随着国家“一带一路”战略实施,多式联运行业获得快速发展。折叠箱是多式联运中的重要装备,而大梁焊接是折叠箱制造的关键步骤。大梁的焊接结构主要由空间多位置复杂焊缝组成,焊缝轨迹上有流水槽、工艺板、辅助板、孔洞等随机障碍物,使得工件具有焊缝轨迹多变性、结构多元化等特点,并且大梁自身存在较大的挠度,通过传统的机器人示教等方法进行折叠箱大梁自动焊接的效率极低。现场作业环境恶劣,空间焊缝轨迹复杂,加工装配精度低,给焊接质量和生产效率的稳定性控制造成极大困难。因此需要研究出折叠箱大梁自动焊接系统以及成套设备,实现折叠箱大梁复杂轨迹焊缝的自动跟踪焊接,提高焊接生产效率和质量,降低人力成本,满足企业生产需求,促进焊接产业改革升级。1、针对焊接前自动下枪问题,采取了基于视觉和焊丝触觉融合传感的起始点定位方法。通过建立激光扫描位移传感器的二维坐标系,利用激光传感器获取焊缝位置进行第一次定位,然后将焊丝触觉辅助修正焊丝变形偏差进行二次定位,该方法能适应正常范围内焊丝长度变化和焊丝倾斜变化的焊接起始点定位,且方法简单,实用性强。并且设计了一种具有很大测量自由度的激光扫描位移传感器,该传感器本质上是在激光位移传感器的前部加入转镜装置设计而成,使得该激光传感系统具有了二维的测量能力,增大了可测范围且易于操控。提出了一种焊丝触觉系统。该系统利用触觉的方式探索焊丝末端与焊缝的相对位置关系,进行辅助修正由焊丝变形引起的偏差。试验结果表明:研发的激光扫描位移传感器结合焊丝触觉传感系统能准确的实现焊接起始点的定位。2、针对复杂空间断续焊缝轨迹识别问题,研究了基于激光扫描位移传感的焊缝轨迹识别方法,用于空间断续焊缝跳焊的焊枪自动导引。研制了一种测量角度自适应的激光扫描位移传感系统以检测复杂结构的角点特征,该传感器基于点激光式光学三角测量和转镜结合的光学设计,可实现在保持传感器物理安装位置和姿态的情况下改变测量角度,以适应不同产品类型和复杂工况下的工件焊缝角点检测。提出了一种基于欧式距离判别的焊缝轨迹识别算法,准确地对复杂箱型梁结构中常见的四种典型空间轨迹的进行分类,该算法通过构建焊缝轨迹的特征三角形来提取形状特征,再采用离散傅里叶分析对形状特征集合进行处理,求解出用于描述形状的特征向量,最后根据测试样本的特征向量与类匹配库的欧式距离判别样本所属类。基于此方法引导焊枪自动完成“焊接-熄弧-避障-引弧-焊接”,大幅提升了复杂箱型梁构件的焊接制造效率和质量稳定性。3、研究了大型箱型梁高速GMAW焊三维位姿快速估计方法以及摆动电弧焊缝跟踪算法。通过点云快速分割得出大型箱型梁焊缝的立板平面和平板平面进而解算出焊缝位姿信息,进行了位姿信息估计实验,在高焊速下,实现焊缝位姿识别的低误差,并且增强了大型箱型梁自动焊接对定位焊缝、装配精度低等复杂工况的鲁棒性。建立了摆动电弧的观测方程和状态方程,利用粒子滤波算法对焊接电信号进行处理,同时采用单边积分比较法得到偏差值,进行了焊缝跟踪对照实验,结果表明:采用基于模糊PID控制的粒子滤波算法用于偏差信号处理能提高焊缝跟踪的精度。4、研究了基于摆动电弧高速GMAW角焊缝自动焊熔滴过渡规律。进行了摆动电弧角焊缝自动跟踪焊接实验,研究了不同焊接工艺、摆动参数对熔滴过渡的影响。采用工业高速摄像技术成功观测了摆动电弧高速自动角焊的熔滴过渡过程,结合焊接参数分析系统和摆动电弧焊缝跟踪系统,揭示了基于摆动电弧跟踪的角焊缝GMAW自动焊的熔滴过渡特性,并且分析了焊丝末端到工件的最小距离与熔滴过渡的联系,推导出用来定性描述熔滴过渡与焊丝末端到工件最小距离的联系方程,结果表明:熔滴过渡频率的变化趋势与焊丝末端到工件的最小距离的变化趋势相反。有助于确定合适的工艺参数,同时估计自动焊接过程中焊枪位姿的实时空间位置信息。在集装箱制造厂装配多台摆动电弧自动跟踪焊接设备,进行了大梁自动化焊接试验,试验结果达到客户的质量要求。最后,根据现场生产环境条件,设计并开发出两条折叠箱大梁自动焊接生产线。