CN117697257A - 一种大型复杂工件的自动化焊接生产线及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型复杂工件的自动化焊接生产线及生产方法，焊接生产线包括基台、焊接机器人、变位工作台、辅助机器人、上料***和下料***，变位工作台具有多自由度，在进行焊接时能够对工件的位置和角度进行灵活调整，满足焊接设备任意位置和角度的焊接需求，进而实现了对大型复杂异形三维构件的焊接操作，并且通过焊接机器人和辅助机器人的配合能够实现任意点位的多点焊接，完全实现自动化焊接，无需人工补焊操作；控制***控制机器人和上下料***配合变位工作台实现自动化的上料、焊接和下料操作，针对结构特殊的构件能够自动调整焊接参数及操作，实现集成化和智能化，有效提升生产效率以及降低生产成本。

Description

一种大型复杂工件的自动化焊接生产线及生产方法

技术领域

本发明涉及焊接生产线技术领域，具体涉及一种大型复杂工件的自动化焊接生产线及生产方法。

背景技术

地铁格栅拱架作为地铁隧道施工的重要构件，需求量较大，而且随着地铁的逐步增多，地铁隧道的形状也随着变得更加特异，进而导致格栅拱架的构造也随之变化，因此现在的地铁格栅的种类繁多，存在多种不同类型，而不同种类格栅的外形、尺寸、规格差别较大，具有格栅种类多、同类格栅数量需求小的特点。为了保证施工进度和降低成本，现在使用如CN115740889A公开的焊接***代替人工进行格栅焊接作业。但是针对格栅构造不统一、种类多的特点，需要频繁变动焊接参数才能满足焊接需求，极大的提升了作业时长和成本，而且部分格栅在三维结构上具有特殊的空间结构，较多位置由于位置及角度特殊无法焊接导致缺焊，需要人工补焊，具有劳动强度大、作业环境恶劣、人员管理难度大和工期不可预测的问题，而且无法实现复杂三维工件的自动化焊接，进而导致地铁施工成本和周期严重增加，本发明提供一种大型复杂工件的自动化焊接生产线及生产方法解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种大型复杂工件的自动化焊接生产线及生产方法，实现集成化、智能化和自动化进行大型复杂三维工件的焊接作业。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种大型复杂工件的自动化焊接生产线，包括基台、焊接机器人、变位工作台、辅助机器人、上料***和下料***，所述变位工作台设在基台中，所述焊接机器人和辅助机器人设在基台上，位于变位工作台的两侧，并沿基台移动，所述下料***设在基台上，位于变位工作台的下方，所述上料***包括主筋上料结构和料斗，所述主筋上料结构与基台连接，所述料斗设在辅助机器人上；

所述主筋上料结构包括链板传送带和放置架，所述放置架设在基台上，位于变位工作台的上方，所述链板传送带位于放置架的一侧，其出料端与放置架连接；所述下料***包括料仓和输送带，所述料仓设在基台上，位于变位工作台的下方，所述输送带的接料端与料仓连接。

进一步地，所述变位工作台包括支撑架、主回转动力结构、主框架、副动力结构、副框架和工作台，所述支撑架设在基台中部，所述主框架设在支撑架之间，所述主回转动力结构设在主框架的端部，并位于主框架和支撑架之间，所述副框架通过副动力结构设在主框架中，所述副动力结构设在副框架的前后两端，所述工作台设在副框架上。

进一步地，所述焊接机器人包括移动底座、第一机械臂、寻缝结构和第一焊接结构，所述第一机械臂通过移动底座设置在基台上，所述寻缝结构和第一焊接结构设在第一机械臂上，并与工作台配合。

进一步地，所述辅助机器人包括安装底座、第二机械臂、观测结构、第二焊接结构和辅助夹具，所述第二机械臂通过安装底座设在基台上，所述观测结构、第二焊接结构和辅助夹具设在第二机械臂上，并与工作台配合。

进一步地，所述副动力结构包括副回转动力装置和位移装置，所述位移装置设在主框架的内侧，所述副回转动力装置设在副框架的端部，带动副框架回转，所述位移装置与副回转动力装置连接，驱动副回转动力装置平移；

