基于BIM的教学 - 无焊接机器人在钢结构的智能结构中的应用

文字/中国铁路第18局集团有限公司

Li Haizhou

在Xiong'an新区Rongxi地区和供水排水设施（第一阶段）项目的支持市政基础设施中，南部水和北水调整tianjin tianjin tianjin tianjin tianjin tianjin tianjin tianjin trunk line 1〜 40m Steel Truss Arch Arch Bridge桥梁建设项目。结果表明，基于BIM的豁免焊接机器人可以有效地避免乏味和缺乏常规的焊接机器人，以显示教学编程的乏味且复杂的编程，加快焊接施工的进度，并确保焊接成品的质量。

传统焊接机器人存在的问题

通常在焊接生产之前需要进行传统的焊接机器人焊接，也就是说，以通过指向点指向焊接路径和焊接运动，焊接机器人根据焊接路径和教学的焊接运动来完成预焊接的工作。常规的焊接机器人可以满足常规钢组件的正常焊接，但是对于钢结构建筑工程，由于工程量通常很大，焊接结构很复杂，并且焊接部件的形状和尺寸准确性很高，因此很难满足焊接要求。

豁免原则的原则

豁免焊接机器人主要使用BIM用于焊接路径计划来实现离线编程，并通过激光定位焊接跟踪系统实时跟踪焊接路径，以补偿和调整机器人的焊接轨道，以提高焊接质量在焊接条件下焊接生产的复杂复杂性限制的传统焊接机器人。

基于BIM的焊接离线编程

豁免焊接机器人主要使用BIM用于焊接路径计划来实现离线编程，并通过激光定位焊接跟踪系统实时跟踪焊接路径，以补偿机器人的焊接轨道并提高焊接质量。

豁免的教学焊接机器人离线编程技术通过BIM软件平台建立了整个工作场景的三维虚拟环境。焊接接缝的细度，数量和形式应视为焊接。 ，确定焊缝的位置，确定焊缝的数量，形式，计划机器人焊接路径，设置路径速度和其他参数，并在软件平台上进行仿真。根据仿真结果传输到焊接机器人。

与传统的焊接机器人相比，离线编程具有以下优势：

根据虚拟场景中钢组件的形状，可以自动生成复杂的焊接轨道

无需教书，不要占用机器人的工作时间，因此无需在编程过程中停止生产线

跟踪模拟，碰撞检测，路径优化，后代码生成

激光定位焊接跟踪补偿

激光定位焊接跟踪系统主要由焊接跟踪传感器组成，包括1 CCD摄像头和1至2个半导体激光器。作为结构光源，从特定的角度将激光投影到传感器下部的工件表面。相机直接观察传感器下部的条纹。相机的前部使用光过滤器允许激光通过，但所有其他灯都被过滤，例如焊接弧，从而确保激光定位和跟踪是准确的。

激光被照射到焊缝的表面以形成激光条纹。在传感器上的镜头后，在光敏感探测器上生成了焊接接缝截面的轮廓，即反映焊缝截面形状的激光条带图像。在视觉控制中处理激光条纹图像，提取焊接特性数据，例如跟踪点坐标，焊接间隙，横截面区域等。视觉系统计算焊接的鲤鱼以获取焊接位置信息，并将路径数据传输到该路径数据到焊接机器人。焊接机器人实时控制操作轨迹钢结构h型钢对接焊缝规范标准，以确保焊接始终针对焊缝。

在焊接生产过程中，根据离线编程软件中生成的焊接程序按焊接顺序焊接机器人。在实施焊接过程中，激光定位技术用于准确定位焊接并执行等效补偿以纠正补偿机器人的焊接轨道。

教学焊接机器人技术优势的演示

豁免焊接机器人的焊接技术主要用于复杂的焊接条件。与传统的焊接机器人相比，它具有豁免，高效率和强大安全性的优势，如表1所示。

表1与传统焊接机器人与传统焊接机器人的比较

基于BIM的豁免焊接机器人应用程序

工程概述

Rongxi地区的支持市政基础设施和供水排水设施（第1阶段）项目位于Xiong'an New District的西北。天津-Dimburning Tianjin tianjin trunk系列为1〜40m，钢桁架拱形桥长47m，左桥宽14.5m，上层结构简化了，将承保钢桁架拱形桥，尖峰为40m，拱形肋骨轴是抛物线，高5m，跨度比为1/8，如图1所示。

图1桥效应

该项目很大，桥结构很复杂，拱肋的横截面为1000mm×800mm，板的厚度为20mm，绳杆是矩形截面，顶部尺寸为300mm×1000mm，是底部尺寸为500mm×1000mm，厚度全部。 20mm。杆的截面尺寸为1300mm×1350mm，板的厚度为20mm。腹杆和拱形肋骨和分层梁构成三角形桁架。节点的水平为4m，如图2所示。在两个系列梁之间每2m设置一个梁。末端光束采用盒形的横截面，中束采用工业形状的部分。设置了两层梁之间的字形截面截面的2个小垂直梁。钢桁架的金库板是一个正畸外星钢桥面板。在桥面板下，有一个U形肋骨，厚度为8mm，间距为600mm。它均匀排列。

