CN116727847A - 激光焊接装置的焊接路径生成方法 - Google Patents

Abstract

一种激光焊接装置的焊接路径生成方法，具体包括以下步骤：利用计算机辅助设计软件绘制焊接轮廓线的计算机图纸；在计算机图纸中建立坐标系；在计算机图纸中选定一个起始焊接点和数个标定焊接点；利用计算机辅助设计软件计算各标定焊接点的焊接标定线的长度和标定角度；利用转动轴线和起始焊接点的坐标以及各标定焊接点的焊接标定线的长度计算各标定焊接点在焊接时的坐标；将各标定焊接点的焊接标定线的长度和焊接时的坐标导入用于控制驱动旋转件和焊接头运动的电子凸轮***生成焊接路径。该焊接路径生成方法，焊接头与焊接点的距离保持恒定，焊接头匀速经过焊接点，提高焊接质量，并且在焊接件换型时更省时省力。

Description

激光焊接装置的焊接路径生成方法

技术领域

本发明涉及一种焊接路径生成方法，尤其涉及一种激光焊接装置焊接头的焊接路径生成方法。

背景技术

现有的激光焊接装置包括旋转件和焊接头，旋转件用于固定焊接件并绕一个转动轴线转动，焊接头沿一个垂直于转动轴线的第一方向设置并朝向固定于旋转件的焊接件，焊接头能够分别沿第一方向和一个第二方向相对于旋转件移动，第二方向垂直于转动轴线和第一方向。焊接头的焊接路径使用示教方式生成，在采用示教方式生成的焊接路径中，焊接头与焊接点的距离不能保持恒定，焊接头经过焊接点的速度不均匀，并且在焊接件换型时，需要大量的示教和校正点位工作，费事费力。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光焊接装置的焊接路径生成方法，焊接头与焊接点的距离保持恒定，焊接头匀速经过焊接点，提高焊接质量，并且在焊接件换型时更省时省力。

本发明提供一种激光焊接装置的焊接路径生成方法，包括以下步骤：

根据焊接轮廓的尺寸，利用计算机辅助设计软件绘制焊接轮廓线的计算机图纸；

在计算机图纸中建立对应激光焊接装置的坐标系，坐标系的纵轴Yc与第一方向平行，坐标系的横轴Xc与第二方向平行；

在计算机图纸中的焊接件轮廓线上选定一个起始焊接点和数个标定焊接点，将转动轴线和起始焊接点分别设置到设定的坐标；

连接转动轴线和起始焊接点形成焊接起始线，连接转动轴线和各标定焊接点形成焊接标定线，各焊接标定线绕转动轴线沿同一圆周方向转动至与焊接起始线重合时所需要转动的角度记录为标定角度，利用计算机辅助设计软件计算各标定焊接点的焊接标定线的长度和标定角度；

利用转动轴线和起始焊接点的坐标以及各标定焊接点的焊接标定线的长度计算各标定焊接点在焊接时的坐标；

将各标定焊接点的焊接标定线的长度和焊接时的坐标导入用于控制驱动旋转件和焊接头运动的电子凸轮***，利用电子凸轮***生成使焊接头能够匀速经过焊接件的焊接轮廓的焊接路径。

本发明提供的激光焊接装置的焊接路径生成方法，通过计算得到焊接路径，并且在电子凸轮***中根据焊接路径的变化为旋转件设定对应的转动速度，相比采用示教方式生成焊接路径，根据本发明提供的焊接路径生成方法生成的焊接路径，焊接头与焊接点的距离保持恒定，焊接头匀速经过焊接点，提高焊接质量，并且在焊接件换型时更省时省力。

在焊接路径生成方法的一种示意性实施方式中，步骤：利用转动轴线和起始焊接点的坐标以及各标定焊接点的焊接标定线的长度计算各标定焊接点在焊接时的坐标，包括：

利用转动轴线和起始焊接点的坐标计算焊接起始线的长度；

利用转动轴线和起始焊接点的坐标计算焊接起始线与横轴Xc的夹角，记录为初始角度；

利用焊接起始线的长度、初始角度和各标定焊接点的焊接标定线的长度计算起始焊接点的坐标到各标定焊接点的坐标在横轴Xc和纵轴Yc上的变化量；

利用起始焊接点的坐标、起始焊接点的坐标到各标定焊接点的坐标在横轴Xc和纵轴Yc上的变化量计算各标定焊接点在焊接时的坐标。

在焊接路径生成方法的一种示意性实施方式中，起始焊接点的坐标到各标定焊接点的坐标在横轴Xc和纵轴Yc上的变化量利用下列公式计算：

ΔX＝(R0-Rn)cosθ；

ΔY＝(R0-Rn)sinθ；

其中，R0表示焊接起始线的长度，Rn表示焊接标定线的长度，θ表示初始角度，ΔX表示起始焊接点的坐标到标定焊接点的坐标在横轴Xc上的变化量，ΔY表示起始焊接点的坐标到标定焊接点的坐标在横轴Yc上的变化量。