所述位移装置包括位移导轨、滑台和平移动力装置，所述位移导轨设在主框架的内侧，所述滑台活动设置在位移导轨上，并与副回转动力装置连接，所述平移动力装置与滑台连接。

进一步地，所述主回转动力结构包括主回转变位机和主回转轴，所述主回转变位机和主回转轴分别设在主框架的两端外侧，带动主框架回转，所述副回转动力装置包括副回转变位机、副回转轴和回转台，所述副回转变位机和副回转轴设在滑台上，并位于副框架的两端，所述回转台通过铰链与副框架连接，并与副回转变位机和副回转轴连接。

进一步地，所述工作台上设有定位夹具结构，所述定位夹具结构设在工作台表面，并与寻缝结构和观测结构配合。

进一步地，所述副框架成对设置，所述副动力结构与副框架相对应设置，所述焊接机器人和辅助机器人对称设置在变位工作台两侧，并与副框架相互配合。

进一步地，还包括控制***，所述控制***与焊接机器人、变位工作台、辅助机器人、上料***和下料***信号连接，并控制焊接机器人、变位工作台、辅助机器人、上料***和下料***联动。

一种大型复杂工件的自动化焊接生产线的生产方法，包括以下步骤：

S1，前期准备：将整体工件的整体模型参数、零件规格参数、施工步骤参数以及各步骤中零件位置参数输入数据库中，作为施工参数；

S2，零件放置：将主筋按照规格型号及焊接次序放置在主筋上料结构上，将辅助零件放置在料斗中，并将料斗吊装至移动底座上，辅助零件包括连接板和异形零件；

S3，焊接准备：启动设备，控制工作台进行调平并根据整体工件的规格调整位置及角度；主筋上料结构启动，将主筋通过链板传送带输送至放置架上；

S4，取料及调整：控制辅助机器人从料斗中抓取连接板，放置在工作台上并固定，然后控制辅助机器人从放置架上抓取主筋并放置在工作台上与连接板接触，通过观测结构对主筋的尺寸、位置和外形进行检测，与数据库中的参数进行匹配，根据匹配结果控制定位夹具结构对主筋进行矫正，并通过第二焊接结构进行点焊固定，然后辅助机器人与主筋脱开；

S5，前期焊接作业：焊接机器人根据寻缝结构确认主筋与连接板之间的焊缝位置，并通过第一焊接结构进行焊接形成初级工件；焊接过程中辅助机器人通过观测结构对主筋的位置进行检测，并通过辅助夹具对超限位置进行调整；

S6，中期焊接作业：初级工件焊接完成后，辅助机器人通过观测结构对料斗中的异形零件进行识别及检测，通过辅助夹具夹取异形零件，根据数据库中的参数调整异形零件的位置使其与主筋接触，然后通过焊接机器人和辅助机器人逐次进行焊接操作，将异形零件焊接在初级工件上形成二级工件；

S7，后期焊接作业：二级工件焊接完成后，控制变位工作台调整其自身位置及角度，将两个工作台上的二级工件的位置进行调整，使其相互接触，然后通过焊接机器人和辅助机器人逐次进行焊接操作，并配合变位工作台的位置调整，将二级工件相互焊接形成整体工件；

S8，工件下料：通过辅助机器人的辅助夹具夹紧整体工件，然后脱开定位夹具结构对整体工件的夹紧，并控制变位工作台与整体工件脱离，然后通过辅助机器人的辅助夹具将整体工件向下移动，落在料仓中，然后通过输送带输送至成品区，完成焊接作业。

本发明有益效果如下：

采用具有多自由度变位工作台，在进行焊接时能够对工件的位置和角度进行灵活调整，满足焊接设备任意位置和角度的焊接需求，进而实现了对大型复杂异形三维构件的焊接操作，并且通过焊接机器人和辅助机器人的配合能够实现任意点位的多点焊接，完全实现自动化焊接，无需人工补焊操作；

控制***控制机器人和上下料***配合变位工作台实现自动化的上料、焊接和下料操作，针对结构特殊的构件能够自动调整焊接参数及操作，实现集成化和智能化，有效提升生产效率以及降低生产成本。

