CN115055858B - 预应力管桩自动焊接方法及相关装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供的应用于焊接设备的预应力管桩自动焊接方法及装置中，焊接设备环绕预应力管桩的连接位置进行检测，确定出一段目标焊缝的位置，然后，根据该目标焊缝的位置，环绕所述预应力管桩对其进行焊接，从而解决现有技术中采用人工气保焊焊接方式所带来的技术问题，实现自动对预应力管桩连接位置处的焊缝进行自动焊接。

Description

预应力管桩自动焊接方法及相关装置
技术领域
本申请涉及焊接领域，具体而言，涉及一种预应力管桩自动焊接方法及相关装置。
背景技术
预应力管桩(又名预应力混凝土管桩)包括PHC、PC、PTC等多种形式，是一种很成熟的桩基施工工艺，由于其具备工艺简单、施工质量容易把控、施工效率高、工期短、竖向承载力强等优点，在全国各地应用广泛。
目前，在使用预应力管桩进行施工时，多是采用逐段焊接施工的。具体而言，是将待焊接的预应力管桩中的下管桩沉入土体，再将其中的上管桩悬吊对准下管桩，下放上管桩使得两桩节的两端板相互靠拢，环绕两端板接缝处焊接一圈，使上下管桩成为整体后继续沉桩；然后将另一段预应力管桩吊装就位再次进行焊接，待焊接万完成之后再继续沉桩，如此循环，直到完成整个沉桩任务。
然而，传统预应力管桩的焊接工作主要采用人工气保焊焊接方式，受环境和焊工自身等因素影响，人工作业难免出现疲劳和失误，焊接工人水平参差不齐，难以保证焊接质量，同时由于焊接工人老龄化、日益短缺、人工成本上升等因素，管桩焊接作业效率和施工质量已达到瓶颈。并且，人工焊接非常依赖于个人经验，很难把控焊接质量及实现标准化操作。
因此，亟需提供一种针对预应力管桩进行高效自动焊接方法。
发明内容
为了克服现有技术中的至少一个不足，本申请的目的之一在于提供一种预应力管桩自动焊接方法及相关装置，用于实现对预应力管桩之间的焊缝进行自动焊接，包括：
第一方面，本申请提供一种预应力管桩自动焊接方法，应用于焊接设备，所述方法包括：
环绕预应力管桩的连接位置进行检测，获得一段目标焊缝的位置，其中，所述预应力管桩沿竖直方向放置；
根据所述目标焊缝的位置，环绕所述预应力管桩对所述目标焊缝进行焊接。
第二方面，本申请提供一种预应力管桩自动焊接装置，应用于焊接设备，所述方法包括：
焊缝检测模块，用于绕预应力管桩的连接位置进行检测，获得一段目标焊缝的位置，其中，所述预应力管桩沿竖直方向放置；
焊缝焊接模块，用于根据所述目标焊缝的位置，环绕所述预应力管桩对所述目标焊缝进行焊接。
第三方面，本申请提供一种计算机刻存储介质，所述计算机刻存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的预应力管桩自动焊接方法。
第四方面，本申请提供一种焊接设备，所述焊接设备包括焊接设备本体、处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现所述的预应力管桩自动焊接方法。
相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：
本申请提供的应用于焊接设备的预应力管桩自动焊接方法及装置中，焊接设备环绕预应力管桩的连接位置进行检测，确定出一段目标焊缝的位置，然后，根据该目标焊缝的位置，环绕所述预应力管桩对其进行焊接，从而解决现有技术中采用人工气保焊焊接方式所带来的技术问题，实现自动对预应力管桩连接位置处的焊缝进行自动焊接。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的方法流程图；
图2为本申请实施例提供的预应力管桩对接示意图；
图3为本申请实施例提供的坐标系示意图；
图4为本申请实施例提供的焊缝区域分割示意图；
