[發明專利]基于曲面多層多道焊的機器人自動焊接的方法及系統

無效

• 申請號: 201210021363.4
• 申請日: 2012-01-31
• 公開（公告）號: CN102672306A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 程學剛;嚴萬春;杜望;周源;郁春華;朱偉
• 申請（專利權）人: 昆山工研院工業機器人研究所有限公司
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/095
• 代理公司: 蘇州威世朋知識產權代理事務所(普通合伙) 32235
• 代理人: 楊林潔

技術領域

本發明涉及工業焊接技術，尤其涉及一種基于曲面多層多道焊的機器人自動焊接的方法及系統。

背景技術

目前，在一些工業生產中，特殊的厚板焊接一般采用多層多道焊接來提高焊接的質量，比如水輪機，由于其有幾十個導葉構成，通過多層多道焊的方式（也稱導葉堆焊）來完成導葉的焊接。

導葉堆焊實際上是曲面與曲面間的厚度可達80--100mm以上的坡口角焊縫焊接，多層多道焊的特點是焊縫不是直焊縫，而是空間曲線，且曲線長度隨著焊層的升高不斷變短，?通常采用手工堆焊或者人工進行機器人在線示教來完成導葉堆焊操作。

然而，以往的手工堆焊或者機器人在線示教，其焊接質量取決于操作人員的技術水平，質量無法得以保證。其中，手工堆焊難度較大，特別是過渡面的焊接，要在坡口堆焊后的堆焊面與支撐面之間再堆起一個圓滑過渡的曲面，更是難上加難。而人工示教占用機器人工作時間，效率很低，一般采用的在線示教方法，在前道焊縫被焊之前，理論上無法對下道焊縫軌跡進行編程，如同建“空中樓閣”。目前，雖然一些機器人公司推出多層多道焊軟件包，但有局限性，比如焊道、焊接軌跡點、焊層數量都有限，更不能進行變長度的焊縫計算，并且人工編程也需花費較多的時間，進而致使工作效率低下。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于曲面多層多道焊的機器人自動焊接的方法，其通過根據當前需要進行多層多道焊接的焊道的相關參數，建立特定的計算模型和編排策略，以計算出精確的焊接所需全部運動軌跡和焊槍姿態，并自動生成機器人控制器的運行程序進行相應的焊接動作，從而實現基于機器人自動離線編程的高質量、高效率的多層多道堆焊焊接。

相應于所述方法，本發明還提供一種基于曲面多層多道焊的機器人自動焊接的系統。

為實現上述發明目的之一，本發明提供的一種基于曲面多層多道焊的機器人自動焊接的方法，包括如下步驟：

S1、從數據庫提取焊道的堆焊參數；

S2、根據所述堆焊參數提取并處理焊道特征曲線，以確定所需焊接的焊接路徑信息；

S3、根據所述焊接路徑信息計算焊槍的姿態信息；

S4、按照所述焊接路徑信息和焊槍的姿態信息自動生成機器人運行程序，并根據所述運行程序進行焊接操作。

作為本發明的進一步改進，所述步驟S1還包括對堆焊參數進行初始化，其中，所述堆焊參數包括焊道工藝參數以及模型特征參數。?

作為本發明的進一步改進，所述步驟S2中“提取并處理焊道特征曲線”步驟具體為：

創建焊道的參考基準面；

創建焊道的焊接特征截面，并提取所述焊道特征曲線；

對焊道特征曲線進行裁剪以實現曲線的平滑；

生成過渡區焊道的軌跡。

作為本發明的進一步改進，所述焊接路徑信息包括各焊接點的位置、焊道順序以及焊道層數。

作為本發明的進一步改進，所述步驟S3具體包括：

獲取當前焊接路徑上的離散點；

建立基于所述離散點的工具手坐標系；

計算各離散點位置上的焊槍的姿態信息，其中，所述姿態信息包括焊絲的起弧高度、焊絲與支撐面所成的角度。

為實現本發明的另一發明目的，本發明提供了一種基于曲面多層多道焊的機器人自動焊接的系統，其包括如下模塊：

堆焊參數獲取模塊、用于從數據庫提取焊道的堆焊參數；

焊道特征曲線提取與處理模塊、用于根據所述堆焊參數提取并處理焊道特征曲線，以確定所需焊接的焊接路徑信息；

姿態信息計算模塊、用于根據所述焊接路徑信息計算焊槍的姿態信息；

程序生成與執行模塊、按照所述焊接路徑信息和焊槍的姿態信息自動生成機器人運行程序，并根據所述運行程序進行焊接操作。

作為本發明的進一步改進，所述堆焊參數獲取模塊還用于對堆焊參數進行初始化，其中，所述堆焊參數包括焊道工藝參數以及模型特征參數。

作為本發明的進一步改進，所述焊道特征曲線提取與處理模塊中“提取并處理焊道特征曲線”具體通過以下操作來實現：

創建焊道的參考基準面；

創建焊道的焊接特征截面，并提取所述焊道特征曲線；

對焊道特征曲線進行裁剪以實現曲線的平滑；

生成過渡區焊道的軌跡。

作為本發明的進一步改進，所述焊接路徑信息包括各焊接點的位置、焊道順序以及焊道層數。

作為本發明的進一步改進，所述姿態信息計算模塊具體用于：

獲取當前焊接路徑上的離散點；