CN105458454B - 一种管道对接焊缝全位置轨迹控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管道对接焊缝全位置轨迹控制方法，包括：通过工业机器人示教再现系统生成管道对接焊缝轨迹的主路径，按主路径完成根焊工序。将主路径作为中心轨迹，中心轨迹与摆动电弧补偿相复合确定填充焊轨迹，按填充焊轨迹完成填充焊工序。按中心轨迹完成盖面焊工序。该轨迹控制方法实现了管道对接焊缝从根焊、填充焊到盖面焊的焊接轨迹自动控制，有效提高了管道焊接自动化程度，有效屏蔽电流离散值对补偿值的干扰，提高焊炬横摆补偿值的精确度。

Description

一种管道对接焊缝全位置轨迹控制方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种管道对接焊缝全位置轨迹控制方法。

背景技术

目前大通径长输油气管道全位置焊接轨迹控制方案一般采用摆动电弧跟踪方法，该方法采用实时采集焊炬摆动时的电流值，再对采集的相对摆动中心两侧电流值进行对比差值计算后，对焊炬的运动执行机构输出补偿量，以保证焊炬摆动中心位于焊道中央，在管道对接焊缝的焊接中现有方案的缺点在于，必须要进行摆动才能对焊缝进行跟踪，且只能焊炬两侧必须有母材才有效，所以该方法只能在对焊缝的填充焊过程中才能使用，在根焊和盖面焊中无法使用摆动电弧跟踪，另外在管道全位置焊接中由于焊缝受重力影响的位置在不断变化，焊缝表面往往出现不平整，焊道余高不一致的情况，这就造成了对焊缝跟踪效果的直接干扰，导致跟踪精度不高。

现有技术中的焊接轨迹控制方法在根焊和盖面焊中无法使用摆动电弧跟踪，无法满足全位置焊接轨迹控制的要求，在焊接过程中焊缝跟踪精度较低，抗干扰能力较差。

发明内容

本申请提供的一种管道对接焊缝全位置轨迹控制方法，解决了或部分解决了现有技术中的焊接轨迹控制方法在根焊和盖面焊中无法使用摆动电弧跟踪，无法满足全位置焊接轨迹控制的要求，在焊接过程中焊缝跟踪精度较低，抗干扰能力较差的技术问题，实现了管道对接焊缝从根焊、填充焊到盖面焊的焊接轨迹自动控制，有效提高了管道焊接自动化程度，有效屏蔽电流离散值对补偿值的干扰，提高焊炬横摆补偿值精确度的技术效果。

