导  言

　　管道开孔切割及对接焊缝焊接的工作站系统是一种圆管、矩形管自动切割的自动焊接工作站，主要适用于圆管管件、矩形管管件的开孔、切割和管道对接焊缝，可完成在圆管或矩形管上连续变角度坡口开孔切割任务，以及实现管件与管件、管件与法兰的自动与半自动焊接。

　　目前，管道开孔切割及对接焊缝焊接工作站的管件安装采用人工手动测量来调节管件水平度和垂直度，及管件和变位机的同心度，在切割和焊接过程中手工调节焊枪高度来适应长管件在旋转过程中产生的扰动和跳动。人工手动测量调节管件水平度、垂直度和同心度，效率低、调整时间长，导致焊接切割准备工作时间远大于切割焊接加工时间；同时在焊接过程中，通过人工目测跟踪调整枪嘴和工件的位置，容易出现滞后和误差，稳定性差；长管件在旋转过程中产生的扰动和跳动影响切割和焊接质量，成形效果不可控。针对上述问题设计了管件测量系统。该系统通过测量工件参数，实现工作站系统对管件的自动找水平、自动寻找管件中心位置的功能，减少了切割、焊接的准备时间，提高切割、焊接成形效果，减轻工人的劳动强度，提高了生产效率。

系统设计

　　该工作站的圆管管件切割类型包括圆管开孔和管端切割。圆管开孔包括开圆孔、矩形孔等。管端切割包括平切管端、相贯线管端、带槽管端、双插管端及三插管端等。矩形管管件切割类型包括圆管开孔和管端切割。矩形管开孔包括开圆孔、矩形孔等。矩形管管端切割包括平切管端、倒角管端、复合管端等。焊接类型为管道与管道、管道与法兰等对接焊缝的焊接。

　　工作站系统由集中控制的单体设备组成，包括可移动操作机、升降回转式变位机、全自动焊接（切割）机头、焊接（切割）系统（焊接电源、焊枪、等离子切割器等）、托辊等。可移动操作机用于实现设备的三轴运动，包括横臂升降、伸缩和机架行走。焊接（切割）机头不仅能够电动调节激光传感器的照射角度，还能实现机头的左右和上下运动。机头上配备多功能摆动器，实现焊枪的连续钟摆或直摆运动。机头上带有工件径向机械随动跟踪装置，使焊接过程更加稳定，焊接操作更加简便。升降回转式变位机的卡盘中空，主要用于夹持、固定和旋转工件。

　　管道开孔切割及对接焊缝焊接的工作站系统实体如图1所示。

详解：管道开孔切割及对接焊缝焊接的工作站测量系统设计-重庆市大足区源源管道设备有限公司

　　工作站系统的控制方案如图2所示，采用自主研发的五轴联动数控系统，配备工业级工控机、工业液晶显示器和独立式运动控制器（见图3），在上位机显示3D图形及仿真切割路径。操作台和无线遥控器向控制器发送要执行动作的指令。工业电脑和控制器通过程序计算向切割设备、焊接设备、操作机、变位机等下位机发送动作指令。

详解：管道开孔切割及对接焊缝焊接的工作站测量系统设计-重庆市大足区源源管道设备有限公司

检测功能的设计及实现

　　焊接工作站系统的测量装置主要是应对在切割和焊接加工时出现的问题，如：管件的椭圆度、加工精度、工件夹持的水平度和同心度、旋转中的扰动和跳动等对切割和焊接的影响，节省了人工调校管件水平度和同心度的时间，提高安装准备工作效率，消除在旋转过程中管件的扰动和跳动对切割和焊接质量的不利影响。

焊接工作站系统采用激光位移传感器作为检测装置。通过操作架的动作和变位机的旋转使传感器和工件处于不同的相对姿态，激光位移传感器测量工件不同姿态的高度，从而计算出工件的对应参数，如：圆管的直径、周长、变位机带动工件旋转的跳动度、自动寻找圆管的中心位置；矩形管的宽、高、圆角半径、自动找水平、自动寻找矩形管的中心位置。传感器测量工件的实物如图4所示。

详解：管道开孔切割及对接焊缝焊接的工作站测量系统设计-重庆市大足区源源管道设备有限公司

2.1　圆管测量

　　圆管测量原理如图5所示。操作架头部安装的激光传感器测量装置可完成以下工作：测量变位机夹持圆管的管径；圆管的水平斜度，即割枪从B点走到C点后z轴方向的偏差；圆管中心线与操作架底座在y方向的平行度，即x轴方向的偏差；B、C点x、z轴中心值。

详解：管道开孔切割及对接焊缝焊接的工作站测量系统设计-重庆市大足区源源管道设备有限公司

2.2　矩形管测量

操作架头部安装的激光传感器测量装置完成以下工作：测量变位机夹持矩形管的宽度、高度和圆角半径；矩形管的水平斜度，即割枪从B点走到C点后z轴方向的偏差；矩形管中心线与操作架底座在y方向的平行度，即x轴方向的偏差；B、C点x、z轴中心值。