筒体内壁管管相贯线焊缝是管道插接焊缝的一种表现形式,广泛存在于锅炉行业,一般由一个大直径筒体和多个小直径支管组成。管管相贯线焊缝本身为空间环焊缝,是一种焊缝识别困难,焊枪姿态需要不断调整的焊缝形式,再加上焊接环境为筒体内壁,空间狭小,焊接工件为多个不同直径,不同插接方式的支管,焊缝多变,以至于目前自动化水平极低,基本依靠焊接工人手动焊接。如上所述,提高筒体内壁管管相贯线焊接的自动化水平的关键问题可以提炼为:如何在筒体内壁自动识别多个不同插接方式的相贯线焊缝的空间位置。本文深入研究筒体内壁管管相贯线焊接任务的特点,创新设计了一种用于识别相贯线焊缝空间位置的传感器,并对基于传感器的焊缝相关数学模型进行了研究,经过证明有效解决了管管相贯线焊缝位置识别困难,识别精度和识别效率低下的关键性问题,具体研究内容如下:1)设计了一种适用于筒体内壁管管相贯线焊缝空间位置识别的传感器分析筒体内壁管管相贯线焊缝形状和特点的,创新提出了一种“曲线重建”方法,设计了管管相贯线焊缝位置识别传感器的整体结构,并以焊缝位置识别传感器为核心,设计一整套能完成一键焊接功能的焊接设备。2)建立基于焊缝位置识别传感器的相关数学模型以焊缝位置识别传感器采集的角度数据为已知条件,建立了求解管管相贯线焊缝空间坐标方程的数学模型,并推导出焊缝特征矩阵与焊枪姿态矩阵,同时分析自设计焊接设备的具体结构,求解其运动学正解与运动学逆解方程,最后利用matlab对上述模型方程进行仿真验证,为后续自动化焊接系统开发提供理论依据。3)设计机器人自动焊接控制系统,阐述了系统组成与运行流程。以管管相贯线焊缝位置识别传感器为核心,自设计焊接设备为执行机构,设计了控制系统的软硬件结构,根据逆运动学结合传感器相关数学模型,并利用Lab VIEW+Matlab+数据采集卡+运动控制卡+工业相机,设计了带实时图像监控的上位机软件,目的为实现筒体内壁管管相贯线焊缝的一键焊接和过程可视化。4)通过进行筒体内壁管管相贯线焊缝的焊接试验来验证系统采购实验所需零部件,搭建管管相贯线焊缝的焊接试验平台,实验结果表明本文所述传感器对管管相贯线焊缝的识别具有高效率,高精度的特点,自动焊接控制系统安全可靠。