图5为本申请实施例提供的堆焊轨迹示意图之一；
图6为本申请实施例提供的堆焊焊道示意图之一；
图7为本申请实施例提供的堆焊轨迹示意图之二；
图8为本申请实施例提供的堆焊焊道示意图之二；
图9-图12为本申请实施例提供的多层多道焊相关参数表；
图13为本申请实施例提供的装置结构示意图；
图14为本申请实施例提供的控制系统结构示意图。
图标201-错边误差；202-垂直偏差；203-管桩剖面；204-焊缝剖面；205-上部区域；206-中部区域；207-下部区域；208-外壁；301-焊缝检测模块；302-焊缝焊接模块；420-存储器；430-处理器；440-通信单元。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
基于以上声明，本实施例考虑到传统预应力管桩的焊接工作主要采用人工气保焊焊接方式，受环境和焊工自身等因素影响，人工作业难免出现疲劳和失误，焊接工人水平参差不齐，难以保证焊接质量，同时由于焊接工人老龄化、日益短缺、人工成本上升等因素，管桩焊接作业效率和施工质量已达到瓶颈。并且，人工焊接非常依赖于个人经验，很难把控焊接质量及实现标准化操作。
因此，本实施例提供一种应用于焊接设备的预应力管桩自动焊接方法。该方法中，焊接设备环绕预应力管桩的连接位置进行检测，确定出一段目标焊缝的位置，然后，根据该目标焊缝的位置，环绕预应力管桩对其进行焊接，从而解决现有技术中采用人工气保焊焊接方式所带来的技术问题，实现自动对预应力管桩连接位置处的焊缝进行自动焊接。
其中，该焊接设备还可以是对于预应力管桩这一焊接场景，针对性设计的智能焊接机器人。该智能焊接机器人的焊接设备本体包括用于实施焊接操作的焊接部件本体、用于绕预应力管桩移动的环形轨道、用于提提供移动电源的焊接电源移动车、焊接系统移动车，机器人控制系统(处理器以及存储器等)、云监测和安全管理平台、焊缝跟踪系统、带通讯功能的焊接电源、送丝机、控制手柄、人机界面等。
另外，该焊接设备可以是搭载激光测量仪的焊接机器人、标准六轴机器人、四轴SCARA机器人等，通过该激光测距仪对预应力管桩的连接位置进行检测，从而获得目标焊缝的位置以及焊缝的相关缝隙参数。
基于以上相关介绍，为了使得本领域技术人员能够实施本申请提供的技术方案，下面结合图1对本实施例提供的预应力管桩自动焊接方法进行详细介绍，如图1所示的，该方法包括：
S101，环绕预应力管桩的连接位置进行检测，获得一段目标焊缝的位置。
此处值得注意的是，在对预应力管桩进行焊接之前，需要进行焊接前的准备工作。例如，高速公路特大桥施工时的预应力管桩沉桩施工时，管桩直径达到1000mm，施工通常采用随钻跟管桩机，管桩机将下管桩随钻沉入土体，然后将上管桩节悬吊对准下管桩将两者进行对齐。其中，在对桩前需要用小铲、钢刷清理等工具将上下管桩端盖板表面的泥土、油水、锈斑等影响焊接效果的异物清除，并且，确认管桩端盖板错边量≤3mm，下放上管桩使得两节管桩的两端盖板相互靠拢。若出现错边量>3mm，对口缝隙>3mm，需重复端盖板清理、对桩操作，以确保接桩的质量。
并且，若该焊接设备为上述实施例中所介绍的智能焊接机器人时，还需要将具有磁力吸附的四个基准块均分安装在管桩焊缝处，用于引导将环形轨道准确安装至上管桩，锁紧钢带卡扣，确认无误后，拆下四个基准块，以环形轨道为基准安装好焊接机器人，然后手动控制机器人单点动作：送丝、检气、四个轴动作、引弧点检确认无误后，设置机器人原点，确认焊接准备完毕。
对于本实施例，还应理解的是，预应力管桩沿竖直方向放置，这就导致预应力混凝土管桩实际施工过程中，预应力管桩之间可能会呈现如图2所示的对接效果，即管桩错边量存在一定的错边误差201和或其垂直度存在对应的垂直偏差202，进而导致焊缝宽度、深度存在变化，因此，该焊接设备对预应力管桩进行焊接时，每次确定出一段目标焊缝进行焊接，直至完成整圈焊缝的焊接。
