因此工厂很难招到足够多的、经验丰富的电焊工人来满足生产的需求。
对此，笔者思考着把好的焊接工艺写进程序，让机器人替代人工，实现性能稳定地、不停机地工作。
1焊接系统介绍1.1系统组成焊接机器人系统主要由西门子PLC、ABB IRB2600机器人、林肯 R500数字化焊机、周边附件及相关软件包等构成。
附件主要包括DSQC52 IO 板、电压电流检测传感器、ABB WELDGUIDE IV 板、TBI 焊枪、送丝机、信号线、动力线、SMB 线、气管等。
软件包括LINCOLN R500驱动、SMARTAC 软件包、WELDGUIDE IV 软件包。
系统组成如图1所示。
焊接机器人的本体部分是机器人运动的执行机构，该类型的焊接机器人是六自由度串联关节型机器人。
本体由腰座、肩部、大臂、肘、小臂、腕部组成，在机器人末端加装有焊枪，在肘部上方加装有送丝机。
图1 焊接机器人系统组成注：图1中林肯R500为焊机型号，IRB2600为机器人的型号，IO 板为物理输入输出通信板，WELDGUIDE IV 为焊接工艺包，SMB 线为一种通信线缆。
1.2功能简介PLC 的作用是控制工位夹具气缸等一系列逻辑动作，使工件能够固定到标准位置，配合处理生产过程中机器人的移位、打开气缸、翻转变位机等请求。
翼板焊接机器人的介绍及应用
(3 )
焊 丝 桶 的 放置 位 置 不 合理 (见 图3 ) , 既
不 便 于焊 丝 桶 的更 换 , 又 不利 于焊 丝的 出 丝效 果 , 而且_在 地 面放 置焊 丝 更 容 易发 潮
图l 翼板焊接机器人
由于 现状 机 器人 的技 术方 案 有 问题 , 导致 工作 效 率 低 , 无法 体 现 出焊 接 机 器 人的 优越 性 , 焊 接机
人的 优 点 不 能 充 分的 发挥 , 所 以对 其 进 行 了 整改 本 文对 整 改 的过 程 及应 用 将进 行 详细 的 说 明
2 .整改 前
翼板 焊 接 机 器人 系统 是 厦 门思 尔特 机 器 人 系统 有 限 公 司生 产 制造 的 , 其 机 器 人 本体 是选 用A B B 的 焊接机器人 采 用 龙 门架 结构 的辅 机 及单 回转 方 向
图
2
(2 ) 工 件 拼 装 后 有 误 差 , 不 能 实 现 船 形 位 置 的焊 缝 无法 使 用 电弧 跟 踪 来 完成 焊 接 , 只能 人 工利 用寻 找 寻 位 点 来 逐 条 焊 缝 进 行 焊 接 , 效 率 非 常 低
下
的 变 位机 , 共 计9轴 联 动 , 焊 接 机 器 人的 结 构如 图 1
图8 运行的翼板焊接机器人
图
9
(2 )提高效率降低Fra bibliotek本以 某 型推 土 机 的翼
板 来计 算 : 整 改前 焊 接 时 间为4 . / 件 , 整改 后焊 接 2h
时 ,司为 l. Zh/件 从 以上的数 据来 看 , 整改 后的生 产效 率是 整 改 前 的3 倍 之 多 , 通 过相 关计 算 , 年节 约 成 本约 为 (5 ) 设 备的 安 装 及 调试 将L 形的 变 位 机安 装
中厚板焊接机器人在推土机后桥箱上的应用
即在焊缝 较 宽 处增 大 摆 幅 ，同 时降 低 焊 接速 度 ，在 焊缝较 窄处适 当减 少 摆 幅 ，相应 提 高 焊 接速 度 ，得 到焊高一 致的焊缝 ，以达 到提高焊接 质量 的 目的。 ３ ．焊 接 机 器人 在 后 桥 箱 上 的应 用 （ ）后桥箱 的特 点 后 桥 箱作 为 推 土机 主 要 的 １
图
４
第三 ，坡 口宽度 跟 踪 。是 指 弧 焊 机 器 人在 焊前 检测 整条 焊缝 上 的多 个 点 ，通 过 软 件计 算 出焊 缝 坡 口的宽度 ，进 而得出整 条焊 缝 的坡 口宽度 变化 情况 。
在焊 接过程 中调整机器人 焊 接摆 动 幅度 和焊接 速度 ，
中厚钢板 焊 接 的结 构 件 ，工 件 在组 对 时 难免 会 存 在
