CN108173096A - 汽轮发电机定子空心导线端部连接的全自动焊接方法 - Google Patents

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姚金传
董宏达
干保良
李向阳
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Abstract

本发明提供了一种汽轮发电机定子空心导线端部连接的全自动焊接方法，其特征在于，包括：通过焊接机器人第6轴上带有的摄像机对水盒底板进行拍照，确定水盒底板的中心垂线；将焊接机器人第6轴上带有的焊枪的枪尖运动至水盒底板的中心垂线上；通过焊接机器人的视觉***带入人工设定的焊枪枪尖与水盒底板的板孔之间的偏移值设置焊接程序规划焊接路径；启动焊接机器人的焊枪，按焊接程序制定的焊接路径完成水盒底板的板孔与空心导线的焊接。本发明可适应生产过程每根定子线圈因成形后形状不完全一致而导致的端部水盒底板的空间位置偏差，以非接触视觉定位，实现焊接过程的全自动化。

Description

汽轮发电机定子空心导线端部连接的全自动焊接方法
技术领域
本发明涉及一种汽轮发电机水冷定子线圈冷却水管端部密封结构的焊接方法，用于汽轮发电机定子线圈的端部自动化焊接，属于汽轮发电机制造技术领域。
背景技术
水冷定子线圈在汽轮发电机运行过程中，自身会产生大量热量，内部通水冷却可允许定子线圈承受的电磁负荷高于空冷和氢冷电机，提高材料利用率与运行效率。冷却水通道为小尺寸不锈钢矩形空心导线，在定子线圈端部与水盒底板以管-管板形式焊接。矩形管管壁小于1mm，焊缝密集排布，且不同容量等级机型的空心导线尺寸各异，板孔间距不等。
为适应生产上对不同产品需灵活调整的实际，目前仍以手工氩弧焊方式焊接。手工氩弧焊的劳动强度高，焊接质量易发生波动；其余以工装卡具定位的半自动化焊接方法，对工件尺寸精度以及定子线圈变形程度要求苛刻，难以实现高效制造目标。即现有方式均严重制约空心导线与水盒底板焊接效率。
发明内容
本发明的目的是突破现有的技术瓶颈，提供一种非接触式的，可适应工厂现场环境的汽轮发电机密集排列定子空心导线端部连接的全自动焊接方法，该方法可适应生产过程每根定子线圈因成形后形状不完全一致而导致的端部水盒底板的空间位置偏差，以非接触视觉定位，实现焊接过程的全自动化。
为了达到上述目的，本发明提供了一种汽轮发电机定子空心导线端部连接的全自动焊接方法，其特征在于，包括：
第一步：将安装有焊接机器人的AGV小车沿轨道水平运行至水盒底板前方，并使水盒底板位于焊接机器人的摄像机视场内；
第二步：通过焊接机器人第6轴上带有的摄像机对水盒底板进行拍照，通过焊接机器人的视觉***对照片进行处理，计算出水盒底板的水盒底板的各顶点在焊接机器人坐标系中的空间坐标，确定水盒底板的中心垂线；
第三步：将焊接机器人第6轴上带有的焊枪的枪尖运动至水盒底板的中心垂线上；
第四步：再次启动焊接机器人的摄像机，通过焊接机器人第6轴上带有的摄像机对水盒底板进行拍照，通过焊接机器人的视觉***对照片进行处理，计算水盒底板的板孔在焊接机器人坐标系的空间坐标，通过焊接机器人的视觉***带入人工设定的焊枪枪尖与水盒底板的板孔之间的偏移值设置焊接程序规划焊接路径；
第五步：启动焊接机器人的焊枪，按焊接程序制定的焊接路径完成水盒底板的板孔与空心导线的焊接。
优选地，所述的水盒底板设于成型模上。
优选地，所述的第四步中的拍照是以焊枪4的枪尖为原点，以水盒底板1中心垂线为基准轴，以水盒底板1的两条相邻边为X、Y坐标轴，分别沿X、Y方向偏移±45°拍摄4幅照片。
优选地，所述的第一步中，将安装有焊接机器人的AGV小车沿轨道水平运行至水盒底板前方前，先将汽轮发电机定子空心导线端部穿入水盒底板上的板孔后，对空心导线进行涨管，随后对空心导线伸出水盒底板的板孔的部分锯头。
更优选地，所述的涨管后空心导线与水盒底板的板孔的间隙小于0.05mm。
更优选地，所述的锯头后空心导线伸出水盒底板的长度在0.5～1mm范围内。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明可适应生产过程每根定子线圈因成形后形状不完全一致而导致的端部水盒底板的空间位置偏差，以非接触视觉定位，实现焊接过程的全自动化。
本发明在焊接过程中，不受定子线圈成型精度影响，机器人可通过视觉定位自动调整焊枪至最佳焊接位置；视觉定位过程无需工装夹具辅助，机器人对焊接路径规划完全以非接触式的图形图像处理为依据；视觉识别及焊接***对不同容量等级机型具有通用性，焊接不同容量等级产品时，仅需在***里选择对应的图纸文件，不涉及任何硬件或软件的变更；机器人焊接***以AGV小车为载体，定位、焊接全程无需人工干预，即可对置于成型模上的定子线圈完成焊接，无需定子线圈调运。
