一种焊接接火系统及其施工方法与流程

本发明涉及焊接作业，尤其涉及一种焊接接火系统及其施工方法。

背景技术：

1、近年来，由于人们对自动化的追求和对机械臂的关注，机械臂的性能也在不断地提高，开始向着模块化、智能化、自主化发展，其结构更加简单，工作的复杂程度更高，需要人员的地方更少，完美体现了现代产业高效益的追求。

2、焊接过程的机械化和自动化，是近代焊接技术的一项重要发展。它不仅标志着更高的焊接生产效率和更好的焊接质量，而且还大大改善了生产劳动条件。利用机器来自动完成手工焊接的操作，可以提高数倍的生产效率，其中，手工焊接的操作可包括引燃电弧、送进焊条以维持一定的电弧长度、向前移动电弧和熄弧。在现有技术中，通常利用机械臂来完成自动焊接操作。

3、cn108857193a公开了一种防火星飞溅的焊接机械臂，包括：基座、旋转工件台、机械臂、驱动电机、传动齿轮箱、旋转链轮组和末端焊枪，基座一侧设置有旋转工作台，基座上端设置有机械臂，机械臂一端固定有末端焊枪；基座内设置有驱动电机和传动齿轮箱，基座与机械臂铰接处设置有旋转链轮组，传动齿轮箱一端连接有旋转链轮组；还公开了一种防火星飞溅的焊接机械臂工作方法。

4、cn109093304a公开了一种焊接机器人及具有该机器人的自动组焊系统，其中所涉及的焊接机器人包括机身、连接至所述机身的活动臂以及连接至所述活动臂的焊接机构，所述机身包括本体及相对所述本体高度可调的伸缩颈；所述活动臂包括依次连接的平移臂、第一转臂及第二转臂，所述平移臂前后朝向且沿其自身长度方向移动地设置于所述伸缩颈上，所述第一转臂绕第一横向轴转动地设置于所述平移臂的前端，所述第二转臂绕第二横向轴转动地设置于第一转臂远离所述平移臂的一端，所述焊接机构连接至第二转臂远离所述第一转臂的一端且具有用于焊接的焊枪。

5、cn113996983a公开了一种具有调整焊接角度的机械臂自动焊接设备，具体涉及自动焊接技术领域，包括固定底座，所述固定底座顶端设有转盘，所述转盘顶端固定设有支撑柱，所述支撑柱上设有第一调节机构，所述支撑柱一侧设有第二调节机构，所述第二调节机构上设有第三调节机构，所述第三调节机构底部设有第四调节机构，所述第四调节机构一侧设有第五调节机构。

6、cn220427271u公开了一种斜拉桥钢梁焊接施工辅助机械臂装置，包括：底座、机械臂、机械夹具和焊枪，机械臂包含第一机械臂、第二机械臂和第三机械臂；底座采用磁性吸盘的方式支撑装置；第二机械臂一端通过上下活动轴连接第一机械臂一端，第二机械臂的另一端通过上下活动轴连接第三机械臂一端；第一机械臂的另一端通过活动轴头与底座连接，用于第一机械臂多角度活动；第三机械臂的另一端通过活动轴头与机械夹具一端连接，用于机械夹具的多角度活动；机械夹具另一端连接焊枪，用于焊接操作。

7、但现有的焊接机械臂大多都仅适配于车间生产，难以应用于实际的施工现场中，尤其是对于高空焊接作业而言，如果由施工人员来进行高空焊接作业通常存在较高的安全隐患风险，而现有技术的自动焊接设备无法处理飞溅的火星和高温残渣，使得易燃物容易被飞溅出的火花和高温残渣引燃而引起火灾等重大灾害。因此，如何在推进实际的施工现场的焊接设备自动化的同时，保证焊接作业过程的安全性是本领域急需解决的技术问题。

