钢结构焊接机器人工作站

行业背景

1.钢结构行业的现状

• 需求量巨大：庞大的用钢需求和不断深化的基础建设， 建筑钢结构作为一种刚需产品， 需求量在不断地攀升。 
• 劳动密集型：焊接作为建筑钢结构产品中耗时最长的一道工序，目前仍然大量采用传统的人工焊接。  
• 焊工缺口增大：焊接劳动力成本急剧上升、焊工需求逐年上 涨、焊工人才断档严重， 优秀焊工培养耗时超过10年。 

2.人工焊接现状 

• 工作环境恶劣：钢结构工厂制作现场环境普遍比较恶劣， 焊工属于特殊工种， 现场脏、乱、差， 高温、 弧光、烟尘、噪音等对人体会造成不可逆 的损害，工作效率会随着工作时间的增加导致焊接效率下降，稳定焊接质量不高。
• 人口老龄化严重：年轻人不愿意做电焊行业， 焊工断层， 焊工短缺、薪资高。

 

3.机器人焊接应用的难点

• 多批次，小批量  
  传统的机器人使用要求是大批量、重复操作，而在建筑钢结构行 业中，多批次、小批量的焊接需求很多 
• 建筑钢结构，产品附加值低，对高端设备投入动力不足，下料精度差、组对误差大，无法做准确的焊接定位工装 

3.机器人焊接应用的难点

• 产品综合误差大  
  工件尺寸和重量较大、不适合工装夹具定位、工件来料一致性较 差，焊接要求筋板与腹板的垂直度、与两侧翼板垂直度不能有偏差、有间隙，按照提前示教好的轨迹运行，不能满足 

3.机器人焊接应用的难点

• 手工组对  
  组对筋板焊点随意，完全无规律

3.机器人焊接应用的难点

• 下料误差大  
  筋板一般都是采用剪板机下料，尺寸误差大、板面不平整、弯曲不直、对角扭曲

3.机器人焊接应用的难点

• 筋板剪角误差大  
  过焊孔不统一，导致焊缝起始点、终点就会不一样，焊缝长度变化不可控；工件来料一致性较差，按照提前示教好的轨迹运行，不能满足焊接要求

3.机器人焊接应用的难点

• 机器人编程  
  该行业工人受教育水平相对较低，传统的机器人示教操作方式过于复杂繁琐，焊缝数量多、程序不能重复调用，焊缝组对精度差，普通弧焊机器人在钢结构行业无法推广使用

4.智能焊接平台诞生 

• 传统人工焊接  
  自动化程度低; 焊接环境恶劣，噪音辐射污染大;焊接质量不可控。

4.智能焊接平台诞生 

• 传统机器人焊接  
  编程时机器人必须停机; 示教难度高，耗费时间长; 频繁换产导致机器人反而效率更低。

4.智能焊接平台诞生 

• 智能焊接  
  离线编程，远离现场工作; 生产和编程同步，机器人无需停机; 智能化程度高，操作门槛低。

智能焊接机器人特点 

H型钢加工 

机器人本体内置管线，送丝机后部没有任何线缆，所有管线集成在机器人固定底座 

多种工作站形式 

地轨式工作站 

龙门双机式工作站 

悬臂式工作站 

七轴悬臂 

八轴悬臂 

九轴悬臂 

悬臂式工作站-双机共轨倒挂 

悬臂式工作站-大悬臂双机共轨倒挂-桥梁 

悬臂式工作站—新7轴悬臂工作范围 

7轴悬臂12米地轨焊接范围图带线激光立体相机，一个面焊接

8轴悬臂机器人焊接范围

新9轴悬臂工作范围 

9轴悬臂12米地轨焊接范围图，带线激光立体相机，一个面焊接

免示教焊接解决方案 

• 全自主研发：核心算法全自主开发，不依赖外部供应商 
• 免示教编程：焊接姿态、寻位姿态、空移路径都由软件计算 
• 焊缝跟踪系统：前馈与反馈相结合，以达到更高的焊接精度 

操作简单免示教 

1：模型导入，自动提取分析焊缝，对接 Tekla、SolidWorks 等主流三维建模软件. 