本申请提供了一种管道对接焊缝全位置轨迹控制方法，包括以下步骤：

通过工业机器人示教再现系统生成所述管道对接焊缝轨迹的主路径，按所述主路径完成根焊工序；

将所述主路径作为中心轨迹，所述中心轨迹与摆动电弧补偿相复合确定填充焊轨迹，按所述填充焊轨迹完成填充焊工序；

按所述中心轨迹完成盖面焊工序。

作为优选，所述工业机器人示教再现系统生成所述管道对接焊缝轨迹的主路径，包括：

将焊炬的电极端点作为示教执行点；

所述工业机器人示教再现系统在所述管道对接焊缝上确定多个示教点；

所述工业机器人示教再现系统中的控制器在所述多个示教点之间进行插补，以生成所述管道对接焊缝轨迹的主路径。

作为优选，在自动焊接系统进行自动焊接过程中，所述主路径为整个所述管道对接焊缝的机械强制轨迹；

所述主路径存储在所述工业机器人示教再现系统中的控制器内；

所述自动焊接系统在所述填充焊工序及所述盖面焊工序中调用所述主路径。

作为优选，所述填充焊工序之前，所述自动焊接系统从所述控制器中调用所述主路径作为周期性横摆的所述中心轨迹；

所述填充焊工序开始后，焊炬沿垂直于所述管道对接焊缝的方向做周期性左右横摆；

所述自动焊接系统中的通讯模块采集焊接回路中的实时电流值；

所述控制器接受并存贮所述实时电流值。

作为优选，在所述焊炬横摆的一个摆动周期内，所述控制器以半个所述摆动周期为基准将所述实时电流值划分为两组电流数据；

所述控制器的计算单元分别对两组所述电流数据进行积分运算，形成的积分值再进行差值运算，得出所述焊炬横摆两侧的电流偏移量；

所述控制器的模糊控制单元接收并计算所述电流偏移量，生成所述焊炬摆动中心的补偿值；

所述控制器将所述补偿值与设定的补偿阀值进行比较确定中心轨迹补偿值；

所述控制器根据所述中心轨迹补偿值对所述中心轨迹进行运动轨迹补偿，生产所述填充焊轨迹。

作为优选，所述模糊控制单元为单输入单输出模块；

所述补偿值与设定的所述补偿阈值进行比较包括：

当所述补偿值小于所述补偿阈值时，所述中心轨迹补偿值等于所述补偿值；

当所述补偿值大于所述补偿阈值时，所述中心轨迹补偿值等于所述补偿阀值。

本申请中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于采用了工业机器人示教再现系统生成管道对接焊缝的主路径，将主路径作为周期性左右横摆的中心轨迹，即将工业机器人的示教再现方法与摆动电弧跟踪方法相结合，使两者互为补充，解决管道对接焊缝从根焊、填充焊到盖面焊的焊接轨迹自动控制问题，有效提高了管道焊接自动化程度，其中，控制器对实时电流值进行积分运算获得合理的中心轨迹补偿值，屏蔽了因飞溅、焊缝不平整等因素产生的电流离散值对补偿值的干扰，使得焊炬横摆的补偿值更加精确。这样，有效解决了现有技术中的焊接轨迹控制方法在根焊和盖面焊中无法使用摆动电弧跟踪，无法满足全位置焊接轨迹控制的要求，在焊接过程中焊缝跟踪精度较低，抗干扰能力较差的技术问题，实现了管道对接焊缝从根焊、填充焊到盖面焊的焊接轨迹自动控制，有效提高了管道焊接自动化程度，有效屏蔽电流离散值对补偿值的干扰，提高焊炬横摆补偿值精确的技术效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的管道对接焊缝全位置轨迹控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的管道对接焊缝的结构示图；

图3为图2中焊炬在X向的偏差与焊接电流波形及电流面积积分变化示意图；

图4为图2中焊炬做周期性左右横摆的示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供的一种管道对接焊缝全位置轨迹控制方法，解决了或部分解决了现有技术中的焊接轨迹控制方法在根焊和盖面焊中无法使用摆动电弧跟踪，无法满足全位置焊接轨迹控制的要求，在焊接过程中焊缝跟踪精度较低，抗干扰能力较差的技术问题，通过将工业机器人的示教再现方法与摆动电弧跟踪方法相结合，使两者互为补充，实现了管道对接焊缝从根焊、填充焊到盖面焊的焊接轨迹自动控制，有效提高了管道焊接自动化程度，有效屏蔽电流离散值对补偿值的干扰，提高焊炬横摆补偿值精确度的技术效果。

参见附图1，本申请提供了一种管道对接焊缝全位置轨迹控制方法，包括以下步骤：

S1：通过工业机器人示教再现系统生成管道对接焊缝轨迹的主路径，按主路径完成根焊工序。

S2：将主路径作为中心轨迹，中心轨迹与摆动电弧补偿相复合确定填充焊轨迹，按填充焊轨迹完成填充焊工序。

S3：按中心轨迹完成盖面焊工序。

进一步的，工业机器人示教再现系统生成管道对接焊缝轨迹的主路径，包括：S101：将焊炬的电极端点作为示教执行点。S102：工业机器人示教再现系统在管道对接焊缝上确定多个示教点。S103：工业机器人示教再现系统中的控制器在多个示教点之间进行插补，以生成管道对接焊缝轨迹的主路径。

