[发明专利]一种用于集箱焊接的自动焊接系统

权利要求书

1.一种用于集箱焊接的自动焊接系统，所述集箱包括待焊接的母管和接管，所述自动焊接系统包括设在集箱上方的操作机构、设在操作机构上的焊接机器人和设在焊接机器人上的焊枪，其特征在于，该系统还包括与焊接机器人相连的上位控制装置和数据采集装置，上位控制装置中包含中央处理器、后台计算子模块、模拟仿真子模块和人机交互界面，其中：

中央处理器，用于存储、加工数据并控制上位控制装置中各子模块；

人机交互界面，用于用户通过该人机交互界面输入工艺参数和已知变量、调用后台计算子模块或模拟仿真子模块，并获取相应的结果；

后台计算子模块，用于产生焊接轨迹计算结果；

模拟仿真子模块，用于产生焊接轨迹仿真结果；

数据采集装置，用于采集焊接机器人实际的运行状态参数。

2.根据权利要求1所述的一种用于集箱焊接的自动焊接系统，其特征在于，焊接机器人连接有控制柜，上位控制装置和数据采集装置通过通讯电缆与焊接机器人的控制柜相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于集箱焊接的自动焊接系统，其特征在于，后台计算子模块的实现方式包括以下步骤：

（1）调用参数或已知变量，参数包括工件参数、焊道截面参数、装配间隙、工艺参数、焊枪姿态角；已知变量包括特征点位置角度；

（2）根据管件切割要求，结合工件参数、装配间隙和特征点位置角度，计算得到母管和接管的相贯线的表达式以及接管连接处切割形成的内壁边缘线和外壁边缘线的表达式；

（3）根据等截面坡口角度设计原则，结合工件参数、焊道截面参数和特征点位置角度，计算特征点的坡口截面角度；

（4）在特征点的坡口截面角度求解的基础上，根据多层多道焊接的焊道的排布方式和焊道的计算方法，计算得到特定坐标系下任意坡口截面的各层各道上特征点的位置坐标；

（5）在特定坐标系下，依据各层各道上特征点的位置坐标，按照由内而外、由下而上的顺序逐层逐道绘制焊接轨迹的曲线图。

4.根据权利要求3所述的一种用于集箱焊接的自动焊接系统，其特征在于，

多层多道焊接的焊道的排布方式为：自下而上，焊道层数递增；每层焊道的道数按等差数列递增；

多层多道焊接轨道的计算方法为：将任意特征点处的整个焊道截面按三角形计算，其中第一层焊道截面按三角形计算，后续各层最上一道焊道截面按不等边梯形、自上而下其他各道焊道截面按若干等边菱形计算，由焊接工艺的相关工艺参数计算得到单个焊道的截面积，由此得到焊道总数，而后按照等差数列求和的方式计算得到焊道层数，并将每个菱形或梯形的左下角点的位置坐标作为在特征点处施焊时焊枪末端所在的位置坐标。

5.根据权利要求1或4所述的一种用于集箱焊接的自动焊接系统，其特征在于，模拟仿真子模块的实现仿真的方法包括以下步骤：

ⅰ）调用数据采集装置采集到的焊接机器人的运行状态参数；

ⅱ）根据机器人运行状态参数，计算焊接轨道上特征点的实际位置坐标；

ⅲ）依据各层各道上特征点的实际位置坐标，按照由内而外、由下而上的顺序逐层逐道绘制实际的焊接轨迹；

ⅳ）输出焊接轨迹的仿真结果。

6.根据权利要求1或2所述的一种用于集箱焊接的自动焊接系统，其特征在于，操作机构包括设在支柱上的横梁、滑动设在横梁上的悬臂梁以及与滑动设在悬臂梁上的纵梁；焊接机器人连接在纵梁的朝下的一端，焊接机器人上设有用于夹持焊枪的夹持器。

7.根据权利要求6所述的一种用于集箱焊接的自动焊接系统，其特征在于，横梁上沿其长度方向设有水平导轨，悬臂梁的一端设在横梁的水平导轨中；悬臂梁上设有竖直导轨，纵梁设在悬臂梁的竖直导轨中。

8.根据权利要求6所述的一种用于集箱焊接的自动焊接系统，其特征在于，操作机构还包括连接在集箱的母管的一端的动力头，动力头上设有可转动的卡盘，卡盘上设有用于卡扣母管端部的活动爪。

9.根据权利要求8所述的一种用于集箱焊接的自动焊接系统，其特征在于，悬臂梁、纵梁以及动力头的卡盘分别连接有伺服电机，悬臂梁、纵梁和卡盘各自的伺服电机分别通过通讯电缆与焊接机器人的控制柜相连。

10.根据权利要求1或9所述的一种用于集箱焊接的自动焊接系统，其特征在于，母管的下方设有用于支撑母管的升降滚轮架。