用于船用柴油机机架机座的自动焊接系统技术方案

一种自动化焊接技术领域的用于船用柴油机机架机座的自动焊接系统，包括：两个相对设置的焊接机构、主控制器、图像处理模块、摆动控制器、知识模型库和视频监视器。本发明专利技术采用双枪双工位工作模式，利用激光视觉传感器在焊接过程中进行实时跟踪焊接的自动焊接方法，取代传统的手工半自动焊接模式，具有焊接效率高，焊接质量好易控制，焊接变形小，焊接质量不受人为因素的影响等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种自动化焊接
的系统及其方法，具体是一种用于船 用柴油机机架机座的自动焊接系统。
技术介绍
船用柴油机作为船舶的心脏，是价值最大的船舶配件，占造船成本的10% 15%。而机架和机座是柴油机的主要部件，在柴油机的制造中占有相当重要的到 位。B&W型大中型低速柴油机从42机到90机的机架、机座部件，工件厚度为 32mm-90mm,工件焊接长度为2100 5000mm，左右两条焊缝的距离从800mm到 2600mm不等，工件的宽度为从2000mm到4400mm不等，坡口形式为非标准的K型坡口 形式，焊接空间形式多样，一些为角焊缝K型坡口形式，一些为平对接K型坡口形式。由上述可知，工件单次焊接的焊缝长，坡口形式复杂，材料的板厚较大，焊接 工艺为多道多层焊接，焊接的层数和道数即使在较大规范的前提下也可能要达30 40道 左右。由此可见，焊接的工作量十分巨大，工人的劳动强度非常高，而现有技术均采用 手工半自动焊接，操作人员需在高温高辐射的环境长时间的从事焊接工作，对工人的身 体健康和焊件的品质极为不利。目前焊接一条焊缝至少需要一个礼拜左右的时间。可以 想见，其焊接工作量十分巨大，由于长期的告高温、高辐射的影响，对工人的身体健康 和焊件的品质较为不利。因此，现有的手工半自动的焊接技术的低效率，返修率大，焊 接质量受人为因素影响大，焊接品质无法保证，无法适应当前快速发展的船舶行业对柴 油机的需求。经对现有技术文献检索发现，中国专利文献号CN1405482，公开日2003_3_26， 记载了一种“低速柴油机机架焊接方法”，该技术描述了如何利用定位铁管等辅助夹 具，采用一定的焊接顺序，或者改变坡口形式，以及换用不同形状的衬垫等从工艺角度 去解决机架的焊接变形问题，焊接质量问题等，从而在一定程度上提高了焊接效率和保 证了焊接质量。但其焊接方法还是采用的手工的半自动焊接方法，同样面临焊接效率不 高，焊接质量不稳定，不同的焊工其焊接质量可能完全不一样，焊接质量受人为影响因 素大，同时焊接工作量极大，对焊工的身体健康以及焊接品质的控制都极为不利。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于船用柴油机机架机座的自 动焊接系统，采用双枪双工位工作模式，利用激光视觉传感器在焊接过程中进行实时跟 踪的自动焊接方法，取代传统的手工半自动焊接模式，具有焊接效率高，焊接质量好易 控制，焊接变形小，焊接质量不受人为因素的影响的优点。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括两个相对设置的焊接机构、 主控制器、图像处理模块、摆动控制器、知识模型库和视频监视器，其中图像处理模 块分别与焊接机构相连以传输焊缝图像信息，图像处理模块的输出端与主控制器相连接以输出焊缝偏差信息，主控制器的输出端分别与视频监视器和摆动控制器相连接以输出 焊缝偏差的图像信息和摆动控制信息，摆动控制器分别与两个摆动机构的伺服驱动器相 连接以传输速度信息和位置信息，两个摆动机构固定设置于焊接机构上，两个焊接机构 的控制端分别与主控制器相连以接收速度控制信号和位置控制信号，知识模型库与主控 制器相连接以传输焊接姿态以及焊接规范参数。所述的焊接机构包括焊枪、激光视觉传感器、行走机构、伺服十字滑架和摆 动机构，其中焊枪固定设置于摆动机构末端的旋转轴上，激光视觉传感器固定设置于 摆动器上且位于焊接机构前并与主控制器相连接，摆动机构固定设置于十字滑架的纵向 滑架上，伺服十字滑架分别与行走机构和摆动机构相连接。所述的行走机构包括大车行走机构以及两个焊接方向行走机构，其中两个 焊接方向行走机构分别活动设置于大车行走机构上并与焊接机构相匹配，大车行走机构 与摆动机构相连接以接受移动指令，从而完成焊接双工位的切换。所述的伺服十字滑架包括横向十字滑架和纵向十字滑架，其中横向十字滑 架固定设置于行走机构上，纵向十字滑架安装于横向十字滑架上，纵向十字滑架下端与 摆动机构相连。在焊接过程中，当进行左右调节时，横向滑架带动纵向滑架，纵向滑架 带动摆动机构、然后摆动机构带动焊枪以及激光视觉传感器一起移动，而上下调节时， 仅仅纵向滑架带动摆动机构，然后摆动机构带动焊枪以及激光跟踪器一起移动。所述的摆动控制器的输入端通过RS232接口与主控制器相连接以接收摆动频率 信息、摆动幅度信息和摆动方式信息，摆动控制器的输出端与摆动机构相连接以传输位 置信息和速度信息并控制摆动机构按照期望的方式进行摆动。