CN114260630A - 焊接系统及焊接控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于焊接技术领域，具体公开了一种焊接系统及焊接控制方法，其用于将第一管件焊接于结构件，结构件形成有坡口，焊接系统包括焊接机器人、测量装置和控制装置，待所述第一管件和所述结构件预定位后，用于测量所述第一管件的第一位置信息及所述坡口的第一轮廓；控制装置被配置为能够根据所述第一位置信息及所述第一轮廓建立坡口模型，并计算得到所述第一管件的实际同轴度数据，根据所述坡口模型以及所述实际同轴度数据，并结合目标同轴度数据分析确定第一焊接工艺；并被配置为能根据坡口模型与目标同轴度分析确定第一焊接工艺，以使得焊接机器人完成第一管件与结构件的高效率的自动焊接，并减小管件焊接后的变形量，提升焊接精度。

Description

焊接系统及焊接控制方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种焊接系统及焊接控制方法。

背景技术

管件在与结构件的焊接过程中，由于焊接接头的类型、焊接件形状、焊缝的位置、管件 的厚度、组装及焊接顺序、焊接方法等不同，焊接后易造成纵向缩短、横向缩短、角度变形、 弯曲变形等焊接缺陷。尤其在核电站中管件、石油输送管道、天然气输送管道的焊接较多， 并且在一些特定使用场景下，高精密设备的管件的焊接对管件焊接后的变形量或位置度有严 格的精度控制要求。

而传统管件焊接防变形控制方法主要有如下几种：1、制作专门的防变形固定夹具，在管 件焊接前，通过使用防变形的固定夹具夹紧接管件两端进行，焊接过程中人工观测接管焊接 变形，辅助木锤等工具对变形方向进行反向敲击矫正，此种控制方法效率低下，且防变形控 制效果很差，对于微变形无法控制；2、使用人工根据测量数据计算出管件的变形量，根据变 形量制定调整方案，该控制方法效率低下，可调整范围有限；3、核电站中的管件、石油输送 管道、天然气输送管道的焊接，大都凭借经验使用手工焊接，焊接效率低下，且变形控制不 均匀。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种焊接系统， 其能实现管件与结构件的高效率自动焊接，并且管件焊接后的变形量或位置度能够达到精度 控制要求。

本发明还提出一种使用上述焊接系统的焊接控制方法。

根据本发明第一方面实施例的焊接系统，其用于将第一管件焊接于结构件，所述结构件 开设有坡口，所述焊接系统包括：

焊接机器人，

测量装置，待所述第一管件和所述结构件预定位后，用于测量所述第一管件的第一位置 信息及所述坡口的第一轮廓；

控制装置，被配置为能够根据所述第一位置信息及所述第一轮廓建立坡口模型，并计算 得到所述第一管件的实际同轴度数据，根据所述坡口模型以及所述实际同轴度数据，并结合 目标同轴度数据分析确定第一焊接工艺。

根据本发明实施例的焊接系统，至少具有如下有益效果：通过测量装置获取的第一位置 信息及坡口的第一轮廓，控制装置能够得到第一管件的同轴度，并建立坡口模型，并能根据 坡口模型与目标同轴度分析确定第一焊接工艺，以使得焊接机器人完成第一管件与结构件的 高效率的自动焊接，并减小第一管件焊接后的变形量，提升焊接精度。

根据本发明的一些实施例，所述结构件为第二管件，所述第一管件的端部插接入所述第 二管件的端部中，所述坡口开设于所述第二管件的端部，所述坡口模型由所述第一轮廓投影 于与所述第一管件的轴向垂直的投影面上形成。

根据本发明的一些实施例，所述坡口模型由所述第一轮廓投影于与所述第一管件的轴向 垂直的投影面上形成，所述第一轮廓与所述投影面的投影夹角为锐角。

根据本发明的一些实施例，所述第一焊接工艺包括第一焊接起点及第一焊接参数。

根据本发明的一些实施例，所述第一焊接工艺由示教系统及专家数据库进行确定，其中， 所述第一焊接起点设置为所述第一轮廓的任意一点。

根据本发明的一些实施例，所述测量装置被配置为在焊接过程中，实时跟踪测量所述第 一管件的第二位置信息及所述坡口的第二轮廓，建立焊缝模型。

根据本发明的一些实施例，针对多道焊接，所述控制装置被配置为N道焊缝完成后，能 够自动调节并重新设定第二焊接工艺，所述第二焊接工艺包括第二焊接起点及第二焊接参数， 所述N为自然数。

根据本发明的一些实施例，所述测量装置被配置为N道焊缝完成后，记录所述N道焊缝 的轨迹，所述第一管件相对于所述目标同轴度发生偏移，设定所述第一管件的目标同轴度对 应的焊缝为N道理论焊缝，所述N道焊缝相对于所述N道理论焊缝发生偏移，设定所述N 道焊缝偏离所述N道理论焊缝的中心形成正偏移，所述N道焊缝偏向所述N道理论焊缝的 中心形成负偏移，所述N道焊缝相对于所述N道理论焊缝形成的最大正偏移量的点为A点， 最大负偏移量的点为B点，其中，所述第二焊接起点为沿着焊接方向的反方向偏移A点4°-8°， 焊接过程中实时计算当前焊缝与所述N道理论焊缝的偏移量，设定允许最大偏移量为D0， 若正偏移量大于D0时，将焊接热输入量减小以减少熔敷金属量，若负偏移量大于D0时，将 焊接热输入量增大以增加熔敷金属量。

根据本发明的一些实施例，所述第一管件为圆管，所述结构件开设所述坡口的面为弧形 面。

根据本发明的一些实施例，所述环形安装板包括活动连接的第一安装板和第二安装板， 以使得所述避让空间的大小能够调节。

根据本发明的一些实施例，所述安装座为磁力安装座。

根据本发明的一些实施例，所述第一安装板和所述第二安装板可以沿着第一方向旋转， 以打开或者关闭所述避让空间。

根据本发明的一些实施例，所述第一安装板和/或所述第二安装板包括转动板，所述转动 板能够绕第二方向旋转，所述第二方向垂直于所述第一方向，所述传感器支架安装于所述转 动板。

根据本发明的一些实施例，所述第一安装板和所述第二安装板均呈L形，所述第一安装 板包括第一转动板和第二转动板，所述第二安装板包括第三转动板和第四转动板，所述第一 转动板、所述第二转动板、所述第三转动板和所述第四转动板上均安装有所述传感器支架。

根据本发明的一些实施例，所述传感器支架能够相对于所述传感器支架转动。

根据本发明第二方面实施例的用于焊接系统的焊接控制方法，其用于将第一管件焊接于 结构件，所述结构件开设有坡口，所述焊接系统包括焊接机器人、测量装置和控制装置，所 述焊接控制方法包括如下步骤：

待所述第一管件和所述结构件预定位后，测量所述第一管件的第一位置信息及所述坡口 的第一轮廓；

获取所述第一管件的目标同轴度数据；

建立坡口模型，并计算得到所述第一管件的实际同轴度数据；

根据所述坡口模型以及所述实际同轴度数据，并结合所述目标同轴度数据分析确定第一 焊接工艺。

根据本发明实施例的焊接控制方法，至少具有如下有益效果：通过获取的第一位置信息 及坡口的第一轮廓，以得到第一管件的同轴度以建立坡口模型，并分析确定第一焊接工艺， 以使得焊接机器人完成第一管件与结构件的高效率的自动焊接，并减小第一管件焊接后的变 形量，提升焊接精度。

根据本发明的一些实施例，所述结构件为第二管件，所述第一管件的端部插接入所述第 二管件的端部中，所述坡口开设于所述第二管件的端部，所述坡口模型由所述第一轮廓投影 于与所述第一管件的轴向垂直的投影面上形成。

根据本发明的一些实施例，所述坡口模型由所述第一轮廓投影于与所述第一管件的轴向 垂直的投影面上形成，所述第一轮廓与所述投影面的投影夹角为锐角。

根据本发明的一些实施例，所述第一焊接工艺包括第一焊接起点及第一焊接参数；所述 第一焊接工艺由示教系统及专家数据库进行确定，其中，所述第一焊接起点设置为所述第一 轮廓的任意一点。