例如，该焊接设备将呈现圆形的焊缝均分为4部分，每部分对应90°；因此，该焊接设备环绕预应力管桩的连接位置进行焊接时，每次在上一段目标焊缝的基础上，旋转90°获得下一段目标焊缝，经过4轮的焊接即可完成整个预应力管桩的焊接工作。当然，技术人员在实施本方案时，还可以根据对精度的需要或者焊接工艺的需要，将圆形的焊缝均做进一步地细分，然后，分别对每个目标焊缝进行焊接。如此，实现对预应力管桩之间的焊缝进行跟随以及自适应调整。
另外，该焊接设备还建立由作业空间的坐标系，用于确定目标焊缝的作业空间中的位置。对于该目标焊缝的位置，如图3所示，基于焊接设备所确定的参考位置建立坐标系，该坐标系的x轴与目标焊缝的切线相平行，用于指示绕预应力管桩进行焊接时的焊接方向，坐标系的z轴则指向竖直方向，坐标系的y轴则指向目标焊缝。因此，基于该坐标系确定目标焊缝的位置，已便于在对目标焊缝进行焊接时，该焊接设备能够找到目标焊缝所在的位置。
S102，根据目标焊缝的位置，环绕预应力管桩对目标焊缝进行焊接。
由以上关于预应力管桩施工过程的介绍可知，预应力管桩在施工过程中需要沿竖直方向放置，并且该预应力管桩呈柱状，因此，为了实现对预应力管桩的焊缝进行自动焊接，需要在确定出一段目标焊缝之后，环绕该预应力管桩对其进行焊接。
因此，通过以上实施方式，该焊接设备实现对预应力管桩进行自动焊接，从而克服人工焊接方式多存在的问题，已达到提升焊接效率以及稳定焊接质量的目的。
其中，环绕预应力管桩对目标焊缝进行焊接时，本实施例提供了多种焊接工艺，例如，堆焊工艺以及多层多道焊接工艺。接下来分别对以上两种工艺的实现方式进行详细阐述。若该目标焊缝采用堆焊工艺，则步骤S102包括：
S102-1A，根据目标焊缝的宽度以及深度，在目标焊缝的位置将目标焊缝划分为多个焊接区域。
其中，多个焊接区域在竖直方向依次层叠。此处首先应理解的是，若由人工进行焊接，焊接人员可以根据个人的焊接经验确保焊接时的焊接溶液不滴落，从而保障焊缝的焊接质量。因此，本实施例不仅要实现对焊缝进行自动焊接，还需要焊缝的焊接质量达到人工焊接的标准。因此，需要通过堆焊工艺实现一次焊接成型的过程中，控制焊接电源的电压、电流随焊接轨迹高速变化，达到兼顾焊接效率的同时，使得焊接溶液得到稳定控制而不滴落。
因此，经过多次试验以及研究之后，发现将目标焊缝划分为多个焊接区域，并在每个区域采用设定的工艺参数进行焊接能够达到兼顾焊接效率的同时，使得焊接溶液得到稳定控制而不滴落的目的。其中，对于目标焊缝的多个焊接区域，下面结合图4进行示例性介绍。如图4所示的剖面图中，包括预应力管桩的管桩剖面203以及目标焊缝的焊缝剖面204，对于其中的焊缝剖面204，沿水平方向将其分为3个焊接区域，沿竖直方向依次为上部区域205、中部区域206以及下部区域207。当焊丝的焊接轨迹运动到这三个区域时，分别采用各区域设定的工艺参数进行焊接，其中，该工艺参数包括电流以及电压等。
研究进一步发现，在确定放置焊丝的起始原点时，将其放置在焊缝水平均分中心线靠上的位置，这样能够确保了焊丝的整个焊接轨迹整体向上进行了平移，从而焊丝融化后产生的熔池能够得到很好的控制，而不至于发生严重的滴落，因此，步骤S102还包括：
S102-2A，确定出将目标焊缝水平均分为两部分的中心线。
S102-3A，根据中心线，确定出位于中部区域的起始原点。
其中，起始原点位于中心线以上的位置。
S102-4A，将焊丝放置到起始原点位置。
示例性的，Z轴焊接的中心坐标值计算：
Z0＝H/2+k7
式中，Z0是起始原点的位置与目标焊缝下方边界之间的距离，H表示目标焊缝的宽度，k7表示起始原点的偏移系数。
基于起始原点的表达式，假定预应力管桩的宽度为16.0mm，以及偏移系数为1mm，则起始原点的位置与目标焊缝下方边界之间的距离为：