焊 一 机 器 人 一 次 焊 一 手 工 补 焊 一 二 次 拼 装 一 机 器 人 二 次 焊 一 手 １ 补 焊 二
砌 ， ｌ
变化 做 出焊接 参 数 的 自动 调整 ，焊 接 机 器 人 系统 具 有寻 位和 跟踪 功 能 ，自动 根据 焊 接 条 件 变 化 修正 焊 接参 数 。对 焊接 过程 进 行 实 时 控 制 ，大 大 提 高 了焊 接质 量 。在 这 一 方 面 ，焊 接 专 机 若 想 焊 接 不 同 型号 的工件 ，必 须要 求 工 件 的 相 似性 很 高 ，否 则一 旦 需
动动作 ，可见 后桥 箱 在 推 土机 结 构件 中 占具 了重要
的地位 。
后桥 箱的加 工 质量 是 决定 着 推土 机 整机 质 量 的
昆山华恒机器人焊接系统应用(二)
昆山华恒机器人焊接系统应用（二）昆山华恒焊接股份有限公司是国内领先的自动化焊接/切割系统供应商，作为国家级高新技术企业和江苏省焊接装备工程技术中心，华恒一直保持行业内的市场和技术领先地位，并以自身的技术实力和完善的服务保障体系服务于工程机械、机车车辆、煤矿机械、航空航天、军工、锅炉、石化、食品医药、管道建设、电力建设等行业。
华恒和世界著名的机器人厂商KUKA和FANUC强强合作，致力于中厚板结构件制造领域的机器人系统的应用和工艺推广，针对用户的具体情况量身定制，提供给用户性价比最高的焊接/切割机器人系统。
工程机械——挖掘机——马达座、导向座机器人焊接系统⏹8轴联动机器人焊接系统⏹KUKA－KR16机器人⏹两轴变位机最大负载1吨⏹量身定制的通用工装保证了最佳的完焊率⏹高效MIG/MAG焊接电源及完善的焊枪系统⏹完善的中厚板机器人焊接功能——焊缝寻位、电弧跟踪、多层多道、专家参数库、轨迹重现、TCP自动校正、多种横摆形式、坡口尺寸偏差修正、在线优化、三维模拟仿真、离线编程功能。
工程机械——挖掘机——油箱机器人焊接系统⏹8轴联动机器人焊接系统⏹KUKA－KR16机器人⏹两轴L型变位机负载1吨⏹量身定制的气动通用工装保证了最佳的完焊率⏹油箱焊缝一枪焊接完成，焊接过程不中断，极大的提升了产品质量⏹高效MIG/MAG焊接电源及完善的焊枪系统⏹完善的机器人焊接功能——焊缝寻位、电弧跟踪、专家参数库、轨迹重现、TCP自动校正、多种横摆形式、坡口尺寸偏差修正、在线优化、三维模拟仿真、离线编程功能。
工程机械——挖掘机——挖斗连结构件机器人焊接系统⏹8轴联动机器人焊接系统⏹FANUC－M－20ia机器人⏹两轴变位机负载500kg⏹量身定制的通用工装保证了最佳的完焊率⏹高效MIG/MAG焊接电源及完善的焊枪系统⏹完善的中厚板机器人焊接功能——焊缝寻位、电弧跟踪、多层多道、专家参数库、轨迹重现、TCP自动校正、多种横摆形式、坡口尺寸偏差修正、在线优化、三维模拟仿真、离线编程功能。
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Alterative multi-pass welding function
⑥多层路径间的可移动焊接
Movable weld line between each multi-pass
⑦多旋转多层
Multi-rotation multi-pass
示教盒界面
可实行长时间无人运转的错误矫正功能
电弧传感器功能
焊缝瞄准功能 工件控制功能
可变幅度电弧传感器的应用实例
对坡口焊缝的偏移进行摇摆振幅和焊接速度的控制坡口形状不规则的接口
可变幅度电弧传感器自动摇摆功能实例
即便坡口宽度不一致，仍可进行摇摆振幅、焊接速 度的自动调整，焊接成形状一致的焊缝
宽
窄
高度一定
多层焊接功能
中厚板焊接机器人案例
中厚板焊接对象的主要行业
１．建设机械 : 油压推土机、天车、拖拉机、叉车等 （大型工件、多层焊接、接触式传感器、电弧传感器、 协调焊接）