8、此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

1、现有技术已经出现通过设置可调节的防护结构来解决焊接过程出现的飞溅问题的技术方案。例如，公开号为cn114700658a的专利文献公开了一种可调式焊枪防护罩装置、调节系统，包括焊枪本体，焊枪本体的端部铰接有多个沿焊枪本体的周向设置的固定护板，固定护板可伸缩的连接有调节护板，固定护板和调节护板为滤光板，固定护板与焊枪本体之间还连接有护板角度调节机构，护板角度调节机构用于调节固定护板与焊枪本体之间的夹角。该技术方案根据焊枪本体端部的光照强度、焊接角度和焊接电流自动控制调节护板的伸缩量和固定护板的张开角度，防止收到焊渣飞溅和烫伤，提高了焊接的安全性。该技术方案仅涉及通过对焊接源头的焊接参数来对防护罩的设置位置进行调整，但是焊接源头的焊接参数仅能够用于反映预期的飞溅程度，并不能直接反映实际的飞溅状态。因此，该技术方案无法根据实际的焊接飞溅情况对防护罩的设置位置进行调整，无法获得更稳定可靠的飞溅防护效果。此外，该技术方案中的防护罩结构需要整体进行防护角度的调整，无法根据具体的焊接位置及焊接状态独立地调整防护装置的各个具体部件，由此可能存在飞溅防护效果不全面的缺陷。

2、针对现有技术之不足，本发明提供了一种焊接接火系统及其施工方法，以解决上述至少部分技术问题。

3、本发明公开了一种焊接接火系统，其包括：焊接模块，用于执行焊接过程；接火模块，用于对焊接过程产生的飞溅物进行收集；中控模块，用于生成调控焊接模块和/或接火模块的控制信号。

4、焊接模块的作业单元包括工作部件和套设于工作部件外侧的安装部件，接火模块的阻挡部件活动连接于安装部件并能够以环绕工作部件的焊接头的方式设置，其中，中控模块能够驱动阻挡部件沿作业单元的中心轴线做往复运动，以使得阻挡部件被移动至飞溅物的飞溅路径上。

5、与现有技术不同的是，本发明的焊接接火系统能够在焊接模块执行焊接任务过程中，根据飞溅物的实际飞溅状态调整相应阻挡部件的移动位置。基于上述区别技术特征，本发明要解决的问题可以包括：如何根据焊接过程中飞溅物的实时变化调整调整阻挡部件的设置方式，以提高焊接过程中的飞溅防护的效果。具体地，实际的焊接过程中，由于焊接的具体进程以及焊接参数等的改变都将对飞溅过程产生影响，例如降低焊接电流和增大焊接压力能够减小焊接飞溅，但如果超出一定的数值就会出现虚焊的风险，并且随着焊接参数的改变，飞溅物的飞溅路径也将时刻发生变化。因此，仅依靠整体式调整的防护装置无法适应实际的焊接飞溅防护过程。相反地，本发明能够根据飞溅物的具体飞溅状态调整相应的阻挡部件的移动位置，以使得阻挡部件能够对飞溅过程进行防护，并同时通过焊接模块对飞溅物进行收集，进一步放置飞溅物散落造成的此生风险。此外，焊接过程中，随着焊接位置的改变，焊接模块的实际工作位置及工作姿态也将发生变化，进而导致焊接的飞溅过程也跟着发生变化，本发明根据实际飞溅物的飞溅轨迹调整阻挡部件的工作位置，能够克服上述焊接过程变化所导致的飞溅防护不及时或不全面的问题。本发明可尤其适用于高空焊接作业，这是因为：一方面，由施工人员进行高空焊接作业通常存在较高的安全隐患风险，例如坠落风险、电击风险、烟尘暴露风险、金属溅射风险等，而且除了直接执行焊接操作的焊工工种的施工人员之外，通常还需要再配备脚手架搭建员、吊篮操作员和/或安全监督员等其他工种的施工人员进行辅助，占用了大量的人力资源，而本发明的焊接接火系统可利用焊接模块进行自动焊接作业，既降低了利用人工进行施工的安全隐患风险，又减少了对人力资源的占用，使得施工资源可以被合理分配并最大化利用；另一方面，当前虽然也存在可进行自动焊接的焊接机器人，但不同于常规条件下的焊接作业，高空焊接作业产生的火花和高温残渣可能会飞溅至相对更远的区域，进而使得难以将相对更广的辐射范围内的全部易燃物都进行妥善的防护，尤其是对于桥梁施工等通常处于自然环境中的施工工地来说，周边可能存在森林等难以通过转移、遮盖等方式进行防护的易燃物，飞溅出的火花和高温残渣很有可能造成森林火灾等重大灾害，进而危及周边群众的人生财产安全并造成自然环境的破坏，而本发明的焊接接火系统可利用接火模块来阻挡火花和高温残渣的飞溅，将焊接过程产生的火花和高温残渣尽可能地收集起来，以降低灾害发生的概率。