Z0＝16/2+1＝9
即起始原点的位置与目标焊缝下方边界之间的距离为9mm。
S102-5A，确定出每个焊接区域的焊接面，其中，每个焊接区域的焊接面与预应力管桩的外壁平行。
经过多次试验以及研究后，发现要达到兼顾焊接效率的同时，使得焊接溶液得到稳定控制而不滴落，不仅需要将目标焊缝划分为多个焊接区域，而且需要分别为每个焊接区域设置焊接面，用于使得焊接时焊丝的轨迹在焊接面限定的范围内移动，其中，每个焊接区域的焊接面所限定的范围位于焊接面与外壁之间。
继续参见图4，本实施例在确定每个焊接区域的焊接面时，以预应力柱的外壁208为参考面。具体实施方式中，该焊接设备根据深度以及每个焊接区域的位置系数，确定出每个焊接区域的焊接面与外壁208的距离；然后，分别根据每个焊接区域的焊接面与外壁208的距离，确定出每个焊接区域的焊接面。
示例性的，焊接设备在接收到目标焊缝的深度后，通过以下表达式计算得出焊丝在焊缝中移动的起始原点、下部区域207的焊接面、中部区域206的焊接面、上部区域205的焊接面距离外壁208的距离：
R1＝d+k3
式中，R1表示起始原点与外壁208之间的距离，d表示目标焊缝的深度，k3表示起始原点的位置系数。
S1＝-d+k4
式中，S1表示下部区域207的焊接面与外壁208之间的距离，d表示目标焊缝的深度，k4表下部区域207的位置系数。
T1＝-d+k5
式中，T1表示中部区域206的焊接面与外壁208之间的距离，d表示目标焊缝的深度，k5表示中部区域206的位置系数。
U1＝-d+k6
式中，U1表示上部区域205的焊接面与外壁208之间的距离，d表示目标焊缝的深度，k6表示上部区域205的位置系数。
按照以上表达式，假定图4中预应力管桩的深度数据为16.0mm，深度系数k3为20.0，k4为23.0，k5为21.0，k6为23.0，则起始原点、下部区域207的焊接面、中部区域206的焊接面、上部区域205的焊接面距离外壁208的距离为：
R1＝-16.0+20.0＝4
S1＝-16.0+23＝7
T1＝-16+21＝5
U1＝-16+23＝7
即起始原点、下部区域207的焊接面、中部区域206的焊接面、上部区域205的焊接面距离外壁208的距离分别是4.0mm、7.0mm、5.0mm、7.0mm。
S102-6A，按照多个焊接区域的焊接顺序，依次在每个焊接区域的焊接面限定的范围内采用各自设定的工艺参数进行焊接。
对于包括中部区域、下部区域以及上部区域的多个焊接区域，经大量的试验研究之后发现，按照“中部区域-下部区域-中部区域-上部区域-中部区域”的顺序进行焊接时，能够对预应力管桩之间的焊缝取得较好的焊接效果。相应的具体实施方式包括：
S102-6A-1，从位于中部区域的起始原点开始，按照位于中部区域的第一焊接轨迹，采用中部区域设定的工艺参数焊接到下部区域。
其中，中部区域的焊接轨迹位于中部区域的焊接面限定的范围内，并且，起始原点同样位于中部区域。
S102-6A-2，按照位于下部区域的焊接轨迹，采用下部区域设定的工艺参数从下部区域焊接到中部区域。
其中，下部区域焊接轨迹位于下部区域的焊接面限定的范围内。
S102-6A-3，按照位于中部区域的第二焊接轨迹，采用中部区域设定的工艺参数从中部区域焊接到上部区域。
其中，中部区域的第二焊接轨迹位于中部区域的焊接面限定的范围内。
S102-6A-4，按照位于上部区域的焊接轨迹，采用上部区域设定的工艺参数从上部区域焊接到中部区域。
其中，上部区域的焊接轨迹位于上部区域的焊接面限定的范围内。
S102-6A-5，按照位于中部区域的第三焊接轨迹，采用中部区域设定的工艺参数从中部区域焊接到起始原点。