根据本发明的一些实施例，所述焊接控制方法还包括：

在焊接过程中，实时跟踪测量所述第一管件的第二位置信息及所述坡口的第二轮廓，建 立焊缝模型。

根据本发明的一些实施例，所述第一管件为圆管，所述结构件开设所述坡口的面为弧形 面。

根据本发明的一些实施例，针对多道焊接，所述焊接控制方法还包括如下步骤：

N道焊缝完成后，自动调节并重新设定第二焊接工艺，所述第二焊接工艺包括第二焊接 起点及第二焊接参数，其中，N为自然数。

根据本发明的一些实施例，所述N道焊缝完成后，自动调节并重新设定第二焊接工艺包 括如下步骤：

记录所述N道焊缝的轨迹，其中，所述第一管件相对于目标同轴度发生偏移；

设定所述第一管件的目标同轴度对应的焊缝为N道理论焊缝，所述N道焊缝相对于所述 N道理论焊缝发生偏移，设定所述N道焊缝偏离所述N道理论焊缝的中心形成正偏移，所述 N道焊缝偏向所述N道理论焊缝的中心形成负偏移，所述N道焊缝相对于所述N道理论焊 缝形成的最大正偏移量的点为A点，最大负偏移量的点为B点，其中，所述第二焊接起点为 沿着焊接方向的反方向偏移B点4°-8°，焊接过程中实时计算当前焊缝与所述N道理论焊缝 的偏移量，设定允许最大偏移量为D0，若正偏移量大于D0时，将焊接热输入量减小以减少 熔敷金属量，若负偏移量大于D0时，将焊接热输入量增大以增加熔敷金属量。

根据本发明第三方面实施例的焊接系统，其用于将第一管件焊接于结构件，所述结构件 开设有坡口，其特征在于，所述焊接系统包括：

焊接机器人；

测量装置，待所述管件和所述结构件预定位后，用于测量所述坡口相对于所述第一管件 的第一位置信息及第一轮廓；

控制装置，被配置为能够根据所述第一位置信息及所述第一轮廓得到坡口模型，并能根 据所述坡口模型以及第一预设程序确定第一焊接工艺；

其中，所述坡口模型由所述第一轮廓投影于与所述第一管件的轴向垂直的投影面上形成， 所述第一轮廓与所述投影面的投影夹角为锐角；所述第一预设程序被配置为将所述坡口模型 分为多个焊区，根据不同的所述焊区，从专家库中调用相应的焊接工艺参数。

根据本发明实施例的焊接系统，至少具有如下有益效果：通过测量装置获取坡口相对于 第一管件的第一位置信息及第一轮廓，控制装置能够得到坡口模型，并能确定第一焊接工艺 参数，即将坡口模型分为多个焊区，根据不同的所述焊区，从专家库中调用相应的焊接工艺 参数，以使得焊接机器人完成第一管件与结构件的高效率的自动焊接，同时能减小焊接变形 量，大大提升焊接精度。

根据本发明的一些实施例，所述第一焊接工艺包括焊接热输入量和送丝速度；以所述第 一轮廓最低点为0°点，并绕所述第一轮廓旋转360°，其中，0°～90°为A象限，坡口面积及体 积由最小值逐渐增大；90°～180°为B象限，坡口面积及体积逐渐增大至最大值；180°～270° 为C象限，坡口面积及体积由最大值逐渐减小；270°～360°为D象限，坡口面积及体积逐渐 减小至最小值；所述A象限、所述B象限、所述C象限和所述D象限的所述焊接热输入量分 别为λ1、λ2、λ3、λ4，所述送丝速度分别为V1、V2、V3、V4，满足：λ1＜λ2，λ3＞λ4，V1＜V2、V3＞V4；由0°至360°的焊接过程中，λ1、λ2逐渐增大，λ3、λ4逐渐减小，V1、V2 逐渐增大，V3、V4逐渐减小；且90°的所述焊接热输入量大于270°的所述焊接热输入量，90° 的所述送丝速度大于270°的所述送丝速度。

根据本发明的一些实施例，针对多道焊接，所述测量装置被配置能获取经焊接后的焊缝 相对于所述第一管件的第二位置信息及第二轮廓，所述控制装置被配置为能够根据所述第二 位置信息及所述第二轮廓得到焊缝模型，并能根据所述焊缝模型以及第二预设程序确定第二 焊接工艺。

根据本发明的一些实施例，所述第二焊接工艺包括焊接起点，所述控制装置还被配置为 能够根据所述焊缝模型得到所述第一管件的实际同轴度数据，并根据所述焊缝模型以及所述 实际同轴度数据，并结合目标同轴度数据分析确定焊接起点。

根据本发明的一些实施例，所述测量装置被配置为N道焊缝完成后，记录所述N道焊缝 的轨迹，所述N为自然数，所述第一管件相对于所述目标同轴度发生偏移，设定所述第一管 件的目标同轴度对应的焊缝为N道理论焊缝，所述N道焊缝相对于所述N道理论焊缝发生 偏移，设定所述N道焊缝偏离所述N道理论焊缝的中心形成正偏移，所述N道焊缝偏向所述N道理论焊缝的中心形成负偏移，所述N道焊缝相对于所述N道理论焊缝形成的最大正 偏移量的点为A点，最大负偏移量的点为B点，其中，所述焊接起点为沿着焊接方向的反方 向偏移A点4°-8°。

根据本发明的一些实施例，所述第二预设程序被配置为将所述焊缝模型分为多个焊区， 根据不同的所述焊区，从专家库中调用相应的焊接工艺参数。

根据本发明的一些实施例，所述测量装置为激光传感器。

根据本发明的一些实施例，所述第一管件与所述结构件通过点焊进行预定位。

根据本发明第四方面实施例的用于焊接系统的焊接控制方法，其用于将第一管件焊接于 结构件，所述结构件开设有坡口，所述焊接系统包括焊接机器人、测量装置和控制装置，所 述焊接控制方法包括如下步骤：

待所述管件和所述结构件预定位后，测量所述坡口相对于所述第一管件的第一位置信息 及第一轮廓；

根据所述第一位置信息及所述第一轮廓得到坡口模型，其中，所述坡口模型由所述第一 轮廓投影于与所述第一管件的轴向垂直的投影面上形成，所述第一轮廓与所述投影面的投影 夹角为锐角；

根据所述坡口模型以及第一预设程序确定第一焊接工艺，其中，所述第一预设程序被配 置为将所述坡口模型分为多个焊区，根据不同的所述焊区，从专家库中调用相应的焊接工艺 参数。

根据本发明实施例的焊接控制方法，至少具有如下有益效果：通过获取坡口相对于第一 管件的第一位置信息及第一轮廓，以得到坡口模型，并确定第一焊接工艺参数，即将坡口模 型分为多个焊区，根据不同的所述焊区，从专家库中调用相应的焊接工艺参数，以使得焊接 机器人完成第一管件与结构件的高效率的自动焊接，同时能减小焊接变形量，大大提升焊接 精度。

根据本发明的一些实施例，所述第一焊接工艺包括焊接热输入量和送丝速度；所述根据 所述坡口模型以及第一预设程序确定第一焊接工艺参数包括如下步骤：

以所述第一轮廓的最低点为0°点，并绕所述第一轮廓旋转360°，其中，0°～90°为A象限， 坡口面积及体积由最小值逐渐增大；90°～180°为B象限，坡口面积及体积逐渐增大至最大值； 180°～270°为C象限，坡口面积及体积由最大值逐渐减小；270°～360°为D象限，坡口面积及 体积逐渐减小至最小值；所述A象限、所述B象限、所述C象限和所述D象限的所述焊接热 输入量分别为λ1、λ2、λ3、λ4，所述送丝速度分别为V1、V2、V3、V4，满足：λ1＜λ2，λ3＞λ4，V1＜V2、V3＞V4；由0°至360°的焊接过程中，λ1、λ2逐渐增大，λ3、λ4逐渐减小， V1、V2逐渐增大，V3、V4逐渐减小；且90°的所述焊接热输入量大于270°的所述焊接热输 入量，90°的所述送丝速度大于270°的所述送丝速度。

