建筑钢结构埋件机器人智能下料与焊接技术研究

建筑钢结构埋件机器人智能下料与焊接技术研究

陈战雷 崔传栋

山东金驰建设有限公司 山东 淄博 255100

摘要：在建筑工程中，钢结构的应用十分广泛。在钢结构制造行业中,钢结构预埋件是一种批量大、结构形式单一的产品,目前行业内基本上依靠传统的人工方式进行生产制作,传统工艺存在下料、装配精度差,加工表面质量低,加工效率低等诸多缺点。文中首先分析建筑钢结构优势，其次探讨钢结构预埋件精准高效装配技术，最后就钢结构埋件机器人智能焊接技术进行研究，以提高制作厂埋件加工的质量和效率。

关键词：建筑钢结构;预埋件;机器人;智能加工

引言

对于传统的钢结构设计来说，其主体结构通常有着固定的形式，但由于产品的工作场景、设计要求的不同，各处零件的相关尺寸，比如厚度、长度、材质与零件间的相对位置等参数会发生变化，对于设计人员来说，大部分时间是在依照模板重复地更改具体的尺寸以实现钢结构构件的设计。为了提高对应设计人员的工作效率，对于这种工件，便可采取参数化设计，通过输入关键的参数便可实现对工件模型的快速绘制。

1建筑钢结构优势分析

（1）钢结构建筑的性能比较好，结构的性能提升较为明显，与其他建筑结构对比优势明显。按照目前钢结构设计的要求，截面尺寸减小明显，扩大内部空间，利用率全面提高。（2）钢结构以钢材作为主要材料，自重较小，抗震能力比较强，投入使用后多种条件都能达到使用的要求。（3）钢材具备较高的重复利用率，制造的环节不会造成严重的环境污染问题，且拆除后依然能回收利用，符合节能要求。

2钢结构预埋件精准高效装配技术

2.1埋件孔位高效成型技术

针对厚度在25mm以下的埋件板,采用公司自行改造的钢板加工中心设备进行制孔。在专业套料软件上对需要下料的埋件板进行预排并编制下料程序,提高材料利用率。然后将程序传送至钢板加工中心,根据下料程序,实现板材自动钻孔、扩孔等系列动作。钻孔完成后,用等离子切割机进行埋件板切割分离。

2.2焊接结构

若要调整和转变钢结构件，施工人员应采取有效措施严格把控钢结构焊接与实心螺栓连接的效果。因此，在焊接施工中，为确保焊缝的质量，应结合焊接的方式明确焊接的流程，从而加强钢结构外观及内部应力的管理力度，同时也可及时组织平面连接准备控制等各项工作内容。此外，基于对称原则，规范开展工程建设。连接螺栓时，应高度重视大坡口连接，以杠杆的高度为高标准，从而充分保证连接的整体效果。为确保焊缝强度符合工程施工规范要求，则应提前设临时螺栓，从而确保其和焊缝彼此协调，稳定连接，最大限度减少工程施工质量不佳引发的风险和事故。