其中，中部区域的第三焊接轨迹位于中部区域的焊接面限定的范围内。也即是说，本实施例对目标焊缝进行焊接时，焊丝运动的轨迹均是位于各个焊接区域的焊接面与外壁之间中。并且，经过研究发现，在中部区域焊接时的工艺参数采用中电压以及中电流；在下部区域焊接时的工艺参数采用高电压以及高电流；而在上部区域焊接时的工艺参数采用低电压以及低电流时，能够取得很好的焊接效果，即既能取得饱满焊接的焊接效果，同时还能确保焊接熔池不滴落。
进一步地，对于焊丝在目标焊接区域中的轨迹，可以有多种轨迹能够达到按照“中部区域-下部区域-中部区域-上部区域-中部区域”的顺序进行焊接的目的。
作为其中一种示例，如图5所示的焊接轨迹中，o1表示当前目标焊缝的起始原点，o2表示下一段目标焊缝的起始原点，焊接设备控制焊丝通过轨迹l1从中部区域进入到下部区域；进一步控制焊丝通过轨迹l2→l3从下部区域进入到中部区域；进一步控制焊丝通过轨迹l4从中部区域进入到上部区域；进一步控制焊丝通过轨迹l5从上部区域进入到中部区域；最后，通过l6→l7→l8回到位于中部区域的下一目标焊缝的起始原点o2。若按照图5焊接轨迹进行焊接，则得到焊道堆叠效果如图6所示。图6中轨迹l1对应的焊道用数字“1”进行标记，轨迹l2的焊道用数字“2”进行标记，以此类推可得到其他轨迹与焊道之间对应关系。
作为另外一种示例，如图7所示的焊接轨迹中，o1表示当前目标焊缝的起始原点，o2表示下一段目标焊缝的起始原点，焊接设备控制焊丝通过轨迹l1从中部区域进入到下部区域以及从下部区域回到中部区域，进一步控制焊丝通过轨迹l2回到起始原点o1；进一步控制焊丝通通过轨迹l3从中部区域进入到上部区域以及从上部区域回到中部区域，最后，控制焊丝通过轨迹l4回到下一个段目标焊缝的起始原点o2。若按照图7所示的焊接轨迹进行焊接，则得到焊道堆叠效果如图8所示。同理，图8中轨迹l1对应的焊道用数字“1”进行标记，轨迹l2的焊道用数字“2”进行标记，以此类推可得到其他轨迹与焊道之间对应关系。
以上是关于堆焊工艺的相关介绍，若目标焊缝的焊接工艺为多层多道工艺，则步骤S102还包括：
S102-1B，根据缝隙的宽度以及深度，确定环绕预应力管桩焊接时的移动速度；
其中，所谓多层多道工艺，该焊接设备绕预应力管桩在焊缝生成多个焊道，每一圈焊道均是在上一圈焊道的基础生成。而为了确保焊丝融化后形成的熔池不滴落，则需要对环绕预应力管桩焊接时的移动速度进行限制。
研究之后发现，焊接时沿x轴的移动速度，若焊缝的宽度增加，则移动速度减小；若焊缝的宽度减小，则移动速度增加，因此，焊接时的动速度与焊缝的宽度成反比例关系。
同理，若焊缝的深度增加，则移动速度减小；若焊缝的深度减小，则移动速度增加，因此，焊接时的动速度与焊缝的深度成反比例关系。基于以上发现，本案发明人经大量的试验以及验证之后，提出以下表达式用于确定多层多道工艺时移动速度：
V1＝k1/H+k2/D+Φ1
式中，V1表示移动速度，k1表示第一速度系数，k2表示第二速度系数，H表示宽度，D表示深度，Φ1表示补偿系数。
示例性的，基于以上表达式，假定预应力混凝土管桩横幅幅宽测量数据为16mm、深度数据为15mm，k1为3.05，k2为2.4，Φ1为0.6，则该目标焊缝焊接时的移动速度为：
V1＝3.05/16+2.4/16+0.6＝0.94
即焊接时的移动速度为0.94mm/s。
S102-2B，根据目标焊缝待生成焊道的层数，确定与层数相匹配的工艺参数；
S102-3B，根据目标焊缝的位置，环绕预应力管桩焊接以移动速度以及与层数相匹配的工艺参数对目标焊缝进行焊接。
如此，焊接设备在接收到目标焊道的宽度以及深度之后，通过该表达式即可计算出焊接时的移动速度，从而按照该移动速度对以设定的工艺参数对焊道进行焊接，即可得到理想的焊接效果。
为使技术人员能更为容易地实施本方案，假定将预应力管桩之间焊缝进行4等分，并且每个目标焊缝的缝隙参数如下表：
焊接起点 90°位置 180°位置 270°位置