根据本发明的一些实施例，针对多道焊接，所述焊接控制方法还包括如下步骤：

获取经焊接后的所述坡口相对于所述第一管件的第二位置信息及第二轮廓；

根据所述第二位置信息及所述第二轮廓得到焊缝模型；

根据所述焊缝模型以及第二预设程序确定第二焊接工艺。

根据本发明的一些实施例，所述第二焊接工艺包括焊接起点，所述焊接控制方法还包括 如下步骤：

根据所述焊缝模型得到所述第一管件的实际同轴度数据，并根据所述焊缝模型以及所述 实际同轴度数据，并结合目标同轴度数据分析确定焊接起点。

根据本发明的一些实施例，所述根据所述焊缝模型以及所述实际同轴度数据，并结合目 标同轴度数据分析确定焊接起点包括如下步骤：

记录N道焊缝的轨迹，其中，所述第一管件相对于目标同轴度发生偏移，所述N为自然 数；

设定所述第一管件的目标同轴度对应的焊缝为N道理论焊缝，所述N道焊缝相对于所述 N道理论焊缝发生偏移，设定所述N道焊缝偏离所述N道理论焊缝的中心形成正偏移，所述 N道焊缝偏向所述N道理论焊缝的中心形成负偏移，所述N道焊缝相对于所述N道理论焊 缝形成的最大正偏移量的点为A点，最大负偏移量的点为B点，其中，所述第二焊接起点为 沿着焊接方向的反方向偏移B点4°-8°。

根据本发明的一些实施例，所述第二预设程序被配置为将所述缝模型分为多个焊区，根 据不同的所述焊区，从专家库中调用相应的焊接工艺参数。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显， 或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明一些实施例的焊接系统的示意图；

图2为本发明一些实施例的焊接系统的测量装置的示意图；

图3为本发明一些实施例的焊接系统的测量装置的示意图；

图4为本发明一些实施例的焊接系统的测量装置的示意图；

图5为本发明第一方面实施例的焊接系统的第二焊接起点确定方法示意图；

图6为本发明第二方面实施例的焊接控制方法的工艺流程图；

图7为本发明第二方面实施例的焊接控制方法的工艺流程图；

图8为本发明第二方面实施例的焊接控制方法的工艺流程图；

图9为本发明第二方面实施例的焊接控制方法的工艺流程图；

图10为本发明第三方面实施例的焊接系统的分区焊接方法示意图；

图11为本发明第三方面实施例的焊接系统的分区焊接方法示意图；

图12为本发明第四方面实施例的焊接控制方法的工艺流程图；

图13为本发明第四方面实施例的焊接控制方法的工艺流程图；

图14为本发明第四方面实施例的焊接控制方法的工艺流程图；

图15为本发明第四方面实施例的焊接控制方法的工艺流程图；

图16为本发明第四方面实施例的焊接控制方法的工艺流程图；

图17为图11由A点到C点的纵向剖视图。

附图标记：

焊接系统1000；

焊接机器人100；

控制装置200；

第一管件300；

结构件400；

测量装置500、安装座501、支撑杆502、传感器支架503、避让空间504、调节缝505、手拧螺母506、第一安装板507、第二安装板508、传感器510；

电源600；

第二焊接起点700；

N道理论焊缝800；

N道焊缝900。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或 类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的 实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、内、外等指示的方 位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而 不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不 能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理 解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技 术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属 技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，最后应说明的是：以上各实施例仅用以说 明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方 案的本质脱离本发明的各实施例技术方案的范围。

不锈钢管件在与结构件的焊接过程中，由于焊接接头的类型、焊接件形状、焊缝的位置、 管件的厚度、组装及焊接顺序、焊接方法等不同，焊接后易造成纵向缩短、横向缩短、角度 变形、弯曲变形等焊接缺陷。尤其在核电站中管件、石油输送管道、天然气输送管道的焊接 较多，并且在一些特定使用场景下，高精密设备的管件的焊接对管件焊接后的变形量或位置 度有严格的精度控制要求。

传统接管焊接防变形控制方法主要有如下几种：1、制作专门的防变形固定夹具，在接管 焊接前，通过使用防变形的固定夹具夹紧接管两端进行，焊接过程人工观测接管焊接变形， 辅助木锤等工具对变形方向进行反向敲击矫正，效率极其低下，且防变形控制效果很差，对 于微变形无法控制；2、使用数字测微计在焊接过程中定期跟踪接管位置，人工根据所测得的 位置数据计算出接管变形量，根据变形量制定调整方案，效率极其低下，且其调整方向只限 于调整焊接的起始点，可调整范围有限，且数字测微计测量精度低；3、核电站中接管(尤其 核岛中设备的监管)、石油输送管道、天然气输送管道的焊接，大都使用手工焊接，焊接效 率低下，在接管自动焊接过程中，为了实时监测及控制焊接过程中接管的变形，需要研发一 套接管自动焊接制系统，自动控制焊机焊接轨迹，根据设定情况自动调整焊接程序的施焊位 置起点、焊接方向及焊接参数，输出给自动焊机，确保接管焊接变形在目标值内。

在本发明第一方面的实施例中的焊接系统1000，其用于将第一管件300焊接于结构件 400，结构件400开设有坡口，焊接系统1000包括焊接机器人100、测量装置500、控制装置200和焊接电源600，待第一管件300和结构件400预定位后，测量装置500用于测量第 一管件300的第一位置信息及坡口的第一轮廓；控制装置200被配置为能够根据第一位置信息及第一轮廓建立坡口模型，并计算得到第一管件300的实际同轴度数据，根据坡口模型以及实际同轴度数据，并结合目标同轴度数据分析确定第一焊接工艺。

需要说明的是，结构件400可以为管件，板件或者其他不规则结构；坡口的形状为I形 (不开坡口)、V形、Y形、双Y形、U形、双U形、单边V形、双单边Y形、J形 等各种坡口形式；焊接机器人100的焊接类型可以为气焊、电弧焊、电渣焊、等离子弧焊、 电子束焊、激光焊等，焊接的过程中可以进行添丝。

在一些实施例中，参见图1所示，结构件400为第二管件，第一管件300的端部插接入 第二管件的端部中，坡口开设于第二管件的端部，坡口模型由第一轮廓投影于与第一管件300 的轴向垂直的投影面上形成，此种情况，即将第一管件300与第二管件对接焊接。

在一些实施例中，坡口模型由第一轮廓投影于与第一管件300的轴向垂直的投影面上形 成，第一轮廓与投影面的投影夹角为锐角，此种情况，即将第一管件300焊接于一斜面结构 件400或者一弧形面结构件400(即图2示出的情况)上。

根据本发明实施例的焊接系统1000，至少具有如下有益效果：通过测量装置500获取的 第一位置信息及坡口的第一轮廓，控制装置200能够得到第一管件300的同轴度，并建立坡 口模型，并能根据坡口模型与目标同轴度分析确定第一焊接工艺，以使得焊接机器人100完 成第一管件300与结构件400的高效率的自动焊接，并减小第一管件300焊接后的变形量， 提升焊接精度。

可以理解的是，测量装置500可以为激光传感器510、红外线传感器510、CCD(电荷耦合器件(charge coupled device)相机等。

在一些实施例中，参照图3、图4所示，测量装置500包括可调节支架，可调节支架包括安装座501、支撑杆502、环形安装板、支撑杆502、环形安装板和传感器支架503，其中， 安装座501用于固定测量装置500；支撑杆502的一端活动连接于安装座501；环形安装板 活动安装于支撑杆502的另一端，环形安装板内部形成避让空间504，避让空间504能够用 于通过第一管件300；传感器支架503可拆卸安装于环形安装板。

在一些实施例中，环形安装板包括活动连接的第一安装板507和第二安装板508，以使 得避让空间504的大小能够调节，从而能够适应不同管径的第一管件300。

可以理解的是，为了使得激光传感器510便于安装在传感器支架503上，传感器支架503 设置为环形状，并且环形状的传感器支架503设置有调节缝505，使得传感器支架503的直 径能够在一定范围内调节。

可以理解的是，安装座501为磁力安装座501，磁力安装座501方便操作，能够灵活将 测量装置500固定在适合的位置处。

在一些实施例中，第一安装板507和第二安装板508可以沿着第一方向旋转，以打开或 者关闭避让空间504，可以理解的是，第一方向是顺时针方向或者逆时针方向。

根据本发明的一些实施例，第一安装板507和/或第二安装板508包括转动板，转动板能 够绕第二方向旋转，第二方向垂直于第一方向，传感器支架503安装于转动板。

根据本发明的一些实施例，参照图3、图4所示，第一安装板507和第二安装板508均呈L形，L形的第一安装板507和L形的第二安装板508的端部均设置有安装孔，从而能够 通过手拧螺母506连接固定，需要说明的是，图4仅仅示意的是可调节支架的一种安装状态，在实际使用过程中，需要根据待焊接结构的形状以及坡口的位置等对可调节支架进行具体调 节，以实现激光位移传感器510的实际测量需求。