附图说明

图1为本发明采用构造一进行主筋上料的整体结构示意图；

图2为本发明采用构造二进行主筋上料的整体结构示意图；

图3为本发明的机器人与变位工作台设置位置视角一示意图；

图4为本发明的机器人与变位工作台设置位置视角二示意图；

图5为本发明的焊接机器人和辅助机器人设置状态示意图；

图6为本发明的变位工作台与下料***设置状态示意图；

图7为本发明的变位工作台结构示意图；

图8为本发明的变位工作台俯视示意图；

图9为本发明的变位工作台中副动力结构设置状态示意图；

图10为本发明的副框架与副动力结构连接结构示意图；

图11为本发明的副框架连接结构示意图；

图12为本发明的料斗设置状态示意图；

图13为本发明的主筋上料***结构示意图。

附图标记：1-基台，2-焊接机器人，21-移动底座，22-第一机械臂，23-寻缝***，24-第一焊接结构，3-变位工作台，31-支撑架，32-主回转动力结构，33-主框架，34-副动力结构，341-副回转动力装置，342-位移装置，35-副框架，36-工作台，37-定位夹具结构，4-辅助机器人，41-安装底座，42-第二机械臂，43-观测结构，44-第二焊接结构，45-辅助夹具，5-上料***，51-主筋上料***，511-链板传送带，512-放置架，52-料斗，6-下料***。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1、2、3、4所示，一种大型复杂工件的自动化焊接生产线，包括基台1、焊接机器人2、变位工作台3、辅助机器人4、上料***5和下料***6，所述变位工作台3设在基台1中，所述焊接机器人2和辅助机器人4设在基台1上，位于变位工作台3的两侧，并沿基台1移动，所述下料***6设在基台1上，位于变位工作台3的下方，所述上料***5包括主筋上料结构51和料斗52，所述主筋上料结构51与基台1连接，位于变位工作台3的上方，所述料斗52设在辅助机器人4上，位于变位工作台3的一侧。

本发明的具体实施例应用于地铁格栅的焊接生产，格栅的主零件为主筋，由于主筋设在格栅拱架的内外两侧，因此包括有两种不同曲率的主筋，辅助零件包括异形零件和连接板，异形零件包括U型辅筋和Z型辅筋，由于异形零件的设置，导致格栅在三维空间上为异形构造，在进行焊接作业时，需要先将主筋和连接板焊接成初级工件，再将U型辅筋和Z型辅筋焊接在初级工件上形成二级工件，最后再将二级工件相互组合焊接成整体工件，焊接过程中，焊接点位分布在三维空间的各处，并且最后的焊接操作需要对二级工件进行翻转对接焊接，最后直接穿过变位工作台3进行下料，导致整个焊接过程中工件的位置变化繁多且定位点位置特殊，本发明通过具有多自由度的变位工作台3能够满足各级工件放置位置及角度的灵活调整，配合焊接机器人2和辅助机器人4能够进行任意位置及角度的焊缝焊接，集成了尺寸、位置的检测、调整和校正的自动操作；同时通过上料***5配合机器人实现零件的自动输送就位和取料，焊接完成后通过下料***6进行自动下料并输送至成品区，实现全自动化焊接作业，具有高度自动化、集成化和智能化的优点。

如图6、7、8、9、10、11所示，进一步地，所述变位工作台3包括支撑架31、主回转动力结构32、主框架33、副动力结构34、副框架35和工作台36，所述支撑架31设在基台1中部，所述主框架33设在支撑架31之间，所述主回转动力结构32设在主框架33的端部，并位于主框架33和支撑架31之间，所述副框架35通过副动力结构34设在主框架33中，所述副动力结构34设在副框架35的前后两端，所述工作台36设在副框架35上。

所述变位工作台3通过主回转动力结构32带动主框架33实现整体工件的位置及角度调整，主回转动力结构32设在主框架33的两端，通过主回转变位机带动主框架33进行绕轴转动，使得主框架33及其上的工件进行转动，进而配合焊接机器人2和辅助机器人4的焊接及夹持操作；主框架33为矩形架，在主框架33中设置两个副框架35，两个副框架35在副动力结构34的带动下实现旋转、平移、合拢或展开的操作，满足零部件在不同位置及角度的焊接操作，副回转动力装置341设在副框架35的端部，带动副框架35进行绕轴转动，位移装置342设在副回转动力装置341外侧，带动副回转动力装置341及副框架35进行平移，并且两个副框架35两端的位移装置342在不同的动作模式下进行灵活调整，使得两个副框架35处于不同位置，满足零部件在三维空间内位置及角度的灵活调整；通过上述结构实现零部件的多点焊接以及整体工件角度调整的要求。

如图9、10、11所示，进一步地，所述副动力结构34包括副回转动力装置341和位移装置342，所述位移装置342设在主框架33的内侧，所述副回转动力装置341设在副框架35的端部，带动副框架35回转，所述位移装置342与副回转动力装置341连接，驱动副回转动力装置341平移；