２．车辆 :铁路台车、翻转台面等 （多层焊接、接触式传感器、电弧传感器、协调焊接）
３．冷冻机、发电机 : 箱体等 （大型工件、多层焊接、接触式传感器、电弧传感器）
•Useful Re-try function
中厚板焊接机器人系统用接触式传感器
• 1轴传感器、角焊传感器
角焊传感器
1轴传感器
• 坡口传感器、坡口检测传感器
坡口检测传感器
坡口传感器
关于中厚板焊接的接触式传感器
减少接触式传感器示教作业的导入
读出动作的书面化及明细化的实现
•1轴接触式传感器
角焊传感器
•Full function of touch sensor
２．可变幅度的电弧传感器自动矫正坡口偏移
• Adaptive fill with Arc-sensor
３．由于多层焊接功能的增加，可以详细设定各焊道的条件
•Functionable Multi-pass welding
４．由于各种复查功能的完善可以进行长时间无人焊接工作
势 便于生产管理
焊缝实际焊接效果-机器人
一机可对应多个产品案例
挖掘机样件实例
中心支架系统实例
旋转底盘、推铲等系统实例
立板系统实例
马达支架、导向架系统实例
履带梁系统实例
动臂系统实例
斗杆系统实例
挖斗系统实例
挖掘机油箱焊接系统实例
•叉车油箱机器人焊接系统实例
• 叉车柱机器人焊接系统实例
４．工作机械、产业机械 : 底座、框架等 （大型工件、多层焊接、接触式传感器、电弧传感器）
行业用户对中厚板焊接机器人的要求-1
构造实例
示教量大，示教修改频繁。
需要减轻作业者操作的负担 工件的装配误差、夹具定位误差、变位器的误差
需用传感器进行焊缝位置矫正
行业用户对中厚板焊接机器人的要求-2
构造实例
Error recovery function
①起弧再审功能
Arc start re-try function
③接触式传感器再审功能
Touch sensor re-try function
②收弧再审功能
Arc fault re-try function
④喷嘴碰触恢复功能
Nozzle touch recovery function
① ②
② ①
接触式传感器的书面化
坡口传感器
②①
②
①
④③
坡口检测传感器
Ｚ Ｘ､Ｙ
特有的焊丝压紧机构
带焊丝压紧的焊枪 带气体压紧装置的送丝机
压紧 气缸
压紧 气缸
压紧 气缸
在接触传感系统中，为了提高传感精度，我们在 焊枪上使用了其他公司没有的焊丝压紧机构。
为了提高送丝性能，配合焊枪工作，配备了带有 气缸压紧机构的送丝装置。
装载机部件焊接系统实例
•铁路机车部件
• 铁路机车转向架焊接系统案例
•建设机械行业
•建设机械行业案例
•建设机械行业案例
•建设机械行业案例
谢谢
为满足焊缝角高必须进行多层焊接
省人化、无人化的对应
方便设定的多层焊软件 参数变更时方便操作 变位器与移动轴的协调
自动避免错误
中厚板焊接用机器人系统的特征
Feature of Thick Gage Metal welding robot system
１．由于接触式传感器功能的完善而能正确检验出工件的误差
⑤粘丝处理功能
Wire stick treatment function
功能图像化
原因
锈
熔球
失败
机 器
人
开始点
移动
焊接
系
统
自
动
错
焊接时发生粘丝，使用该功能可以自动解除粘丝
误
恢
复
搭接焊接
使用机器人的优势
提高产品焊接质量
机
器 机器人生产的柔性，1机可对应多种产品
人
焊 提高产品焊接效率
接 优
改善工人劳动强度和工人工作环境
Multi-pass welding function
①明细化的多层焊接条件
Packed Multi-pass welding table
②路径转换功能
Pass shift function
③焊枪姿势调整功能
Torch angle shift function
④线方向调整功能
Length shift function