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1、第25卷 第3期焊接学报Vol.25No.32004年6月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONJune2004锅炉焊接机器人离线编程系统刘 永, 徐越兰, 王克鸿, 余 进, 杨静宇 (南京理工大学,南京 210094)摘 要:主要研究开发了适于锅炉焊接的机器人离线编程系统。针对锅炉件的特点,建立了该空间焊缝的特征坐标系,并设计特征提取算法,进而规划出焊枪的运动路径与理想姿态,建立了典型的锅炉工件、日本安川SK6机器人等运动仿真环境。根据日本安川机器人程序的语言格式,采用该软件自动生成了机器人程序,对锅炉焊接过程进行了
2、离线仿真试验,验证该系统是切实可行的。关键词:锅炉;弧焊机器人;离线编程中图分类号:TG444+.73文献标识码:A文章编号:0253-360X(2004)03-52-05刘 永0 序 言锅炉接头的典型外观结构图如图1所示,由一根主管和若干支管组成。材料为16MnR,考虑到自动化高速焊接,以及支管与支管之间狭窄部位焊接锅炉的典型结构是由一根直径不同的主管和许的需要,选择MAG焊接方法完成焊接。系统采用日多根直径不同的支管相贯组成的,每根支管和主管本安川SK6弧焊机器人系统和S-350MAG焊接系的接头是由焊接完成的,这样的焊接接头每个锅炉统。由于该接头是空间曲线焊缝,
3、焊接工艺参数由有数十个到上百个。而且,每根支管(圆柱)和主管焊接材料、板厚、焊接位置、焊枪姿态经模糊推理专(圆柱)形成的焊缝恰恰是最为复杂的空间曲线———[2]家系统二次优化获得。马鞍形焊缝。人工焊接的劳动强度是相当大的,因此,从提高生产效率和焊接质量的角度看,采用高自动化和柔性化的弧焊机器人焊接是非常必要的。但是,由于弧焊机器人焊接的复杂性,即它不仅要求焊枪准确到达焊接位置,而且要求焊枪以一定的姿势指向焊缝。另外在大型复杂工件的情况下,这使得[1]弧焊机器人示教编程几乎是不可能的。一位较熟练的示教人员示教好一条马鞍形焊缝往往花半个工作日,而主管和支管直径的种类繁多,这
4、样一来,示教的马鞍形焊缝一般达上百个,这显然不满足工厂图1 典型锅炉接头外观结构图的生产需要。因此,对于锅炉焊接机器人工作站,开Fig.1Structuregraphoftypicalboiler发适应于锅炉焊接的机器人离线编程系统是非常迫切的。2 锅炉典型焊缝特征信息的表示基于此,自主研究开发了锅炉焊接机器人的离线编程系统,经过针对锅炉弧焊机器人离线编程与2.1 概 述机器人焊接仿真试验,验证了该系统是切实可行的。对于锅炉焊接接头,典型的复杂的空间曲线焊缝是由圆管(柱)与圆管(柱)相贯而形成的马鞍形焊1 锅炉接头的结构及焊接方法缝。一般来说,焊缝特征用焊接位置来表征
5、,实际焊缝焊接位置相当复杂,目前对各种接头焊缝的焊接收稿日期:2003-05-19位置采用焊缝倾角和焊缝转角来描述[3],这对于复基金项目:江苏省高新技术基金项目(BG2002021)杂空间曲线焊缝是不合适的,而且给弧焊机器人焊©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第3期刘 永,等:锅炉焊接机器人离线编程系统53接参数和焊枪姿态的规划带来不便。文献[4]分析右视图中,支管中心线与垂直轴的夹角称为支管转提出了“焊缝特征坐标系”的概念,即将焊缝的切线角γ)。这些信息送入系统的路径和轨迹规
6、划模块,定义为X′轴,将焊缝的中心线定义为Z′轴,Y′轴由该模块完成典型马鞍形焊缝的焊接位置与姿态(焊右手定则决定。该坐标系的定义唯一确定了空间焊缝特征信息)规划,以及相应的机器人各关节的运动缝各焊点的全部特征,而带来的显著优点是可以引轨迹规划。各管的壁厚信息以及焊接工艺人员输入用齐次变换技术很容易的求得焊缝的倾角和转角,的焊接工艺信息(包含焊接材料、焊接规范号、焊接进而可以将复杂的空间焊缝分解为“立坡焊”和“横接头次序号等)送入焊接参数规划模块,该模块实现坡焊”,用这二种焊接位置的组合来描述任何空间复空间焊缝基于知识推理的焊接参数联合优化,给出[4]杂焊缝的焊接位置。
7、最佳的焊接参数。2.2 马鞍形焊缝位置的定义及分解针对焊缝特征坐标系的定义,选取任意空间曲线焊缝,建立如图2所示的焊缝特征坐标系示意图。图2中的X′轴为焊缝的切线方向。焊缝的中心线是经过该焊点的形成该点焊缝的两工件的表面的法向量的角平分线。图2中的Z′轴即为焊缝的中心线。Y′轴由右手定则确定。图2 空间曲线“焊缝特征坐标系”示意图图3 锅炉焊接机器人离线编程系统框架示意图Fig.2SketchofcharacterreferenceframeofspaceweldFig.3Framesketchofoff2lineprogrammings