焊缝幅宽 16.0 15.0 14.0 15.0
焊缝深度 14.0 15.0 14.0 16.0
其中，在本示例中，焊接设备共需要环绕预应力管桩8圈，分别在下部区域实行下部打底、底部盖面、下部热焊；在中部区域实行中部热焊、中部盖面；在上部区域实行上部打底、上部盖面、上部热焊。
在此基础上，焊接设备接收到以上表格中的数据，计算获得从焊接起点到90°位置这一段目标焊缝的相关参数如图9所示。
进一步地，焊接设备焊接到90°的位置后，调用计算如图10所示的下一段目标焊缝所需要的焊相关参数，并控制实现焊接的柔性过渡。
进一步地，焊接设备焊接到180°的位置后，调用计算如图11所示的下一段目标焊缝所需要的焊相关参数，并控制实现焊接的柔性过渡。
最后，焊接设备焊接到270°的位置后，调用计算如图12所示的下一段目标焊缝所需要的焊相关参数，并控制实现焊接的柔性过渡。从而获得一圈焊道。
此外，值得说明的是，无论是堆焊工艺，还是多层多道焊接工艺，需要限制用于固定焊丝的焊枪在焊缝上部区域焊接的仰角角度以及下部区域焊接的俯角角度。对应该仰角角度与俯角角度，本实施例以焊枪支点为圆心，以焊枪口(固定焊丝的位置)到支点的距离为半径，通过以下表达式计算得出俯角角度值、仰角角度值：
Figure BDA0003761175150000141
Figure BDA0003761175150000142
式中，w0表示俯角角度，θ0表示仰角角度，H表示焊缝的宽度，k8表示焊枪支点距离外壁的距离。
示例性的，假定预应力管桩横之间目标焊缝的宽度为16.0mm，焊枪支点距离外壁的距离为236mm，则计算D轴焊接的仰角角度w0＝2.20、俯角角度θ0＝1.70。
基于与本实施例所提供预应力管桩自动焊接方法相同的发明构思，本实施例还提供一种预应力管桩自动焊接装置，预应力管桩焊接包括至少一个可以软件形式存储于存储器或固化在焊接设备的操作系统(Operating System，简称OS)中的软件功能模块。焊接设备中的处理器用于执行存储器中存储的可执行模块。例如，预应力管桩自动焊接装置所包括的软件功能模块及计算机程序等。请参照图13，从功能上划分，预应力管桩自动焊接装置可以包括：
焊缝检测模块301，用于环绕预应力管桩的连接位置进行检测，获得一段目标焊缝的位置，其中，预应力管桩沿竖直方向放置。
本实施例中，该焊缝检测模块301用于实现图1中的步骤S101，关于该焊缝检测模块301的详细描述，可以参见步骤S101的详细描述。
焊缝焊接模块302，用于根据目标焊缝的位置，环绕预应力管桩对目标焊缝进行焊接。
本实施例中，焊缝焊接模块302用于实现图1中的步骤S102，关于该焊缝焊接模块302的详细描述，可以参见步骤S102的详细描述。
另外值得说明的是，由于该预应力管桩自动焊接装置与预应力管桩自动焊接方法具有相同的发明构思，因此，以上焊缝检测模块301以及焊缝焊接模块302还可以用于实现该方法的其他步骤或者子步骤，本实施例不再对此进行赘述。
还应理解的是，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
还应理解的是，以上实施方式如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。
因此，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现本实施例提供的预应力管桩自动焊接方法。其中，该计算机可读存储介质可以是U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本实施例提供的一种焊接设备的硬件结构示意图，该焊接设备除了包括焊接设备本体以及用于控制该焊接设备本体的控制系统。如图14所示，该控制系统包括处理器430及存储器420。处理器430与存储器420可经由系统总线通信。并且，存储器420存储有计算机程序，处理器通过读取并执行存储器420中与以上实施方式对应的计算机程序，实现本实施例所提供的预应力管桩自动焊接方法。