在焊接路径生成方法的一种示意性实施方式中，步骤：将各标定焊接点的焊接标定线的长度和焊接时的坐标导入用于控制驱动旋转件和焊接头运动的电子凸轮***，利用电子凸轮***生成使焊接头能够匀速经过焊接件的焊接轮廓的焊接路径，包括：

将各标定焊接点的焊接标定线的长度和焊接时的坐标导入电子凸轮***；

电子凸轮***根据各标定焊接点的焊接标定线的长度，计算焊接头匀速经过各标定焊接点时旋转件的转速比例；

电子凸轮***创建虚拟主轴，根据焊接头匀速经过各标定焊接点时旋转件的转速比例生成凸轮表。

在焊接路径生成方法的一种示意性实施方式中，焊接头匀速经过各标定焊接点时旋转件的转速比例利用下列公式计算：

V＝W*Rn；

其中，V表示焊接头经过各标定焊接点时的线速度，Rn表示焊接标定线的长度，W表示旋转件的转速。

在焊接路径生成方法的一种示意性实施方式中，焊接路径生成方法还包括：利用机器视觉***拍摄固定于旋转件的焊接件，并根据机器视觉***中的起始焊接点的位置对生成的凸轮表进行偏移修正。

在焊接路径生成方法的一种示意性实施方式中，焊接路径生成方法还包括：在计算各标定焊接点的焊接标定线的长度后，将焊接标定线的长度与焊接起始线的差值小于一个预设范围的标定焊接点剔除，不用于后续步骤的计算。

在焊接路径生成方法的一种示意性实施方式中，在步骤：利用转动轴线和起始焊接点的坐标以及各标定焊接点的焊接标定线的长度计算各标定焊接点在焊接时的坐标中，将转动轴线和起始焊接点的坐标以及各标定焊接点的焊接标定线的长度导入电子凸轮***的可编程逻辑控制器，利用可编程逻辑控制器计算各标定焊接点在焊接时的坐标。

在焊接路径生成方法的一种示意性实施方式中，将转动轴线设置到坐标系的原点。

在焊接路径生成方法的一种示意性实施方式中，在步骤：在计算机图纸中的焊接件轮廓线上选定一个起始焊接点和数个标定焊接点，将转动轴线和起始焊接点分别移动到已知的坐标中，各相邻的两个标定焊接点的焊接标定线的夹角相等。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1为基于激光焊接装置的焊接路径生成方法的一种示意性实施方式的流程示意图。

图2为基于激光焊接装置的焊接路径生成方法的实施原理图。

图3为基于激光焊接装置的焊接路径生成方法的另一实施原理图。

图4为基于激光焊接装置的焊接路径生成方法的部分流程示意图。

图5为基于激光焊接装置的焊接路径生成方法的部分流程示意图。

图6为基于激光焊接装置的焊接路径生成方法的另一种示意性实施方式的流程示意图。

标号说明

10焊接头

S焊接轮廓线

0转动轴线

S0起始焊接点

Sn标定焊接点

R0焊接起始线

Rn焊接标定线

θ初始角度

θn标定角度

Y第一方向

X第二方向

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示结构相同或结构相似但功能相同的部件。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

在本文中，“第一”、“第二”等并非表示其重要程度或顺序等，仅用于表示彼此的区别，以利文件的描述。

图1为基于激光焊接装置的焊接路径生成方法的一种示意性实施方式的流程示意图。图2和图3为基于激光焊接装置的焊接路径生成方法的实施原理图。激光焊接装置包括旋转件和焊接头10，旋转件用于固定焊接件并绕一个转动轴线O转动，焊接头10沿一个垂直于转动轴线O的第一方向Y设置并朝向固定于旋转件的焊接件，焊接头10能够分别沿第一方向Y和一个第二方向X相对于旋转件移动，第二方向X垂直于转动轴线O和第一方向Y。通过驱动旋转件转动，并关联焊接头10在第一方向Y和第二方向X的运动，焊接头10可以连续地焊接固定于旋转件的焊接件。焊接路径生成方法包括以下步骤：