需要说明的是，在一些实施例中，图中未示出，第一安装板507包括第一转动板和第二 转动板，第二安装板508包括第三转动板和第四转动板，第一转动板、第二转动板、第三转 动板和第四转动板上均安装有传感器支架503，从而使得传感器支架503能够转动，从而能 够调整激光位移传感器510的角度，使得激光位移传感器510能够对准坡口或者焊缝进行扫 描，例如将激光位移传感器510转动45°。

可以理解的是，在一些实施例中，图中未示出，为了实现激光位移传感器510的角度调 节，还可直接将传感器支架503可转动设置在环形安装板上，例如将传感器支架503的底部 通过球形万向结构连接于环形安装板上，以使得传感器支架503可以任意角度调节，满足激 光位移传感器510的安装角度需求。

根据上述描述，可以理解的是，激光位移传感器510、控制装置200通过和焊接机器人 100通过数据传输线依次进行连接，通信端口为标准端口。激光位移传感器510实时记录第 一管件300相对于结构件400的位置信息及跟踪接管位置的偏移，在焊接过程中，激光位移 传感器510可从第一管件300的4个面360°实时测量接管焊缝表面2D轮廓，输出2D表面轮廓数据信息，测量接管3D表面轮廓，输出3D表面轮廓的数据信息；磁力表座有ON/OFF 开关，不受现场环境限制，可自由固定在钢铁制品平台上，容易操作；磁力表座有安全锁紧 固定机制，不易松动脱落，调节角度约为±20度。支撑杆502可具体设置为活动连接的下表 杆与上表杆，其二者通过手拧螺母506连接，固定旋钮调整方式操作简单便捷、可根据实际 情况大幅度调节上表杆与下标杆的相对角度。

第一安装板507与第二安装板508通过手拧螺母506连接，可调支架移动至第一管件300 的预设位置时，拧开手拧螺母506，旋转第一安装板507和第二安装板508至接管预设位置 后，打开第一安装板507和第二安装板508，环抱住第一管件300，然后固定第一安装板507 和第二安装板508。4个传感器支架503呈对称位置安装在第一安装板507与第二安装板508 上。

上述的可调节支架可在6个自由度位置调节激光位移传感器510，其不受现场环境限制， 可自由固定在钢铁制品平台上，纵向可沿第一管件300上下位置调节激光位移传感器510至 接管预设位置。横向，可根据接管直径大小调节环形安装板的大小，调节激光位移传感器510 的横向分布位置。周向，可以根据实际需要转动调节激光位移传感器510的上下角度。

在一些实施例中，第一管件300与第二管件按设计的坡口进行装配后，进行点焊固定。 将测量装置500放置于适当位置处；将激光传感器510、控制装置200、PC端以及焊接机器 人100进行连接。

启动控制装置200，激光传感器510从4个面360°测量坡口的2D表面轮廓的3D表面轮 廓及记录第一管件300和第二管件的相对位置，以确定第一管件300和第二管件的同轴度情 况。

可以理解的是，当多道焊接时，激光传感器510从4个面360°测量焊缝的2D表面轮廓 的3D表面轮廓，根据本领域技术人员可以知悉的是，计算坡口或者焊缝轨迹可使用B样条 插值或者最小二乘法，通过这些算法计算曲面轨迹。

B-样条是贝兹曲线(又称贝塞尔曲线)的一种一般化，可以进一步推广为非均匀有理B 样条，能给更多一般的几何体建造精确的模型。B样条曲线曲面具有几何不变性、凸包性、 保凸性、变差减小性、局部支撑性等许多优良性质，是CAD系统常用的几何表示方法，定义： 已知n+1个控制点Pi(i＝0,1,2,...,n)，可定义k次B样条曲线的表达式为P(u)＝∑(n,i＝0)PiNi,k (u)。

最小二乘法(又称最小平方法)是一种数学优化技术。它通过最小化误差的平方和寻找 数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据 与实际数据之间误差的平方和为最小。

同时，控制装置200能根据3D表面轮廓计算出第一管件300的同轴度，并将坐标点零 点及同轴度数据输出到PC端；同时PC端输入控制第一管件300的同轴度目标值。

可以理解的是，同轴度就是定位公差，理论正确位置即为基准轴线。由于被测轴线对基 准轴线的不同点可能在空间各个方向上出现，故其公差带为一以基准轴线为轴线的圆柱体， 公差值为该圆柱体的直径，在公差值前总加注符号“Φ”。在国标中同轴度公差带的定义是指直 径公差为值t，且与基准轴线同轴的圆柱面内的区域。它有以下三种控制要素：①轴线与轴线； ②轴线与公共轴线；③圆心与圆心。

因此，影响同轴度的主要因素有被测元素与基准元素的圆心位置和轴线方向，特别是轴 线方向。如在基准圆柱上测量两个截面圆，用其连线作基准轴。在被测圆柱上也测量两个截 面圆，构造一条直线，然后计算同轴度。假设基准上两个截面的距离为10mm，基准第一截 面与被测圆柱的第一截面的距离为100mm，如果基准的第二截面圆的圆心位置与第一截面圆 圆心有5μm的测量误差，那么基准轴线延伸到被测圆柱第一截面时已偏离50μm，此时，即 使被测圆柱与基准完全同轴，其结果也会有100μm的误差(同轴度公差值为直径，50μm是 半径)。

根据控制装置200输出数据，自反馈控制算法将输出的第一管件300的同轴度测量值与 第一管件300的同轴度目标值对比分析，自动调整焊接程序的焊接工艺，焊接轨迹、施焊位 置起点、焊接方向及第一焊接参数，输出自动焊接机器人100，给出焊接指令，进行焊接； 其中，施焊位置起点即第一焊接起点及第一焊接参数。

需要说明的是，如果涉及填丝焊接，焊接参数还包括对送丝速度的控制。

根据前期测得的坡口模型，其焊接工艺可以由示教系统及专家数据库进行确定，其中， 第一焊接起点设置为第一轮廓的任意一点。

可以理解的是，示教系统及专家数据库是焊接领域经常采用的一种自动焊接方式。第一 管件300与结构件400的焊接有最优焊接参数区间，根据前期的焊接经验得出，其实焊接机 器人100对每种焊接也都有一个焊接参数的区域参考值，经过在不断的实践经验过程形成了 最优的焊接工艺参数，如在某些材料下的焊接，使用焊接工艺参数(电流、电压、焊条或焊 丝、焊接)在某些区间内焊接质量最好，相应的焊接工艺参数即被存入示教系统及专家数据 库中，在之后遇到相同焊接环境时，进行调用。

在第一管件300和结构件400的焊接过程中，4个激光位移传感器510在实时跟踪第一 管件300的位置变化轨迹，并将数据传输至控制装置200，控制装置200同步计算第一管件 300的位置变化方向及同轴度。针对多道/层焊接，每一道焊接过程中，测量装置500实时跟 踪测量第一管件300的第二位置信息及坡口的第二轮廓，以使得控制装置200建立焊缝模型， 具体而言，控制算法通过控制装置200的处理器输出数据，处理分析后自动调节焊接过程的 焊接速度、焊接电流、焊接电压等关键焊接参数。

可以理解的是，针对多道焊接，控制装置200被配置为N道焊缝900完成后，能够自动 调节并重新设定第二焊接工艺，第二焊接工艺包括第二焊接起点700及第二焊接参数，N为 自然数。

具体而言，参照图5所示，图中箭头所示为焊接方向，测量装置500被配置为N道焊缝 900完成后，记录N道焊缝900的轨迹，第一管件300相对于目标同轴度发生偏移，设定第一管件300的目标同轴度对应的焊缝为N道理论焊缝800，N道焊缝900相对于N道理论焊 缝800发生偏移，设定N道焊缝900偏离N道理论焊缝800的中心形成正偏移，N道焊缝 900偏向N道理论焊缝800的中心形成负偏移，N道焊缝900相对于N道理论焊缝800形成 的最大正偏移量D2的点为A点，最大负偏移量D1的点为B点，其中，第二焊接起点700 为沿着焊接方向的反方向偏移B点4°-8°，焊接过程中实时计算当前焊缝与N道理论焊缝800 的偏移量，设定允许最大偏移量为D0，若正偏移量大于D0时，将焊接热输入量减小以减少 熔敷金属量，若负偏移量大于D0时，将焊接热输入量增大以增加熔敷金属量。