所述位移装置342包括位移导轨、滑台和平移动力装置，所述位移导轨设在主框架33的内侧，所述滑台活动设置在位移导轨上，并与副回转动力装置341连接，所述平移动力装置与滑台连接。

所述副框架35成对设置，共设置两个，并可以根据焊接施工需求设置不同数量的副框架35，同时根据工件复杂程度采用不同数量的位移装置342使得整个装置具有不同的自由度；当两个副框架35的两端分别设置一个位移装置342时，两个副框架35的同端同时连接在同一个位移杆上，位移装置342与位移杆连接，位移杆与位移装置342均设置一个，此时为五自由度模式，即一个主回转动力结构32连接在主框架33上，两个副回转动力装置341分别连接在两个副框架35上，两个位移装置342分别连接在成对设置的副框架35的两端；当每个副框架35的两端各设置一个位移装置342时，此时为七自由度模式，即一个主回转动力结构32连接在主框架33上，两个副回转动力装置341分别连接在两个副框架35上，两个位移装置342分别连接在每个副框架35的两端，共四个位移装置342；当两个副框架35其中一端分别独立连接一个位移装置342，两个副框架35的另一端同时连接在同一个位移杆上时，位移杆与位移装置342连接时，此时为六自由度模式。

优选的，位移杆为螺杆，与滑台形成丝杠螺母结构，通过平移动力装置驱动位移杆动作，进而带动滑台及其上的副框架35进行动作。

七自由度对零部件的调整更为灵活且能够更加契合焊接位置的需求，但是成本较高，在非对称性且特异性较高的工件焊接时采用七自由度模式；五自由度能够满足对称性工件的焊接需求，而且成本相对较低，在焊接结构对称且规律的构件时采用五自由度模式；六自由度模式既无法有效满足特异性要求，成本控制也较差，采用较少。

进一步地，本实施例中变位工作台3的七自由度模式，一个副回转动力装置341设在副框架35的两端，两个位移装置342分别与副回转动力装置341的副回转变位机及副回转轴进行连接，每个位移装置342独立带动副框架35的一端进行平移，而位于两个位移装置342之间的副回转动力装置341带动副框架35进行绕轴旋转，配合位移装置342实现的平移，对副框架35进行位置及角度调整。

如图7、8、9、10、11所示，进一步地，本实施例中变位工作台3的五自由度模式，一个平移动力装置的输出端上设有位移杆，两个副框架35同端的滑台连接在同一个位移杆上；所述位移杆上设有方向相反的螺纹，两个滑台分别设在不同方向的螺纹段上，滑台与位移杆之间为丝杠螺母结构，平移动力装置驱动位移杆转动，通过位移杆带动两个滑台进行相向合拢或对向展开的位移动作。一个位移装置342带动两个副框架35的同一端进行合拢或对向展开，另一个位移装置342带动两个副框架35的另一端也进行相对独立的合拢或对向展开，对副框架35进行位置及角度调整。

如图6、7、8所示，进一步地，所述主回转动力结构32包括主回转变位机和主回转轴，所述主回转变位机和主回转轴分别设在主框架33的两端外侧，带动主框架33回转，所述副回转动力装置341包括副回转变位机、副回转轴和回转台，所述副回转变位机和副回转轴设在滑台上，并位于副框架35的两端，所述回转台通过铰链与副框架35连接，并与副回转变位机和副回转轴连接。通过位移装置342调整副框架35的位置时，会导致副框架35的长度无法满足主框架33长度需求，通过铰链连接副框架35和副回转动力装置341对距离进行补偿，并且不影响副回转动力装置341的回转动作。

进一步地，所述主回转变位机和副回转变位机上均设有力矩传感器，力矩传感器用于测量工件及零部件放置位置偏移所带来的偏转力矩，所述主框架33和副框架35上均设有力矩平衡块，力矩平衡块消减偏转力矩以使得主回转变位机和副回转变位机可以翻转启动；力矩传感器通过测量工件放置位置偏移所带来的偏转力矩，将信号传输给控制***，并计算得到力矩平衡需要的平衡块的移动距离，实现力矩平衡，从而实现副框架35同步向中心合拢、单侧向中心合拢或两端不同步呈角度合拢的不同需求。

