RBS-SPI技术，全称超高层装配式钢结构工业化体系，是广州荣博盛建筑结构所（RBS）在大量超高层设计经验的基础上，历经9年的创新和积累，自主研发的一套高层钢结构工业化设计与施工一体化方法。
RBS-SPI发展历史
RBS是建筑施工领域唯一一家推广自动化焊接技术的合作伙伴。
并共同成立了RBS&BOT超高层及空间复杂钢结构自动焊接应用技术合作中心。
建筑行业升级、智能制造是焊接机器人蓬勃发展的背景
近年来，国家出台一系列政策推动建筑工业化、数字化、智能化升级。
“十四五”规划提出全面推动高质量发展，转变为高质量、高效率、高效益、高附加值的现代产业体系。
住房城乡建设部等部门印发《关于加快推进新型建筑工业化发展的若干意见》《关于推动智能建造与建筑工业化协调发展的指导意见》，提出建筑业向低消耗、低排放、高效率、高质量方向发展，大力发展装配式建筑，推动建筑工业化升级，积极推广建筑机器人应用，促进建筑领域节能减排，全面提升住宅品质。
山东省出台了《关于推进建筑垃圾减量工作的实施意见（征求意见稿）》明确提出新建公共建筑原则上应当采用钢结构，这是我国历史上对建筑钢结构行业最大的政策扶持。
2020年，习近平主席在联合国大会上提出，我国力争2030年前二氧化碳排放达到峰值，2060年前实现“碳中和”。这是对我国未来经济社会发展具有重大影响的战略。在迈向这一目标的过程中，建筑业的作用至关重要。
国家一系列政策文件涉及建筑业升级
作为建筑工业化发展的重要方向之一，钢结构工厂化加工已大量采用大型焊接机器人，逐步实现工厂化加工的智能化升级。但由于建筑领域钢结构施工现场节奏快、人员流动大、现场环境复杂，智能焊接机器人在施工现场的普及仍极具挑战性。
传统现场轨道式焊接机器人推广难度大
建筑施工领域复杂钢结构现场焊接焊接机器人
SPI体系四大主要技术为：设计工业可行、易于生产的标准化构件；将结构离散化，方便加工和吊装；根据SPI现场施工工艺设计快装节点，提高吊装效率；现场关键焊缝采用BOT-RBS定制焊机，保证质量和效率。
以往超高层建筑施工现场需要搭建大量脚手架，面对板材厚、焊缝长、工艺要求高的一级全焊透焊缝，现场工人需要长时间忍受飞溅的火花和强烈的电弧，目不转睛地盯着焊缝，小心翼翼地操作，劳动强度太大。
为提高关键焊缝的施工效率和合格率，减轻现场焊工的劳动强度，研发了无轨、无导向、全位置、自适应、定制化的现场施工BOT-RBS一体机。
超高层钢结构项目BOT-RBS定制机焊接试验视频
现场组件焊接测试
SPI系统现场核心筒焊接相当于一个高、宽超过20米的大型构件，内外壁均做对称焊缝。因此，现场对厚度45mm的竖向构件水平对接焊缝、厚度14mm的竖向和水平焊缝进行了实物试验和焊缝探伤。
焊接机器人动画
无轨全位置爬行焊接机器人技术特点
为了根据现场特点实现自动化焊接，本文介绍了车身机械结构、光学视觉传感器的结构设计及图像处理方法、焊缝跟踪控制方法、焊枪高度调节控制方法及工艺流程：
01
车身机械结构
针对施工现场人员流动大、施工层数变换频繁的特点，焊接机器人重量需控制在合理范围内，以便一名工人即可举起。焊接机器人结构设计不断迭代，重量约25kg，负载≥60kg，可实现90°垂直向上、垂直向下及水平爬行焊接。
l 行走系统采用履带磁力行走系统，在构件上行走无需履带磁吸，在构件上行走无需履带磁吸。
履带表面涂覆耐高温耐磨涂层钢结构现场焊接，履带加热至150℃时仍能满足行走安全要求。
车体结构采用曲面自粘球铰轮廓定位，车架高度可在有限范围内浮动，并能适应部件的曲面、球面、板状错位。
爬行机结构在三维表面爬行