可以理解的是，焊接热输入量，亦称“线能量”。熔焊过程中，沿焊接方向单位焊缝长度 上由电弧或其他热源所输入的热量。用公式一表示：

公式一：Q＝η*I*U/V。

式中，Q是焊接热输入量；I是焊接电流；U是电弧电压；v是焊接速度；η是热效率系数。

还可以理解的是，当N道焊缝900完成后，测量装置500能够测出第一管件300的实际 同轴度，在热输入量变化以及其他客观主观影响下，导致焊缝的应力不均衡，使得实际同轴 度会偏离目标同轴度，同时，N道实际焊缝也会偏离N道理论焊缝800，焊接结构发生不希 望的变形。本发明中，通过调整第二焊接起点700的位置以及匹配调整焊接热输入量，能够 对焊接变形进行有效补充，在N+1次焊接后，明显减小变形量。

本发明中，将第二焊接起点700为沿着焊接方向的反方向偏移B点4°-8°，其理论基础 在于，焊接过程中，早期开始焊接的位置会先凝固，后焊接的位置后凝固，这就会导致在N+1 道焊缝后，第一管件300会向着B点变形，补偿第N道焊缝900的变形量；最关键的是，偏移4°-8°能够在最开始焊接时，由于工件整体温度较低，其形变补偿不明显，而4°-8°的焊接时间内，能够对变形量较大的B点位置进行预热，从而使得B点处的变形补偿效果最佳。

根据本发明第二方面用于焊接系统1000的焊接控制方法，其用于将第一管件300焊接 于结构件400，结构件400开设有坡口，焊接系统1000包括焊接机器人100、测量装置500 和控制装置200，参照图6所示，焊接控制方法包括如下步骤：

步骤S610，待第一管件300和结构件400预定位后，测量第一管件300的第一位置信息 及坡口的第一轮廓。

需要说明的是，第一管件300和结构件400预定位方式可以采用点焊或者夹具固定的方 式。为了保证固定的牢固性，并减小变形量，优选采用点焊固定的方式。

测量装置500及测量的方法可参见前文关于焊接系统1000的具体描述，在此不再赘述。

步骤S620，获取第一管件300的目标同轴度数据。

需要说明的是，同轴度就是定位公差，理论正确位置即为基准轴线。由于被测轴线对基 准轴线的不同点可能在空间各个方向上出现，故其公差带为一以基准轴线为轴线的圆柱体， 公差值为该圆柱体的直径，在公差值前总加注符号“Φ”。具体测量方法可参见前文关于焊接系 统1000的具体描述，在此不再赘述。

步骤S630，建立坡口模型，并计算得到第一管件300的实际同轴度数据。

步骤S640，根据坡口模型以及实际同轴度数据，并结合目标同轴度数据分析确定第一焊 接工艺。

可以理解的是，结构件400可以设置为第二管件，第一管件300的端部插接入第二管件 的端部中，坡口开设于第二管件的端部，坡口模型由第一轮廓投影于与第一管件300的轴向 垂直的投影面上形成。

还可以理解的是，坡口模型由第一轮廓投影于与第一管件300的轴向垂直的投影面上形 成，第一轮廓与投影面的投影夹角为锐角。

需要说明的是，第一焊接工艺包括第一焊接起点及第一焊接参数；第一焊接工艺由示教 系统及专家数据库进行确定，其中，第一焊接起点设置为第一轮廓的任意一点。

在一些实施例中，参照图7所示，焊接控制方法还包括：

步骤S710，在焊接过程中，实时跟踪测量第一管件300的第二位置信息及坡口的第二轮 廓，以使得控制装置200建立焊缝模型。

在一些实施例中，第一管件300为圆管，结构件400开设坡口的面为弧形面，如图4所 示的结构。

在一些实施例中，参照图8所示，针对多道焊接，焊接控制方法还包括如下步骤：

步骤S810，N道焊缝900完成后，自动调节并重新设定第二焊接工艺，第二焊接工艺包 括第二焊接起点700及第二焊接参数，其中，N为自然数。

需要说明的是，焊接参数包含送丝速度、热输入量等，热输入量的影响因素包括焊接速 度、焊接功率等。

在一些实施例中，参照图9所示，所述N道焊缝900完成后，自动调节并重新设定第二 焊接工艺包括如下步骤：

步骤S910，记录N道焊缝900的轨迹，其中，第一管件300相对于目标同轴度发生偏移；

步骤S920，设定第一管件300的目标同轴度对应的焊缝为N道理论焊缝800，N道焊缝 900相对于N道理论焊缝800发生偏移，设定N道焊缝900偏离N道理论焊缝800的中心 形成正偏移，N道焊缝900偏向N道理论焊缝800的中心形成负偏移，N道焊缝900相对于 N道理论焊缝800形成的最大正偏移量的点为A点，最大负偏移量的点为B点，其中，第二 焊接起点700为沿着焊接方向的反方向偏移B点4°-8°，焊接过程中实时计算当前焊缝与N 道理论焊缝800的偏移量，设定允许最大偏移量为D0，若正偏移量大于D0时，将焊接热输 入量减小以减少熔敷金属量，若负偏移量大于D0时，将焊接热输入量增大以增加熔敷金属 量。

根据本发明第三方面实施例的焊接系统1000，用于将第一管件300焊接于结构件400， 结构件400开设有坡口，焊接系统1000包括焊接机器人100、测量装置500和控制装置200， 待管件和结构件400预定位后，用于测量坡口相对于第一管件300的第一位置信息及第一轮 廓；控制装置200被配置为能够根据第一位置信息及第一轮廓得到坡口模型，并能根据坡口 模型以及第一预设程序确定第一焊接工艺；其中，坡口模型由第一轮廓投影于与第一管件300 的轴向垂直的投影面上形成，第一轮廓与投影面的投影夹角为锐角；第一预设程序被配置为 将坡口模型分为多个焊区，根据不同的焊区，从专家库中调用相应的焊接工艺参数。

对于上述焊接系统1000，针对坡口模型由第一轮廓投影于与第一管件300的轴向垂直的 投影面上形成，第一轮廓与投影面的投影夹角为锐角的形式，通过获取坡口相对于第一管件 300的第一位置信息及第一轮廓，以得到坡口模型，并确定第一焊接工艺参数，即将坡口模 型分为多个焊区，根据不同的所述焊区，从专家库中调用相应的焊接工艺参数，以使得焊接 机器人100完成第一管件300与结构件400的高效率的自动焊接，同时能减小焊接变形量， 大大提升焊接件的结构精度。

可以理解的是，将坡口模型分为多个焊区的依据是坡口的形状、第一管件300和结构件 400的焊接结构形式。

在一些实施例中，参照图9所示，第一管件300为圆管，结构件400开设坡口的面为平 面或者弧面(弧面结构图图2所示)，坡口结构的体积均匀，第一焊接工艺包括焊接热输入 量；为了减小焊接变形量，大大提升焊接精度，可将焊区划分为第一区、第二区和第三区， 参照图10所示；其中，以第一轮廓最低点为0°点，并绕第一轮廓旋转360°，第一区为285° ～75°，第二区为75°～180°，第三区为180°～285°；第一区、第二区和第三区的焊接热输入量 分别为λ1、λ2、λ3，满足：λ1＜λ2，且λ1＜λ3；并且在第二区和第三区的焊接热输入量的变 化趋势相同。通过上述设置，能够平衡焊接热输入量对焊接变形的影响。

可以理解的是，测量装置500为激光传感器510。

还可以理解的是，第一管件300与结构件400可通过点焊进行预定位。

在一些实施例中，参照图11所示，第一焊接工艺包括焊接热输入量和送丝速度；以第一 轮廓最低点为0°点，并沿逆时针绕第一轮廓旋转360°，其中，0°～90°为A象限，坡口面积及 体积由最小值逐渐增大；90°～180°为B象限，坡口面积及体积逐渐增大至最大值；180°～270° 为C象限，坡口面积及体积由最大值逐渐减小；270°～360°为D象限，坡口面积及体积逐渐 减小至最小值；A象限、B象限、C象限和D象限的焊接热输入量分别为λ1、λ2、λ3、λ4， 送丝速度分别为V1、V2、V3、V4，满足：λ1＜λ2，λ3＞λ4，V1＜V2、V3＞V4；由0°至360° 的焊接过程中，λ1、λ2逐渐增大，λ3、λ4逐渐减小，V1、V2逐渐增大，V3、V4逐渐减小； 且90°的焊接热输入量大于270°的焊接热输入量，90°的送丝速度大于270°的送丝速度。