进一步地，所述主回转变位机和副回转变位机上均设有二级减速机，由于主框架33及其内部构造加上工件重量大于3000kg，偏移量大于100mm，远大于目前常规电机最大承载扭矩，因此主变位机和副变位机设计有二级减速装置以满足偏移量和承载力的使用要求，减速比选取最大185以降低冲击惯性。

进一步地，所述工作台36上设有定位夹具结构37，所述定位夹具结构37设在工作台36表面，并与寻缝结构23和观测结构43配合，对格栅主零件的尺寸、摆放位置进行测量，根据测量数据通过数据库选取合适的夹紧力，对主零件进行轴向定位、曲率矫正以及翘曲矫正，通过调整使适应不同型号格栅的主零件。

进一步地，所述副框架35成对设置，所述副动力结构34与副框架35相对应设置，所述焊接机器人2和辅助机器人4对称设置在变位工作台3两侧，并与副框架35相互配合。

进一步地，所述工作台36为多边异形结构，提高机器人的可达性，并且在工作台36上设置经纬维度定位信标，方便焊接时进行自动定位与寻位。

如图5所示，进一步地，所述焊接机器人2包括移动底座21、第一机械臂22、寻缝结构23和第一焊接结构24，所述第一机械臂22通过移动底座21设置在基台1上，所述寻缝结构23和第一焊接结构24设在第一机械臂22上，并与工作台36配合。

如图5、12所示，进一步地，所述辅助机器人4包括安装底座41、第二机械臂42、观测结构43、第二焊接结构44和辅助夹具45，所述第二机械臂42通过安装底座41设在基台1上，所述观测结构43、第二焊接结构44和辅助夹具45设在第二机械臂42上，并与工作台36配合。

优选的，所述寻缝结构23为激光寻位***，设有配套的焊缝识别和误差测量程序，用于对焊缝进行识别，按照规划轨迹进行自动焊接，所述第一焊接结构24为弧焊***，所述观测结构43为CCD机器视觉传感***，用于对零部件的尺寸、摆放位置和形状误差进行检测确认，配合定位夹具结构37对零部件进行矫正及固定，所述第二焊接结构44为电阻焊***，所述辅助夹具45为辅助机械手末端工具。

如图1所示，进一步地，本发明的主筋上料结构51包括两种构造，在构造一中，所述主筋上料结构51包括链板传送带511和放置架512，所述放置架512设在基台1上，位于变位工作台3的上方，进行取料时，通过辅助机器人4抓取输送至放置架512上的主筋，所述链板传送带511位于放置架512的一侧，其出料端与放置架512连接；所述下料***6包括料仓和输送带，所述料仓设在基台1上，位于变位工作台3的下方，所述输送带的接料端与料仓连接。

如图13所示，进一步地，所述链板传送带511包括传送链板和支撑架，支撑架设在传送链板下，将传送链板设置为向上倾斜的传送带，两种规格的主筋依次通过传送链板输送至传送带的顶端，主筋落至放置架512上，放置架512设在变位工作台3的上方，方便辅助机器人抓取。

进一步地，放置架512包括间隔设置的输送杆，主筋通过链板传送带511落至放置架512上时，输送杆旋转，将主筋向前推进至抓取位置处，并在控制***的控制下，每当辅助机器人抓取一根主筋，输送杆就旋转动作将下一主筋向前推进至抓取位置处，等待下次抓取。

进一步地，根据放置架512中输送杆的数量和位置不同，使得主筋的悬挂方式存在上凹型、下凹型和平放型三种，当输送杆设置两根且距离较远时，此时主筋为下凹型悬挂，用于辅助机器人采用顶端上料，此时主钢筋最凸处朝下，顶端上料则辅助机械手距离夹持部位最近；当输送杆设置两根且距离较近时，此时主筋为上凹型悬挂，用于辅助机器人采用底端上料，此时主钢筋最凸处朝上，底端上料则辅助机械手距离夹持部位最近；当输送杆设置三根及以上时，此时主筋为平放型悬挂，在顶端上料与底端上料中均可使用，同时可以最大程度减少钢筋变形，并且在焊接平台上定位主钢筋时无需再次改变夹爪角度。本发明采用顶端上料，并采用平放悬挂。

如图2所示，本发明的主筋上料结构51的构造二中，主筋上料结构51采用链板传送带511送料，链板传送带511的出料端位于变位工作台3的一侧，主筋通过链板传送带511输送至顶端后，通过辅助机器人4抓取进行焊接。

