CN112621030A - 一种用于输电塔节点焊接轨迹生成方法 - Google Patents

一种用于输电塔节点焊接轨迹生成方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于输电塔节点焊接轨迹生成方法，包括以下步骤：S1：通过软件程序自动生成和显示3D模型，并通过编程输入输电塔节点的3D几何模型；S2：根据输电塔节点的3D几何模型来选取输电塔节点焊接路径的多个关键点；S3：选取关键点后，根据关键点确定焊接属性；S4：确定焊接属性后，根据焊接属性输出输电塔节点的焊接指令，以供焊接机器人手臂执行。采用本方案，通过软件程序自动生成焊接轨迹，并控制焊接机器人手臂快速进行焊接，在保证焊接精度和自适应能力的同时，大大提高了作业效率。

Description

一种用于输电塔节点焊接轨迹生成方法
技术领域
本发明涉及自动焊接技术，具体涉及一种用于输电塔节点焊接轨迹生成方法。
背景技术
自动焊接技术在工业及制造领域均得到广泛的应用和提高，焊接技术的发展越来越受到工业生产及制造企业的关注；如今，市场上已经出现了很多针对某一特定产品自动焊接装置，例如焊接大型集装箱门板长焊缝的自动焊接装置和点焊车架外形轮廓的焊接装置。这种自动焊接装置生产效率高、工作稳定、焊接质量好、能适用各种复杂的环境。但在输电塔焊接领域中，大部分的自动焊接装置采用的是人工示教再现的方法，缺乏对焊接过程中出现的参数改变和不确定扰动的自适应能力。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供了一种用于输电塔节点焊接轨迹生成方法，采用本方案，通过软件程序自动生成焊接轨迹，并控制焊接机器人手臂快速进行焊接，在保证焊接精度和自适应能力的同时，大大提高了作业效率。
本发明采用的技术方案为：一种用于输电塔节点焊接轨迹生成方法，包括以下步骤：
S1：通过软件程序自动生成和显示3D模型，并通过编程输入输电塔节点的3D几何模型；
S2：根据输电塔节点的3D几何模型来选取输电塔节点焊接路径的多个关键点；
S3：选取关键点后，根据关键点确定焊接属性；
S4：确定焊接属性后，根据焊接属性输出输电塔节点的焊接指令，以供焊接机器人手臂执行。
进一步优化，所述软件采用ABB机器人的编程语言RAPID，通过RAPID控制机器人手臂完成多种焊接动作。
进一步优化，焊接路径的关键点位于节点板之间相交边的两端。
进一步优化，焊接机器人手臂通过焊枪进行焊接，并采用四元数控制焊枪的倾角。
进一步优化，焊枪前倾或后倾时的倾角为80°～110°。
进一步优化，输入的焊接属性包括是否开坡口、是否需要变位机和是否需要船型焊缝。
进一步优化，所述变位机用于焊接回转工作中的焊接变位。
进一步优化，所述焊缝为船型焊缝。
进一步优化，还包括工作台，所述工作台采用变频器无极调速。
进一步优化，所述输出节点的焊接指令包括控制焊枪倾角、确定焊缝和变位机参数指令。
本方案具体运作时，根据输电塔节点的结构特点，采用面向对象编程和C++语言，开发了输电塔节点的智能焊接软件，确保高效、快速完成输电塔的智能焊接工作。本软件生成焊接轨迹包括以下4个步骤：在本软件中建立3D模型，并通过编程输入输电塔节点的3D几何模型，建模过程中支持菜单交互建模，也可读取其他软件生成的STEP格式的文件进行建模。
建模之后，然后进行输电塔节点焊接路径关键点的选取，焊接路径的关键点位于两个节点板相交线的两个端点，两个端点之间为焊接路径。
在选取焊接路径的关键点，确定焊接路径之后，输入焊接属性，根据现场不同位置的需求，对于不同的焊接路径输入的焊接属性略有不同，其中焊接属性为确定是否开坡口、是否需要变位机、是否需要船型焊缝等等，为保证焊接度，对于焊接要求较高的焊接路径，应开坡口。而对于焊接要求较高的焊接路径，获得更好的焊接质量，需将平角焊向上转动45°变为船型焊，以此来保证焊脚的尺寸均匀，因角焊和缝焊有容易塌陷的缺陷，采用船型焊，还能提高生产效率，并通过便位祢补自动焊和埋弧焊只能平焊或角平焊的缺陷。而在确定船型焊之后，为了达到这一目的，还需要变位机来辅助焊接，变位机是专用焊接辅助设备，适用于回转工作的焊接变位，以得到理想的加工位置和焊接速度。可与操作机、焊机配套使用，组成自动焊接中心，也可用于手工作业时的工件变位；其中焊接变位机一般由工作台回转机构和翻转机构组成，通过工作台的升降，翻转和回转使固定在工作台上的工件达到所需的焊接装配角度，而工作台回转优选为变频无级调速，调速精度高，还可通过遥控盒实现对工作台的远程操作，也可与操作机、焊接机控制系统相连，实现联动操作。采用变位机可得到满意的焊接速度。