需要说明的是，结构件400开设坡口的面为平面或者弧形面，当为弧形面时，如图2和 图4所示。

可以理解的是，将第一管件300焊接于结构件400时，由于第一轮廓与投影面的投影夹 角为锐角，对于此类结构，主要原因是结构设计方面，该类型的结构焊接，坡口设计时需考 虑最高点坡口面积及体积要大，因此，通过上述设置，即在A象限，坡口面积及体积由最小 值逐渐增大；在B象限，坡口面积及体积逐渐增大至最大值；在C象限，坡口面积及体积由 最大值逐渐减小；在D象限，坡口面积及体积逐渐减小至最小值，能够使得第一轮廓最高点 的熔敷量大。

第一管件300与结构件400的焊接结构件参照图17所示，其具体示出的为由A点到C点的纵向剖视图，图中可以看出，C点的熔敷金属量大于A点的熔敷金属量。

相应地，为了匹配上述熔敷量的变化，相应的将A象限、B象限、C象限和D象限的焊接热输入量分别为λ1、λ2、λ3、λ4，送丝速度分别为V1、V2、V3、V4，满足：λ1＜λ2，λ3 ＞λ4，V1＜V2、V3＞V4；由0°至360°的焊接过程中，λ1、λ2逐渐增大，λ3、λ4逐渐减小， V1、V2逐渐增大，V3、V4逐渐减小。

关键的，90°的焊接热输入量需大于270°的焊接热输入量，90°的送丝速度需大于270°的 送丝速度，由于焊接过程中，工件整体温度逐渐升高，会使得同样热输入量下，后期的焊丝 熔敷量大于前期的焊丝熔敷量，因此，相较于90°时，270°的热输入量需减小。

在一些实施例中，针对多道焊接，测量装置500被配置能获取经焊接后的焊缝相对于第 一管件300的第二位置信息及第二轮廓，控制装置200被配置为能够根据第二位置信息及第 二轮廓得到焊缝模型，并能根据焊缝模型以及第二预设程序确定第二焊接工艺。

在一些实施例中，第二焊接工艺包括焊接起点，控制装置200还被配置为能够根据焊缝 模型得到第一管件300的实际同轴度数据，并根据焊缝模型以及实际同轴度数据，并结合目 标同轴度数据分析确定焊接起点。

具体的，参照图5所示，图中箭头所示为焊接方向，测量装置500被配置为N道焊缝900 完成后，记录N道焊缝900的轨迹，N为自然数，第一管件300相对于目标同轴度发生偏移， 设定第一管件300的目标同轴度对应的焊缝为N道理论焊缝800，N道焊缝900相对于N道理论焊缝800发生偏移，设定N道焊缝900偏离N道理论焊缝800的中心形成正偏移，N 道焊缝900偏向N道理论焊缝800的中心形成负偏移，N道焊缝900相对于N道理论焊缝 800形成的最大正偏移量的点为A点，最大负偏移量的点为B点，其中，焊接起点为沿着焊 接方向的反方向偏移A点4°-8°。

可以理解的是，当N道焊缝900完成后，测量装置500能够测出第一管件300的实际同 轴度，在热输入量变化以及其他客观主观影响下，导致焊缝的应力不均衡，使得实际同轴度 会偏离目标同轴度，同时，N道实际焊缝也会偏离N道理论焊缝800，焊接结构发生不希望 的变形。本发明中，通过调整第二焊接起点700的位置，能够对焊接变形进行有效补充，在 N+1次焊接后，明显减小变形量。

本发明中，将第二焊接起点700为沿着焊接方向的反方向偏移B点4°-8°，其理论基础 在于，焊接过程中，早期开始焊接的位置会先凝固，后焊接的位置后凝固，这就会导致在N+1 道焊缝后，第一管件300会向着B点变形，补偿第N道焊缝900的变形量；最关键的是，偏移4°-8°能够在最开始焊接时，由于工件整体温度较低，其形变补偿不明显，而4°-8°的焊接时间内，能够对变形量较大的B点位置进行预热，从而使得B点处的变形补偿效果最佳。

在一些实施例中，第二预设程序被配置为将焊缝模型分为多个焊区，根据不同的焊区， 从专家库中调用相应的焊接工艺参数。

具体而言，焊接工艺参数包括焊接过程的送丝速度及焊接脉冲电流。同样将坡口分为四 个区，参照图11所示，使用训练好的机器学习算法，通过机器学习及专家库信息，训练焊接 位于0°、90°(270°)、180°下不同余高与熔宽的最优焊接参数(90°和270°下焊缝形状基本一 样，需要的焊接参数理解为一样)，如第一道焊缝宽度及余高要求下送丝速度(Vs)及焊接 脉冲电流(I):90°和270°(V1s1、I1s1)、0°(V1s2、I1s2)及180°(V1s3、I1s3)；如第二道 焊缝宽度及余高要求下送丝速度(Vs)及焊接脉冲电流(I):90°和270°(V2s1、I2s1)、0°(V2s2、 I2s2)及180°(V2s3、I2s3)；

如第N道焊缝900宽度及余高要求下送丝速度(Vs)及焊接脉冲电流(I):90°和270°(Vns1、 I1s1)、0°(Vns2、I1s2)及180°(Vns3、Ins3)；

同一道焊缝4个角度焊接电流及送丝速度关系为：

180°(Vns2,Ins2)＞90°＝270°(Vns1,Ins1)＞0°(Vns3,Ins3)

第n焊缝焊接时：

焊枪从90°行走至180°时，使用平滑算法，使焊接过程送丝速度从Vns1平滑增大至Vns2, 脉冲电流从Ins1平滑增大至Ins2。从180°行走至270°时，使用平滑算法，使焊接过程送丝速 度从Vns2平滑降低至Vns1,脉冲电流从Ins2平滑降低至Ins1。从270°行走至0°时，使用平 滑算法，使焊接过程送丝速度从Vns1平滑降低至Vns3,脉冲电流从Ins1平滑降低至Ins3。 从0°行走至90°时，使用平滑算法，使焊接过程送丝速度从Vns3平滑增大至Vns1,脉冲电流 从Ins2平滑增大至Ins1。

根据本发明第四方面实施例的用于焊接系统1000的焊接控制方法，其用于将第一管件 300焊接于结构件400，结构件400开设有坡口，焊接系统1000包括焊接机器人100、测量 装置500和控制装置200，参照图12所示，焊接控制方法包括如下步骤：

步骤S1210，待管件和结构件400预定位后，测量坡口相对于第一管件300的第一位置 信息及第一轮廓；

步骤S1220，根据第一位置信息及第一轮廓得到坡口模型，其中，坡口模型由第一轮廓 投影于与第一管件300的轴向垂直的投影面上形成，第一轮廓与投影面的投影夹角为锐角；

步骤S1230，根据坡口模型以及第一预设程序确定第一焊接工艺，其中，第一预设程序 被配置为将坡口模型分为多个焊区，根据不同的焊区，从专家库中调用相应的焊接工艺参数。

根据本发明实施例的焊接控制方法，通过获取坡口相对于第一管件300的第一位置信息 及第一轮廓，以得到坡口模型，并确定第一焊接工艺参数，即将坡口模型分为多个焊区，根 据不同的焊区，从专家库中调用相应的焊接工艺参数，以使得焊接机器人100完成第一管件 300与结构件400的高效率的自动焊接，同时能减小焊接变形量，大大提升焊接精度。

在一些实施例，第一焊接工艺包括焊接热输入量和送丝速度；参照图13所示，根据坡口 模型以及第一预设程序确定第一焊接工艺参数包括如下步骤：

步骤S1310，以第一轮廓的最低点为0°点，并绕第一轮廓旋转360°，其中，0°～90°为A 象限，坡口面积及体积由最小值逐渐增大；90°～180°为B象限，坡口面积及体积逐渐增大至 最大值；180°～270°为C象限，坡口面积及体积由最大值逐渐减小；270°～360°为D象限，坡 口面积及体积逐渐减小至最小值；A象限、B象限、C象限和D象限的焊接热输入量分别为λ 1、λ2、λ3、λ4，送丝速度分别为V1、V2、V3、V4，满足：λ1＜λ2，λ3＞λ4，V1＜V2、V3 ＞V4；由0°至360°的焊接过程中，λ1、λ2逐渐增大，λ3、λ4逐渐减小，V1、V2逐渐增大， V3、V4逐渐减小；且90°的焊接热输入量大于270°的焊接热输入量，90°的送丝速度大于270° 的送丝速度。