步骤S10：根据焊接轮廓的尺寸，利用计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)软件绘制焊接轮廓线S的计算机图纸。参照图2，计算机辅助设计软件便于精确绘制焊接轮廓线S，并能够导出焊接轮廓线S上各点的数据。

步骤S20：在计算机图纸中建立对应激光焊接装置的坐标系，坐标系的纵轴Yc与第一方向Y平行，坐标系的横轴Xc与第二方向X平行。

步骤S30：在计算机图纸中的焊接件轮廓线上选定一个起始焊接点S0和数个标定焊接点Sn，将转动轴线O和起始焊接点S0分别设置到设定的坐标。在示意性实施方式中，为了方便后续的计算，将转动轴线O设置到坐标系的原点。

步骤S40：连接转动轴线O和起始焊接点S0形成焊接起始线R0，连接转动轴线O和各标定焊接点Sn形成焊接标定线Rn，各焊接标定线Rn绕转动轴线O沿同一圆周方向转动至与焊接起始线R0重合时所需要转动的角度记录为标定角度θn，利用计算机辅助设计软件计算各标定焊接点Sn的焊接标定线Rn的长度和标定角度θn。在示意性实施方式中，各相邻的两个标定焊接点Sn的焊接标定线Rn的夹角相等，夹角均设置为0.1度，因此共有3600个焊接标定线Rn，为了清楚显示，图2中仅示意性地画出了一个标定焊接点Sn和一条焊接标定线Rn。参照图3，在焊接轮廓线S绕转动轴线O转动对应标定焊接点Sn的标定角度θn后，标定焊接点Sn位于焊接起始线R0上或者焊接起始线R0的延长线上。

步骤S50：利用转动轴线O和起始焊接点S0的坐标以及各标定焊接点Sn的焊接标定线Rn的长度计算各标定焊接点Sn在焊接时的坐标。图4为基于激光焊接装置的焊接路径生成方法的部分流程示意图。参照图4并结合图2和图3，在示意性实施方式中步骤S50具体包括：

步骤S51：利用转动轴线O和起始焊接点S0的坐标计算焊接起始线R0的长度。参照图2，转动轴线O的位置为坐标系的原点(0,0)，起始焊接点S0的坐标(X0,Y0)为已知的设定坐标，因此焊接起始线R0的长度可以通过公式计算得到。

步骤S52：利用转动轴线O和起始焊接点S0的坐标计算焊接起始线R0与横轴Xc的夹角，记录为初始角度θ。具体的初始角度θ通过计算得到。

步骤S53：利用焊接起始线R0的长度、初始角度θ和各标定焊接点Sn的焊接标定线Rn的长度计算起始焊接点S0的坐标到各标定焊接点Sn的坐标在横轴Xc和纵轴Yc上的变化量。具体利用下列公式计算:

ΔX＝(R0-Rn)cosθ。

ΔY＝(R0-Rn)sinθ。

其中，R0表示焊接起始线R0的长度，Rn表示焊接标定线Rn的长度，θ表示初始角度，ΔX表示起始焊接点S0的坐标到标定焊接点Sn的坐标在横轴Xc上的变化量，即Xn-X0，ΔY表示起始焊接点S0的坐标到标定焊接点Sn的坐标在横轴Yc上的变化量,即Yn-Y0。

步骤S54：利用起始焊接点S0的坐标、起始焊接点S0的坐标到各标定焊接点Sn的坐标在横轴Xc和纵轴Yc上的变化量计算各标定焊接点Sn在焊接时的坐标。通过起始焊接点S0的坐标(X0,Y0)、ΔX和ΔY可以求得(X0+ΔX，Y0+ΔY)为各标定焊接点Sn的坐标(Xn,Yn)。

在示意性实施方式中，步骤40中得到标定焊接点Sn的焊接标定线Rn的长度以及转动轴线O和起始焊接点S0的坐标通过PLC web功能导入电子凸轮***的可编程逻辑控制器，并通过指令将数据读取到PLC DB块数组中。利用可编程逻辑控制器计算各标定焊接点Sn在焊接时的坐标，借此在节省人工成本的同时能够得到精确的计算结果，并且计算结果可以方便电子凸轮***调取使用。

步骤S60：将各标定焊接点Sn的焊接标定线Rn的长度和焊接时的坐标导入用于控制驱动旋转件和焊接头10运动的电子凸轮***，利用电子凸轮***生成使焊接头10能够匀速经过焊接件的焊接轮廓的焊接路径。图5为基于激光焊接装置的焊接路径生成方法的部分流程示意图。参照图5，在示意性实施方式中步骤S60具体包括：