主筋上料结构51的两种构造中，构造一辅助机器人4无需进行移动即可进行主筋取料，能够有效提升作业效率，并且将放置架512设置在变位工作台3的上部，对整个焊接***的空间利用最大化，提升空间利用率。构造二具有结构简单，生产***架设简便且成本低的优点。

进一步地，辅助零件的上料采用料斗或者送料输送带的方式，由于位置和空间利用最大化以及异形零件的结构限制，本发明采用料斗进行上料，所述料斗52可拆卸设在安装底座41上，位于第二机械臂42的内侧或者旁侧，所述安装底座41活动设置在基台1上。

进一步地，所述料斗52采用立杆对辅助零件进行限位和固定，并且作为辅助机器人的抓取识别点，降低抓取难度，提升识别准确性。

进一步地，还包括控制***，所述控制***与焊接机器人2、变位工作台3、辅助机器人4、上料***5和下料***6信号连接，并控制焊接机器人2、变位工作台3、辅助机器人4、上料***5和下料***6动作，控制***配合数据库，通过控制焊接机器人2、变位工作台3、辅助机器人4、上料***5和下料***6实现全自动流水线焊接生产，大幅减少人工对作业流程、生产质量和生产效率的影响，实现集成化、智能化、自动化的焊接作业。

控制***内设有自动化和智能化操作程序，通过焊缝识别和定位识别，并通过自动计算实现智能化焊接，并且每次焊接结束后对影响因素进行权重分析，并将分析结果导入数据库中进行迭代更新，通过不断计算和优化得到最优的工艺路径接参数，实现针对大型复杂异形三维构件的自动化、集成化和智能化焊接生产作业。

一种大型复杂工件的自动化焊接生产线的生产方法，包括以下步骤：

S1，前期准备：将整体工件的整体模型参数、零件规格参数、施工步骤参数以及各步骤中零件位置参数输入数据库中，作为施工参数；

S2，零件放置：将两种不同曲率的主筋分类并按照焊接次序放置在主筋上料结构51上，将辅助零件放置在料斗52中，并将料斗52吊装至移动底座21上；

S3，焊接准备：启动设备，控制工作台36进行调平并根据整体工件的规格调整位置及角度；主筋上料结构51启动，链板传送带511启动将两种主筋逐次向上输送，并传送至放置架512上，放置架512动作，将主筋推动至抓取位置处；

S4，取料及调整：控制辅助机器人4从料斗52中抓取连接板，放置在工作台36上并通过定位夹具结构37固定，然后控制辅助机器人4从放置架512上抓取主筋并放置在工作台36上与连接板接触，通过观测结构43对主筋的尺寸、位置和外形进行检测，并与数据库中的主筋参数进行匹配识别，根据匹配结果控制定位夹具结构37对主筋的轴向端面定位，曲率矫正以及翘曲进行矫正，并通过第二焊接结构44进行点焊将主筋与连接板固定，然后辅助机器人4与主筋脱开；

S5，前期焊接作业：焊接机器人2根据寻缝结构23确认主筋与连接板之间的焊缝位置，按照编程路径，搜寻主筋与连接板的焊缝位置，确定起焊点及收弧点，根据识别结果计算最优化的焊接轨迹和焊接参数，启动第一焊接结构24进行焊接形成初级工件；焊接过程中辅助机器人4通过观测结构43对主筋的位置进行检测，并通过辅助夹具45对超限位置进行调整；

S6，中期焊接作业：通过焊接机器人和辅助机器人配合变位工作台3进行异形零件的焊接形成二级工件，具体操作如下；

S61，初级工件焊接完成后，辅助机器人4通过观测结构43对异形零件进行检测，检测异形零件的尺寸是否超差，并确定抓取位置点，然后通过辅助夹具45夹取异形零件；

S62，先抓取Z型辅筋，根据数据库中的参数调整Z型辅筋的位置，调整Z型辅筋的姿态使其与主筋接触，先通过寻缝结构23搜寻焊缝，确定起焊点及收弧点后开始焊接；Z型辅筋的一端焊接固定后，辅助夹具45松开对Z型辅筋的夹持，移动至Z型辅筋的另一端，将其与主筋夹紧固定，然后第二焊接结构44将Z型辅筋的另一端与主筋进行点焊固定，此过程中第一焊接结构24持续进行焊接作业，直至Z型辅筋与主筋完全焊接完成后，重复操作直至所有Z型辅筋焊接完毕；