继续如图14所示，该焊接设备中的存储器420、处理器430以及通信单元440各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。
其中，该存储器420可以是基于任何电子、磁性、光学或其它物理原理的信息记录装置，用于记录执行指令、数据等。在一些实施方式中，该存储器420可以是，但不限于，易失存储器、非易失性存储器、存储驱动器等。
其中，仅作为示例，该易失存储器可以是随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)。该非易失性存储器可以是只读存储器(Read Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)、可擦除只读存储器(ErasableProgrammable Read-Only Memory，EPROM)、电可擦除只读存储器(Electric ErasableProgrammable Read-Only Memory，EEPROM)、闪存等；该存储驱动器可以是磁盘驱动器、固态硬盘、任何类型的存储盘(如光盘、DVD等)，或者类似的存储介质，或者它们的组合等。
该通信单元440用于通过网络收发数据。在一些实施方式中，该网络可以包括有线网络、无线网络、光纤网络、远程通信网络、内联网、因特网、局域网(Local Area Network，LAN)、广域网(Wide Area Network，WAN)、无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)、城域网(Metropolitan Area Network，MAN)、广域网(Wide Area Network，WAN)、公共电话交换网(Public Switched Telephone Network，PSTN)、蓝牙网络、ZigBee网络、或近场通信(Near Field Communication，NFC)网络等，或其任意组合。在一些实施例中，网络可以包括一个或多个网络接入点。例如，网络可以包括有线或无线网络接入点，例如基站和/或网络交换节点，服务请求处理系统的一个或多个组件可以通过该接入点连接到网络以交换数据和/或信息。
该处理器430可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力，并且，该处理器可以包括一个或多个处理核(例如，单核处理器或多核处理器)。仅作为举例，上述处理器可以包括中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、专用指令集处理器(Application SpecificInstruction-set Processor，ASIP)、图形处理单元(Graphics Processing Unit，GPU)、物理处理单元(Physics Processing Unit，PPU)、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，PLD)、控制器、微控制器单元、简化指令集计算机(Reduced Instruction Set Computing，RISC)、或微处理器等，或其任意组合。
应该理解到的是，在上述实施方式中所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上所述，仅为本申请的各种实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种预应力管桩自动焊接方法，其特征在于，应用于焊接设备，所述方法包括：
