CN106271278A - 一种90°折线角焊缝交叉点识别的方法 - Google Patents

Abstract

一种90°折线角焊缝交叉点识别的方法，建立了焊枪空间姿态的数学模型，表征焊枪空间姿态的向量，可以利用干伸长、水平偏差、焊枪在竖直面内的倾角、焊枪沿着焊接方向的倾角来表示，即；设计出了一种焊枪倾角识别的方法，当焊接90°折线角焊缝的第1段直线焊缝时，焊枪的倾角小于或等于0°；当焊接90°折线角焊缝的第2段直线焊缝时，焊枪的倾角大于或等于0°；利用模式识别的方法，准确地识别出了90°折线角焊缝的交叉点；该方法可以准确地识别出90°折线角焊缝的交叉点，有利于90°折线角焊缝焊接的实现，提高了造船厂和钢结构厂房中90°折线角焊缝焊接的质量和效率，减少了焊接成本，降低了工人的劳动强度。

Description

一种90°折线角焊缝交叉点识别的方法

技术领域

本发明涉及一种90°折线角焊缝交叉点识别的方法，属于机器人技术领域。

背景技术

在造船业和钢结构厂房等行业中，存在许多90°折线角焊缝。由于自动焊接小车利用靠模的原理，能较好地对直线角焊缝进行焊接，但不能完成对90°折线角焊缝的焊接。由于空间狭小、密闭，固定式机械手臂尺寸比较大，不容易移动，不利于90°折线角焊缝的自动焊接。目前，90°折线角焊缝主要由人工焊完成，焊接时产生大量的烟雾、弧光，释放出大量的热量，使工人的工作环境非常恶劣，且人工焊容易受到个人情绪的影响，不利于工人的身体健康和焊接的质量。所以，有必要发明出一种能够焊接90°折线角焊缝的方法，而准确识别出90°折线角焊缝的交叉点，在一定程度上决定着90°折线角焊缝焊接的成败。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术不足，提供一种90°折线角焊缝交叉点识别的方法，以实现90°折线角焊缝交叉点的准确识别，为90°折线角焊缝的自动焊接铺平了道路，减少了焊接成本，提高了焊接的质量和效率。

本发明所述一种90°折线角焊缝交叉点识别的方法包括：焊枪空间姿态数学模型的建立、焊枪倾角的识别和90°折线角焊缝交叉点的识别，包括：

1.焊枪空间姿态数学模型的建立，所述数学模型中直线KD与直线Go的距离为焊枪相对于焊缝的水平偏差e，导电嘴末端点D＂至点D的距离为干伸长的长度，记为m，直线DD₂与z轴正方向的夹角α为焊枪在竖直面内的倾角，直线DD₁与y轴正方向的夹角θ为焊枪沿着焊接方向的倾角，表示焊枪空间姿态的向量P可以用干伸长m、水平偏差e、焊枪在竖直面内的倾角α、焊枪沿着焊接方向的倾角θ来表示，即P＝(m,e,α,θ)；

2.焊枪倾角θ的识别：直流电机带动电弧逆时针转动，转动的角速度为w，转动的半径为r，电弧转动一圈，霍尔传感器连续采集64个焊接电流的值，设点C对应第1个采样电流，点D对应第17个采样电流，点E对应第33个采样电流，点B对应第49个采样电流，干伸长越长，焊接电流越小，所以，焊枪沿着焊接方向的倾角θ，可以用倾角系数k来表示，其中，

$k=\frac{\underset{i=1}{\overset{32}{\Σ}}{I}_i}{\underset{i=33}{\overset{64}{\Σ}}{I}_i}$

式中，I_i表示第i个采样电流，k为焊枪的倾角系数。

当焊枪沿着焊接方向的倾角为0°时，倾角系数k等于1；当机器人焊接90°折线角焊缝的第1段直线焊缝时，倾角系数k大于0且小于等于1；当机器人焊接90°折线角焊缝的第2段直线焊缝时，倾角系数k大于等于1；所以，表示焊接点类型的模式P_n满足下式，

$P_n=\left\{\begin{array}{cc}{P}_1& 0<k_i\&le;1\\ P_2& 0<k_{i-1}<1and1<k_i\\ P_3& 1\&le;k_{i-1}and1\&le;k_i\end{array}\right.$

