[发明专利]一种基于激光视觉系统的多层多道焊接路径规划方法

说明书

本发明公开了一种基于激光视觉系统的多层多道焊接路径规划方法，包括以下步骤：1、构建焊缝特征点投影模型，2、采用梯形及平行四边形焊道填充策略实现对不同角度坡口焊缝焊接路径的规划；3、建立焊枪坐标Ssubgt;ij/subgt;＝hwsubgt;ij/subgt;引入焊接行走角γ对焊枪姿态进行规划，在平行四边形和梯形焊道中加入焊枪行走角γ可视为焊枪坐标系绕自身坐标系转过γ度(γ＝0°～45°)，则加入焊枪行走角γ后得到焊枪姿态变化矩阵Tsubgt;b/subgt;，计算多层多道焊缝模型各焊道的机器人位姿值；4、对各焊道的焊接速度进行规划；本发明建立了厚板多层多道焊缝模型，实现不同坡口角度焊缝的各焊道路径并引入焊枪行走角进行焊枪姿态规划。

技术领域

本发明涉及焊接机器人路径规划领域,尤其是焊接机器人路径规划领域中一种基于激光视觉系统的多层多道焊接路径规划方法。

背景技术

中厚板结构件在压力容器制造等领域中应用越来越广泛。由于中厚板结构件具有坡口大、板件厚等特点，在实际焊接中存在一定困难。多层多道焊接具有有效减少变形量，降低热输入量等优点，被广泛应用到中厚板结构件焊接中。由于机器人焊接稳定性、焊接效率高等优点，被广泛应用在中厚板的多层多道焊接。李天旭^[1]、成利强^[2]对厚板V型坡口工件焊接搭建焊接工作站并进行离线编程，但未对焊枪姿态进行规划。刘钊江^[3]针对单边V型焊缝进行多层多道轨迹规划，但只针对单边V型焊缝且没有对焊接速度进行相应规划。

但每条焊道在焊接前都需要进行手动示教，多次手动示教耗时多，且手动示教偏差易影响焊接质量。同时对于同种焊缝类型不同坡口角度的结构件，需要根据不同坡口角度，重新设计焊接路径及焊枪姿态，致使工作效率低。

参考文献：

[1]李天旭,王天琪,杨华庆,侯仰强.厚板V形坡口机器人填充焊接工艺研究[J].焊接,2017(09):13-17+67-68.

[2]成利强,王天琪,侯仰强,郑佳,杨壮.中厚板V形坡口多层多道焊机器人焊接技术研究 [J].焊接,2018(02):10-13+62.

[3]刘钊江,马思乐,戴昊飞等.基于激光传感器的机器人自适应多层多道焊接[J].焊接,2 020(08):26-32+62-63.

发明内容

本发明的目的旨在为提高工业机器人示教效率和焊接质量,适应不同坡口角度焊缝的多层多道焊接，提出了采用激光视觉系统进行焊缝特征点提取进而自适应规划多层多道焊接路径，并采用等高度填充策略及焊缝特征点投影策略，对多层多道路径各焊道位置进行规划。此外，对不同类型填充焊道结合焊枪行走角进行焊枪姿态规划，并针对各焊道填充类型对焊接速度进行规划。

为实现上述目标，本发明采用的技术方案如下：

一种基于激光视觉系统的多层多道焊接路径规划方法，至少包括以下步骤：

步骤1、构建焊缝特征点投影模型，将基于激光视觉系统获取的特征点投影到焊缝横截面上并获取特征点在机器人基坐标系下的坐标信息，以此来建立V型厚板多层多道焊缝模型；

步骤2、在步骤1建立的V型厚板多层多道焊缝模型基础上，采用梯形及平行四边形焊道填充策略实现对不同角度坡口焊缝焊接路径的规划，采用第n焊层有n条焊道的方式进行填充，每层最后一条焊道采用梯形焊道，其余焊道均为平行四边形焊道；计算第i层第j条焊道焊缝横截面积S_ij；

步骤3、完成步骤2焊道路径规划后，建立焊枪坐标S_ij＝hw_ij引入焊接行走角γ对焊枪姿态进行规划，在平行四边形和梯形焊道中加入焊枪行走角γ可视为焊枪坐标系绕自身坐标系转过γ度(γ＝0° 45°)，则加入焊枪行走角γ后得到焊枪姿态变化矩阵T_b，计算多层多道焊缝模型各焊道的机器人位姿值；