CN108444379A - 一种焊炬全位置角度识别方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接角度检测技术领域，具体涉及一种焊炬全位置角度识别方法和系统，在左焊炬和右焊炬上各安装一个三轴加速度传感器，该三轴加速度传感器可以输出与三个坐标轴对应的电压值，处理器读取该电压值，通过平方根函数、反正切函数及角度计算函数，可以自动计算出左焊炬和右焊炬的实时角度，得到的焊炬角度更加精确，便于后续步骤精确匹配焊接参数，提高管道焊接质量。

Description

一种焊炬全位置角度识别方法和系统

技术领域

本发明属于焊炬角度检测技术领域，具体涉及一种焊炬全位置角度识别方 法。

背景技术

在管道焊接领域中，一个完整的焊缝是成圆弧形的。由于重力、焊缝宽度、 焊炬高度等因素的影响，不同位置对应的焊接特性不同，需要在不同的位置采 用适合此位置的参数进行焊接。然而，多数焊接设备没有角度识别功能，在焊 接过程中，只能由焊工通过人眼判断焊炬的角度，然后根据判断出的角度来匹 配对应的参数进行焊接，人眼观察的角度误差较大，会导致焊接参数应用不够 准确，管道焊接质量不佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以自动检测出焊炬位置的焊炬全位置角度识 别方法。

为达到上述要求，本发明采取的技术方案是：提供一种焊炬全位置角度识 别方法，包括以下步骤：

S1、读取第一三轴加速度传感器或第二三轴加速度传感器中寄存的三个坐 标轴对应的电压值；其中，第一三轴加速度传感器安装在左焊炬上，第二三轴 加速度传感器安装在右焊炬上；

S2、根据读取到的三个电压值计算出Y轴对应的平方根值Value_y和Z轴 对应的平方根值Value_z，计算公式为：

其中，AglX_Value为三轴加速度传感器输出的X轴的电压值，AglY_Value为 三轴加速度传感器输出的Y轴的电压值，AglZ_Value为三轴加速度传感器输出的 Z轴的电压值；

S3、根据所述平方根值计算出Y轴对应的反正切值Value_y1和Z轴对应的 反正切值Value_z1，计算公式为：

S4、如果读取的是第一三轴加速度传感器的电压值，则根据所述反正切值 计算得到左焊炬的角度值α；如果读取的是第二三轴加速度传感器的电压值，则 根据所述反正切值计算得到右焊炬的角度值β；

其中，左焊炬角度值计算公式为：

右焊炬角度值计算公式为：

一种焊炬全位置角度识别系统，包括：

左焊炬，用于实现管道左半圆弧的焊接；

右焊炬，用于实现管道右半圆弧的焊接；

第一三轴加速度传感器，安装在左焊炬上，用于输出三个与左焊炬在三个 坐标轴上的加速度一一对应的电压值；

第二三轴加速度传感器，安装在右焊炬上，用于输出三个与右焊炬在三个 坐标轴上的加速度一一对应的电压值；

处理器，用于读取第一三轴加速度传感器或第二三轴加速度传感器输出的 三个电压值，并根据读取到的电压值计算得到左焊炬或右焊炬的角度值，具体 包括以下程序模块：

电压值读取程序，用于读取第一三轴加速度传感器或第二三轴加速度传感 器中寄存的三个坐标轴对应的电压值；

平方根计算程序，用于根据三个所述电压值计算出Y轴对应的平方根值 Value_y和Z轴对应的平方根值Value_z，计算公式为：

其中，AglX_Value为三轴加速度传感器输出的X轴的电压值，AglY_Value为 三轴加速度传感器输出的Y轴的电压值，AglZ_Value为三轴加速度传感器输出的 Z轴的电压值；

反正切计算程序，用于根据所述平方根值计算出Y轴对应的反正切值 Value_y1和Z轴对应的反正切值Value_z1，计算公式为：

角度计算程序，用于判断所述电压值是来自于第一三轴加速度传感器还是 第二三轴加速度传感器；如果是第一三轴加速度传感器，则根据所述反正切值 计算得到左焊炬的角度值α；如果是第二三轴加速度传感器，则根据所述反正切 值计算得到右焊炬的角度值β；

其中，左焊炬角度值计算公式为：

右焊炬角度值计算公式为：

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)在左焊炬和右焊炬上各安装一个三轴加速度传感器，该三轴加速度传 感器可以输出与三个坐标轴对应的电压值，再根据后续公式可以自动计算出左 焊炬和右焊炬的实时实际角度，得到的焊炬角度更加精确，便于后续步骤精确 匹配焊接参数，提高管道焊接质量；

