[发明专利]基于曲面多层多道焊的机器人自动焊接的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及工业焊接技术，尤其涉及一种基于曲面多层多道焊的机器人自动焊接的方法及系统。

背景技术

目前，在一些工业生产中，特殊的厚板焊接一般采用多层多道焊接来提高焊接的质量，比如水轮机，由于其有几十个导叶构成，通过多层多道焊的方式（也称导叶堆焊）来完成导叶的焊接。

导叶堆焊实际上是曲面与曲面间的厚度可达80--100mm以上的坡口角焊缝焊接，多层多道焊的特点是焊缝不是直焊缝，而是空间曲线，且曲线长度随着焊层的升高不断变短， 通常采用手工堆焊或者人工进行机器人在线示教来完成导叶堆焊操作。

然而，以往的手工堆焊或者机器人在线示教，其焊接质量取决于操作人员的技术水平，质量无法得以保证。其中，手工堆焊难度较大，特别是过渡面的焊接，要在坡口堆焊后的堆焊面与支撑面之间再堆起一个圆滑过渡的曲面，更是难上加难。而人工示教占用机器人工作时间，效率很低，一般采用的在线示教方法，在前道焊缝被焊之前，理论上无法对下道焊缝轨迹进行编程，如同建“空中楼阁”。目前，虽然一些机器人公司推出多层多道焊软件包，但有局限性，比如焊道、焊接轨迹点、焊层数量都有限，更不能进行变长度的焊缝计算，并且人工编程也需花费较多的时间，进而致使工作效率低下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于曲面多层多道焊的机器人自动焊接的方法，其通过根据当前需要进行多层多道焊接的焊道的相关参数，建立特定的计算模型和编排策略，以计算出精确的焊接所需全部运动轨迹和焊枪姿态，并自动生成机器人控制器的运行程序进行相应的焊接动作，从而实现基于机器人自动离线编程的高质量、高效率的多层多道堆焊焊接。

相应于所述方法，本发明还提供一种基于曲面多层多道焊的机器人自动焊接的系统。

为实现上述发明目的之一，本发明提供的一种基于曲面多层多道焊的机器人自动焊接的方法，包括如下步骤：

S1、从数据库提取焊道的堆焊参数；

S2、根据所述堆焊参数提取并处理焊道特征曲线，以确定所需焊接的焊接路径信息；

S3、根据所述焊接路径信息计算焊枪的姿态信息；

S4、按照所述焊接路径信息和焊枪的姿态信息自动生成机器人运行程序，并根据所述运行程序进行焊接操作。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1还包括对堆焊参数进行初始化，其中，所述堆焊参数包括焊道工艺参数以及模型特征参数。 

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中“提取并处理焊道特征曲线”步骤具体为：

创建焊道的参考基准面；

创建焊道的焊接特征截面，并提取所述焊道特征曲线；

对焊道特征曲线进行裁剪以实现曲线的平滑；

生成过渡区焊道的轨迹。

作为本发明的进一步改进，所述焊接路径信息包括各焊接点的位置、焊道顺序以及焊道层数。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3具体包括：

获取当前焊接路径上的离散点；

建立基于所述离散点的工具手坐标系；

计算各离散点位置上的焊枪的姿态信息，其中，所述姿态信息包括焊丝的起弧高度、焊丝与支撑面所成的角度。

为实现本发明的另一发明目的，本发明提供了一种基于曲面多层多道焊的机器人自动焊接的系统，其包括如下模块：

堆焊参数获取模块、用于从数据库提取焊道的堆焊参数；

焊道特征曲线提取与处理模块、用于根据所述堆焊参数提取并处理焊道特征曲线，以确定所需焊接的焊接路径信息；

姿态信息计算模块、用于根据所述焊接路径信息计算焊枪的姿态信息；

程序生成与执行模块、按照所述焊接路径信息和焊枪的姿态信息自动生成机器人运行程序，并根据所述运行程序进行焊接操作。

作为本发明的进一步改进，所述堆焊参数获取模块还用于对堆焊参数进行初始化，其中，所述堆焊参数包括焊道工艺参数以及模型特征参数。

作为本发明的进一步改进，所述焊道特征曲线提取与处理模块中“提取并处理焊道特征曲线”具体通过以下操作来实现：

创建焊道的参考基准面；

创建焊道的焊接特征截面，并提取所述焊道特征曲线；

对焊道特征曲线进行裁剪以实现曲线的平滑；

生成过渡区焊道的轨迹。

作为本发明的进一步改进，所述焊接路径信息包括各焊接点的位置、焊道顺序以及焊道层数。

作为本发明的进一步改进，所述姿态信息计算模块具体用于：

获取当前焊接路径上的离散点；