附图说明
图1示出根据本发明一种优选实施方式的水盒底板与空心导线接头装配示意图；
图2示出根据本发明的水盒底板与空心导线机器人焊接***构成示意图；
图3示出根据本发明的焊接机器人在生产现场的布置示意图主视图；
图4示出根据本发明的焊接机器人在生产现场的布置示意图侧视图。
图中：1、水盒底板，2、空心导线，3、摄像机，4、焊枪，5、视觉***，6、 AGV小车，7、成型模，8、焊接机器人。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例
如图1所示，为某型号发电机定子线圈端部空心导线与水盒底板装配图。水盒底板1的规格为90mm×85mm×5mm，孔尺寸为8.88mm×4mm，空心导线2 的壁厚0.9mm。
如图2所示，本实施例的焊接机器人8采用市售的通用六轴工业机器人，自带控制器、视觉***5与焊接装置，该视觉***5包括摄像机3与视觉焊接软件，摄像机3安装于焊接机器人8的第6轴上，视觉***5能够根据摄像机3拍摄的水盒底板1图像，计算出水盒底板1的空间位置坐标，引导焊接机器人8调整位姿至垂直于水盒底板1，距水盒底板1平面中心一定距离，再次进行拍照，并能够对照片进行处理，计算出水盒底板1的板孔在焊接机器人8坐标系的空间坐标，与视觉焊接软件中设置的水盒底板1的CAD图纸进行比对，拟合出水盒底板1 中16个板孔在机器人坐标系下的位置坐标，对水盒底板1上的各板孔定位后规划焊接路径。所述焊接装置为通用氩弧焊焊枪，同样安装于焊接机器人第6轴，根据视觉***5规划好的路径完成焊接。使用前，先将水盒底板1的CAD图纸以及人工设定的焊枪4的枪尖与水盒底板的板孔之间的偏移值预设于焊接机器人8视觉焊接软件中。如图3所示，所述的水盒底板1设于定子线圈端部的成型模7上。
所述的汽轮发电机定子空心导线端部连接的全自动焊接方法为：
步骤1：将汽轮发电机定子空心导线2的端部穿入截面为矩形的水盒底板1 上的板孔后，对空心导线2进行涨管，涨管后空心导线2与水盒底板1的板孔的间隙小于0.05mm，随后对空心导线2伸出水盒底板1的板孔的部分锯头，锯头后空心导线2伸出水盒底板1的长度在0.5～1mm范围内；
步骤2：如图4所示，将安装有焊接机器人8的AGV小车6沿轨道水平运行至水盒底板1前方，正对水盒底板1，并使摄像机位于距水盒底板1的8个顶点均±1000mm的平面范围内，即水盒底板1位于焊接机器人的摄像机视场内；
步骤3：启动摄像机3的自动识别功能，通过焊接机器人8第6轴上带有的摄像机3水平及垂直移动+200mm对水盒底板1各拍摄一幅图片，通过焊接机器人8的视觉***5对照片进行处理，根据照片灰度的对比，综合4幅图片中的水盒底板1的顶点在机器人坐标系中的位置，计算出水盒底板1的水盒底板的各顶点在焊接机器人8坐标系中的精确空间坐标，确定水盒底板1的中心垂线；
步骤4：视觉***5将运动指令转达给焊接机器人8，焊接机器人8通过6 轴联动将将焊接机器人8的第6轴上带有的焊枪4的枪尖运动至水盒底板1的中心垂线上上，焊枪4的枪尖距离水盒底板1的中心100mm。
步骤5：再次启动焊接机器人8的摄像机3，通过焊接机器人8第6轴上带有的摄像机3对水盒底板1进行拍照，以焊枪4的枪尖为原点，以水盒底板1中心垂线为基准轴，以水盒底板1的两条相邻边为X、Y坐标轴，分别沿X、Y方向偏移±45°拍摄4幅照片，通过焊接机器人8的视觉***5对照片进行处理，视觉***5计算水盒底板1的板孔在焊接机器人8坐标系的空间坐标，与焊接机器人8软件中设置的水盒底板1的CAD图纸进行比对，拟合出水盒底板1中16 个板孔在机器人坐标系下的位置坐标；通过焊接机器人8的视觉***5带入人工设定的焊枪4的枪尖与水盒底板的板孔之间的偏移值设置焊接程序规划焊接路径，孔长边往孔外偏移0.5mm，孔短边往外偏移0.3mm，焊接顺序自水盒底板1 的右下角孔往上开始，以S形顺序完成焊接过程，每个孔均焊接两遍以保证成型质量。
步骤6：启动焊接机器人8的焊枪4，按焊接程序制定的焊接路径完成水盒底板1的板孔与矩形的空心导线2的焊接。
步骤7：焊接机器人8恢复回原位，等待下一次焊接指令
焊接方式为脉冲氩弧焊，峰值电流80A，基值电流40A，占空比80％，频率 3Hz，焊接速度25cm/min，氩气流量17L/min。焊接过程不填加焊料，以空心导线伸出部分与水盒底板自熔使焊缝成型。
焊接完成后渗透检测焊缝，无任何显示。对焊接接头切割检查熔深，熔深在 0.93～1.3mm范围内，即最小泄漏通道均为空心导线壁厚0.9mm。符合美国机械工程师协会锅炉与压力容器规范对该类型接头“最小泄漏通道不小于管壁厚的 2/3”规定。

