一种LNG船舶的波纹板自动激光焊接机器人的制作方法

本发明涉及波纹板激光焊接，具体为一种lng船舶的波纹板自动激光焊接机器人。

背景技术：

1、lng船舶是专门用于运输-163℃超低温液化天然气的特种运输船舶，被誉为造船工业“皇冠上的明珠”，属于公认的高技术、高难度、高附加值“三高”船舶产品，是支撑全球天然气跨洋贸易的核心载体，也被形象地称作“海上超级冷冻车”，目前全球仅少数国家掌握其完整建造技术，在远洋航行过程中，lng船需要全程维持液货的极低温状态，而液化天然气本身具有低温致脆效应强、易燃易蒸发、泄漏后安全风险极高的特性，船体常温环境与液货舱超低温环境存在近两百度的温差，加之航行中会遭遇风浪颠簸、环境温度波动等复杂工况，对船舶的结构设计、材料工艺和系统运维都提出了极为严苛的要求，为了在复杂海况下安全稳定地储存、运输超低温液货，lng船搭载了作为核心技术的液货维护系统，这一系统是整船安全性能的核心保障。

2、随着全球lng格局的加速演变以及lng海运贸易需求的增长，标志着lng运输船建造需要开启“加速度”模式，lng船体液货维护系统主要是厚1.2mm的带有纵横交错波纹的不锈钢板，波纹板与波纹板之间焊接路线比较复杂，由于船体巨大，需要焊接的波纹板较多，且焊接工况多变，难以操控，采用人工焊接的方式效率较低，焊接质量难以保证，焊接环境恶劣，工人有一定的安全风险，现有的自动焊基本是使用等离子焊接方式，焊接速度较低，设备使用经常需要人工干预在波纹板转角处进行手动调节，为此我们提出一种lng船舶的波纹板自动激光焊接机器人。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供了一种lng船舶的波纹板自动激光焊接机器人，它能够有效解决现有技术中的问题。

2、本发明所采用的技术方案是：一种lng船舶的波纹板自动激光焊接机器人，包括支撑轨，所述支撑轨的顶端设置有焊接小车，所述焊接小车与支撑轨之间设置有x轴行走机构，所述焊接小车的内部设置有z轴升降机构，所述z轴升降机构的活动端固定安装有z轴升降架，所述z轴升降架的外侧设置有激光焊接头支架，所述z轴升降架与激光焊接头支架之间设置有r轴旋转机构，所述激光焊接头支架远离r轴旋转机构的一端设置有焊接模组z轴调节单元，所述焊接模组z轴调节单元的活动端设置有焊接模组y轴调节单元，所述焊接模组y轴调节单元的活动端设置有连接板，所述连接板的前侧固定安装有激光焊接模组，所述激光焊接模组的外侧固定安装有视觉检测模组。

3、优选的，所述x轴行走机构包括有固定座和x轴轨道，所述固定座固定安装于焊接小车内部，所述支撑轨外部的两侧固定安装有x轴轨道，所述固定座的顶端固定安装有竖杆套，所述竖杆套的顶端固定安装有直流电机，所述直流电机的输出轴上固定安装有x轴行走齿轮，所述支撑轨的顶端固定安装有x轴齿条，所述焊接小车的下部的两侧设置有x轴抱轨块，所述x轴抱轨块的上下两侧通过转轴转动安装有x轴抱轨轮。

4、通过上述技术方案，直流电机可驱动x轴行走齿轮转动，借助x轴行走齿轮与x轴齿条的啮合传动，带动焊接小车沿支撑轨做x轴向直线行走，x轴抱轨块搭配x轴抱轨轮卡合在x轴轨道的外侧，对焊接小车的行走过程进行导向与侧向限位，防止焊接小车行走时发生偏移、脱轨，有效保障x轴行走机构的运行稳定性。

5、优选的，所述x轴抱轨块设置有相同的两组，一组所述x轴抱轨块与焊接小车为固定连接，另一组所述x轴抱轨块与焊接小车之间设置有调节螺栓，所述x轴抱轨轮与x轴轨道为滚动连接，所述x轴行走齿轮与x轴齿条为啮合连接。

6、通过上述技术方案，两组x轴抱轨块采用一固定一可调的装配形式，可通过调节螺栓调整活动侧x轴抱轨块的安装位置，进而调整x轴抱轨轮与x轴轨道的间隙。

7、优选的，所述焊接模组z轴调节单元包括有z轴固定板，所述z轴固定板固定安装于激光焊接头支架的前侧，所述z轴固定板的上部通过伺服电机转动安装有z轴主动轮，所述z轴固定板的上部还设置有z轴从动轮，所述z轴从动轮与z轴传动丝杆为固定连接，所述z轴传动丝杆与z轴固定板为转动安装，所述z轴从动轮与z轴主动轮之间设置有z轴传动皮带，所述z轴传动皮带的外侧还设置与z轴固定板转动安装的z轴张紧轮，所述z轴固定板的下部固定安装有z轴导轨，所述z轴导轨的外侧固定安装有z轴滑块，所述z轴滑块的外侧固定安装有连接座，所述连接座与z轴传动丝杆的连接处设置有z轴丝杆套。

