本發(fā)明涉及焊接，尤其是涉及一種基于坡口重構(gòu)策略的焊接方法。

背景技術(shù)：

1、目前，工藝管道焊接機(jī)器人多層多道焊的視覺(jué)跟蹤主要集中于第一道焊縫的識(shí)別，后續(xù)焊道位置多采用偏移策略實(shí)現(xiàn)機(jī)器人焊接過(guò)程控制，導(dǎo)致焊接精度低、焊縫質(zhì)量差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于坡口重構(gòu)策略的焊接方法，其優(yōu)點(diǎn)是能夠提高焊接精度與焊縫質(zhì)量。

2、本發(fā)明的上述發(fā)明目的是通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：一種基于坡口重構(gòu)策略的焊接方法，焊接系統(tǒng)用于對(duì)工藝管道的坡口焊接，所述焊接系統(tǒng)包括焊接機(jī)器人、控制裝置、控制器、跟蹤傳感器以及變位機(jī)，所述工藝管道用于安裝于所述變位機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái)上，所述轉(zhuǎn)臺(tái)能夠帶動(dòng)所述工藝管道轉(zhuǎn)動(dòng)，所述焊接機(jī)器人通過(guò)所述控制裝置與所述控制器電連接，所述變位機(jī)與所述控制器電連接，所述跟蹤傳感器設(shè)置于所述焊接機(jī)器人的機(jī)械臂末端、且與所述焊接機(jī)器人上的焊槍固定連接以構(gòu)成手眼標(biāo)定，所述跟蹤傳感器與所述控制器電連接；

3、其中，所述焊接方法包括以下步驟：

4、通過(guò)所述控制器對(duì)所述工藝管道的坡口重構(gòu)；

5、通過(guò)所述控制器對(duì)多層多道焊進(jìn)行規(guī)劃；

6、對(duì)所述工藝管道的坡口進(jìn)行打底焊；

7、所述打底焊完成后，對(duì)所述工藝管道的坡口進(jìn)行多層多道焊接。

8、優(yōu)選地，本發(fā)明提供的基于坡口重構(gòu)策略的焊接方法，所述通過(guò)所述控制器對(duì)所述工藝管道的坡口重構(gòu)，包括：

9、將所述工藝管道夾設(shè)于所述變位機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái)上；

10、所述工藝管道的焊縫圖像顯示于所述跟蹤傳感器的圖像中；

11、將焊縫截面特征點(diǎn)轉(zhuǎn)換到焊槍截面特征點(diǎn)下，以得到所述焊縫截面實(shí)際坡口特征點(diǎn)。

12、優(yōu)選地，本發(fā)明提供的基于坡口重構(gòu)策略的焊接方法，所述將焊縫截面特征點(diǎn)轉(zhuǎn)換到焊槍截面特征點(diǎn)下，以得到所述焊縫截面實(shí)際坡口特征點(diǎn)，包括：

13、提取所述工藝管道各位置上焊縫圖像上三個(gè)特征點(diǎn)p1，p2，p?3坐標(biāo)，將所有特征點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到機(jī)器人基坐標(biāo)系下得到bpi；

14、計(jì)算所述工藝管道上各組坡口特征點(diǎn)所在平面πi；

15、依次計(jì)算角β1，β2，β3；

16、各所述焊縫截面實(shí)際坡口特征點(diǎn)的計(jì)算公式為：

17、piw＝rot(czp，βi)pic

18、其中：piw為所述焊縫截面實(shí)際坡口特征點(diǎn)，rot(czp，βi)為繞變位機(jī)zp軸旋轉(zhuǎn)角旋轉(zhuǎn)算子，pic為特征點(diǎn)到焊槍坐標(biāo)系ytotzt平面距離確定點(diǎn)。

19、優(yōu)選地，本發(fā)明提供的基于坡口重構(gòu)策略的焊接方法，所述焊縫圖像上三個(gè)特征點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系為：

20、

21、其中：min為所述跟蹤傳感器中的相機(jī)內(nèi)參矩陣通過(guò)所述跟蹤傳感器內(nèi)參標(biāo)定獲得，ctt為4×4手眼標(biāo)定逆矩陣通過(guò)手眼標(biāo)定獲得，ttb為所述焊槍相對(duì)機(jī)器人基坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣通過(guò)焊槍標(biāo)定得到；(ui、vi)t和(xi、yi、zi)t分別代表三個(gè)特征點(diǎn)像素坐標(biāo)相對(duì)機(jī)器人基坐標(biāo)系坐標(biāo)bp1，bp2，bp3。

22、優(yōu)選地，本發(fā)明提供的基于坡口重構(gòu)策略的焊接方法，所述計(jì)算所述工藝管道上各組坡口特征點(diǎn)所在平面πi，包括：

23、將各組特征點(diǎn)坐標(biāo)根據(jù)所述變位機(jī)的轉(zhuǎn)角生成機(jī)器人基坐標(biāo)系下得到bpi(j)；

24、將各組特征點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到所述跟蹤傳感器中相機(jī)坐標(biāo)系下得到cpi(j)；