(2)可以根据计算得到的焊炬角度值自动调用焊接参数，全程无需人工干 预，自动化程度高，可有效减少人力成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分， 在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性 实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明方法的流程示意图；

图2为本发明系统的框架示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施 例，对本申请作进一步地详细说明。为简单起见，以下描述中省略了本领域技 术人员公知的某些技术特征。

在实际的管道焊接过程中，采用焊接小车在圆弧形轨道上行走，焊炬夹持 在焊接小车上，即存在左焊接小车、左焊炬，右焊接小车、右焊炬，右焊炬采 用顺时针向下焊，焊接小车从平焊PA位附近开始往下焊接，至平角焊PB位， 至立焊PC位，至仰角焊PD位，再至仰焊PE位，实现半圆弧焊接；左焊炬采 用逆时针向下焊接，则与右焊炬焊接位置轴对称，从而实现整个管道的焊接。

如图1所示，本实施例提供一种焊炬全位置角度识别方法，包括以下步骤：

S0、预设左焊炬角度与焊接参数的一一对应关系，预设右焊炬角度与焊接 参数的一一对应关系；

S1、读取第一三轴加速度传感器或第二三轴加速度传感器中寄存的三个坐 标轴对应的电压值；其中，第一三轴加速度传感器安装在左焊炬上，第一三轴 加速度传感器会随着左焊炬的移动而对应输出三轴上的电压信号，第一三轴加 速度传感器将该电压信号转换成数字信号，即转换成电压值存储在自身的DATA 寄存器中；第二三轴加速度传感器安装在右焊炬上，第二三轴加速度传感器会 随着右焊炬的移动而对应输出三轴上的电压信号，第二三轴加速度传感器将该 电压信号转换成数字信号，即转换成电压值存储在自身的DATA寄存器中；

S2、根据读取到的三个电压值计算出Y轴对应的平方根值Value_y和Z轴 对应的平方根值Value_z，计算公式为：

其中，AglX_Value为三轴加速度传感器输出的X轴的电压值，AglY_Value为 三轴加速度传感器输出的Y轴的电压值，AglZ_Value为三轴加速度传感器输出的Z轴的电压值；

S3、根据所述平方根值计算出Y轴对应的反正切值Value_y1和Z轴对应的 反正切值Value_z1，计算公式为：

S4、如果读取的是第一三轴加速度传感器的电压值，则根据所述反正切值 计算得到左焊炬的角度值α；如果读取的是第二三轴加速度传感器的电压值，则 根据所述反正切值计算得到右焊炬的角度值β；

其中，左焊炬角度值计算公式为：

右焊炬角度值计算公式为：

S5、调用与角度值α对应的焊接参数给左焊炬进行焊接，或调用与角度值β 对应的焊接参数给右焊炬进行焊接。

如图2所示，提供一种焊炬全位置角度识别系统，包括：

左焊炬，用于实现管道左半圆弧的焊接；

右焊炬，用于实现管道右半圆弧的焊接；

第一三轴加速度传感器，安装在左焊炬上，用于输出三个与左焊炬在三个 坐标轴上的加速度一一对应的电压值；

第二三轴加速度传感器，安装在右焊炬上，用于输出三个与右焊炬在三个 坐标轴上的加速度一一对应的电压值；

处理器，用于读取第一三轴加速度传感器或第二三轴加速度传感器输出的 三个电压值，并根据读取到的电压值计算得到左焊炬或右焊炬的角度值，具体 包括以下程序模块：

电压值读取程序，用于读取第一三轴加速度传感器或第二三轴加速度传感 器中寄存的三个坐标轴对应的电压值；

平方根计算程序，用于根据三个所述电压值计算出Y轴对应的平方根值 Value_y和Z轴对应的平方根值Value_z，计算公式为：

其中，AglX_Value为三轴加速度传感器输出的X轴的电压值，AglY_Value为 三轴加速度传感器输出的Y轴的电压值，AglZ_Value为三轴加速度传感器输出的 Z轴的电压值；