式中，P_n表示焊接点的类型，P₁表示当前焊接点位于90°折线角焊缝的第1段直线焊缝上，P₂表示当前焊接点为90°折线角焊缝的交叉点，P₃表示当前焊接点位于90°折线角焊缝的第2段直线焊缝上，k_i表示当前测到的倾角系数，k_i-1表示前一次测到的倾角系数。

从而，利用模式识别的方法，完成了90°折线角焊缝交叉点的识别。

本发明的有益效果是：通过本发明所述一种90°折线角焊缝交叉点识别的方法，可以准确地识别出90°折线角焊缝的交叉点，有利于90°折线角焊缝焊接的实现，提高了造船厂和钢结构厂房中90°折线角焊缝焊接的质量和效率，减少了焊接成本，降低了工人的劳动强度。

附图说明

图1为本发明所述焊枪空间姿态的数学模型；

图2为本发明所述焊枪倾角的识别；

图3为本发明所述焊枪倾角曲线；

图中：1.旋转电弧传感焊枪在垂直于焊缝的平面内的投影 2.旋转电弧传感焊枪3.导电嘴 4.干伸长 5.旋转电弧传感焊枪在水平面内的投影 6.焊接后的角焊缝 7.竖直钢板 8. 90°折线角焊缝的第二条直线焊缝 9.水平钢板 10. 90°折线角焊缝的第一条直线焊缝 11. 90°折线角焊缝的交叉点。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

本发明所述90°折线角焊缝交叉点识别方法包括：焊枪空间姿态数学模型的建立、焊枪倾角的识别和90°折线角焊缝交叉点的识别：

图1为焊枪空间姿态的数学模型，以当前焊接点o为坐标原点，以焊接速度v的反方向为x轴的正方向，竖直向上为z轴的正方向，根据右手定则，确定y轴的方向，完成空间坐标系oxyz的建立，点D为干伸长(4)与水平面的交点，过点D作直线KD平行于焊缝Go(6)，直线KD与直线Go的距离为焊枪相对于焊缝的水平偏差e。导电嘴(3)末端点D＂至点D的距离为干伸长(4)的长度，记为m。作直线DE平行于z轴，作旋转电弧传感焊枪(2)在竖直面oyz内的投影(1)，导电嘴(3)末端点D＂在竖直面内的投影为点D₂，直线DD₂与z轴正方向的夹角α为焊枪(2)在竖直面内的倾角。作旋转电弧传感焊枪(2)在水平面oxy内的投影(5)，导电嘴(3)末端点D＂在水平面内的投影为点D₁，直线DD₁与y轴正方向的夹角θ为焊枪沿着焊接方向的倾角。表示焊枪空间姿态的向量P可以用干伸长m、水平偏差e、焊枪在竖直面内的倾角α、焊枪沿着焊接方向的倾角θ来表示，即P＝(m,e,α,θ)。

图2为焊枪倾角的识别，90°折线角焊缝为水平钢板(9)和竖直钢板(7)的交线，直角焊缝AFG由直线焊缝AF(10)和直线焊缝FG(8)组成，两条直线焊缝的交点为90°折线角焊缝的交叉点(11)。直流电机带动电弧逆时针转动，转动的角速度为w，转动的半径为r，电弧转动一圈，霍尔传感器连续采集64个焊接电流的值，点C对应第1个采样电流，点D对应第17个采样电流，点E对应第33个采样电流，点B对应第49个采样电流。实验发现，在一定范围内，干伸长越长，焊接电流越小，所以，焊枪沿着焊接方向的倾角θ，可以用倾角系数k来表示，其中，

$k=\frac{\underset{i=1}{\overset{32}{\&Sigma;}}{I}_i}{\underset{i=33}{\overset{64}{\&Sigma;}}{I}_i}$

式中，I_i表示第i个采样电流，k为焊枪的倾角系数。

当焊枪沿着焊接方向的倾角为0°时，倾角系数k等于1；当机器人焊接90°折线角焊缝的第1段直线焊缝时，倾角系数k大于0且小于等于1；当机器人焊接90°折线角焊缝的第2段直线焊缝时，倾角系数k大于等于1；所以，表示焊接点类型的模式P_n满足下式，