在一些实施例，针对多道焊接，参照图14所示，焊接控制方法还包括如下步骤：

步骤S1410，获取经焊接后的坡口相对于第一管件300的第二位置信息及第二轮廓；

步骤S1420，根据第二位置信息及第二轮廓得到焊缝模型；

步骤S1430，根据焊缝模型以及第二预设程序确定第二焊接工艺。

在一些实施例，第二焊接工艺包括焊接起点，参照图15所示，焊接控制方法还包括如下 步骤：

步骤S1510，根据焊缝模型得到第一管件300的实际同轴度数据，并根据焊缝模型以及 实际同轴度数据，并结合目标同轴度数据分析确定焊接起点。

在一些实施例，参照图16所示，根据焊缝模型以及实际同轴度数据，并结合目标同轴度 数据分析确定焊接起点包括如下步骤：

步骤S1610，记录N道焊缝900的轨迹，其中，第一管件300相对于目标同轴度发生偏移，N为自然数；

步骤S1620，设定第一管件300的目标同轴度对应的焊缝为N道理论焊缝800，N道焊缝900相对于N道理论焊缝800发生偏移，设定N道焊缝900偏离N道理论焊缝800的中 心形成正偏移，N道焊缝900偏向N道理论焊缝800的中心形成负偏移，N道焊缝900相对 于N道理论焊缝800形成的最大正偏移量的点为A点，最大负偏移量的点为B点，其中，第 二焊接起点700为沿着焊接方向的反方向偏移B点4°-8°。

在一些实施例，第二预设程序被配置为将缝模型分为多个焊区，根据不同的焊区，从专 家库中调用相应的焊接工艺参数。

具体而言，焊接工艺参数包括焊接过程的送丝速度及焊接脉冲电流。同样将坡口分为四 个区，参照图11所示，使用训练好的机器学习算法，通过机器学习及专家库信息，训练焊接 位于0°、90°(270°)、180°下不同余高与熔宽的最优焊接参数(90°和270°下焊缝形状基本一 样，需要的焊接参数理解为一样)。由此实现针对不同分区自动调用焊接工艺参数。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、 “具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或 者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述 不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任 何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本 发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的 范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (38)

1.一种焊接系统，用于将第一管件焊接于结构件，所述结构件形成有坡口，其特征在于，所述焊接系统包括：

焊接机器人，

测量装置，待所述第一管件和所述结构件预定位后，用于测量所述第一管件的第一位置信息及所述坡口的第一轮廓；

控制装置，被配置为能够根据所述第一位置信息及所述第一轮廓建立坡口模型，并计算得到所述第一管件的实际同轴度数据，根据所述坡口模型以及所述实际同轴度数据，并结合目标同轴度数据分析确定第一焊接工艺。

2.根据权利要求1所述的焊接系统，其特征在于，所述结构件为第二管件，所述第一管件的端部插接入所述第二管件的端部中，所述坡口开设于所述第二管件的端部，所述坡口模型由所述第一轮廓投影于与所述第一管件的轴向垂直的投影面上形成。

3.根据权利要求1所述的焊接系统，其特征在于，所述坡口模型由所述第一轮廓投影于与所述第一管件的轴向垂直的投影面上形成，所述第一轮廓与所述投影面的投影夹角为锐角。

4.根据权利要求2或3所述的焊接系统，其特征在于，所述第一焊接工艺包括第一焊接起点及第一焊接参数。

5.根据权利要求4所述的焊接系统，其特征在于，所述第一焊接工艺由示教系统及专家数据库进行确定，其中，所述第一焊接起点设置为所述第一轮廓的任意一点。

6.根据权利要求4所述的焊接系统，其特征在于，所述测量装置被配置为在焊接过程中，实时跟踪测量所述第一管件的第二位置信息及所述坡口的第二轮廓，建立焊缝模型。

7.根据权利要求4所述的焊接系统，其特征在于，针对多道焊接，所述控制装置被配置为N道焊缝完成后，能够自动调节并重新设定第二焊接工艺，所述第二焊接工艺包括第二焊接起点及第二焊接参数，所述N为自然数。

8.根据权利要求7所述的焊接系统，其特征在于，所述测量装置被配置为N道焊缝完成后，记录所述N道焊缝的轨迹，所述第一管件相对于所述目标同轴度发生偏移，设定所述第一管件的目标同轴度对应的焊缝为N道理论焊缝，所述N道焊缝相对于所述N道理论焊缝发生偏移，设定所述N道焊缝偏离所述N道理论焊缝的中心形成正偏移，所述N道焊缝偏向所述N道理论焊缝的中心形成负偏移，所述N道焊缝相对于所述N道理论焊缝形成的最大正偏移量的点为A点，最大负偏移量的点为B点，其中，所述第二焊接起点为沿着焊接方向的反方向偏移B点4°-8°，焊接过程中实时计算当前焊缝与所述N道理论焊缝的偏移量，设定允许最大偏移量为D0，若正偏移量大于D0时，将焊接热输入量减小以减少熔敷金属量，若负偏移量大于D0时，将焊接热输入量增大以增加熔敷金属量。

9.根据权利要求1所述的焊接系统，其特征在于，所述第一管件为圆管，所述结构件开设所述坡口的面为弧形面。

10.根据权利要求1所述的焊接系统，其特征在于，所述测量装置包括可调节支架，所述可调节支架包括：

安装座，用于固定所述测量装置；

支撑杆，一端活动连接于安装座；

环形安装板，活动安装于所述支撑杆的另一端，所述环形安装板内部形成避让空间；

传感器支架，可拆卸安装于所述环形安装板。

11.根据权利要求10所述的焊接系统，其特征在于，所述环形安装板包括活动连接的第一安装板和第二安装板，以使得所述避让空间的大小能够调节。

12.根据权利要求10所述的焊接系统，其特征在于，所述安装座为磁力安装座。

13.根据权利要求10所述的焊接系统，其特征在于，所述第一安装板和所述第二安装板可以沿着第一方向旋转，以打开或者关闭所述避让空间。

14.根据权利要求13所述的焊接系统，其特征在于，所述第一安装板和/或所述第二安装板包括转动板，所述转动板能够绕第二方向旋转，所述第二方向垂直于所述第一方向，所述传感器支架安装于所述转动板。

15.根据权利要求14所述的焊接系统，其特征在于，所述第一安装板和所述第二安装板均呈L形，所述第一安装板包括第一转动板和第二转动板，所述第二安装板包括第三转动板和第四转动板，所述第一转动板、所述第二转动板、所述第三转动板和所述第四转动板上均安装有所述传感器支架。

16.根据权利要求10所述的焊接系统，其特征在于，所述传感器支架能够相对于所述传感器支架转动。

17.一种用于焊接系统的焊接控制方法，用于将第一管件焊接于结构件，所述结构件开设有坡口，其特征在于，所述焊接系统包括焊接机器人、测量装置和控制装置，所述焊接控制方法包括如下步骤：

待所述第一管件和所述结构件预定位后，测量所述第一管件的第一位置信息及所述坡口的第一轮廓；

获取所述第一管件的目标同轴度数据；

建立坡口模型，并计算得到所述第一管件的实际同轴度数据；

根据所述坡口模型以及所述实际同轴度数据，并结合所述目标同轴度数据分析确定第一焊接工艺。

18.根据权利要求17所述的焊接系统，其特征在于，所述结构件为第二管件，所述第一管件的端部插接入所述第二管件的端部中，所述坡口开设于所述第二管件的端部，所述坡口模型由所述第一轮廓投影于与所述第一管件的轴向垂直的投影面上形成。

19.根据权利要求17所述的焊接控制方法，其特征在于，所述坡口模型由所述第一轮廓投影于与所述第一管件的轴向垂直的投影面上形成，所述第一轮廓与所述投影面的投影夹角为锐角。

20.根据权利要求18或19所述的焊接控制方法，其特征在于，所述第一焊接工艺包括第一焊接起点及第一焊接参数；所述第一焊接工艺由示教系统及专家数据库进行确定，其中，所述第一焊接起点设置为所述第一轮廓的任意一点。

