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CN112317981B - 一种基于工业焊接机器人的多层多道焊接方法 - Google Patents

一种基于工业焊接机器人的多层多道焊接方法 Download PDF

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CN112317981B
CN112317981B CN202011146176.XA CN202011146176A CN112317981B CN 112317981 B CN112317981 B CN 112317981B CN 202011146176 A CN202011146176 A CN 202011146176A CN 112317981 B CN112317981 B CN 112317981B
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CN
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welding
path
seam
axis
coordinate system
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黄贵良
袁凯
朱路生
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Chengdu Kanop Robot Technology Co ltd
Original Assignee
Chengdu Kanop Robot Technology Co ltd
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于工业焊接机器人的多层多道焊接方法，包括获取焊缝信息；计算直线焊缝的笛卡尔坐标系，计算曲线焊缝的笛卡尔坐标系，在多层多道焊接工艺系统中为直线焊缝和曲线焊缝的每一道焊接路径设置左右偏移量和高度偏移量，多层多道焊接工艺系统将编程好的每一道焊接路径信息传输给工业焊接机器人，工业焊接机器人对直线焊缝和曲线焊缝的每一道焊接路径进行施焊。本发明仅通过一次编程即可实现工业焊接机器人对所有道焊接进行施焊，相较于现有技术中每完成一道焊接，然后计算计偏移量后再进行下一道的编程，极大的提高了编程效率，节约了人工时间成本，且降低了多层多道焊的使用难度和门槛。