02
光学视觉传感技术
激光跟踪传感是一种主动结构光视觉传感技术，利用线结构光原理获取凹槽间隙、顶部宽度、深度等物理数据。
激光传感器最高可以达到的跟踪精度为±0.05mm，完全可以满足焊接工作的需要。
激光视觉跟踪传感器原理
03
焊缝跟踪控制
l 现场厚板需进行多层多道焊，焊接底漆工序完成后，焊缝底部变得凹凸不平，没有规律性的变化。
l 焊接机器人焊缝跟踪算法激光跟踪传感器采用多种算法同时耦合焊缝拐点，提高焊缝拐点识别的准确性。
焊接电弧光、溅渣反射光等会干扰激光条纹图像中的提取效果，导致图像中出现噪声或断点。通过焊缝激光线轮廓去噪技术、缺失焊缝激光线形状插值处理技术、焊缝激光线伪特征转折点消除技术、特征点精度判断机制、数据二次处理技术等图像算法，提高跟踪算法的鲁棒性。
原始激光条纹图像
算法识别优化的激光条纹图像
04
焊缝跟踪控制系统
激光传感器负责实时采集焊缝坡口信息并传输给工控机，通过焊缝跟踪智能系统，引导车体移动、转向，始终让爬行器跟踪焊缝中点及焊枪焊接速度。
05
割炬高度调节控制
焊枪摆动系统采用十字滑块机构，实现焊枪在焊接高度方向及左右方向的自主摆动，自主摆动由一套精确的控制系统和算法完成，为实现高精度自动化焊接提供技术支持。
控制焊接速度、保持熔池水平稳定的高度、控制稳定的焊接电流、电压是焊接成形的重要保证。
信号采集的准确性会受到焊接电源、焊接环境、系统电源等干扰的影响，严重时难以反映弧长的变化，需要经过硬件和软件滤波后才能使用。
软硬件滤波前后效果图
06
专家知识库
在焊接过程中，专家知识库中的数据对控制系统起着重要的调控作用，专家数据库由行业收集的标准焊接工艺数据和日常焊接工艺开发中收集的工艺数据组成。
在设备研发阶段，分别对具有和不具有自动焊枪高度调节功能的系统进行了试验，并在焊接后对试板进行了探伤检测。
焊接试板探伤结果
未配备自动调枪功能的设备在焊接至试板定位点时容易产生未熔缺陷，焊接飞溅明显增加。配备自动调枪功能的设备未熔缺陷明显改善，焊接飞溅减少。可见，自动调枪功能能适应产量波动，稳定焊接工艺，可大幅提高工件焊接一次合格率。
焊接质量堪比黄金
焊接机器人在石油、军工、市政等各个领域逐渐得到推广应用，焊缝质量是各方关注的焦点，机器人焊接技术每一次都完美地通过了严格的焊接工艺试验的考验。
01
合肥工艺试验
45mm板厚横焊缝一次性成型外观质量
32mm厚立焊缝一次性成型外观品质
80mm厚横焊缝一次性成型外观质量
圆管焊接外观质量
02
现场焊接试验
某超高层工程现场焊接试验
焊工只需监视和操作设备前进后退，无需进一步调整，焊工更多的起到了监督的作用，大大减轻了现场全熔透一级对接焊的劳动强度。经无损检测，自动焊接机器人焊接厚板一级全熔透焊缝合格率为100%。
项目现场焊接试验探伤报告
03
实际工程中焊接质量检测结果
其中湛江中石化中科焊接项目，进行压力容器焊接，18座储罐、60万英寸管道钢结构现场焊接，共计约1万米焊缝，所有监督点及委托第三方的RT检测合格率达98%。
油箱焊接现场照片
储罐纵缝焊接无轨全位置爬行焊接机器人
储罐环缝焊接无轨全位置爬行焊接机器人
综上所述
超高层现场厚板已在工程中进行了现场试验验证，BOT-RBS定制机具有无轨、无导向、全位置、自适应、高智能、质量稳定等特点，完全可以满足SPI体系钢结构竖向构件对接焊缝的质量要求！是未来超高层智能化建设的方向！
本文为系列报道之一，未来我们将进一步介绍无轨、无导向、全位置、自适应现场施工自动焊接机器人（BOT-RBS定制机）在超高层钢结构项目中的应用，敬请期待。
联系我们
