焊接機器人在鐵塔塔腳焊接中的應用探究

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,為了更好地架設起電線,穩(wěn)定地進行電力的傳輸,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氣體保護焊和電弧焊,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,需要進一步優(yōu)化焊接工藝,并盡可能采用智能化和自動化進行焊接。因此,焊接機器人的出現(xiàn),是技術發(fā)展的必然趨勢。

2 焊接機器人系統(tǒng)概述

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

2.1 焊接機器人本體 它主要是由驅(qū)動器、機械手臂、傳動機構以及各種傳感器構成,在焊接過程中負責高精度地控制焊接手臂以及焊槍的運行軌跡。焊接時需要用到的焊絲,也從本體的軸之間進行傳送;

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。控制柜配合著軟件系統(tǒng),再與計算機的硬件系統(tǒng)和電路等相連接,相當于整個焊接機器人系統(tǒng)中的神經(jīng)中樞。它起到了收集和處理焊接機器人在整個焊接動作中的所有信息的作用,并負責動作的處理;

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備等;

2.4 保護裝置 由于焊接工藝的特殊性,在危險處必須要設置一些傳感器和相關的安全保護裝置,以便保護設備和人員的安全;

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

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)品以及焊接機器人相應的工裝。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 焊接機器人系統(tǒng)的工作原理

焊接機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行分析,此時需要確定焊接的關鍵點并建立相應的工具坐標系;下一步就要對機器人的位姿進行求解,進行離線編程后生成相應的代碼,并導入到計算機軟件系統(tǒng)中,實現(xiàn)機器人和軟件之間的通信,其流程圖如下:

示教再現(xiàn):由用戶來引導機器人,根據(jù)實際的焊接需要和工藝一步步地對機器人進行操作。在每一步操作過程中機器人的軟件系統(tǒng)會自動記憶操作流程,包括移動的坐標、每個動作的位置、運動的軌跡、焊接工藝參數(shù)等數(shù)據(jù),并形成連續(xù)性的程序。示教操作結束后,焊接機器人就已經(jīng)具備了一整套連續(xù)操作的程序,此時只需要給機器人一個啟動命令,就可以按照已經(jīng)設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 焊接機器人在鐵塔塔腳焊接中的應用分析

4.1 輸電線路鐵塔塔腳的結構特點 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,塔腳處的焊接強度必須要遠遠大于塔腳由于自身載荷或者是雨雪等外界負載而產(chǎn)生的拉力/應力值。因此焊接的質(zhì)量以及塔腳結構是鐵塔質(zhì)量中非常關鍵的一個因素。為了實現(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的要求。塔腳焊接有焊接量較大、焊接強度高、焊接時受熱變形等特點;

4.2 鐵塔塔腳的焊接模式 從上述論述可知,如果一臺焊接機器人配置的是多臺變位機,只需要在焊接機上增加相應數(shù)量的工位即可。因此,可根據(jù)實際情況來設置單個機器人+單工位或者是單個機器人+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的工裝夾具上后,隨機焊接人員退出至安全位置,并進行啟動操作,隨機焊接機器人按照設定的程序進行焊接操作。當焊接到該工位時,操作人員可在另一個工位上將準備焊接的塔腳安裝到相應的工件上。這樣等上一個工位焊接完成后,將會按照設定好的程序跳到該工位上進行焊接。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器人不間斷進行工作,從而實現(xiàn)了高效率的焊接。

5 結語

通過焊接機器人的應用,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)驗的影響。在實際塔腳焊接過程中也會遇到很多問題,需要系統(tǒng)負責人員根據(jù)實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,最終實現(xiàn)機器人穩(wěn)定的焊接。