21.根据权利要求17所述的焊接控制方法，其特征在于，所述焊接控制方法还包括：

在焊接过程中，实时跟踪测量所述第一管件的第二位置信息及所述坡口的第二轮廓，建立焊缝模型。

22.根据权利要求17所述的焊接控制方法，其特征在于，所述第一管件为圆管，所述结构件开设所述坡口的面为弧形面。

23.根据权利要求17所述的焊接控制方法，其特征在于，针对多道焊接，所述焊接控制方法还包括如下步骤：

N道焊缝完成后，自动调节并重新设定第二焊接工艺，所述第二焊接工艺包括第二焊接起点及第二焊接参数，其中，N为自然数。

24.根据权利要求23所述的焊接控制方法，其特征在于，所述N道焊缝完成后，自动调节并重新设定第二焊接工艺包括如下步骤：

记录所述N道焊缝的轨迹，其中，所述第一管件相对于目标同轴度发生偏移；

设定所述第一管件的目标同轴度对应的焊缝为N道理论焊缝，所述N道焊缝相对于所述N道理论焊缝发生偏移，设定所述N道焊缝偏离所述N道理论焊缝的中心形成正偏移，所述N道焊缝偏向所述N道理论焊缝的中心形成负偏移，所述N道焊缝相对于所述N道理论焊缝形成的最大正偏移量的点为A点，最大负偏移量的点为B点，其中，所述第二焊接起点为沿着焊接方向的反方向偏移A点4°-8°，焊接过程中实时计算当前焊缝与所述N道理论焊缝的偏移量，设定允许最大偏移量为D0，若正偏移量大于D0时，将焊接热输入量减小以减少熔敷金属量，若负偏移量大于D0时，将焊接热输入量增大以增加熔敷金属量。

25.一种焊接系统，用于将第一管件焊接于结构件，所述结构件开设有坡口，其特征在于，所述焊接系统包括：

焊接机器人；

测量装置，待所述管件和所述结构件预定位后，用于测量所述坡口相对于所述第一管件的第一位置信息及第一轮廓；

控制装置，被配置为能够根据所述第一位置信息及所述第一轮廓得到坡口模型，并能根据所述坡口模型以及第一预设程序确定第一焊接工艺；

其中，所述坡口模型由所述第一轮廓投影于与所述第一管件的轴向垂直的投影面上形成，所述第一轮廓与所述投影面的投影夹角为锐角；所述第一预设程序被配置为将所述坡口模型分为多个焊区，根据不同的所述焊区，从专家库中调用相应的焊接工艺参数。

26.根据权利要求25所述的焊接系统，其特征在于，所述第一焊接工艺包括焊接热输入量和送丝速度；以所述第一轮廓最低点为0°点，并绕所述第一轮廓旋转360°，其中，0°～90°为A象限，坡口面积及体积由最小值逐渐增大；90°～180°为B象限，坡口面积及体积逐渐增大至最大值；180°～270°为C象限，坡口面积及体积由最大值逐渐减小；270°～360°为D象限，坡口面积及体积逐渐减小至最小值；所述A象限、所述B象限、所述C象限和所述D象限的所述焊接热输入量分别为λ1、λ2、λ3、λ4，所述送丝速度分别为V1、V2、V3、V4，满足：λ1＜λ2，λ3＞λ4，V1＜V2、V3＞V4；由0°至360°的焊接过程中，λ1、λ2逐渐增大，λ3、λ4逐渐减小，V1、V2逐渐增大，V3、V4逐渐减小；且90°的所述焊接热输入量大于270°的所述焊接热输入量，90°的所述送丝速度大于270°的所述送丝速度。

27.根据权利要求25或26所述的焊接系统，其特征在于，针对多道焊接，所述测量装置被配置能获取经焊接后的焊缝相对于所述第一管件的第二位置信息及第二轮廓，所述控制装置被配置为能够根据所述第二位置信息及所述第二轮廓得到焊缝模型，并能根据所述焊缝模型以及第二预设程序确定第二焊接工艺。

28.根据权利要求27所述的焊接系统，其特征在于，所述第二焊接工艺包括焊接起点，所述控制装置还被配置为能够根据所述焊缝模型得到所述第一管件的实际同轴度数据，并根据所述焊缝模型以及所述实际同轴度数据，并结合目标同轴度数据分析确定焊接起点。

29.根据权利要求28所述的焊接系统，其特征在于，所述测量装置被配置为N道焊缝完成后，记录所述N道焊缝的轨迹，所述N为自然数，所述第一管件相对于所述目标同轴度发生偏移，设定所述第一管件的目标同轴度对应的焊缝为N道理论焊缝，所述N道焊缝相对于所述N道理论焊缝发生偏移，设定所述N道焊缝偏离所述N道理论焊缝的中心形成正偏移，所述N道焊缝偏向所述N道理论焊缝的中心形成负偏移，所述N道焊缝相对于所述N道理论焊缝形成的最大正偏移量的点为A点，最大负偏移量的点为B点，其中，所述焊接起点为沿着焊接方向的反方向偏移A点4°-8°。

30.根据权利要求27所述的焊接系统，其特征在于，所述第二预设程序被配置为将所述焊缝模型分为多个焊区，根据不同的所述焊区，从专家库中调用相应的焊接工艺参数。

31.根据权利要求25或26所述的焊接系统，其特征在于，所述测量装置为激光传感器。

32.根据权利要求25或26所述的焊接系统，其特征在于，所述第一管件与所述结构件通过点焊进行预定位。

33.一种用于焊接系统的焊接控制方法，用于将第一管件焊接于结构件，所述结构件开设有坡口，其特征在于，所述焊接系统包括焊接机器人、测量装置和控制装置，所述焊接控制方法包括如下步骤：

待所述管件和所述结构件预定位后，测量所述坡口相对于所述第一管件的第一位置信息及第一轮廓；

根据所述第一位置信息及所述第一轮廓得到坡口模型，其中，所述坡口模型由所述第一轮廓投影于与所述第一管件的轴向垂直的投影面上形成，所述第一轮廓与所述投影面的投影夹角为锐角；

根据所述坡口模型以及第一预设程序确定第一焊接工艺，其中，所述第一预设程序被配置为将所述坡口模型分为多个焊区，根据不同的所述焊区，从专家库中调用相应的焊接工艺参数。

34.根据权利要求33所述的焊接控制方法，其特征在于，所述第一焊接工艺包括焊接热输入量和送丝速度；所述根据所述坡口模型以及第一预设程序确定第一焊接工艺参数包括如下步骤：

以所述第一轮廓的最低点为0°点，并绕所述第一轮廓旋转360°，其中，0°～90°为A象限，坡口面积及体积由最小值逐渐增大；90°～180°为B象限，坡口面积及体积逐渐增大至最大值；180°～270°为C象限，坡口面积及体积由最大值逐渐减小；270°～360°为D象限，坡口面积及体积逐渐减小至最小值；所述A象限、所述B象限、所述C象限和所述D象限的所述焊接热输入量分别为λ1、λ2、λ3、λ4，所述送丝速度分别为V1、V2、V3、V4，满足：λ1＜λ2，λ3＞λ4，V1＜V2、V3＞V4；由0°至360°的焊接过程中，λ1、λ2逐渐增大，λ3、λ4逐渐减小，V1、V2逐渐增大，V3、V4逐渐减小；且90°的所述焊接热输入量大于270°的所述焊接热输入量，90°的所述送丝速度大于270°的所述送丝速度。

35.根据权利要求33或34所述的焊接控制方法，其特征在于，针对多道焊接，所述焊接控制方法还包括如下步骤：

获取经焊接后的所述坡口相对于所述第一管件的第二位置信息及第二轮廓；

根据所述第二位置信息及所述第二轮廓得到焊缝模型；

根据所述焊缝模型以及第二预设程序确定第二焊接工艺。

36.根据权利要求35所述的焊接系统，其特征在于，所述第二焊接工艺包括焊接起点，所述焊接控制方法还包括如下步骤：

根据所述焊缝模型得到所述第一管件的实际同轴度数据，并根据所述焊缝模型以及所述实际同轴度数据，并结合目标同轴度数据分析确定焊接起点。

37.根据权利要求36所述的焊接系统，其特征在于，所述根据所述焊缝模型以及所述实际同轴度数据，并结合目标同轴度数据分析确定焊接起点包括如下步骤：

记录N道焊缝的轨迹，其中，所述第一管件相对于目标同轴度发生偏移，所述N为自然数；

设定所述第一管件的目标同轴度对应的焊缝为N道理论焊缝，所述N道焊缝相对于所述N道理论焊缝发生偏移，设定所述N道焊缝偏离所述N道理论焊缝的中心形成正偏移，所述N道焊缝偏向所述N道理论焊缝的中心形成负偏移，所述N道焊缝相对于所述N道理论焊缝形成的最大正偏移量的点为A点，最大负偏移量的点为B点，其中，所述第二焊接起点为沿着焊接方向的反方向偏移A点4°-8°。

38.根据权利要求35所述的焊接系统，其特征在于，所述第二预设程序被配置为将所述缝模型分为多个焊区，根据不同的所述焊区，从专家库中调用相应的焊接工艺参数。

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