在输入一系列的焊接属性之后，开始输出节点的焊接指令，以供焊接机器人手臂执行。其中焊接指令包括控制焊枪倾角、确定焊缝和变位机参数指令等等；其中焊接机器人手臂使用焊枪进行焊接，焊枪是指焊接过程中，执行焊接操作的部分，是用于气焊的工具，形状像枪，前端有喷嘴，喷出高温火焰作为热源，它使用灵活，方便快捷，工艺简单。而在焊接过程中焊枪轴线和焊缝轴线之间的夹角，称为焊枪的倾斜角度，简称焊枪倾角。焊枪倾角是不容忽视的因素。当焊枪倾角在80°～110°时，不论是前倾还是后倾，对焊接过程及焊缝成形都没有明显的影响。但倾角过大时，如前倾角理>115°时，将增大熔宽并减小熔深，还会增加飞溅；因此焊枪前倾或后倾时的倾角应优选为为80°～110°。
其中本方案采用四元数来控制焊枪的倾角，确保焊枪的倾角是合理的。其中四元数相较于旋转矩阵和旋转向量，其内存和运算速度更优。内存上，一个四元数只占四个浮点数；在四元数相乘时可以直接在这四个数上进行加减乘的基本运算，比旋转向量转换成旋转矩阵相乘后再转换回旋转向量要高效得多。这些在嵌入式平台上是不小的优势。何况，浮点数运算总是会有误差的，运算越多，误差累计越多，所以理论上四元数相乘也有精度上的优势。
在确定焊枪倾角之后，还要确定焊缝，也就是焊接路径关键点之间的具体焊接路径，在确定具体焊接路径之后，便开始输入变位机参数，以此来控制机器人手臂完成各种焊接动作。
本发明具有以下有益效果：
本方案提供了一种用于输电塔节点焊接轨迹生成方法，采用本方案，通过软件程序自动生成焊接轨迹，并控制焊接机器人手臂快速进行焊接，在保证焊接精度和自适应能力的同时，大大提高了作业效率。
附图说明
图1为本发明提供的一种用于输电塔节点焊接轨迹生成方法的节点板焊接路径图。
图中附图标记为：1-节点板，2-关键点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例：如图1所示，一种用于输电塔节点焊接轨迹生成方法，包括以下步骤：
S1：通过软件程序自动生成和显示3D模型，并通过编程输入输电塔节点的3D几何模型；
S2：根据输电塔节点的3D几何模型来选取输电塔节点焊接路径的多个关键点2；
S3：选取关键点2后，根据关键点2确定焊接属性；
S4：确定焊接属性后，根据焊接属性输出输电塔节点的焊接指令，以供焊接机器人手臂执行。
本实施例中，所述软件采用ABB机器人的编程语言RAPID，通过RAPID控制机器人手臂完成多种焊接动作。
本实施例中，焊接路径的关键点2位于节点板1之间相交边的两端。
本实施例中，焊接机器人手臂通过焊枪进行焊接，并采用四元数控制焊枪的倾角。
本实施例中，焊枪前倾或后倾时的倾角为80°～110°。
本实施例中，输入的焊接属性包括是否开坡口、是否需要变位机和是否需要船型焊缝。
本实施例中，所述变位机用于焊接回转工作中的焊接变位。
本实施例中，所述焊缝为船型焊缝。
本实施例中，还包括工作台，所述工作台采用变频器无极调速。
本实施例中，所述输出节点的焊接指令包括控制焊枪倾角、确定焊缝和变位机参数指令。
本实施例中，根据输电塔节点的结构特点，采用面向对象编程和C++语言，开发了输电塔节点的智能焊接软件，确保高效、快速完成输电塔的智能焊接工作。本软件生成焊接轨迹包括以下4个步骤：在本软件中建立3D模型，并通过编程输入输电塔节点的3D几何模型，建模过程中支持菜单交互建模，也可读取其他软件生成的STEP格式的文件进行建模。
建模之后，然后进行输电塔节点焊接路径关键点2的选取，焊接路径的关键点2位于两个节点板1相交线的两个端点，两个端点之间为焊接路径。
在选取焊接路径的关键点2，确定焊接路径之后，输入焊接属性，根据现场不同位置的需求，对于不同的焊接路径输入的焊接属性略有不同，其中焊接属性为确定是否开坡口、是否需要变位机、是否需要船型焊缝等等，为保证焊接度，对于焊接要求较高的焊接路径，应开坡口。而对于焊接要求较高的焊接路径，获得更好的焊接质量，需将平角焊向上转动45°变为船型焊，以此来保证焊脚的尺寸均匀，因角焊和缝焊有容易塌陷的缺陷，采用船型焊，还能提高生产效率，并通过便位祢补自动焊和埋弧焊只能平焊或角平焊的缺陷。而在确定船型焊之后，为了达到这一目的，还需要变位机来辅助焊接，变位机是专用焊接辅助设备，适用于回转工作的焊接变位，以得到理想的加工位置和焊接速度。可与操作机、焊机配套使用，组成自动焊接中心，也可用于手工作业时的工件变位；其中焊接变位机一般由工作台回转机构和翻转机构组成，通过工作台的升降，翻转和回转使固定在工作台上的工件达到所需的焊接装配角度，而工作台回转优选为变频无级调速，调速精度高，还可通过遥控盒实现对工作台的远程操作，也可与操作机、焊接机控制系统相连，实现联动操作。采用变位机可得到满意的焊接速度。