Claims (6)

1.一种汽轮发电机定子空心导线端部连接的全自动焊接方法，其特征在于，包括：
第一步：将安装有焊接机器人的AGV小车沿轨道水平运行至水盒底板前方，并使水盒底板位于焊接机器人的摄像机视场内；
第二步：通过焊接机器人第6轴上带有的摄像机对水盒底板进行拍照，通过焊接机器人的视觉***对照片进行处理，计算出水盒底板的水盒底板的各顶点在焊接机器人坐标系中的空间坐标，确定水盒底板的中心垂线；
第三步：将焊接机器人第6轴上带有的焊枪的枪尖运动至水盒底板的中心垂线上；
第四步：再次启动焊接机器人的摄像机，通过焊接机器人第6轴上带有的摄像机对水盒底板进行拍照，通过焊接机器人的视觉***对照片进行处理，计算水盒底板的板孔在焊接机器人坐标系的空间坐标，通过焊接机器人的视觉***带入人工设定的焊枪枪尖与水盒底板的板孔之间的偏移值设置焊接程序规划焊接路径；
第五步：启动焊接机器人的焊枪，按焊接程序制定的焊接路径完成水盒底板的板孔与空心导线的焊接。
2.如权利要求1所述的汽轮发电机定子空心导线端部连接的全自动焊接方法，其特征在于，所述的水盒底板设于成型模上。
3.如权利要求1所述的汽轮发电机定子空心导线端部连接的全自动焊接方法，其特征在于，所述的第四步中的拍照是以焊枪4的枪尖为原点，以水盒底板1中心垂线为基准轴，以水盒底板1的两条相邻边为X、Y坐标轴，分别沿X、Y方向偏移±45°拍摄4幅照片。
4.如权利要求1所述的汽轮发电机定子空心导线端部连接的全自动焊接方法，其特征在于，所述的第一步中，将安装有焊接机器人的AGV小车沿轨道水平运行至水盒底板前方前，先将汽轮发电机定子空心导线端部穿入水盒底板上的板孔后，对空心导线进行涨管，随后对空心导线伸出水盒底板的板孔的部分锯头。
5.如权利要求4所述的汽轮发电机定子空心导线端部连接的全自动焊接方法，其特征在于，所述的锯头后空心导线伸出水盒底板的长度在0.5～1mm范围内。
6.如权利要求4所述的汽轮发电机定子空心导线端部连接的全自动焊接方法，其特征在于，所述的涨管后空心导线与水盒底板的板孔的间隙小于0.05mm。
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