25、采用ransac法在所述相機(jī)坐標(biāo)系下利用cpi(j)點(diǎn)擬合出平面πi。

26、優(yōu)選地，本發(fā)明提供的基于坡口重構(gòu)策略的焊接方法，bpi(j)＝rot(bzp,θj)pi(j)

27、其中，rot(bzp，θj)為繞變位機(jī)zp軸旋轉(zhuǎn)角旋轉(zhuǎn)算子，坡口特征點(diǎn){p1(j)，p2(j)，p3(j)}，j為測(cè)量點(diǎn)序號(hào)，θj為變位機(jī)的轉(zhuǎn)角。

28、優(yōu)選地，本發(fā)明提供的基于坡口重構(gòu)策略的焊接方法，所述依次計(jì)算角β1，β2，β3，包括：

29、結(jié)合焊縫圖像采集第一組點(diǎn)記為p1a、p2a、p3a；

30、計(jì)算所述變位機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與各特征點(diǎn)平面πi距離，確定點(diǎn)p1b、p2b、p3b；

31、分別計(jì)算各特征點(diǎn)到焊槍坐標(biāo)系ytotzt平面距離確定點(diǎn)p1c、p2c、p3c；

32、依次計(jì)算∠p1ap1bp1c，∠p2ap2bp2c，∠p3ap3bp3c。

33、優(yōu)選地，本發(fā)明提供的基于坡口重構(gòu)策略的焊接方法，所述通過(guò)所述控制器對(duì)多層多道焊進(jìn)行規(guī)劃，包括：

34、根據(jù)焊接實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定對(duì)應(yīng)所述工藝管道的轉(zhuǎn)速ω和送絲速度wfs，并確定對(duì)應(yīng)的焊接電流、焊道以及焊層數(shù)量。

35、優(yōu)選地，本發(fā)明提供的基于坡口重構(gòu)策略的焊接方法，所述對(duì)所述工藝管道的坡口進(jìn)行打底焊，包括：

36、所述變位機(jī)帶動(dòng)所述工藝管道繞所述變位機(jī)的zp軸反向轉(zhuǎn)動(dòng)，所述控制裝置根據(jù)所述變位機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，通過(guò)焊縫圖像處理得到特征點(diǎn)，采用所述坡口重構(gòu)得到的βi值計(jì)算焊縫截面的實(shí)際形狀特征點(diǎn)piw。

37、優(yōu)選地，本發(fā)明提供的基于坡口重構(gòu)策略的焊接方法，所述打底焊完成后，對(duì)所述工藝管道的坡口進(jìn)行多層多道焊接，包括：

38、將焊縫圖像上激光條紋骨架化，將得到的代表激光條紋的像素點(diǎn)坐標(biāo)采用最小二乘法進(jìn)行三次曲線(xiàn)擬合；

39、計(jì)算對(duì)應(yīng)焊層平均焊縫高度，并對(duì)所述三次曲線(xiàn)求二階導(dǎo)數(shù)，搜索曲線(xiàn)拐點(diǎn)并結(jié)合焊層數(shù)判斷拐點(diǎn)是否保留，然后將保留的拐點(diǎn)作為后續(xù)焊道位置進(jìn)行多層多道焊道位置進(jìn)行規(guī)劃；

40、根據(jù)所述坡口重構(gòu)，進(jìn)行激光平面多層多道焊路徑點(diǎn)坐標(biāo)在焊縫截面的轉(zhuǎn)換。

41、綜上所述，本發(fā)明的有益技術(shù)效果為：本申請(qǐng)?zhí)峁┑幕谄驴谥貥?gòu)策略的焊接方法，焊接系統(tǒng)用于對(duì)工藝管道的坡口焊接，焊接系統(tǒng)包括焊接機(jī)器人、控制裝置、控制器、跟蹤傳感器以及變，工藝管道用于安裝于變位機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái)上，轉(zhuǎn)臺(tái)能夠帶動(dòng)工藝管道轉(zhuǎn)動(dòng)，焊接機(jī)器人通過(guò)控制裝置與控制器電連接，變位機(jī)與控制器電連接，跟蹤傳感器設(shè)置于焊接機(jī)器人的機(jī)械臂末端、且與焊接機(jī)器人上的焊槍固定連接以構(gòu)成手眼標(biāo)定，跟蹤傳感器與控制器電連接；其中，焊接方法包括以下步驟：通過(guò)控制器對(duì)工藝管道的坡口重構(gòu)；通過(guò)控制器對(duì)多層多道焊進(jìn)行規(guī)劃；對(duì)工藝管道的坡口進(jìn)行打底焊；打底焊完成后，對(duì)工藝管道的坡口進(jìn)行多層多道焊接；如此設(shè)置，一方面，相對(duì)傳統(tǒng)v型坡口多層多道焊焊層、焊道規(guī)劃多以理想幾何圖形代替單道焊縫形狀，本申請(qǐng)?jiān)趯?shí)際控制焊接機(jī)器人進(jìn)行工藝管道進(jìn)行自動(dòng)焊接時(shí)，無(wú)需對(duì)各道焊縫形狀進(jìn)行不必要的簡(jiǎn)化，只需要提前焊縫截面輪廓并通過(guò)焊縫輪廓形狀更準(zhǔn)確的選擇焊接截面特征點(diǎn)，從而更好的進(jìn)行焊接位置的選擇；另一方面，通過(guò)坡口重構(gòu)，可以通過(guò)焊縫截面和激光平面特征點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)換，更好的減小工藝管道同軸度誤差、橢圓度誤差、坡口切割誤差及安裝誤差對(duì)焊接質(zhì)量的影響，并同時(shí)解決焊接過(guò)程中管道熱變形對(duì)焊接質(zhì)量的影響，提高焊接精度與焊縫質(zhì)量。