在输入一系列的焊接属性之后，开始输出节点的焊接指令，以供焊接机器人手臂执行。其中焊接指令包括控制焊枪倾角、确定焊缝和变位机参数指令等等；其中焊接机器人手臂使用焊枪进行焊接，焊枪是指焊接过程中，执行焊接操作的部分，是用于气焊的工具，形状像枪，前端有喷嘴，喷出高温火焰作为热源，它使用灵活，方便快捷，工艺简单。而在焊接过程中焊枪轴线和焊缝轴线之间的夹角，称为焊枪的倾斜角度，简称焊枪倾角。焊枪倾角是不容忽视的因素。当焊枪倾角在80°～110°时，不论是前倾还是后倾，对焊接过程及焊缝成形都没有明显的影响。但倾角过大时，如前倾角理>115°时，将增大熔宽并减小熔深，还会增加飞溅；因此焊枪前倾或后倾时的倾角应优选为为80°～110°。
其中本方案采用四元数来控制焊枪的倾角，确保焊枪的倾角是合理的。其中四元数相较于旋转矩阵和旋转向量，其内存和运算速度更优。内存上，一个四元数只占四个浮点数；在四元数相乘时可以直接在这四个数上进行加减乘的基本运算，比旋转向量转换成旋转矩阵相乘后再转换回旋转向量要高效得多。这些在嵌入式平台上是不小的优势。何况，浮点数运算总是会有误差的，运算越多，误差累计越多，所以理论上四元数相乘也有精度上的优势。
在确定焊枪倾角之后，还要确定焊缝，也就是焊接路径关键点2之间的具体焊接路径，在确定具体焊接路径之后，便开始输入变位机参数，以此来控制机器人手臂完成各种焊接动作；其中本软件还采用了ABB机器人的编程语言RAPID，类似于VB，编程方式类似于组态软件MCGS。该语言有多种指令，可以控制机器人手臂，完成各种焊接动作，典型的指令如下：
基本运动指令：MoveL、MoveJ、MoveC
转轴运动指令：MoveAbsJ
通信指令：TPErase、TPWrite
函数：Offs()
fine指机器人TCP达到目标点，并在目标点速度降为零，连续运行时，机器人动作有停顿。zone指机器人TCP不达到目标点，连续运行时，机器人动作圆滑、流畅。
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，并不用于限定本发明的保护范围，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 (10)

1.一种用于输电塔节点焊接轨迹生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过软件程序自动生成和显示3D模型，并通过编程输入输电塔节点的3D几何模型；
S2：根据输电塔节点的3D几何模型来选取输电塔节点焊接路径的多个关键点(2)；
S3：选取关键点(2)后，根据关键点(2)确定焊接属性；
S4：确定焊接属性后，根据焊接属性输出输电塔节点的焊接指令，以供焊接机器人手臂执行。
2.根据权利要求1所述的一种用于输电塔节点焊接轨迹生成方法，其特征在于，所述软件采用ABB机器人的编程语言RAPID，通过RAPID控制机器人手臂完成多种焊接动作。
3.根据权利要求1所述的一种用于输电塔节点焊接轨迹生成方法，其特征在于，焊接路径的关键点(2)位于节点板(1)之间相交边的两端。
4.根据权利要求1所述的一种用于输电塔节点焊接轨迹生成方法，其特征在于，焊接机器人手臂通过焊枪进行焊接，并采用四元数控制焊枪的倾角。
5.根据权利要求4所述的一种用于输电塔节点焊接轨迹生成方法，其特征在于，焊枪前倾或后倾时的倾角为80°～110°。
6.根据权利要求1所述的一种用于输电塔节点焊接轨迹生成方法，其特征在于，输入的焊接属性包括是否开坡口、是否需要变位机和是否需要船型焊缝。
7.根据权利要求6所述的一种用于输电塔节点焊接轨迹生成方法，其特征在于，所述变位机用于焊接回转工作中的焊接变位。
8.根据权利要求6所述的一种用于输电塔节点焊接轨迹生成方法，其特征在于，所述焊缝为船型焊缝。
9.根据权利要求1所述的一种用于输电塔节点焊接轨迹生成方法，其特征在于，还包括工作台，所述工作台采用变频器无极调速。
10.根据权利要求1所述的一种用于输电塔节点焊接轨迹生成方法，其特征在于，所述输出节点的焊接指令包括控制焊枪倾角、确定焊缝和变位机参数指令。
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