一种船舶智能视觉焊接系统及焊接方法与流程

本发明涉及机器人焊接，特别涉及一种船舶智能视觉焊接系统及焊接方法。

背景技术：

1、船舶制造、大型钢结构建设等领域中，小组立焊接是基础且关键的工序环节，定盘小组立为典型的简单结构工件，主要由板材组立而成，包含平角焊缝、立角焊缝和包角焊缝等多种焊缝形式。

2、目前，小组立焊接作业自动化程度低，依赖人工经验，现有小组立焊接大量依赖人工操作或半自动焊接，工人长期暴露在焊接烟尘、高温、强光和噪声环境中，健康风险高、劳动强度大。焊接质量高度依赖于焊工的个人技能水平，难以保证一致性和稳定性，且行业面临熟练焊工短缺、断层的问题。

3、传统机器人焊接编程复杂、适应性差，采用机器人自动化焊接时，传统方式需要人工示教点位并编写机器人程序，当工件装夹位置发生偏移、工件存在装配误差，或者工件类型发生改变时，需要重新进行示教编程，导致“编程两小时，焊接五分钟”的窘境，严重制约了机器人在该领域的推广使用，特别是船舶制造领域具有典型的非标特性，工件规格多、批量小，对自动化焊接系统的柔性适应能力提出了更高要求。

4、现有视觉定位方案存在局限性，一些采用视觉引导的焊接方案中，传感器通常安装在焊枪附近，焊接过程中容易受到弧光、飞溅、高温和烟尘的影响，导致传感器镜头沾污、识别失败，系统可靠性下降，部分方案采用单一视觉系统，难以兼顾大范围扫描和高精度定位的双重需求，此外针对大型工件（长度可达20米、宽度可达10米），单一工位的视觉采集难以完整覆盖，需要多次移动或拼接，影响作业效率。

5、工艺参数匹配困难，机器人焊接需要精确的焊接工艺参数，而传统工艺数据库往往是基于固定工况实验积累的，难以穷举所有工件的变化（如板厚变化、坡口形式变化等），导致在面对新工件或工况变化时，工艺参数需要人工反复调试。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种船舶智能视觉焊接系统及焊接方法，解决传统机器人焊接编程复杂、耗时长的问题，降低操作人员的专业技能门槛和劳动强度。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种船舶智能视觉焊接系统，包括：龙门架、可移动小车、焊接机器人、第一视觉系统、第二视觉系统和智能决策系统；

4、所述龙门架为四立柱双横梁结构，顶部设有可沿y轴方向移动的线性移动线轨；

5、所述可移动小车安装于龙门架顶部的线性移动线轨上，所述可移动小车的z轴具备旋转自由度；

6、所述焊接机器人安装于可移动小车上，用于对待焊接工件的焊缝进行焊接；

7、所述第一视觉系统设于龙门架上，用于对待焊接工件进行全局扫描并生成工件点云模型；

8、所述第二视觉系统设于焊接机器人的焊枪端，用于对焊缝进行精确寻位；

9、所述智能决策系统分别与第一视觉系统、第二视觉系统及焊接机器人通信连接。

10、优选的，所述龙门架底部设有地轨，所述龙门架沿x轴方向在地轨上移动，所述龙门架、线性移动线轨及可移动小车的移动均由机器人伺服外部轴控制，其行走重复定位精度x、y、z轴均为±0.5mm。

11、优选的，所述可移动小车的z轴可旋转，用于调整对应安装的焊接机器人的作业姿态。

12、优选的，所述焊接机器人底部距离地面的高度为1.6m，用于覆盖地面上的工件。

13、优选的，所述第一视觉系统包括安装于龙门架上的大量程激光雷达，用于在焊接前对工件进行整体扫描，获取工件表面的点云数据并逆向建模；

14、所述第二视觉系统包括安装于焊接机器人焊枪端的自适应激光器，用于对识别出的焊缝进行精确扫描定位。

15、一种船舶智能视觉焊接方法，包括以下步骤：

16、s1、控制所述龙门架移动，并通过第一视觉系统对点固装配后的工件进行全局扫描，获取工件的全局点云数据，并通过智能决策系统逆向重建工件三维模型；

17、s2、所述智能决策系统自动识别工件三维模型中的板材组合，提取焊缝信息，并根据预设的工艺数据库自动生成焊接程序和焊缝的粗定位数据；

18、s3、智能决策系统根据焊缝的粗定位数据，控制焊接机器人移动至待焊焊缝附近，通过第二视觉系统对焊缝的起弧点和熄弧点进行精确扫描，获取焊缝的实际空间位置和姿态；

