一種機器人焊接系統(tǒng)及其焊接方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是機器人焊接智能化技術領域的自動化焊接系統(tǒng)及方法，具體涉及一種核島主設備蒸汽發(fā)生器管子-管板焊接的機器人焊接系統(tǒng)及其焊接方法。
【背景技術】
[0002]核電由于具有清潔、持續(xù)供電能力強、受地理位置限制相對較少的優(yōu)點，是未來能源發(fā)展的重要方向?！秶液穗姲l(fā)展專題規(guī)劃》提出到2020年，我國核電運行裝機容量將達到4000萬千瓦，核電占全部電力裝機容量的比例提高到4%，年發(fā)電量達到2600~2800億千瓦時。核電建設工期的長短對其經濟性有顯著的影響，蒸汽發(fā)生器作為核島主設備，其制造過程中管子-管板的焊接是關鍵工序，管子-管板的焊接質量和焊接效率直接影響到管板一次側的耐腐蝕性、密封性以及蒸汽發(fā)生器的制造進度。蒸汽發(fā)生器管子-管板焊縫數(shù)量巨大，以AP1000蒸汽發(fā)生器為例，有20050道管子-管板焊縫，目前主要采用人工手持管子-管板焊槍進行焊接，焊接效率低。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明針對目前蒸汽發(fā)生器管子-管板主要采用人工進行焊接的現(xiàn)狀，提出一種核島主設備蒸汽發(fā)生器管子-管板焊接的機器人焊接系統(tǒng)及其焊接方法，實現(xiàn)管子-管板自動化焊接過程中的初始焊位識別與導引、路徑規(guī)劃與離線編程、管子-管板焊縫機器人自動化焊接、鎢極自動檢測與更換、焊縫質量在線檢測等功能。
[0004]為了達到上述目的，本發(fā)明的一個技術方案是提供一種機器人焊接系統(tǒng)，所述機器人焊接系統(tǒng)設有中央控制模塊，以及與其信號連接并受其控制的以下設備:
至少一臺六自由度的工業(yè)機器人，其工作范圍疊加實現(xiàn)對工件管板上所有管子-管板焊縫的焊接位置的覆蓋；
至少一把管子-管板焊槍；每個工業(yè)機器人分別抓持與之對應的至少一把管子-管板焊槍至相應的管孔處，由各管孔處的管子-管板焊槍對管子-管板焊縫進行焊接；
焊縫質量在線檢測模塊，根據(jù)焊縫形貌對焊縫質量進行在線檢測。
[0005]優(yōu)選地，所述機器人焊接系統(tǒng)還設有與中央控制模塊信號連接并受其控制的路徑規(guī)劃與離線編程模塊，對多個工業(yè)機器人進行焊接路徑防碰撞的規(guī)劃，并對規(guī)劃的方案進行尚線編程。
[0006]優(yōu)選地，所述機器人焊接系統(tǒng)還設有與中央控制模塊信號連接并受其控制的激光掃描定位模塊，其根據(jù)激光傳感器對管孔的掃描結果獲得管孔的圓心坐標，作為初始焊接位置識別與自主導引的參考數(shù)值。
[0007]優(yōu)選地，所述機器人焊接系統(tǒng)設有兩臺工業(yè)機器人，每臺工業(yè)機器人分別抓持兩把用來對管子-管板焊縫進行自動鎢極氬弧焊的管子-管板焊槍。
[0008]優(yōu)選地，各個所述工業(yè)機器人安裝在與其對應的豎直支架上并能夠隨豎直支架進行水平移動；所述工業(yè)機器人能夠在豎直支架上進行上下移動。
[0009]優(yōu)選地，各個所述豎直支架安裝在系統(tǒng)平臺上并能夠隨系統(tǒng)平臺水平移動；所述系統(tǒng)平臺能夠沿地面導軌分別移動至各個待焊接工件的管板前；
所述工件是放置在各自支承架上的蒸汽發(fā)生器。
[0010]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)平臺上還設置有以下設備:
鎢極自動更換平臺，其位于相應工業(yè)機器人可操作的范圍內，用于更換鎢極；
焊接電源，為各把所述管子-管板焊槍供電；
機器人控制柜，其中設置各個工業(yè)機器人的機器人控制設備；
中央控制平臺，其中設置有所述中央控制模塊、焊縫質量在線檢測模塊、路徑規(guī)劃與離線編程模塊及激光掃描定位模塊。