步骤S61：将各标定焊接点Sn的焊接标定线Rn的长度和焊接时的坐标导入电子凸轮***的可编程逻辑控制器。

步骤S62：电子凸轮***根据各标定焊接点Sn的焊接标定线Rn的长度，计算焊接头10匀速经过各标定焊接点Sn时旋转件的转速比例。具体利用下列公式计算：

V＝W*Rn。

其中，V表示焊接头10经过各标定焊接点Sn时的线速度，Rn表示焊接标定线Rn的长度，W表示旋转件的转速。由于焊接头10经过各标定焊接点Sn时的线速度要保持一致，因此焊接标定线Rn的长度与旋转件的转速成反比，借此得到焊接头10匀速经过各标定焊接点Sn时旋转件的转速比例关系数据。

步骤S63：电子凸轮***创建虚拟主轴，根据焊接头10匀速经过各标定焊接点Sn时旋转件的转速比例生成凸轮表。根据已知的焊接头10经过各标定焊接点Sn时的线速度，定义虚拟主轴的转速，同时根据旋转件的转速比例关系数据，生成凸轮表。电子凸轮***可以调取凸轮表控制旋转件和焊接头10的关联运动，保证焊接头10与焊接点的距离保持恒定，并且焊接头10匀速经过焊接点。

本发明提供的激光焊接装置的焊接路径生成方法，通过计算得到焊接路径，并且在电子凸轮***中根据焊接路径的变化为旋转件设定对应的转动速度，相比采用示教方式生成焊接路径，根据本发明提供的焊接路径生成方法生成的焊接路径，焊接头10与焊接点的距离保持恒定，焊接头10匀速经过焊接点，提高焊接质量，并且在焊接件换型时更省时省力。

图6为基于激光焊接装置的焊接路径生成方法的另一种示意性实施方式的流程示意图。参照图6，焊接路径生成方法还包括：

步骤70：在计算各标定焊接点Sn的焊接标定线Rn的长度后，将焊接标定线Rn的长度与焊接起始线R0的差值小于一个预设范围的标定焊接点Sn剔除，不用于后续步骤的计算。现有的激光焊接装置中，旋转件和焊接头10运动精度多数只能保持在一定范围内，并且焊接头10的焊接范围能够覆盖细微的误差，保证焊接质量。在焊接标定线Rn的长度与焊接起始线R0的差值小于一个预设范围时，焊接标定线Rn的长度的变化无法影响到焊接质量，可以看成是焊接标定线Rn的长度没有变化而忽略掉该焊点的计算，在不影响焊接质量的同时能够减少运算。

参照图6，焊接路径生成方法还包括：

步骤80：利用机器视觉***拍摄固定于旋转件的焊接件，并根据机器视觉***中的起始焊接点S0的位置对生成的凸轮表进行偏移修正。借助机器视觉***可以在焊接开始时自动矫正凸轮表，防止因焊接件安装时存在轻微的位置偏移而影响焊接质量。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.激光焊接装置的焊接路径生成方法，所述激光焊接装置包括旋转件和焊接头，所述旋转件用于固定焊接件并绕一个转动轴线转动，所述焊接头沿一个垂直于所述转动轴线的第一方向设置并朝向固定于所述旋转件的焊接件，所述焊接头能够分别沿所述第一方向和一个第二方向相对于所述旋转件移动，所述第二方向垂直于所述转动轴线和所述第一方向，其特征在于，所述焊接路径生成方法包括以下步骤：

根据焊接轮廓的尺寸，利用计算机辅助设计软件绘制焊接轮廓线的计算机图纸；

在所述计算机图纸中建立对应所述激光焊接装置的坐标系，所述坐标系的纵轴Yc与所述第一方向平行，所述坐标系的横轴Xc与所述第二方向平行；

在所述计算机图纸中的焊接件轮廓线上选定一个起始焊接点和数个标定焊接点，将所述转动轴线和所述起始焊接点分别设置到设定的坐标；

连接所述转动轴线和所述起始焊接点形成焊接起始线，连接所述转动轴线和各所述标定焊接点形成焊接标定线，各所述焊接标定线绕所述转动轴线沿同一圆周方向转动至与所述焊接起始线重合时所需要转动的角度记录为标定角度，利用计算机辅助设计软件计算各所述标定焊接点的所述焊接标定线的长度和所述标定角度；