19、s4、智能决策系统根据获取焊缝的实际空间位置和姿态，修正步骤s2中生成的焊接程序，并控制焊接机器人沿修正后的轨迹进行焊接作业。

20、优选的，所述步骤s3中，对焊缝起弧点和熄弧点的精确扫描进一步包括：调整焊接机器人的姿态，使自适应激光器以预设的倾角和旋转角对准待测点，并在垂直焊缝方向上进行偏移扫描，以兼容工件的装配误差。

21、优选的，所述步骤s2中，所述智能决策系统将工件的全局点云数据与预设cad模型进行匹配提取焊缝信息，或直接对工件三维模型进行点云特征提取焊缝信息。

22、优选的，所述步骤s4中，所述焊接机器人在焊接作业过程中通过电弧跟踪传感器实时采集焊接过程中的电流电压数据，对焊接路径进行实时修正。

23、优选的，所述智能决策系统内部集成ai大模型与工艺数据库，所述工艺数据库采用双层架构，包括焊接工艺数据库与焊缝特征数据库，所述焊接工艺数据库用于存储不同工况下的焊接参数，所述焊缝特征数据库用于存储焊缝特征与焊接参数的对应关系。

24、综上所述，本发明具有以下有益效果：

25、1.通过第一视觉系统对工件进行全局扫描和逆向建模，智能决策系统内置的ai大模型自动识别焊缝位置并生成焊接程序，无需人工示教编程，解决了传统机器人焊接编程复杂、耗时长的问题，降低了操作人员的专业技能门槛和劳动强度。

26、2.采用“第一视觉系统+第二视觉系统”的双视觉架构。大量程激光雷达安装于龙门架的桁架上，可随龙门架移动对长达20米、宽达10米的大型工件进行整体扫描，快速获取全局点云数据；自适应激光器安装于焊枪端，对识别出的焊缝进行精确扫描定位，二者协同工作，既解决了大型工件视觉覆盖难题，又保证了焊缝定位的精度。

27、3.第二视觉系统虽安装在焊枪端，但采用先扫描后焊接的工作模式，扫描完成后才进行焊接作业，有效避免了焊接过程中弧光、飞溅、高温和烟尘对视觉传感器的影响，解决了传统焊枪端传感器易受损、识别失败的问题，大幅提高了系统的可靠性和使用寿命。

28、4.智能决策系统内部集成ai大模型和工艺数据库，可在基础工艺数据库的基础上，通过智能推理模型实现工艺参数的自适应匹配，解决了传统工艺数据库无法穷举所有工况的痛点。

1.一种船舶智能视觉焊接系统，其特征在于，包括：龙门架、可移动小车、焊接机器人、第一视觉系统、第二视觉系统和智能决策系统；

2.根据权利要求1所述的一种船舶智能视觉焊接系统，其特征在于，所述龙门架底部设有地轨，所述龙门架沿x轴方向在地轨上移动，所述龙门架、线性移动线轨及可移动小车的移动均由机器人伺服外部轴控制，其行走重复定位精度x、y、z轴均为±0.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种船舶智能视觉焊接系统，其特征在于，所述可移动小车的z轴可旋转，用于调整对应安装的焊接机器人的作业姿态。

4.根据权利要求1所述的一种船舶智能视觉焊接系统，其特征在于，所述焊接机器人底部距离地面的高度为1.6m，用于覆盖地面上的工件。

5.根据权利要求1所述的一种船舶智能视觉焊接系统，其特征在于，所述第一视觉系统包括安装于龙门架上的大量程激光雷达，用于在焊接前对工件进行整体扫描，获取工件表面的点云数据并逆向建模；

6.一种基于权利要求1至5任一项所述系统的船舶智能视觉焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种船舶智能视觉焊接方法，其特征在于，所述步骤s3中，对焊缝起弧点和熄弧点的精确扫描进一步包括：调整焊接机器人的姿态，使自适应激光器以预设的倾角和旋转角对准待测点，并在垂直焊缝方向上进行偏移扫描，以兼容工件的装配误差。

8.根据权利要求6所述的一种船舶智能视觉焊接方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述智能决策系统将工件的全局点云数据与预设cad模型进行匹配提取焊缝信息，或直接对工件三维模型进行点云特征提取焊缝信息。

9.根据权利要求6所述的一种船舶智能视觉焊接方法，其特征在于，所述步骤s4中，所述焊接机器人在焊接作业过程中通过电弧跟踪传感器实时采集焊接过程中的电流电压数据，对焊接路径进行实时修正。

10.根据权利要求6所述的一种船舶智能视觉焊接方法，其特征在于，所述智能决策系统内部集成ai大模型与工艺数据库，所述工艺数据库采用双层架构，包括焊接工艺数据库与焊缝特征数据库，所述焊接工艺数据库用于存储不同工况下的焊接参数，所述焊缝特征数据库用于存储焊缝特征与焊接参数的对应关系。