[0011]優(yōu)選地，各個所述豎直支架上分別安裝有相應的線束支架，用來放置工業(yè)機器人及其對應管子-管板焊槍的導線；
所述系統(tǒng)平臺的地面導軌，包含橫向導軌及縱向導軌。
[0012]優(yōu)選地，所述焊縫質量在線檢測模塊是根據(jù)激光傳感器對焊接焊縫的掃描結果，獲得焊縫的三維重建圖像，并根據(jù)焊縫形貌對焊縫質量進行在線檢測。
[0013]優(yōu)選地，所述激光傳感器設置在所述工業(yè)機器人的機器人臂前端上。
[0014]本發(fā)明的另一個技術方案是提供一種機器人焊接系統(tǒng)的焊接方法，其包含以下過程:
將多個工件分別安裝在各自的支承架上；
通過地面導軌將系統(tǒng)平臺移動到其中一個工件的管板前，以便機器人焊接系統(tǒng)設置在系統(tǒng)平臺上的設備能夠進行相應操作:
每個工業(yè)機器人抓持與之對應的其中一把焊槍到達管板上當前待焊管孔的焊接位置進行焊槍的定位；焊槍定位后，工業(yè)機器人松開焊槍夾具，以便抓取與該工業(yè)機器人對應的另一把焊槍；
已經定位的焊槍根據(jù)中央控制模塊的命令啟動焊接，在對單個管子-管板焊縫焊接完成后給出焊接完成信號；工業(yè)機器人將給出焊接完成信號的焊槍抓放到下一個管孔處定位，以便進行下一個管子-管板焊縫的焊接；
通過多個工業(yè)機器人與其各自焊槍的配合完成該工件管板上所有管子-管板的焊接后，通過地面導軌將系統(tǒng)平臺移動到另一個工件的管板前，完成所有管子-管板焊縫的焊接。
[0015]優(yōu)選地，所述焊接方法進一步包含:由每個工業(yè)機器人帶動機器人臂前端設置的激光傳感器移動，通過激光傳感器掃描管板上當前待焊管孔，并通過激光掃描定位模塊確定該管孔的中心位置，以便該工業(yè)機器人抓持與之對應的其中一把焊槍到達該管孔的焊接位置進行焊槍的定位。
[0016]優(yōu)選地，所述焊接方法進一步包含:在焊槍完成單個管子-管板焊縫焊接之后，通過激光傳感器對管子-管板焊縫進行掃描，通過焊縫質量在線檢測模塊獲得焊縫的三維重建圖像，并根據(jù)焊縫形貌對焊縫質量進行在線檢測及超標缺陷報警。
[0017]優(yōu)選地，所述焊接方法進一步包含:將多個工件分別安裝在各自的支承架上之后，建立與各工件等比例的三維模型，導入機器人控制系統(tǒng)；以及，將系統(tǒng)平臺移動到任意一個工件的管板前之后，對工業(yè)機器人進行人工示教操作，以多個參考點確認工件實際坐標，來校正工件三維模型的坐標系；并且，通過路徑規(guī)劃與離線編程模塊執(zhí)行多個工業(yè)機器人的焊接路徑防碰撞的規(guī)劃，并對規(guī)劃的方案進行離線編程。
[0018]優(yōu)選地，任意一把焊槍被工業(yè)機器人抓持到當前待焊管孔的焊接位置時，將焊槍定位芯軸插入當前待焊管孔，使焊槍上部設置的氣動輔助定位脹管插入管口，并在焊槍軸向到位后使氣動定位脹管自動漲緊，漲緊確認后機器人松開焊槍夾具。
[0019]本發(fā)明公開了一種機器人焊接系統(tǒng)及其焊接方法，屬于機器人焊接自動化技術領域，適用于核島主設備蒸汽發(fā)生器管子-管板焊接。本發(fā)明中的工業(yè)機器人具有工作效率高、穩(wěn)定可靠、重復精度高等優(yōu)點，采用機器人取代人工進行焊接在提高焊接效率、保證產品質量穩(wěn)定性、改善工人工作環(huán)境和降低工人勞動強度等方面具有非常明顯的優(yōu)勢。
[0020]本發(fā)明能夠實現(xiàn)核島主設備蒸汽發(fā)生器管子-管板焊接的初始焊縫位置識別與自主導引、路徑規(guī)劃與離線編程、管子-管板機器人自動化焊接以及焊縫質量的在線檢測。對于提高管子-管板的焊接效率、保證焊縫質量的穩(wěn)定性、縮短蒸汽發(fā)生器的交貨周期、提高核電經濟性具有非常重要的意義。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明所述核島主設