S63，通过辅助夹具45抓取U型辅筋，调整U型辅筋的姿态使其与主筋接触，确认U型辅筋和主筋之间的焊缝位置并进行焊接，U型辅筋的一条支腿焊接固定后，辅助夹具45开始抓取下一U型辅筋，并放置好等待上一U型辅筋当前焊接完成；

S64，Z型辅筋和U型辅筋焊接完成后形成片状的二级工件，此时工作台36仍然处于水平状态，然后进行二级工件的焊接；

S7，后期焊接作业：二级工件焊接完成后，控制变位工作台3调整其自身位置及角度，将两个工作台36上的二级工件进行翻转及位置调整，使两个二级工件相互接触，将其中一个二级工件的U型辅筋上未焊接的支腿与另一个二级工件的主筋接触，通过焊接机器人2和辅助机器人4进行焊接形成立体的工件，然后配合变位工作台3的进行翻转调整，将未焊接位置选装至上方，继续焊接形成立体的整体工件；

S8，工件下料：通过辅助机器人4的辅助夹具45夹紧整体工件，然后脱开定位夹具结构37对整体工件的夹紧，并控制变位工作台3与整体工件脱离，然后通过辅助机器人4的辅助夹具45将整体工件向下移动，将整体工件落在料仓中，落在料仓中的整体工件通过输送带输送至成品区，完成焊接作业。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种大型复杂工件的自动化焊接生产线，其特征是，包括基台（1）、焊接机器人（2）、变位工作台（3）、辅助机器人（4）、上料***（5）和下料***（6），所述变位工作台（3）设在基台（1）中，所述焊接机器人（2）和辅助机器人（4）设在基台（1）上，位于变位工作台（3）的两侧，并沿基台（1）移动，所述下料***（6）设在基台（1）上，位于变位工作台（3）的下方，所述上料***（5）包括主筋上料结构（51）和料斗（52），所述主筋上料结构（51）与基台（1）连接，所述料斗（52）设在辅助机器人（4）上；

所述主筋上料结构（51）包括链板传送带（511）和放置架（512），所述放置架（512）设在基台（1）上，位于变位工作台（3）的上方，所述链板传送带（511）位于放置架（512）的一侧，其出料端与放置架（512）连接；所述下料***（6）包括料仓和输送带，所述料仓设在基台（1）上，位于变位工作台（3）的下方，所述输送带的接料端与料仓连接。

2.根据权利要求1所述的一种大型复杂工件的自动化焊接生产线，其特征是：所述变位工作台（3）包括支撑架（31）、主回转动力结构（32）、主框架（33）、副动力结构（34）、副框架（35）和工作台（36），所述支撑架（31）设在基台（1）中部，所述主框架（33）设在支撑架（31）之间，所述主回转动力结构（32）设在主框架（33）的端部，并位于主框架（33）和支撑架（31）之间，所述副框架（35）通过副动力结构（34）设在主框架（33）中，所述副动力结构（34）设在副框架（35）的前后两端，所述工作台（36）设在副框架（35）上。

3.根据权利要求2所述的一种大型复杂工件的自动化焊接生产线，其特征是：所述焊接机器人（2）包括移动底座（21）、第一机械臂（22）、寻缝结构（23）和第一焊接结构（24），所述第一机械臂（22）通过移动底座（21）设置在基台（1）上，所述寻缝结构（23）和第一焊接结构（24）设在第一机械臂（22）上，并与工作台（36）配合。

4.根据权利要求2所述的一种大型复杂工件的自动化焊接生产线，其特征是：所述辅助机器人（4）包括安装底座（41）、第二机械臂（42）、观测结构（43）、第二焊接结构（44）和辅助夹具（45），所述第二机械臂（42）通过安装底座（41）设在基台（1）上，所述观测结构（43）、第二焊接结构（44）和辅助夹具（45）设在第二机械臂（42）上，并与工作台（36）配合。

5.根据权利要求2所述的一种大型复杂工件的自动化焊接生产线，其特征是：所述副动力结构（34）包括副回转动力装置（341）和位移装置（342），所述位移装置（342）设在主框架（33）的内侧，所述副回转动力装置（341）设在副框架（35）的端部，带动副框架（35）回转，所述位移装置（342）与副回转动力装置（341）连接，驱动副回转动力装置（341）平移；