技術(shù)特征：

1.一種基于坡口重構(gòu)策略的焊接方法，其特征在于：焊接系統(tǒng)用于對(duì)工藝管道的坡口焊接，所述焊接系統(tǒng)包括焊接機(jī)器人、控制裝置、控制器、跟蹤傳感器以及變位機(jī)，所述工藝管道用于安裝于所述變位機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái)上，所述轉(zhuǎn)臺(tái)能夠帶動(dòng)所述工藝管道轉(zhuǎn)動(dòng)，所述焊接機(jī)器人通過(guò)所述控制裝置與所述控制器電連接，所述變位機(jī)與所述控制器電連接，所述跟蹤傳感器設(shè)置于所述焊接機(jī)器人的機(jī)械臂末端、且與所述焊接機(jī)器人上的焊槍固定連接以構(gòu)成手眼標(biāo)定，所述跟蹤傳感器與所述控制器電連接；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于坡口重構(gòu)策略的焊接方法，其特征在于：所述通過(guò)所述控制器對(duì)所述工藝管道的坡口重構(gòu)，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于坡口重構(gòu)策略的焊接方法，其特征在于：所述將焊縫截面特征點(diǎn)轉(zhuǎn)換到焊槍截面特征點(diǎn)下，以得到所述焊縫截面實(shí)際坡口特征點(diǎn)，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于坡口重構(gòu)策略的焊接方法，其特征在于：所述焊縫圖像上三個(gè)特征點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系為：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于坡口重構(gòu)策略的焊接方法，其特征在于：所述計(jì)算所述工藝管道上各組坡口特征點(diǎn)所在平面πi，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于坡口重構(gòu)策略的焊接方法，其特征在于：bpi(j)＝rot(bzp,θj)pi(j)

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于坡口重構(gòu)策略的焊接方法，其特征在于：所述依次計(jì)算角β1，β2，β3，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于坡口重構(gòu)策略的焊接方法，其特征在于：所述通過(guò)所述控制器對(duì)多層多道焊進(jìn)行規(guī)劃，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于坡口重構(gòu)策略的焊接方法，其特征在于：所述對(duì)所述工藝管道的坡口進(jìn)行打底焊，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于坡口重構(gòu)策略的焊接方法，其特征在于：所述打底焊完成后，對(duì)所述工藝管道的坡口進(jìn)行多層多道焊接，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于坡口重構(gòu)策略的焊接方法，工藝管道用于安裝于變位機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái)上，焊接機(jī)器人通過(guò)控制裝置與控制器電連接，變位機(jī)與控制器電連接，跟蹤傳感器設(shè)置于焊接機(jī)器人的機(jī)械臂末端、且與焊接機(jī)器人上的焊槍固定連接，跟蹤傳感器與控制器電連接；焊接方法：通過(guò)控制器對(duì)工藝管道的坡口重構(gòu)；通過(guò)控制器對(duì)多層多道焊進(jìn)行規(guī)劃；對(duì)工藝管道的坡口進(jìn)行打底焊；打底焊完成后，對(duì)工藝管道的坡口進(jìn)行多層多道焊接；通過(guò)坡口重構(gòu)，通過(guò)焊縫截面和激光平面特征點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)換，更好的減小工藝管道同軸度誤差、橢圓度誤差、坡口切割誤差及安裝誤差對(duì)焊接質(zhì)量的影響，并同時(shí)解決焊接過(guò)程中管道熱變形對(duì)焊接質(zhì)量的影響，提高焊接精度與焊縫質(zhì)量。

技術(shù)研發(fā)人員：馬連山,錢(qián)洪飛,任孝元,劉曉斌,劉濤,謝替,李朋,展剛印
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8