进一步的，在自动焊接系统进行自动焊接过程中，主路径为整个管道对接焊缝的机械强制轨迹；主路径存储在工业机器人示教再现系统中的控制器内；自动焊接系统在填充焊工序及盖面焊工序中调用主路径。

进一步的，步骤S2包括：S201：参见附图2和4，填充焊工序之前，自动焊接系统从控制器中调用主路径作为周期性横摆的中心轨迹。S202：填充焊工序开始后，焊炬沿垂直于管道对接焊缝的方向做周期性左右横摆。S203：自动焊接系统中的通讯模块采集焊接回路中的实时电流值。S204：控制器接受并存贮实时电流值。S205：在焊炬横摆的一个摆动周期内，控制器以半个摆动周期为基准将实时电流值划分为两组电流数据。

S206：参见附图3，控制器的计算单元分别对两组电流数据进行积分运算，形成的积分值再进行差值运算，得出焊炬横摆两侧的电流偏移量。S207：控制器的模糊控制单元接收并计算电流偏移量，生成焊炬摆动中心的补偿值。S208：控制器将补偿值与设定的补偿阀值进行比较确定中心轨迹补偿值。S209：控制器根据中心轨迹补偿值对中心轨迹进行运动轨迹补偿，生产填充焊轨迹。

进一步的，模糊控制单元为单输入单输出模块。补偿值与设定的补偿阈值进行比较包括：当补偿值小于补偿阈值时，中心轨迹补偿值等于补偿值。当补偿值大于补偿阈值时，中心轨迹补偿值等于补偿阀值。

下面通过具体实施例对本申请提供的管道对接焊缝全位置轨迹控制方法进行详细说明，包括以下步骤：

S1：在进行根焊前，将焊炬电极端点作为示教执行点，根焊轨迹采用工业机器人示教再现方法在管道对接焊缝定义多个示教点，控制器在多个示教点之间进行插补，并生成管道对接焊缝轨迹的主路径；焊炬按主路径完成根焊工序。其中，该主路径被定义为整个管道对接焊缝自动焊接过程中的机械强制轨迹，该轨迹被控制器存贮记忆，以备后续工序调用。

S2：在管道填充焊工序中，将从控制器中调用之前根焊的主路径作为周期性横摆的中心轨迹；参见附图2和4，填充焊开始后，焊炬开始沿垂直于焊缝方向做周期性左右横摆，控制器通过焊机内的通讯模块(DP模块)采集焊接回路中的实时电流值并进行存贮。参见附图3，在每一次焊炬横摆的周期内，控制器的计算单元以二分之一的摆动周期t为基准将采集到的实时电流值划分为两组，再分别对这两组数据分别进行积分运算，得到左摆动电流积分值和右摆动电流积分值，焊炬的左右偏差通过图3、图4进行判断，然后对左右摆动的电流积分值进行差值运算，得出电流偏移量△I。

将以上运算得到的电流偏移量△I输入到一个单输入单输出的模糊控制模块，由模糊控制模块进行模糊运算后将得到的焊炬摆动中心的补偿值△X再输入到控制器。控制器接收到焊炬摆动中心的补偿值△X后，与设定的补偿阈值进行比较，补偿阈值的设定不得大于主路径的平均偏差。当补偿值△X小于补偿阈值时，按补偿值△X对焊炬执行机构进行运动轨迹补偿，获得填充焊轨迹；当补偿值△X大于补偿阈值时，则按补偿阈值对焊炬执行机构进行运动轨迹补偿，获得填充焊轨迹，焊炬按填充焊轨迹完成填充焊工序。

其中，按照以上步骤可以使填充焊过程中的焊炬在不改变强制的主路径的条件下，进行局部的横摆补偿和微调。

S3：将主路径作为周期性左右横摆的中心轨迹，焊炬按中心轨迹完成盖面焊工序。

上述实施例提供的管道对接焊缝全位置轨迹控制方法有效降低了管道对接焊缝的组对精度要求，适合于野外大型油气管道的自动化焊接。该方法将工业机器人的示教再现方法与摆动电弧跟踪方法相结合，使两者互为补充，解决了管道对接焊缝从根焊、填充焊到盖面焊的焊接轨迹自动控制问题，有效提高了管道焊接自动化程度。通过控制器对采集电流值的积分运算，屏蔽了因飞溅、焊缝不平整等因素产生的电流离散值对补偿值的干扰，使得焊炬横摆补偿值更加精确。