图2桥结构

根据施工计划，焊接板的厚度为20mm。焊缝的形式包括对接焊缝和角焊缝。对接焊缝需要焊接人造底部焊接。焊接质量。

该项目的焊接要求如下：焊接线的直径为1.2毫米；防护气体采用80％AR + 20％CO2混合气体，焊接接缝不低于母质材料的标准值。屈服强度为25％，延长率不低于母材料的标准值；在-20°C时，焊接肉，熔融线和热影响区域的冲击韧性≥120J。

焊接主要设备

Demonstration welding robot equipment includes SR10C exemption robot body, laser positioning welding tracking system, MDMF502L3V8M truss system, PM500FR welding machine, water -cooled welding torch, osteenogy, welding platform, 6 -axis K15 control cabinet, 380V to 220V control The transformer, etc在其中，焊接枪的直径为45°，变压器的容量为12KVA（见图3）。示波器用于显示机器人的工作状态，运行或试用操作，接收离线编程程序，并随时更正机器人的焊接运动。

图3焊接机器人

教学焊接机器人应用的演示

1）焊接工作条件模型构建

使用参数化建模技术来构建1：1真实的机器人模型和焊接工作条件模型，如图4所示。基于BIM软件平台参数化模拟机器人焊接姿势，优化焊接路径，避免避免关节运动的超级限制机器人，避免在焊接路径中可能发生碰撞点。

图4 1：1真实的机器人模型和焊接工作条件模型

2）定义焊接机器人坐标系

为了使焊接机器人能够执行直线插值，弧插值等，需要正确的工具尺寸信息来定义控制点的位置。建立具有6点方法的机器人工具坐标系，即通过设置6组机器人端数据，焊接枪基于固定点，并且在三个中倾斜相同的角度（角度≥30°）依次不同的方向，记录3分，然后记录三个点，然后记录3分，然后记录3分。然后基于相同的固定点，焊接枪在同一平面的三个方向上确定三个点，然后再次记录3点。机器人进程软件包会根据6分自动计算刀具控制点的位置控制点。见图5）。

图5 6点信号

3）设定离线编程和焊接操作

将1：1导入机器人的离线编程软件，打开碰撞检测功能，模拟机器人运动和焊接期间的碰撞状况，并促使奇怪的点，轴极限，非轴线，非轴线，非轴线限制 - 访问，碰撞和其他信息最好从不同的轨迹方案获得理想轨迹。同时，通过外轴连锁插值函数，优化外轴位置以实现整个焊接路径的平稳运动，并减少目标位置控制点的手动修改时间的数量。以H形钢对接焊缝为例，在机器人离线编程软件中，自动优化焊接路径是A→B，C→D，E→F，如图6所示。系统可以自动识别该系统Collision Point c和d，并获得了错误的道路。离线编程软件可根据预设优化方法优化焊接手势，焊接角度，机器人位置和桁架的外轴。

图6对接焊接接缝

根据焊接条件选择焊接参数，将回避距离设置为2厘米，然后将入口/出口距离设置为20厘米。焊接机器人进程软件包自动生成弧和弧闭合点，将弧指令和振幅指令添加到弧点A的位置a，并设置振幅参数；将焊接速度设置为5mm/s，弧线后的焊接火炬冷却时间为0.5s。最后，建立保护点位置是为了促进焊接操作的末端。

在完成每个焊接裂纹的离线编程和焊接操作参数之后，输入了主过程。主要过程过程如图7所示。

图7焊接过程

1）焊接操作硬件准备

启动三级分配框以连接电路，启动机器人电源底盘和焊接机，设置接地线，然后按在钢组件下方以启动控制标头；调试焊接线并保护气体，确认焊接枪已关闭，并且焊接线约为20mm。 ，以确保对气体的保护是正常的排放。

2）实际焊接生产

将焊缝调整到预设位置，手动执行试用操作，然后开始焊接说明。机器人根据焊接系列说明自动完成焊接工作。在焊接过程中，对仿真过程中的误差进行了补偿，并通过激光定位焊接系统纠正了仿真过程。焊接后，关闭焊接火炬以施加防护蜡以进行焊接枪检查焊接效果。

3）焊接预防措施

在调试过程中钢结构h型钢对接焊缝规范标准，机器人运行通常为≤25mm/s，防止枪击中枪支，机器人的跑步或转弯不得超过极限。跑步距离不应超过桁架X，Y和Z的长度，并且旋转角度不得超过±120°。在焊接过程中，焊接枪以5〜10 mm/s的速度控制，并且焊缝的焊接晶石与板之间的距离在1〜1.5厘米处控制。当焊接机自动运行时，总速度默认为100，无需调整。如果值降低，则将按比例降低焊接速度，这将很容易导致板的合并。

应用效果

该项目于2022年5月1日正式构建。钢结构于2022年7月30日完成并安装。其中，机器人的焊接持续了30D，并且具有示范编程的焊接机器人的人工效率增加了40％。

测试结果表明，焊接成品的焊接接缝检测检查表明，焊接成品符合GB/T 11345-2013“焊接滑移检测超声测试技术，测试水平和评估”。 GB 50661-2011“ Snuel焊接规范”，焊接过程评估的结果是合格的。

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基于BIM的教学的应用 - 钢结构智能建设中的无焊接机器人（全文发表于“建筑技术（中文和英语）”，第5期，第5期）

Li Haizhou。基于基于BIM的教学焊接机器人在智能结构的智能结构中的应用[J]。建筑技术（中文和英语），2023,52（5）：36-40。