Description

一种基于工业焊接机器人的多层多道焊接方法
技术领域
本发明涉及工业焊接机器人焊接方法技术领域，尤其涉及一种基于工业焊接机器人的多层多道焊接方法。
背景技术
在工业焊接机器人应用于中厚板工件的焊接中，当遇见焊缝较宽的情况时，经常会出现对同一焊缝的多层焊方式，多层焊包括多层单道焊和多层多道焊，如图1所示，图a为多层单道焊，图b为多层多道焊。现有的工业焊接机器人针对多层多道焊时，是由人工进行反复的示教和编程，每一焊完一道路径后都需要编程下一道路径的位置和焊接参数，自动化程度低且人工操作时间较长。
发明内容
本发明提供了一种基于工业焊接机器人的多层多道焊接方法，以解决现有技术中工业焊接机器人针对多层多道焊时，是由人工进行反复的示教和编程，每一焊完一道路径后都需要编程下一道路径的位置和焊接参数，自动化程度低且人工操作时间较长的问题。
本发明采用的技术方案是：一种基于工业焊接机器人的多层多道焊接方法，包括如下步骤：
步骤1：获取焊缝信息，所述焊缝信息包括直线焊缝和曲线焊缝；
步骤2：计算直线焊缝所在直线AB的笛卡尔坐标系；
步骤3：在多层多道焊接工艺系统中为直线焊缝的每一道焊接路径在Y轴方向设置左右偏移量；
步骤4：在多层多道焊接工艺系统中为直线焊缝的每一道焊接路径在Z轴方向设置高度偏移量；
步骤5：计算曲线焊缝的笛卡尔坐标系；
步骤6：在多层多道焊接工艺系统中为曲线焊缝的每一道焊接路径在Y轴方向设置左右偏移量；
步骤7：在多层多道焊接工艺系统中为曲线焊缝的每一道焊接路径在Z轴方向设置高度偏移量；
步骤8、多层多道焊接工艺系统将编程好的每一道焊接路径信息传输给工业焊接机器人，工业焊接机器人对直线焊缝和曲线焊缝的每一道焊接路径进行施焊。
优选地，步骤2中计算直线焊缝所在直线AB的笛卡尔坐标系的方法包括：
步骤2.1计算直线焊缝所在直线AB的方向向量
Figure BDA0002739805900000021
取方向向量
Figure BDA0002739805900000022
作为笛卡尔坐标系的X轴；
步骤2.2：曲线焊缝上任意取两个点B、C，计算得到
Figure BDA0002739805900000023
步骤2.3：由
Figure BDA0002739805900000024
两向量叉乘得到一个平面法向量
Figure BDA0002739805900000025
取方向向量
Figure BDA0002739805900000026
作为笛卡尔坐标系的Z轴；
步骤2.4：将
Figure BDA0002739805900000027
与
Figure BDA0002739805900000028
叉乘得到向量
Figure BDA0002739805900000029
取方向向量
Figure BDA00027398059000000210
作为笛卡尔坐标系的Y轴。
优选地，步骤5中计算曲线焊缝的笛卡尔坐标系方法包括：
取曲线焊缝上所在点的切线方向作为所在点的X轴，所在点的Z轴方向与直线焊缝的Z轴方向一致，根据所在点X轴和Z轴确定Y轴。
本发明的有益效果是：本发明仅通过一次编程即可实现工业焊接机器人对所有道焊接进行施焊，相较于现有技术中每完成一道焊接，然后计算计偏移量后再进行下一道的编程，极大的提高了编程效率，节约了人工时间成本，且降低了多层多道焊的使用难度和门槛。
附图说明
图1为本发明公开的多层单道焊a)和多层多道焊b)结构示意图；
图2为本发明公开的直线焊缝焊接前的结构示意图；
图3为本发明公开的直线焊缝和曲线焊缝施焊后的焊缝路径示意图；
图4为本发明公开的直线焊缝焊接后的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
一种基于工业焊接机器人的多层多道焊接方法，如图2所示，焊板一1和焊板二2形成一个V字形夹角，并形成直线焊缝3。在焊接过程中，除了会出现直线焊缝3还会出现曲线焊缝(图中未示出)。
本发明既可以对直线焊缝进行多层多道焊接，而且可以对曲线焊缝进行多层多道焊接。以一道直线焊缝和一道曲线焊缝为例进行说明，如图3所示，图3中AB为直线焊缝，BDC为曲线焊缝。在多层多道焊接的应用中，核心是要求在上一道焊接路径完成后求出偏移后的路径，此偏移又分高度上的偏移和左右的偏移。求得偏移量的方法如下：
步骤1、获取焊缝信息；这里的焊缝信息包括焊缝位置信息、长度信息、焊缝深度角度信息、以及包括哪些类型的焊缝(直线焊缝、曲线焊缝)。
步骤2、计算直线焊缝AB的笛卡尔坐标系。
步骤2.1、计算直线焊缝AB的方向向量
Figure BDA0002739805900000031
取方向向量
Figure BDA0002739805900000032
作为笛卡尔坐标系的X轴(图3中A点下方)。
步骤2.2、曲线焊缝上任意取两个点，如B和C，计算得到
Figure BDA0002739805900000033
步骤2.3、两条非平行直线可确定一个平面，由
Figure BDA0002739805900000034
两向量叉乘得到一个平面法向量
Figure BDA0002739805900000041
(垂直于纸面向外)，取方向向量
Figure BDA0002739805900000042
作为笛卡尔坐标系的Z轴。
步骤2.4、将
Figure BDA0002739805900000043
与
Figure BDA0002739805900000045
叉乘得到向量
Figure BDA0002739805900000046
(图中AA’方向)，取方向向量
Figure BDA0002739805900000047
作为笛卡尔坐标系的Y轴，至此，确定了直线焊缝AB的参考坐标系。
步骤3、在多层多道焊接工艺系统中为直线焊缝的每一道焊接路径设置左右偏移量，即在Y轴的正负方向均加△y；A点偏移后的位置即为A`和A``，B点偏移后的位置即为B``和B```。
步骤4、在多层多道焊接工艺系统中为直线焊缝的每一道焊接路径设置高度偏移量，即Z轴正方向的偏移量，在直线焊缝的左右偏移量的基础上再叠加上高速偏移量，即得直线焊缝焊接完成后偏移的路径。
步骤5、计算曲线焊缝的笛卡尔坐标系。
步骤5.1、由于在曲线焊缝上每个点的参考坐标系不一样，取曲线焊缝上所在点的切线方向作为所在点的X轴，所在点的Z轴方向与直线焊缝的Z轴方向一致，根据所在点X轴和Z轴确定Y轴。
步骤6、在多层多道焊接工艺系统中为曲线焊缝的每一道焊接路径设置左右偏移量，即在Y轴的正负方向均加上△y；此时D点偏移后的位置即为D`和D``，C点偏移后的位置即为C`和C``。
步骤7、在多层多道焊接工艺系统中为曲线焊缝的每一道焊接路径设置高度偏移量；Z轴正方向的偏移量；此时就得到了曲线焊缝焊接完成后偏移的路径。
步骤8、多层多道焊接工艺系统将编程好的每一道焊接路径信息传输给工业焊接机器人对直线焊缝和曲线焊缝的每一道焊接路径进行施焊。
值得注意的是，在为直线焊缝和曲线焊缝设置左右偏移量和高度偏移量时，偏移量不一定相等。
直线焊缝焊接完成后的示意图如图4所示。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种基于工业焊接机器人的多层多道焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：获取焊缝信息，所述焊缝信息包括直线焊缝和曲线焊缝；
步骤2：计算直线焊缝所在直线AB的笛卡尔坐标系；
步骤3：在多层多道焊接工艺系统中为直线焊缝的每一道焊接路径在Y轴方向设置左右偏移量；
步骤4：在多层多道焊接工艺系统中为直线焊缝的每一道焊接路径在Z轴方向设置高度偏移量；
步骤5：计算曲线焊缝的笛卡尔坐标系；
步骤6：在多层多道焊接工艺系统中为曲线焊缝的每一道焊接路径在Y轴方向设置左右偏移量；
步骤7：在多层多道焊接工艺系统中为曲线焊缝的每一道焊接路径在Z轴方向设置高度偏移量；
步骤8、多层多道焊接工艺系统将编程好的每一道焊接路径信息传输给工业焊接机器人，工业焊接机器人对直线焊缝和曲线焊缝的每一道焊接路径进行施焊；
步骤2中计算直线焊缝所在直线AB的笛卡尔坐标系的方法包括：
步骤2.1计算直线焊缝所在直线AB的方向向量
Figure FDA0003331891350000011
取方向向量
Figure FDA0003331891350000012
作为笛卡尔坐标系的X轴；
步骤2.2：曲线焊缝上任意取两个点B、C，计算得到
Figure FDA0003331891350000013
步骤2.3：由
Figure FDA0003331891350000014
两向量叉乘得到一个平面法向量
Figure FDA0003331891350000015
取方向向量
Figure FDA0003331891350000016
作为笛卡尔坐标系的Z轴；
步骤2.4：将
Figure FDA0003331891350000021
与
Figure FDA0003331891350000022
叉乘得到向量
Figure FDA0003331891350000023
取方向向量
Figure FDA0003331891350000024
作为笛卡尔坐标系的Y轴；
步骤5中计算曲线焊缝的笛卡尔坐标系方法包括：
取曲线焊缝上所在点的切线方向作为所在点的X轴，所在点的Z轴方向与直线焊缝的Z轴方向一致，根据所在点X轴和Z轴确定Y轴。
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