6、根据一种优选实施方式，接火模块包括多个位于工作部件不同设置方位的阻挡部件，其中，各阻挡部件能够被独立驱动。

7、所有阻挡部件构成的环状结构在周向上趋近于封闭，以尽可能减少阻挡部件之间的缝隙宽度，同时又可以保证这些阻挡部件在调节时相对独立且互不干扰，以适应不同的施工场景。

8、根据一种优选实施方式，阻挡部件的末端设置有用于获取碰撞信息的碰撞采集单元，中控模块能够根据碰撞采集单元获取的碰撞信息驱动相应的阻挡部件沿中心轴线方向回缩预设距离。

9、与现有技术不同的是，本发明的中控模块能够根据阻挡部件碰触到动火点周边的施工实体时所采集的碰撞信息来调整阻挡部件的具体移动参数。基于上述区别技术特征，本发明要解决的问题可以包括：如何确定阻挡部件在焊接过程中的初始阻挡位置。具体地，由于焊接角度或施工实体所占据空间的不同，阻挡部件与施工实体之间的相对位置关系也不同。本发明首先在确定具体的施工实体焊接点之后，并以此为参考点分别调整不同阻挡部件沿中心轴线方向的回缩预设距离，从而使得各个设置方位的阻挡部件能够最大限度地靠近对应的施工实体，以提高阻挡率；同时，本发明通过在阻挡部件末端设置的碰撞采集单元来确定相应阻挡部件的前伸位置，以避免阻挡部件直接抵接在施工实体表面而对焊接模块的移动造成限制。如此设置可使得各个设置方位的阻挡部件能够最大限度地靠近对应的施工实体，以提高阻挡率，同时利用在阻挡部件的末端设置的碰撞采集单元来确定相应阻挡部件的前伸位置，以避免阻挡部件直接抵接在施工实体表面而对焊接模块的移动造成限制，尤其是当工作部件在焊接过程中进行移动和/或调整角度时，阻挡部件可根据相应的碰撞采集单元获取的实时碰撞信息而适应性调整其前伸位置。

10、根据一种优选实施方式，中控模块能够根据图像采集单元在焊接准备阶段获取的动火点及其周边的图像信息确定动火点的位置信息，以驱动焊接模块的传动单元带动作业单元向动火点移动，并确定作业单元的焊接路线和焊接参数。

11、根据一种优选实施方式，焊接模块的传动单元包括若干机械臂和回转台，其中，两个相邻的机械臂之间和/或机械臂与回转台之间能够通过铰接件活动连接。

12、优选地，作业单元可设置在第一回转台上，第一回转台通过第一铰接件连接于第一机械臂，第一机械臂通过第二铰接件连接于第二机械臂，第二机械臂通过第三铰接件连接于第二回转台，以使得传动单元可以完成多维度运动，从而保证作业单元可以被移动至中控模块指定的位置。

13、根据一种优选实施方式，中控模块能够根据图像采集单元在焊接执行阶段获取的与飞溅物相关的图像信息确定各时间属性下的图像信息中所对应的飞溅物的数量，以通过对比判断当前焊接状态，并确定焊接参数的调节方案。

14、中控模块可根据确定的焊接参数及预先录入的原始参数预估焊接过程的飞溅物的数量阈值，并可通过对比图像信息中的飞溅物的数量和该数量阈值来判断当前焊接状态，其中，预先录入的原始参数可包括但不限于环境参数(例如环境温度、湿度等)、施工参数(例如焊接材料等)。

15、根据一种优选实施方式，中控模块在确定焊接参数的调节方案时能够以减小作业单元的焊接角度的方式来减少飞溅物的产生，其中，作业单元的焊接角度被调节时，环绕于作业单元设置的阻挡部件能够被重新确定其前伸距离。

16、如此设置可以减少飞溅物的产生，并且中控模块在确定焊接参数时至少保证作业单元的焊接角度不超过20°。当作业单元响应于中控模块生成的控制信号而调节其焊接参数(尤其是焊接角度)时，环绕在作业单元的工作部件外侧的阻挡部件可以先全部回缩第一预设距离，再重新沿中心轴线方向前伸，直至与施工实体抵接或前伸至最大距离，并可在抵接至施工实体后回缩第二预设距离，以重置焊接作业的初始化。