所述位移装置（342）包括位移导轨、滑台和平移动力装置，所述位移导轨设在主框架（33）的内侧，所述滑台活动设置在位移导轨上，并与副回转动力装置（341）连接，所述平移动力装置与滑台连接。

6.根据权利要求5所述的一种大型复杂工件的自动化焊接生产线，其特征是：所述主回转动力结构（32）包括主回转变位机和主回转轴，所述主回转变位机和主回转轴分别设在主框架（33）的两端外侧，带动主框架（33）回转，所述副回转动力装置（341）包括副回转变位机、副回转轴和回转台，所述副回转变位机和副回转轴设在滑台上，并位于副框架（35）的两端，所述回转台通过铰链与副框架（35）连接，并与副回转变位机和副回转轴连接。

7.根据权利要求2所述的一种大型复杂工件的自动化焊接生产线，其特征是：所述工作台（36）上设有定位夹具结构（37），所述定位夹具结构（37）设在工作台（36）表面，并与寻缝结构（23）和观测结构（43）配合。

8.根据权利要求2所述的一种大型复杂工件的自动化焊接生产线，其特征是：所述副框架（35）成对设置，所述副动力结构（34）与副框架（35）相对应设置，所述焊接机器人（2）和辅助机器人（4）对称设置在变位工作台（3）两侧，并与副框架（35）相互配合。

9.根据权利要求1所述的一种大型复杂工件的自动化焊接生产线，其特征是：还包括控制***，所述控制***与焊接机器人（2）、变位工作台（3）、辅助机器人（4）、上料***（5）和下料***（6）信号连接，并控制焊接机器人（2）、变位工作台（3）、辅助机器人（4）、上料***（5）和下料***（6）联动。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种大型复杂工件的自动化焊接生产线的生产方法，其特征是，包括以下步骤：

S1，前期准备：将整体工件的整体模型参数、零件规格参数、施工步骤参数以及各步骤中零件位置参数输入数据库中，作为施工参数；

S2，零件放置：将主筋按照规格型号及焊接次序放置在主筋上料结构（51）上，将辅助零件放置在料斗（52）中，并将料斗（52）吊装至移动底座（21）上，辅助零件包括连接板和异形零件；

S3，焊接准备：启动设备，控制工作台（36）进行调平并根据整体工件的规格调整位置及角度；主筋上料结构（51）启动，将主筋通过链板传送带（511）输送至放置架（512）上；

S4，取料及调整：控制辅助机器人（4）从料斗（52）中抓取连接板，放置在工作台（36）上并固定，然后控制辅助机器人（4）从放置架（512）上抓取主筋并放置在工作台（36）上与连接板接触，通过观测结构（43）对主筋的尺寸、位置和外形进行检测，与数据库中的参数进行匹配，根据匹配结果控制定位夹具结构（37）对主筋进行矫正，并通过第二焊接结构（44）进行点焊固定，然后辅助机器人（4）与主筋脱开；

S5，前期焊接作业：焊接机器人（2）根据寻缝结构（23）确认主筋与连接板之间的焊缝位置，并通过第一焊接结构（24）进行焊接形成初级工件；焊接过程中辅助机器人（4）通过观测结构（43）对主筋的位置进行检测，并通过辅助夹具（45）对超限位置进行调整；

S6，中期焊接作业：初级工件焊接完成后，辅助机器人（4）通过观测结构（43）对料斗（52）中的异形零件进行识别及检测，通过辅助夹具（45）夹取异形零件，根据数据库中的参数调整异形零件的位置使其与主筋接触，然后通过焊接机器人（2）和辅助机器人（4）逐次进行焊接操作，将异形零件焊接在初级工件上形成二级工件；

S7，后期焊接作业：二级工件焊接完成后，控制变位工作台（3）调整其自身位置及角度，将两个工作台（36）上的二级工件的位置进行调整，使其相互接触，然后通过焊接机器人（2）和辅助机器人（4）逐次进行焊接操作，并配合变位工作台（3）的位置调整，将二级工件相互焊接形成整体工件；

S8，工件下料：通过辅助机器人（4）的辅助夹具（45）夹紧整体工件，然后脱开定位夹具结构（37）对整体工件的夹紧，并控制变位工作台（3）与整体工件脱离，然后通过辅助机器人（4）的辅助夹具（45）将整体工件向下移动，落在料仓中，然后通过输送带输送至成品区，完成焊接作业。