本申请中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于采用了工业机器人示教再现系统生成管道对接焊缝的主路径，将主路径作为周期性左右横摆的中心轨迹，即将工业机器人的示教再现方法与摆动电弧跟踪方法相结合，使两者互为补充，解决管道对接焊缝从根焊、填充焊到盖面焊的焊接轨迹自动控制问题，有效提高了管道焊接自动化程度，其中，控制器对实时电流值进行积分运算获得合理的中心轨迹补偿值，屏蔽了因飞溅、焊缝不平整等因素产生的电流离散值对补偿值的干扰，使得焊炬横摆的补偿值更加精确。这样，有效解决了现有技术中的焊接轨迹控制方法在根焊和盖面焊中无法使用摆动电弧跟踪，无法满足全位置焊接轨迹控制的要求，在焊接过程中焊缝跟踪精度较低，抗干扰能力较差的技术问题，实现了管道对接焊缝从根焊、填充焊到盖面焊的焊接轨迹自动控制，有效提高了管道焊接自动化程度，有效屏蔽电流离散值对补偿值的干扰，提高焊炬横摆补偿值精确的技术效果。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种管道对接焊缝全位置轨迹控制方法，其特征在于，所述轨迹控制方法包括以下步骤：

通过工业机器人示教再现系统生成所述管道对接焊缝轨迹的主路径，按所述主路径完成根焊工序；

将所述主路径作为中心轨迹，所述中心轨迹与摆动电弧补偿相复合确定填充焊轨迹，按所述填充焊轨迹完成填充焊工序；

按所述中心轨迹完成盖面焊工序；

在自动焊接系统进行自动焊接过程中，所述主路径为整个所述管道对接焊缝的机械强制轨迹；所述主路径存储在所述工业机器人示教再现系统中的控制器内；所述自动焊接系统在所述填充焊工序及所述盖面焊工序中调用所述主路径；所述填充焊工序之前，所述自动焊接系统从所述控制器中调用所述主路径作为周期性横摆的所述中心轨迹；所述填充焊工序开始后，焊炬沿垂直于所述管道对接焊缝的方向做周期性左右横摆；所述自动焊接系统中的通讯模块采集焊接回路中的实时电流值；所述控制器接受并存贮所述实时电流值；在所述焊炬横摆的一个摆动周期内，所述控制器以半个所述摆动周期为基准将所述实时电流值划分为两组电流数据；所述控制器的计算单元分别对两组所述电流数据进行积分运算，形成的积分值再进行差值运算，得出所述焊炬横摆两侧的电流偏移量；所述控制器的模糊控制单元接收并计算所述电流偏移量，生成所述焊炬摆动中心的补偿值；所述控制器将所述补偿值与设定的补偿阀值进行比较确定中心轨迹补偿值；所述控制器根据所述中心轨迹补偿值对所述中心轨迹进行运动轨迹补偿，生产所述填充焊轨迹。

2.如权利要求1所述的轨迹控制方法，其特征在于，所述工业机器人示教再现系统生成所述管道对接焊缝轨迹的主路径，包括：

将焊炬的电极端点作为示教执行点；

所述工业机器人示教再现系统在所述管道对接焊缝上确定多个示教点；

所述工业机器人示教再现系统中的控制器在所述多个示教点之间进行插补，以生成所述管道对接焊缝轨迹的主路径。

3.如权利要求1所述的轨迹控制方法，其特征在于，

所述模糊控制单元为单输入单输出模块；

所述补偿值与设定的所述补偿阈值进行比较包括：

当所述补偿值小于所述补偿阈值时，所述中心轨迹补偿值等于所述补偿值；

当所述补偿值大于所述补偿阈值时，所述中心轨迹补偿值等于所述补偿阀值。