17、根据一种优选实施方式，中控模块能够根据图像采集单元在焊接执行阶段获取的与飞溅物相关的图像信息确定选取的特征飞溅物的飞溅趋势，以预估各设置方位的阻挡部件所将收集的飞溅物的量，进而确定换热部件为各阻挡部件内的换热管路分配换热介质的换热方案。

18、与现有技术不同的是，本发明的中控模块能够在焊接过程中根据预估的飞溅物在阻挡部件上的收集参数确定各阻挡部件的换热方案。基于上述区别技术特征，本发明要解决的问题可以包括：如何降低飞溅物在阻挡部件上的热量积聚，以提高阻挡部件的使用寿命。具体地，中控模块可以根据特征飞溅物的飞溅趋势以及飞溅物的数量来预估各设置方位的阻挡部件所将收集的飞溅物的量，并根据不同阻挡部件所将收集的飞溅物的量确定换热部件的换热方案，其中，换热部件可响应于中控模块确定的换热方案为各阻挡部件内的换热管路分配相应的换热介质，以使得各阻挡部件的内侧表面可以维持在预设的温度范围内。优选地，换热部件为各阻挡部件内的换热管路分配的换热介质的量还受阻挡部件的前伸距离的影响，其中，中控模块可以获取各阻挡部件的前伸距离以确定各阻挡部件的收集面积，并可根据各阻挡部件的收集面积的差异为各阻挡部件内的换热管路分配相应的折算系数，使得换热部件在响应于中控模块确定的换热方案而为各阻挡部件内的换热管路分配相应的换热介质时，可以引入折算系数，以得到更适配于当前情况的换热介质分配方案。优选地，竖直方向上处于最低处的阻挡部件始终以高于其他阻挡部件的换热效率的方式为换热管路分配相应的换热介质，从而确保因重力产生堆积的飞溅物能够及时降温。竖直方向上处于最低处的阻挡部件并非属于特定的阻挡部件，该阻挡部件能够随着焊接过程的变化发生改变。

19、根据一种优选实施方式，中控模块能够根据温度采集单元获取的各阻挡部件的内侧表面的温度信息生成各阻挡部件的内侧表面的实时温度分布情况，使得在各阻挡部件的内侧表面上的任一点位的温度出现激增时，中控模块判断存在飞溅物落在该点位上，并根据收集的各阻挡部件的内侧表面上的点位信息来验证预估的各设置方位的阻挡部件所将收集的飞溅物的量的准确性。

20、与现有技术不同的是，本发明的中控模块能够根据温度采集单元获取的各阻挡部件的内侧表面的实时温度激增变化的点位信息来预估收集的飞溅物的量。基于上述区别技术特征，本发明要解决的问题可以包括：如何根据各阻挡部件内侧表面的温度变化信息确定具体的飞溅物收集量，以验证预估飞溅物收集量的准确性。具体地，当中控模块判断其预估的准确性低于设定的阈值时，可以根据温度采集单元获取的温度信息对换热方案进行调节。如此设置可避免图像采集单元获取的图像信息因遮挡、碰撞、角度等因素对飞溅物的飞溅趋势造成误判，进而影响换热介质的分配方案的情况，本发明利用温度采集单元获取的温度信息对图像采集单元获取的图像信息进行验证，使得中控模块生成的换热方案符合当前的换热需求。

21、本发明还公开了一种焊接接火系统的施工方法，其包括：

22、利用图像采集单元获取动火点及其周边的图像信息，以确定动火点的位置信息；

23、驱动焊接模块的传动单元带动作业单元向动火点移动，并确定作业单元的焊接路线和焊接参数；

24、作业单元按照焊接路线和焊接参数执行焊接操作；

25、利用图像采集单元获取与飞溅物相关的图像信息，以判断当前焊接状态，并确定焊接参数的调节方案；

26、根据图像采集单元获取的与飞溅物相关的图像信息确定选取的特征飞溅物的飞溅趋势，以预估各设置方位的阻挡部件所将收集的飞溅物的量，进而确定换热部件为各阻挡部件内的换热管路分配换热介质的换热方案。