用于遥控焊接的管道全位置自动焊技术

论文摘要

核环境中的设备维修任务涉及大量管道全位置焊接。由于恶劣的工作环境和对焊接质量的高要求,机器人遥操作及相关技术是解决核环境下管道检测、维修等工作的重要途径,而目前通用的管道全位置焊接机无法满足遥控焊接系统的要求。本文根据遥控焊接的需要和管道全位置自动焊接的特点,从实用化角度出发,研制了一套针对核环境中小口径管道的全位置自动焊接装置,完成了与遥操作机器人焊接系统的集成,实现了管道的遥控焊接。本文首先对装置的硬件进行了设计。硬件系统采用“模块化”的设计思想,主要包括工具自动夹紧装置、机械传动机构、专用焊枪及焊枪微调系统、机器人末端工具快速更换器接口的预留等设计。利用计算机软件完成系统的硬件设计和运动模拟,建立管道全位置自动焊接装置的硬件系统。然后,对全位置自动焊接装置编写了控制软件。根据工作环境和管道焊接任务的要求,该控制软件以工业控制计算机为核心,结合多功能运动控制卡组成驱动控制系统。系统软件的控制功能主要包括对管道气动夹紧装置的控制,以实现装置的自动夹紧和拆卸;对机械传动机构的控制,以实现焊接速度的控制、焊枪行走轨迹控制及焊接周向位置的控制;对焊枪微调电机的控制,以实现焊枪的轴向位置调整和法向焊枪高度调整。最后,本文通过实验验证了所研制的管道全位置自动焊接装置的各项性能。分别进行了系统夹紧固定、焊接平稳性、焊枪旋转同心度、焊枪调节、焊枪性能等一系列实验。进一步完成了与遥控操作机器人系统的集成实验,包括与机器人系统的对接操作、装置与管道装配操作、管道焊接操作的综合性实验。实验表明,本文研制的装置能够完成小口径管道的全位置自动焊接,可满足遥控焊接系统的特殊要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 本领域研究现状
• 1.2.1 国外机器人遥控焊接技术研究现状
• 1.2.2 国内机器人遥控焊接技术研究现状
• 1.2.3 管道全位置焊接技术研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 遥控焊接中管道全位置焊接装置的研制
• 2.1 通用管-管焊接机头的结构
• 2.1.1 夹紧模块
• 2.1.2 机械传动模块
• 2.1.3 弧长跟踪和电弧摆动模块
• 2.2 通用管-管焊接机头的应用及存在问题
• 2.3 管道全位置焊接装置的设计
• 2.3.1 设计环境与设计原则
• 2.3.2 气动夹紧模块设计
• 2.3.3 机械传动模块设计
• 2.3.4 驱动电机的选择
• 2.3.5 焊枪及其调整模块设计
• 2.3.6 工具快速更换器预留接口设计
• 2.4 小结
• 第3章 管道遥控焊接系统的控制
• 3.1 管道遥控焊接系统的功能要求
• 3.2 气动系统的控制
• 3.2.1 气动系统的构成
• 3.2.2 气动控制的实现
• 3.3 步进电机的控制
• 3.3.1 步进电机系统的构成
• 3.3.2 电机速度的控制
• 3.4 程序流程及实现
• 3.5 小结
• 第4章 验证实验与应用
• 4.1 验证实验
• 4.1.1 气动夹紧性能试验
• 4.1.2 焊枪调整实验
• 4.1.3 焊接平稳性实验
• 4.1.4 焊枪旋转同心度实验
• 4.1.5 焊枪性能实验
• 4.2 在遥控焊接系统中的应用
• 4.3 有待改进的地方
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