[發明專利]一種焊槍五次樣條擺動焊軌跡規劃方法、控制器及系統

有效

• 申請號: 201710631443.4
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107570847B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 田新誠;石磊;劉燕
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B23K9/28
• 分類號: B23K9/28;G06F17/50
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

本發明公開了一種焊槍五次樣條擺動焊軌跡規劃方法、控制器及系統。其中該方法包括掃描焊縫，進而確定焊槍的擺動參數；所述擺動參數包括擺動幅度、擺動周期、左邊界停留時間、右邊界停留時間和中心擺速比；選定五次樣條擺動焊波形曲線的基函數，基于五次樣條擺動焊波形曲線的基函數和中心擺速比，求得電極在擺動中心的速度，即中心擺動速度；根據五次樣條擺動焊波形曲線的特性，構建出五次樣條擺動焊波形曲線模型，再結合擺動參數及中心擺動速度，求得電極在任意時刻的橫向擺動位移；將電極在任意時刻的橫向擺動位移疊加到電極軌跡中，最終得到焊槍五次樣條擺動焊的軌跡。本發明大大減小了執行機構的振動和機械磨損，提高了擺動性能和生產效率。

技術領域

本發明屬于焊槍焊接軌跡規劃領域，尤其涉及一種焊槍五次樣條擺動焊軌跡規劃方法、控制器及系統。

背景技術

在生產應用中，為了保證厚鋼板、大焊縫焊接的可靠性，往往會采取擺動焊的方式來提高。擺動焊是指電極在沿焊縫軸線方向運動的同時做有規律的橫向擺動，擺動焊不僅可以增加焊道寬度一提高焊接的生產效率，而且可以避免側壁熔融不足進而提高焊接質量。在填充量不大的相貫線焊接中，擺動焊比多層多道焊能實現更高的焊接效率、更好的焊接質量和更美觀的焊縫外觀，因此它是相貫線自動焊接過程中不可缺少的工藝。

將擺動電極的軌跡沿直線在平面鋪開，可以得到電極的擺動波形，稱為擺動焊的波形。擺動焊的波形一般以三角波或正弦波為基波，并在此基礎上增加擺動中心及左右邊界停留。

相貫線擺動焊的實現有三種方案。第一種方案是在焊槍與機械臂之間附加擺動器。這種方案的控制過程最為簡單，但是體積笨重的擺動器會增加機械臂的負擔，而且可能會造成干涉。第二種方案是在軌跡規劃階段將電極的擺動整合到軌跡中。第三種方案并不在預執行的軌跡中包含擺動運動，而是在軌跡控制時實時加入擺動動作。

目前弧焊機器人多配有擺動焊功能，它需要在軌跡編程階段(多為示教)設置各段路徑的擺動平面或擺動方向。對于擺動平面固定的直焊縫和圓弧焊縫，可以通過設置各段路徑擺動參數實現擺動焊；而對于擺動平面持續變化的相貫線焊縫，將難以使用弧焊機器人自有的擺動焊功能。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明提供了一種焊槍五次樣條擺動焊軌跡規劃方法，其能夠減小執行機構的振動和機械磨損，提高擺動性能和生產效率。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種焊槍五次樣條擺動焊軌跡規劃方法，包括：

步驟1：掃描焊縫，進而確定焊槍的擺動參數；所述擺動參數包括擺動幅度、擺動周期、左邊界停留時間、右邊界停留時間和中心擺速比；

步驟2：選定五次樣條擺動焊波形曲線的基函數，基于五次樣條擺動焊波形曲線的基函數和中心擺速比，求得電極在擺動中心的速度，即中心擺動速度；

步驟3：根據五次樣條擺動焊波形曲線的特性，構建出五次樣條擺動焊波形曲線模型，再結合擺動參數及中心擺動速度，求得電極在任意時刻的橫向擺動位移；其中，五次樣條擺動焊波形曲線的特性包括：

a)五次樣條擺動焊波形曲線二階連續可微；

b)擺動周期、擺動幅度、左右邊界停留時間和中心擺動速度均可調；

步驟4：將電極在任意時刻的橫向擺動位移疊加到電極軌跡中，最終得到焊槍五次樣條擺動焊的軌跡。

進一步的，所述步驟2中，所述五次樣條擺動焊波形曲線的基函數為正弦函數或余弦函數。

其中，正余弦函數是最典型的周期性高階連續可微函數。現有一種基于正弦波的帶有左右邊界停留的擺動焊波形，此類擺動焊波形分段函數簡單，擺動周期及左右邊界停留時間可調，電極運動速度連續，適用于弧焊機器人等自身產生擺動的執行機構。其單周期內的波形函數為：