反正切计算程序，用于根据所述平方根值计算出Y轴对应的反正切值 Value_y1和Z轴对应的反正切值Value_z1，计算公式为：

角度计算程序，用于判断所述电压值是来自于第一三轴加速度传感器还是 第二三轴加速度传感器；如果是第一三轴加速度传感器，则根据所述反正切值 计算得到左焊炬的角度值α；如果是第二三轴加速度传感器，则根据所述反正切 值计算得到右焊炬的角度值β；

其中，左焊炬角度值计算公式为：

右焊炬角度值计算公式为：

参数存储程序，用于存储左焊炬角度与焊接参数的一一对应关系，以及右 焊炬角度与焊接参数的一一对应关系；

参数调用程序，用于调用与角度值α对应的焊接参数给左焊炬进行焊接，以 及调用与角度值β对应的焊接参数给右焊炬进行焊接。

以上实施例仅表示本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属 于本发明保护范围。因此本发明的保护范围应该以权利要求为准。

Claims (4)

1.一种焊炬全位置角度识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、读取第一三轴加速度传感器或第二三轴加速度传感器中寄存的三个坐标轴对应的电压值；其中，第一三轴加速度传感器安装在左焊炬上，第二三轴加速度传感器安装在右焊炬上；

S2、根据读取到的三个电压值计算出Y轴对应的平方根值Value_y和Z轴对应的平方根值Value_z，计算公式为：

其中，AglX_Value为三轴加速度传感器输出的X轴的电压值，AglY_Value为三轴加速度传感器输出的Y轴的电压值，AglZ_Value为三轴加速度传感器输出的Z轴的电压值；

S3、根据所述平方根值计算出Y轴对应的反正切值Value_y1和Z轴对应的反正切值Value_z1，计算公式为：

S4、如果读取的是第一三轴加速度传感器的电压值，则根据所述反正切值计算得到左焊炬的角度值α；如果读取的是第二三轴加速度传感器的电压值，则根据所述反正切值计算得到右焊炬的角度值β；

其中，左焊炬角度值计算公式为：

右焊炬角度值计算公式为：

2.根据权利要求1所述的焊炬全位置角度识别方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括：

S0、预设左焊炬角度与焊接参数的一一对应关系，预设右焊炬角度与焊接参数的一一对应关系；

所述步骤S4之后还包括：

S5、调用与角度值α对应的焊接参数给左焊炬进行焊接，或调用与角度值β对应的焊接参数给右焊炬进行焊接。

3.一种焊炬全位置角度识别系统，其特征在于，包括：

左焊炬，用于实现管道左半圆弧的焊接；

右焊炬，用于实现管道右半圆弧的焊接；

第一三轴加速度传感器，安装在左焊炬上，用于输出三个与左焊炬在三个坐标轴上的加速度一一对应的电压值；

第二三轴加速度传感器，安装在右焊炬上，用于输出三个与右焊炬在三个坐标轴上的加速度一一对应的电压值；

处理器，用于读取第一三轴加速度传感器或第二三轴加速度传感器输出的三个电压值，并根据读取到的电压值计算得到左焊炬或右焊炬的角度值，具体包括以下程序模块：

电压值读取程序，用于读取第一三轴加速度传感器或第二三轴加速度传感器中寄存的三个坐标轴对应的电压值；

平方根计算程序，用于根据三个所述电压值计算出Y轴对应的平方根值Value_y和Z轴对应的平方根值Value_z，计算公式为：

其中，AglX_Value为三轴加速度传感器输出的X轴的电压值，AglY_Value为三轴加速度传感器输出的Y轴的电压值，AglZ_Value为三轴加速度传感器输出的Z轴的电压值；

反正切计算程序，用于根据所述平方根值计算出Y轴对应的反正切值Value_y1和Z轴对应的反正切值Value_z1，计算公式为：

角度计算程序，用于判断所述电压值是来自于第一三轴加速度传感器还是第二三轴加速度传感器；如果是第一三轴加速度传感器，则根据所述反正切值计算得到左焊炬的角度值α；如果是第二三轴加速度传感器，则根据所述反正切值计算得到右焊炬的角度值β；

其中，左焊炬角度值计算公式为：

右焊炬角度值计算公式为：

4.根据权利要求3所述的焊炬全位置角度识别系统，其特征在于，所述处理器还包括：

参数存储程序，用于存储左焊炬角度与焊接参数的一一对应关系，以及右焊炬角度与焊接参数的一一对应关系；

参数调用程序，用于调用与角度值α对应的焊接参数给左焊炬进行焊接，以及调用与角度值β对应的焊接参数给右焊炬进行焊接。