所述的视频监视器包括两个分别固定设置于焊接机构上的激光视觉传感器以 及一个视频监视器，其中激光视觉传感器采集激光条纹投射到焊缝坡口上的畸变图像 以及焊接坡口，显示到视频监视器上。在焊接之前，在视频监视器上的激光条纹应该是 清晰且没有断点的，同时显示的左右及高低偏差量应当稳定而不闪烁和跳跃的，否则应 进行相应的调整。在焊接过程中也可以对焊缝图像进行实时监控，良好的焊缝图像应该 是在焊接过程中激光条纹是否清晰，是否受到很多飞溅、烟尘的干扰，据此可以对焊 接过程进行保护和改进。与现有的技术相比，本专利技术焊接过程稳定，焊接质量易控制，所以焊接质量得 以大大提高；焊前的自动焊缝搜索功能，提高了系统的智能化程度，简化了焊前焊接机 构的对中，提高了生产效率；自动排列焊道功能大大提高了系统的智能化程度，特别对 工艺成熟的标准化工件。自动排列焊道，自动调用数据库中的焊接参数，焊接工艺标准 化，便于更好的控制焊接质量，降低对操作人员的要求，大大提高了焊接质量和生产效 率；双枪双工位的焊接模式，对于焊缝基本对称的工件，两把焊接机构同时施焊，可以 提高效率，更有利于控制工件的变形。而双工位工作模式，当一个工位在焊接时，可以 同时在另一工位进行工件的装卸、翻身以及放置等，大大提高了实际焊接生产的效率。使用本专利技术实现了柴油机机架机座的长直焊缝的自动化焊接，提高了焊接效率 和质量，降低了生产成本，相比已有技术其效率和质量都有显著进步。效率为已有技术 的3 5倍，保证了焊接品质，降低了对操作人员焊接技能的依赖，减少了人为因素的影 响。而产品的一次合格率达到98%以上。无论从工艺角度还是从经济效益的角度来讲，4该技术都有很大的推广应用价值和发展前景。 附图说明图1为本专利技术系统示意图。图2为本专利技术的K型坡口多道多层焊的示意图。图3为机架、机座自动焊接专机的双枪双工位示意图。 图4为实施例工作示意图。具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进 行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的 实施例。如图1所示，本实施例包括两个相对设置的左焊接机构1和右焊接机构2、主 控制器3、图像处理模块4、摆动控制器5、知识模型库6、视频监视器7和焊接电源8， 其中图像处理模块4分别与左焊接机构1和右焊接机构2相连以传输焊缝图像信息，图 像处理模块4的输出端与主控制器3相连接以输出焊缝偏差信息，主控制器3的输出端分 别与视频监视器7和摆动控制器5相连接以输出焊缝偏差的图像信息和摆动控制信息，摆 动控制器5分别与两个摆动机构13的伺服驱动器相连接以传输速度信息和位置信息，两 个摆动机构13固定设置于左焊接机构1和右焊接机构2上，两个左焊接机构1和右本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于船用柴油机机架机座的自动焊接系统，其特征在于，包括：两个相对设置的焊接机构、主控制器、图像处理模块、摆动控制器、知识模型库和视频监视器，其中：图像处理模块分别与焊接机构相连以传输焊缝图像信息，图像处理模块的输出端与主控制器相连接以输出焊缝偏差信息，主控制器的输出端分别与视频监视器和摆动控制器相连接以输出焊缝偏差的图像信息和摆动控制信息，摆动控制器分别与两个摆动机构的伺服驱动器相连接以传输速度信息和位置信息，两个摆动机构固定设置于焊接机构上，两个焊接机构的控制端分别与主控制器相连以接收速度控制信号和位置控制信号，知识模型库与主控制器相连接以传输焊接姿态以及焊接规范参数。

【技术特征摘要】
1.一种用于船用柴油机机架机座的自动焊接系统，其特征在于，包括两个相对 设置的焊接机构、主控制器、图像处理模块、摆动控制器、知识模型库和视频监视器， 其中图像处理模块分别与焊接机构相连以传输焊缝图像信息，图像处理模块的输出端 与主控制器相连接以输出焊缝偏差信息，主控制器的输出端分别与视频监视器和摆动控 制器相连接以输出焊缝偏差的图像信息和摆动控制信息，摆动控制器分别与两个摆动机 构的伺服驱动器相连接以传输速度信息和位置信息，两个摆动机构固定设置于焊接机构 上，两个焊接机构的控制端分别与主控制器相连以接收速度控制信号和位置控制信号， 知识模型库与主控制器相连接以传输焊接姿态以及焊接规范参数。2.根据权利要求1所述的用于船用柴油机机架机座的自动焊接系统，其特征是，所 述的焊接机构包括焊枪、激光视觉传感器、行走机构、伺服十字滑架和摆动机构，其 中焊枪固定设置于摆动机构末端的旋转轴上，激光视觉传感器固定设置于摆动器上且 位于焊接机构前并与主控制器相连接，摆动机构固定设置于十字滑架的纵向滑架上，伺 服十字滑架分别与行走机构和摆动机构相连接。3.根据权利要求2所述的用于船用柴油机机架机座的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张轲，金鑫，毛霄栋，杨海澜，吴成刚，严飞，吴兴祥，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31