$P_n=\left\{\begin{array}{cc}{P}_1& 0<k_i\&le;1\\ P_2& 0<k_{i-1}<1and1<k_i\\ P_3& 1\&le;k_{i-1}and1\&le;k_i\end{array}\right.$

式中，P_n表示焊接点的类型，P₁表示当前焊接点位于90°折线角焊缝的第1段直线焊缝上，P₂表示当前焊接点为90°折线角焊缝的交叉点，P₃表示当前焊接点位于90°折线角焊缝的第2段直线焊缝上，k_i表示当前测到的倾角系数，k_i-1表示前一次测到的倾角系数。

从而，利用模式识别的方法，完成了90°折线角焊缝交叉点的识别。

利用本发明所述的一种90°折线角焊缝交叉点识别的方法，焊接后的90°折线角焊缝如图3所示，焊道均匀，焊缝成形美观，在90°折线角焊缝交叉点(11)处不存在堆焊，所以，90°折线角焊缝的交叉点(11)识别准确。

利用本发明所述的一种90°折线角焊缝交叉点识别的方法，求到焊枪的倾角系数，对倾角系数进行线性变换，求到焊枪沿着焊接方向的倾角。当焊接90°折线角焊缝的第1段直线焊缝时，使焊枪的倾角θ小于等于0°；当焊接90°折线角焊缝的第2段直线焊缝时，使焊枪的倾角θ大于等于0°。如图3所示，利用本发明所述方法识别出的倾角和路径规划计算出的倾角非常接近，当焊接90°折线角焊缝的第1段直线焊缝时，焊枪的倾角θ小于等于0°；当焊接90°折线角焊缝的第2段直线焊缝时，焊枪的倾角θ大于等于0°，这有利于90°折线角焊缝交叉点的准确识别。

Claims (1)

1.一种90°折线角焊缝交叉点识别的方法，其特征在于：所述方法包括焊枪空间姿态数学模型的建立、焊枪倾角的识别和90°折线角焊缝交叉点的识别，包括：

A.焊枪空间姿态数学模型的建立，所述数学模型中直线KD与直线Go的距离为焊枪相对于焊缝的水平偏差e，导电嘴末端点D＂至点D的距离为干伸长的长度，记为m，直线DD₂与z轴正方向的夹角α为焊枪在竖直面内的倾角，直线DD₁与y轴正方向的夹角θ为焊枪沿着焊接方向的倾角，表示焊枪空间姿态的向量P可以用干伸长m、水平偏差e、焊枪在竖直面内的倾角α、焊枪沿着焊接方向的倾角θ来表示，即P＝(m,e,α,θ)；

B.焊枪倾角θ的识别：直流电机带动电弧逆时针转动，转动的角速度为w，转动的半径为r，电弧转动一圈，霍尔传感器连续采集64个焊接电流的值，设点C对应第1个采样电流，点D对应第17个采样电流，点E对应第33个采样电流，点B对应第49个采样电流，干伸长越长，焊接电流越小，所以，焊枪沿着焊接方向的倾角θ，可以用倾角系数k来表示，其中，

$k=\frac{\underset{i=1}{\overset{32}{\&Sigma;}}{I}_i}{\underset{i=33}{\overset{64}{\&Sigma;}}{I}_i}$

式中，I_i表示第i个采样电流，k为焊枪的倾角系数；

当焊枪沿着焊接方向的倾角为0°时，倾角系数k等于1；当机器人焊接90°折线角焊缝的第1段直线焊缝时，倾角系数k大于0且小于等于1；当机器人焊接90°折线角焊缝的第2段直线焊缝时，倾角系数k大于等于1；所以，表示焊接点类型的模式P_n满足下式，

$P_n=\left\{\begin{array}{cc}{P}_1& 0<k_i\&le;1\\ P_2& 0<k_{i-1}<1and1<k_i\\ P_3& 1\&le;k_{i-1}and1\&le;k_i\end{array}\right.$

式中，P_n表示焊接点的类型，P₁表示当前焊接点位于90°折线角焊缝的第1段直线焊缝上，P₂表示当前焊接点为90°折线角焊缝的交叉点，P₃表示当前焊接点位于90°折线角焊缝的第2段直线焊缝上，k_i表示当前测到的倾角系数，k_i-1表示前一次测到的倾角系数。