[发明专利]一种智能焊接圆管相贯线的方法

权利要求书

1.一种智能焊接圆管相贯线的方法，所述智能焊接圆管相贯线的设备包括变位机、卡盘、激光位移传感器、焊枪、焊枪架、机器人、焊接电源、控制柜和示教器，卡盘设于变位机上，卡盘用于圆管相贯线待焊工件的夹持，变位机用于待焊工件的旋转，焊枪前端与激光位移传感器相连，激光位移传感器为线激光位移传感器，焊枪通过焊枪架与机器人相连，机器人与焊接电源相连，控制柜与示教器相连，其特征在于，方法包括步骤如下：

(1)待焊工件包括主管和支管，将待焊工件在变位机上夹紧；

(2)在示教器上输入圆管相贯线焊接基础参数信息，计算圆管相贯线理论曲线；

(3)由相贯线理论曲线计算理论曲线上各位置点处的待焊两管的二面角，待焊两管为主管和支管，利用二面角计算待焊两管的坡口角，使激光位移传感器的激光中心线位于坡口角的角平分线方向上，计算激光位移传感器的移动路径；

(4)用示教器在待焊工件上示教一个激光起始扫描点；

(5)激光位移传感器开始扫描待焊工件的焊缝，扫描得到焊点实际位置和焊枪轴线方向；

(6)将焊点实际位置、焊枪轴线方向与相贯线理论曲线结合，得到相贯线焊接曲线；

(7)沿着步骤(6)的相贯线焊接曲线开始焊接；

(8)焊接结束，焊枪回到等待位置。

2.根据权利要求1所述的智能焊接圆管相贯线的方法，其特征在于，步骤(2)中，焊接基础参数信息包括主管半径、支管半径、支管壁厚、两管轴交角、两管轴线偏移量、主管材料、支管材料、焊接方法、焊接速度，利用主管半径、支管半径、支管壁厚、两管轴交角、两管轴线偏移量计算出圆管相贯线理论曲线；

步骤(2)中，相贯线理论曲线的计算步骤为：

主管半径为R、支管半径为r、支管壁厚为t、两管轴交角为α、两管轴线偏移量为e，建立相贯线参数方程，如公式(Ⅰ)所示：

其中，0≤θ＜2π，x、y、z表示相贯线坐标，θ表示相贯线上某点与原点O连线在XOY平面内的投影与X轴的夹角。

3.根据权利要求2所述的智能焊接圆管相贯线的方法，其特征在于，步骤(3)中，根据公式(Ⅰ)相贯线参数方程计算出在不同θ值时待焊两管的二面角，

二面角ψ计算过程：

在相贯线上点(x，y，z)处，主管、支管两圆柱面的切平面单位法向量分别为

则二面角ψ为切平面的法向量间的夹角，满足

计算出相应的标准焊接坡口角，坡口角为

取坡口角角平分线的方向为激光位移传感器的激光中心线方向，以相贯线理论曲线为基准，沿激光中心线方向增加线激光位移传感器的扫描距离高度，即得到激光位移传感器的移动路径。

4.根据权利要求1所述的智能焊接圆管相贯线的方法，其特征在于，步骤(5)中，激光位移传感器按照激光位移传感器设定的测量周期，测量激光位移传感器自身到焊缝的实际距离，并根据每个周期采集到的位置数据来计算本位置的实际位置和实际姿态。

5.根据权利要求4所述的智能焊接圆管相贯线的方法，其特征在于，步骤(5)中，计算实际位置和实际姿态的方法为：以激光位移传感器采集到的其中一个周期的数据为例，

从数据的直线端使用最小二乘法，在激光位移传感器坐标系下，通过比较直线斜率的方法，找到坡口起点P1，直线端为支管一侧；从数据的圆弧端使用最小二乘法，通过比较切线斜率变化趋势的方式找到坡口终点P2，圆弧端为主管一侧；再使用最小二乘法，计算出直线P1P2的斜率和圆弧C在P2点处切线L的斜率，进而得到实际坡口角，实际坡口角的角平分线为P2P4，则点P2为焊点实际位置，向量P2P4为焊枪轴线方向。