焊接機(jī)器人在鐵塔塔腳焊接中的應(yīng)用探究

陳茂平

中電建武漢鐵塔有限公司 湖北 武漢430000

1 引言

在輸電線路中,為了更好地架設(shè)起電線,穩(wěn)定地進(jìn)行電力的傳輸,每隔一定的距離就會建立一個輸電線路鐵塔。該鐵塔的塔腳采用的是焊接組合件。根據(jù)目前的焊接工藝水平,大多采用的是二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊和電弧焊,而且以手動操作為主。因此,焊接工藝人員的焊接水平和焊接經(jīng)驗(yàn)就直接影響到了焊接的質(zhì)量。這也是目前輸電線路中由于焊接質(zhì)量的不穩(wěn)定,而造成鐵塔塔腳斷裂的一個重要原因之一。為了提高輸輸電線路鐵塔塔腳的焊接質(zhì)量,提高焊接效率,需要進(jìn)一步優(yōu)化焊接工藝,并盡可能采用智能化和自動化進(jìn)行焊接。因此,焊接機(jī)器人的出現(xiàn),是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

2 焊接機(jī)器人系統(tǒng)概述

焊接機(jī)器人的系統(tǒng)組成,包括軟件和硬件兩部分,軟件是焊接機(jī)器人系統(tǒng)的指揮官,它負(fù)載整個焊接過程的控制。硬件就是我們?nèi)庋勰芸匆姷膶?shí)體,它包括機(jī)器人的本體、控制系統(tǒng)的硬件部分、變位機(jī)、焊接裝置、焊接治具以及相關(guān)的保護(hù)裝置等。

2.1 焊接機(jī)器人本體 它主要是由驅(qū)動器、機(jī)械手臂、傳動機(jī)構(gòu)以及各種傳感器構(gòu)成,在焊接過程中負(fù)責(zé)高精度地控制焊接手臂以及焊槍的運(yùn)行軌跡。焊接時需要用到的焊絲,也從本體的軸之間進(jìn)行傳送;

2.2 控制系統(tǒng)的硬件部分 這里指控制柜以及其內(nèi)部的各種硬件部分?？刂乒衽浜现浖到y(tǒng),再與計算機(jī)的硬件系統(tǒng)和電路等相連接,相當(dāng)于整個焊接機(jī)器人系統(tǒng)中的神經(jīng)中樞。它起到了收集和處理焊接機(jī)器人在整個焊接動作中的所有信息的作用,并負(fù)責(zé)動作的處理;

2.3 焊接電源系統(tǒng) 為了確保焊接的質(zhì)量,必須要提供穩(wěn)定的焊接電源和專用焊槍,以及其它焊接輔助設(shè)備等;

2.4 保護(hù)裝置 由于焊接工藝的特殊性,在危險處必須要設(shè)置一些傳感器和相關(guān)的安全保護(hù)裝置,以便保護(hù)設(shè)備和人員的安全;

2.5 變位機(jī) 為了實(shí)現(xiàn)焊接中工件的穩(wěn)定安裝以及精確定位,每一臺焊接機(jī)器人系統(tǒng)至少要配備一個相應(yīng)的變位機(jī)。它主要是通過設(shè)定焊接程序來保證焊接過程中的高精度定位。如果一個焊接機(jī)器人配備了多臺變位機(jī),則將焊接的工位也按照相應(yīng)的數(shù)量進(jìn)行設(shè)置。焊接的同時進(jìn)行塔腳的裝夾固定,這樣就可以實(shí)現(xiàn)對不同工位的塔腳進(jìn)行焊接,從而提高了焊接機(jī)器人的使用率;

2.6 焊接過程中的工裝夾具 為了固定住焊接產(chǎn)品,需要制作和安裝與焊接產(chǎn)品以及焊接機(jī)器人相應(yīng)的工裝。焊接工裝制具需要保證制作精度,在安裝定位過程中也要確保安裝精度。