2.3对预埋件、锚栓偏位质量缺陷的纠偏处理方法

施工中引起预埋施工质量缺陷的问题较多，常见的有：钢支座预埋件预埋、锚栓安装过程中出现了预埋件和锚栓预埋标高高于或低于设计标高；预埋件或锚栓质量缺陷严重，导致预埋件和锚栓不能正常使用，并且严重影响建筑主体结构承载力；施工出现问题后施工方瞒报擅自处理；施工方施工工艺、技术不规范的行为。常见的不规范施工情况有：预埋件任意位置随意割断、采用气割扩孔。不规范施工工艺有：未经验证将返工后缺陷板材使用；预埋件下方出现空鼓部位时，未经工艺可行性研究采用灌注水泥浆的办法进行处理等不规范施工工艺。这些不规范施工工艺采取的措施不仅未解决已有的问题反而将问题潜在的危害给掩盖且影响后续预埋件、钢结构的安装质量，极大可能造成更加严重的施工安全质量隐患。因此，当发现存在以上情况时，应对钢支座预埋件、锚栓位置偏差的质量问题予以高度重视。同时做好纠偏工作，严格执行纠偏处理措施：①对尺寸、构件质量要反复进行仔细检验复核，并按照设计文件及相关规范要求，对轴线、标高等进行全面复核测量，并记录测量复核结果；如存在有位移偏差较大或影响后期安装的情况，应对预埋件实测实量的数据进行整理汇总，并由施工单位组织技术专家研究探讨，出具相关的整改方案，报建设单位及设计单位复核验算合格后实施整改。②对预埋件预埋偏差过大以至于支座过渡钢板不能正确安装，可以考虑在支座部位四侧进行焊接。使用与预埋板相同材质和厚度的钢板与之焊接。钢板应提前进行预处理，应提前计算与焊缝搭接时角度并打好坡口。焊接过程中要严格把控焊接质量，焊缝强度并达到设计要求。③对已施工完成的锚栓或预埋板偏差过大，后期安装完全不能满足安装条件时可采用植筋的方式进行解决。④对由锚栓固定连接构件，若锚栓属于因弯折偏差过大的情况，后期可将锚栓四周的混凝土局部进行凿除，采用热处理的方式矫正锚栓。⑤对施工工艺不规范，提前组织进行工艺可行性评定，将评定结论以及验算成果报设计单位及建设单位评审复核通过后采取改施工工艺。

2.4参数化设计

参数化设计最主要的就是对参数的处理，而参数主要有客户的需求、参考设计标准、经验参数、计算生成参数与装配参数这五种来源，对于参数化设计来说，引入参数的数量与零件外观的复杂程度呈现正相关。在特定情况下，可以借助零件尺寸间的逻辑关系简化需要输入的参数。

2.5焊接工艺施工参数确定

焊接为钢结构施工的重要工序，也是主要的连接方法，保证结构的整体性符合工程的标准。根据钢结构的材质以及现场环境选择合适的焊接作业方式，并且重视参数的检查，符合焊接工艺标准的规定。

3钢结构埋件机器人智能焊接技术

3.1埋件孔位智能感知识别技术

开发以激光为光源的结构光视觉测量系统,即采用基于激光测距三维成像技术的脉冲式激光测距模块单位能够获得测量目标的距离、水平角度、俯仰角、表面特性等多维信息。该方法具有测量速度快、测量范围大、测量装置容易实现、成本低等优点。扫描方式为面阵扫描,一次扫描可以同时获取多个像素点的空间位置信息。通过二值化、去噪、边缘检测技术进行图像处理,再利用Hough变换提取出图像中的轮廓形状特征,结合前端录入的埋件规格信息,即可实现三维模型深度图像重构拟合,形成塞焊坡口模型,实现埋件孔位置、轮廓定。

3.2在离线编程时引入多种焊缝追踪技术

现有的示教在线焊接机器人通常在识别前需要预设识别的焊缝类型，比如对接焊缝与内角焊缝等，不同的焊缝类型所对应的识别算法也各有不同。可应用模板匹配技术，针对焊缝类型、焊接时环境噪声的干扰程度等选用不同的算法，从而进一步地优化整体的焊接算法。

3.3焊接工艺施工参数确定

焊接为钢结构施工的重要工序，也是主要的连接方法，保证结构的整体性符合工程的标准。根据钢结构的材质以及现场环境选择合适的焊接作业方式，并且重视参数的检查，符合焊接工艺标准的规定。

3.4实现离线编程的智能化

离线编程的智能化则是要求在编程时计算机能够更加清晰地理解焊件、机械臂在空间中的相对关系，并且能够通过经验自行理解焊件的轮廓，再加以人工选定目标焊缝，从而智能地优化焊接路径，以更高的移动速度、使用更好的姿态进行焊接，从而进一步地提高生产效率以及焊缝强度。

结语

随着钢结构建筑在建筑行业中的比例不断提高,埋件的需求量也将不断增加。文中通过对钢结构埋件在下料、装配、焊接等环节的研究,实现钢结构埋件在加工环节的自动化、智能化,对于提升建筑工业化水平,提升埋件加工质量和效率,具有重要意义,可推广至其他类似结构的加工,具有良好的经济、社会效益。

参考文献

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