2：自动排序（以机器人最短空行程距离），支持自动规划空移路径，兼具碰撞检测和奇异点规避。 

3：采用数字孪生技术，可实现软件中机器人与真实工作站中机器人的同步运动。 

4：自动生成焊枪姿态（焊枪角度）,支持自动计算焊接姿态和寻位姿态，并在软件界面中可视化显示。 

5：自定义的工艺，手动导入工艺模板库。 

6：远距离（大视距）高速扫描初定位，可实现模型自动匹配工件，自动识别工件A、B面和工件首尾。 

7：支持批量生成焊缝，可节省相似焊缝做刀路时间。 

8:   可单独设置每条焊缝的推拉角、前变刀距离和后变刀距离。 

9:   支持断点定位继续加工。支持自定义再起弧回退距离。 

10:  支持焊缝过焊孔位置打断和过焊孔位置连接。 

11：模型以外的障碍物可以在软件中手动添加，避免碰撞（例如：靠山或夹具）。 

12：相机自动手眼标定功能。 

13：带焊缝包角工艺。 

14：生产数据统计功能，支撑手机小程序远程查看。 

实时在线修改焊枪推拉角 

现场修改焊枪姿态（推拉角），基于模型修改，不需要示教器在现场智能操作平台上单独修改。 

无线示教器 

离线编程：基于工件和工作站场景模型，内置焊接工艺包快速设置焊缝，配合自动避障算法快速生成焊接路径。 

BAYKAL视觉传感器：抗干扰能力强（3D相机容易受自然光干扰）。 同一个相机具备大视距与小视距，大视距（750-1800mm）做粗定位，小视距（550-750mm）做精准定位寻位纠偏。 

粗定位 

精定位 

焊缝熔池监控 

数字孪生：离线与在线是同一个软件虚拟环境快速模拟焊接姿态 

• 利用数字孪生技术，在计算机中构建孪生焊接工作站。 
• 3D模型数据解析，焊缝自动提取 
• 工件模型焊接工艺调整 
• 路径避障 
• 模型分析与焊缝提取  
  利用CAD技术分析工件模型。 提取出模型中的焊缝特征 
• 多种类型寻位动作  
  可以自动生成：激光寻位、眼在手上3D相机寻位、触碰寻位等多种寻位动作轨迹 
• 基于工艺参数思路的路径生成 
• 用户根据实际焊接工艺要求设置焊枪姿态允许范围 软件根据场景和姿态要求自动计算机器人焊接轨迹 
• 避障空移路径  
  空移路径规划能够自动生成带避障功能的空移轨迹。 

工件在胎架上随意放置 

普通女工就能熟练操作设备 

最小间距 

焊接空间：狭小的焊接空间机器人焊枪不可达，或不能运动到良好的焊接姿态，以下是通过机器人示教方式模拟所需的焊接空间，最终以技术人员模拟工件加工为准。对于焊接位置作业时上部空间开放的工件 ，下图是使用日皓ARH11501W36°+100L 焊枪，适合机器人焊接的空间区域图，例如深度 200mm的工件，焊接宽度方向焊缝需要长度不小于 150mm，焊接长度方向焊缝需要宽度不小于 150mm。 深度 250mm的工件，焊接宽度方向焊缝需要长度不小于 250mm，焊接长度方向焊缝需要宽度不小于 200mm。 

间距过小有干涉或撞枪的姿态不生成焊接路径，会自动跳开。 

过焊孔接头工艺：  收弧压起弧 

批量生成相似焊缝，自动排序： 下图工件只需要编辑五条焊缝。 

模型与工件实际方向匹配（初定位） 

1、非对称工件，扫描明显特征点，不需要整根构件全部扫描完。 

2、扫描速度：600mm/s。 

3、当工件长度大于地轨长度，可以分两次或多次扫描移位焊接。 

4、宽度方向超出范围也可以分两次扫描焊接（例如：单边檩托板）。 

双机协同焊接 

连续焊接包角效果 

多层多道 

箱型柱坡口自适应  （正在试验阶段） 

1.人工坡口质量差，坡口角度不均匀。 

2.拼装中变形导致间隙不均匀 

3.焊点，电渣焊孔等位置需要调整焊枪位置和工艺 

自适应全熔透焊接（加背垫） 

扫描坡口（1次） 

层道规划；角度30，根部间隙4，板厚35mm

成型与剖面 

成型与剖面 

参数化建模（牛腿） 

• 针对常用牛腿 
• 软件自带参数化模型功能 
• 不依赖Tekla模型 
• 复杂牛腿依然可以从Tekla模型导入 
• 图形处理，Tekla图纸的立柱与牛腿模型不可拆分的，导入倍可离线软件内可以只保留牛腿删除立柱。 

参数

示意图

自定义焊接工艺库 

有16个工艺栏，可调用储存的工艺文件 

 焊接过程中不断弧调整 

1、焊缝中心点 

2、动态调整焊接参数

3、摆幅 

4、干伸长度  

地轨工作站——H型钢加工效率 

手机小程序生产报表 

可对接MES系统 

可以扫描工件二维码或输入工件图号（钢印号） 从服务器工件模型库搜索图纸文件下载到倍可离线智能平台，无需U盘导图。 

现场实际焊接案例