3 焊接機(jī)器人系統(tǒng)的工作原理

焊接機(jī)器人主要是通過程序來控制焊接動作,程序分為離線編程和示教這兩種方式。

離線編程:首先將塔腳、機(jī)器人和焊槍的2D模型搭建起來,并根據(jù)焊接的需要對工藝進(jìn)行分析,此時需要確定焊接的關(guān)鍵點(diǎn)并建立相應(yīng)的工具坐標(biāo)系;下一步就要對機(jī)器人的位姿進(jìn)行求解,進(jìn)行離線編程后生成相應(yīng)的代碼,并導(dǎo)入到計算機(jī)軟件系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和軟件之間的通信,其流程圖如下:

示教再現(xiàn):由用戶來引導(dǎo)機(jī)器人,根據(jù)實(shí)際的焊接需要和工藝一步步地對機(jī)器人進(jìn)行操作。在每一步操作過程中機(jī)器人的軟件系統(tǒng)會自動記憶操作流程,包括移動的坐標(biāo)、每個動作的位置、運(yùn)動的軌跡、焊接工藝參數(shù)等數(shù)據(jù),并形成連續(xù)性的程序。示教操作結(jié)束后,焊接機(jī)器人就已經(jīng)具備了一整套連續(xù)操作的程序,此時只需要給機(jī)器人一個啟動命令,就可以按照已經(jīng)設(shè)定好的程序完成整個焊接過程。這種編程方法由于靈活性非常大,非常適用于不同焊接工藝的小批量生產(chǎn)。

4 焊接機(jī)器人在鐵塔塔腳焊接中的應(yīng)用分析

4.1 輸電線路鐵塔塔腳的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 輸電線路鐵塔中需要焊接的部位主要在鐵塔塔腳,它是由底板、連接板和筋板等零部件通過焊接的形式連在一起。鐵塔塔腳起到了支撐整個鐵塔的作用,并且考慮到天氣環(huán)境因素的影響,塔腳處的焊接強(qiáng)度必須要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于塔腳由于自身載荷或者是雨雪等外界負(fù)載而產(chǎn)生的拉力/應(yīng)力值。因此焊接的質(zhì)量以及塔腳結(jié)構(gòu)是鐵塔質(zhì)量中非常關(guān)鍵的一個因素。為了實(shí)現(xiàn)與連接角鋼的連接,在連接板上有幾組孔,孔的平行度也有相應(yīng)的要求。塔腳焊接有焊接量較大、焊接強(qiáng)度高、焊接時受熱變形等特點(diǎn);

4.2 鐵塔塔腳的焊接模式 從上述論述可知,如果一臺焊接機(jī)器人配置的是多臺變位機(jī),只需要在焊接機(jī)上增加相應(yīng)數(shù)量的工位即可。因此,可根據(jù)實(shí)際情況來設(shè)置單個機(jī)器人+單工位或者是單個機(jī)器人+多工位的工作模式。在某工位上焊接人員將塔腳安裝到相應(yīng)的工裝夾具上后,隨機(jī)焊接人員退出至安全位置,并進(jìn)行啟動操作,隨機(jī)焊接機(jī)器人按照設(shè)定的程序進(jìn)行焊接操作。當(dāng)焊接到該工位時,操作人員可在另一個工位上將準(zhǔn)備焊接的塔腳安裝到相應(yīng)的工件上。這樣等上一個工位焊接完成后,將會按照設(shè)定好的程序跳到該工位上進(jìn)行焊接。在這個時間段焊接人員可返回至上一個焊接工位上將工件拆卸下來。重復(fù)這樣的動作直至所有的工位全部焊接完成,這樣就可以使得焊接機(jī)器人不間斷進(jìn)行工作,從而實(shí)現(xiàn)了高效率的焊接。

5 結(jié)語

通過焊接機(jī)器人的應(yīng)用,可以大大提高塔腳焊接的質(zhì)量和焊接效率,不僅降低了焊接操作人員的勞動強(qiáng)度,還提高了焊接的穩(wěn)定性,避免焊接質(zhì)量受到操作人員經(jīng)驗(yàn)的影響。在實(shí)際塔腳焊接過程中也會遇到很多問題,需要系統(tǒng)負(fù)責(zé)人員根據(jù)實(shí)際情況來尋找有效的解決方法,不斷完善焊接工藝和程序,提升焊接經(jīng)驗(yàn),最終實(shí)現(xiàn)機(jī)器人穩(wěn)定的焊接。