8、通过上述技术方案，伺服电机可驱动z轴主动轮转动，通过z轴传动皮带带动z轴从动轮同步回转，进而驱动z轴传动丝杆绕自身轴线旋转，z轴传动丝杆通过与z轴丝杆套的螺纹配合，将旋转运动转化为直线运动，带动连接座沿z轴导轨做z轴向升降移动，实现激光焊接模组的z轴位置调节，z轴张紧轮可对z轴传动皮带的张紧度进行调整，避免皮带传动出现打滑现象。

9、优选的，所述z轴张紧轮与z轴传动皮带为抵触转动连接，所述z轴传动丝杆通过z轴从动轮、z轴传动皮带和z轴主动轮与z轴固定板转动连接，所述z轴传动丝杆贯穿于连接座，所述z轴传动丝杆与z轴丝杆套为螺纹连接。

10、通过上述技术方案，z轴丝杆套将回转运动转换为连接座的直线升降动作，z轴导轨与z轴滑块的滑动配合为升降过程提供精准导向，确保焊接模组z轴调节单元运行平稳、调节位置准确。

11、优选的，所述焊接模组y轴调节单元包括有连接座，所述连接座的下部固定安装有y轴导轨，所述连接座的下侧位于y轴导轨下方转动安装有y轴传动丝杆，所述y轴传动丝杆的端部固定安装有y轴从动轮，所述连接座外侧通过伺服电机转动安装有y轴主动轮，所述y轴主动轮与y轴从动轮之间设置有y轴传动皮带，所述y轴传动皮带与连接座之间设置有y轴张紧轮，所述y轴张紧轮与连接座为转动连接，所述y轴导轨外侧滑动安装有y轴滑块，所述y轴滑块的外侧固定安装有y轴滑移座，所述y轴滑移座与y轴传动丝杆之间设置有y轴丝杆套，所述y轴滑移座的下部固定安装有y轴连接耳座。

12、通过上述技术方案，伺服电机可驱动y轴主动轮转动，通过y轴传动皮带带动y轴从动轮同步运转，进而驱动y轴传动丝杆绕自身轴线旋转，y轴传动丝杆通过与y轴丝杆套的螺纹配合，带动y轴滑移座沿y轴导轨做y轴向直线滑移，实现激光焊接模组的y轴位置微调，y轴张紧轮用于调整y轴传动皮带的张紧程度，y轴连接耳座可与连接板固定连接，将y轴调节动作稳定传递至激光焊接模组。

13、优选的，所述视觉检测模组包括有线激光传感器和高清工业相机，线激光传感器的扫描频率为50hz，所述视觉检测模组于焊接方向上超前20mm～50mm布置。

14、通过上述技术方案，线激光传感器与高清工业相机相互配合，能扫描焊缝轮廓，50hz的扫描频率可保证焊接过程中焊缝数据的采集效率，实时提取焊缝的波纹曲率、焊缝中心位置及错边量参数，并将所述参数传输至嵌入式控制系统。

15、优选的，所述焊接小车内部集成有嵌入式处理板卡，所述传感器采集的原始数据经所述嵌入式处理板卡进行本地预处理后，可以再保存数据并通过总线传输至控制端，所述激光焊接模组前端配置有电容式距离检测传感器，所述电容式距离检测传感器经电容放大器将检测信号传输至所述嵌入式板卡，激光焊接模组还包括与其相连的冷却系统和控制系统。

16、通过上述技术方案，可以再保存数据并通过总线传输至控制端，将数据处理能力下沉至小车端，有效缩短传感器信号的总线传输路径，降低长距离传输引入的电磁干扰，特别适用于所述小车在高处作业、与控制端距离较远的工况。

17、与现有技术相比，本发明提供了一种lng船舶的波纹板自动激光焊接机器人，具备以下有益效果：

18、该lng船舶的波纹板自动激光焊接机器人，通过x轴行走机构、z轴升降机构、r轴旋转机构、焊接模组z轴调节单元、焊接模组y轴调节单元、激光焊接模组和视觉检测模组的相互配合，能实现激光焊接模组的多轴运动以及角度调节，能适配波纹板的高精度焊接，解决了技术中，人工焊接效率较低、等离子焊接需要手动转角的问题，在保障焊接质量的同时提升焊接效率；

19、该lng船舶的波纹板自动激光焊接机器人，通过z轴升降机构、焊接模组z轴调节单元和焊接模组y轴调节单元的相互配合，z轴升降机构实现整个设备的大行程调节，焊接模组z轴调节单元和焊接模组y轴调节单元能实现激光焊接模组和视觉检测模组的小行程调节，能满足多种情况使用，局限性更小，实用性更好；

20、该lng船舶的波纹板自动激光焊接机器人，通过焊接方向超前布置的视觉检测模组实时采集焊缝轮廓与曲率数据，搭配激光焊接模组前端的电容式距离检测传感器动态反馈焊距信息，配合焊接小车内部集成的嵌入式处理板卡完成本地数据预处理，大幅缩短了信号传输路径，降低了船舱复杂电磁环境带来的干扰，实现了焊缝轨迹的闭环跟踪与焊接参数的实时动态调控，同时全自动化焊接模式大幅减少了人工现场操作与手动干预频次，改善了作业人员的工作环境。