利用所述转动轴线和所述起始焊接点的坐标以及各所述标定焊接点的所述焊接标定线的长度计算各所述标定焊接点在焊接时的坐标；以及

将各所述标定焊接点的所述焊接标定线的长度和焊接时的坐标导入用于控制驱动所述旋转件和所述焊接头运动的电子凸轮***，利用所述电子凸轮***生成使所述焊接头能够匀速经过焊接件的焊接轮廓的焊接路径。

2.如权利要求1所述的焊接路径生成方法，其特征在于，步骤：利用所述转动轴线和所述起始焊接点的坐标以及各所述标定焊接点的所述焊接标定线的长度计算各所述标定焊接点在焊接时的坐标，包括：

利用所述转动轴线和所述起始焊接点的坐标计算所述焊接起始线的长度；

利用所述转动轴线和所述起始焊接点的坐标计算所述焊接起始线与横轴Xc的夹角，记录为初始角度；

利用所述焊接起始线的长度、所述初始角度和各所述标定焊接点的所述焊接标定线的长度计算所述起始焊接点的坐标到各所述标定焊接点的坐标在横轴Xc和纵轴Yc上的变化量；以及

利用所述起始焊接点的坐标、所述起始焊接点的坐标到各所述标定焊接点的坐标在横轴Xc和纵轴Yc上的变化量计算各所述标定焊接点在焊接时的坐标。

3.如权利要求2所述的焊接路径生成方法，其特征在于，所述起始焊接点的坐标到各所述标定焊接点的坐标在横轴Xc和纵轴Yc上的变化量利用下列公式计算：

ΔX＝(R0-Rn)cosθ；

ΔY＝(R0-Rn)sinθ；

其中，R0表示焊接起始线的长度，Rn表示焊接标定线的长度，θ表示初始角度，ΔX表示起始焊接点的坐标到标定焊接点的坐标在横轴Xc上的变化量，ΔY表示起始焊接点的坐标到标定焊接点的坐标在横轴Yc上的变化量。

4.如权利要求1所述的焊接路径生成方法，其特征在于，步骤：将各所述标定焊接点的所述焊接标定线的长度和焊接时的坐标导入用于控制驱动所述旋转件和所述焊接头运动的电子凸轮***，利用所述电子凸轮***生成使所述焊接头能够匀速经过焊接件的焊接轮廓的焊接路径，包括：

将各所述标定焊接点的所述焊接标定线的长度和焊接时的坐标导入所述电子凸轮***；

所述电子凸轮***根据各所述标定焊接点的所述焊接标定线的长度，计算所述焊接头匀速经过各所述标定焊接点时所述旋转件的转速比例；以及

所述电子凸轮***创建虚拟主轴，根据所述焊接头匀速经过各所述标定焊接点时所述旋转件的转速比例生成凸轮表。

5.如权利要求4所述的焊接路径生成方法，其特征在于，所述焊接头匀速经过各所述标定焊接点时所述旋转件的转速比例利用下列公式计算：

V＝W*Rn；

其中，V表示焊接头经过各标定焊接点时的线速度，Rn表示焊接标定线的长度，W表示旋转件的转速。

6.如权利要求4所述的焊接路径生成方法，其特征在于，所述焊接路径生成方法还包括：利用机器视觉***拍摄固定于所述旋转件的焊接件，并根据所述机器视觉***中的所述起始焊接点的位置对生成的所述凸轮表进行偏移修正。

7.如权利要求1所述的焊接路径生成方法，其特征在于，所述焊接路径生成方法还包括：在计算各所述标定焊接点的所述焊接标定线的长度后，将所述焊接标定线的长度与所述焊接起始线的差值小于一个预设范围的所述标定焊接点剔除，不用于后续步骤的计算。

8.如权利要求1所述的焊接路径生成方法，其特征在于，在步骤：利用所述转动轴线和所述起始焊接点的坐标以及各所述标定焊接点的所述焊接标定线的长度计算各所述标定焊接点在焊接时的坐标中，将所述转动轴线和所述起始焊接点的坐标以及各所述标定焊接点的所述焊接标定线的长度导入所述电子凸轮***的可编程逻辑控制器，利用所述可编程逻辑控制器计算各所述标定焊接点在焊接时的坐标。

9.如权利要求1所述的焊接路径生成方法，其特征在于，将所述转动轴线设置到坐标系的原点。

10.如权利要求1所述的焊接路径生成方法，其特征在于，在步骤：在所述计算机图纸中的焊接件轮廓线上选定一个起始焊接点和数个标定焊接点，将所述转动轴线和所述起始焊接点分别移动到已知的坐标中，各相邻的两个所述标定焊接点的所述焊接标定线的夹角相等。