环绕预应力管桩的连接位置进行检测，获得一段目标焊缝的位置，其中，所述预应力管桩沿竖直方向放置；
根据所述目标焊缝的位置，环绕所述预应力管桩对所述目标焊缝进行焊接，包括：
若对所述目标焊缝采用堆焊工艺，则根据所述目标焊缝的宽度以及深度，在所述目标焊缝的位置将所述目标焊缝划分为多个焊接区域，其中，所述多个焊接区域包括在所述竖直方向依次层叠的上部区域、中部区域以及下部区域；
根据所述深度以及每个所述焊接区域的位置系数，确定出每个所述焊接区域的焊接面与外壁的距离；
确定出每个所述焊接区域的焊接面，其中，每个所述焊接区域的焊接面与所述预应力管桩的外壁平行；
按照所述多个焊接区域的焊接顺序，依次在每个所述焊接区域的焊接面限定的范围内采用各自设定的工艺参数进行焊接，包括：
从位于所述中部区域的起始原点开始，按照位于所述中部区域的第一焊接轨迹，采用所述中部区域设定的工艺参数焊接到所述下部区域，其中，所述中部区域的焊接轨迹位于所述中部区域的焊接面所限定的范围内；
按照位于所述下部区域的焊接轨迹，采用所述下部区域设定的工艺参数从所述下部区域焊接到所述中部区域，其中，所述下部区域焊接轨迹位于所述下部区域的焊接面所限定的范围内；
按照位于所述中部区域的第二焊接轨迹，采用所述中部区域设定的工艺参数从所述中部区域焊接到所述上部区域，其中，所述中部区域的第二焊接轨迹位于所述中部区域的焊接面所限定的范围内；
按照位于所述上部区域的焊接轨迹，采用所述上部区域设定的工艺参数从所述上部区域焊接到所述中部区域，其中，所述上部区域的焊接轨迹位于所述上部区域的焊接面所限定的范围内；
按照位于所述中部区域的第三焊接轨迹，采用所述中部区域设定的工艺参数从所述中部区域焊接到所述起始原点，其中，所述中部区域的第三焊接轨迹位于所述中部区域的焊接面所限定的范围内。
2.根据权利要求1所述的预应力管桩自动焊接方法，其特征在于，所述确定出每个所述焊接区域的焊接面，包括：
根据所述深度以及每个所述焊接区域的位置系数，确定出每个所述焊接区域的焊接面与所述外壁的距离；
分别根据每个所述焊接区域的焊接面与所述外壁的距离，确定出每个所述焊接区域的焊接面。
3.根据权利要求1所述的预应力管桩自动焊接方法，其特征在于，所述按照所述多个焊接区域的焊接顺序，依次在每个所述焊接区域的焊接面采用设定的工艺参数进行焊接之前，所述方法还包括：
确定出将所述目标焊缝水平均分为两部分的中心线；
根据所述中心线，确定出位于所述中部区域的起始原点，其中，所述起始原点位于所述中心线以上的位置；
将焊丝放置到所述起始原点位置。
4.根据权利要求1所述的预应力管桩自动焊接方法，其特征在于，所述根据所述目标焊缝的位置，环绕所述预应力管桩对所述目标焊缝进行焊接，还包括：
若对所述目标焊缝采用多层多道焊接工艺，则根据所述目标焊缝的宽度以及深度，确定环绕所述预应力管桩焊接时的移动速度；
根据所述目标焊缝待生成焊道的层数，确定与所述层数相匹配的工艺参数；
根据所述目标焊缝的位置，环绕所述预应力管桩焊接以所述移动速度以及与所述层数相匹配的工艺参数对所述目标焊缝进行焊接。
5.根据权利要求4所述的预应力管桩自动焊接方法，其特征在于，所述宽度以及所述深度与所述移动速度之间满足以下关系：
V1＝k1H+k2D+Φ1
式中，V1表示所述移动速度，k1表示第一速度系数，k2表示第二速度系数，H表示所述宽度，D表示所述深度，Φ1表示补偿系数。
6.一种预应力管桩自动焊接装置，其特征在于，应用于焊接设备，所述预应力管桩自动焊接装置包括：
焊缝检测模块，用于环绕预应力管桩的连接位置进行检测，获得一段目标焊缝的位置，其中，所述预应力管桩沿竖直方向放置；
焊缝焊接模块，用于根据所述目标焊缝的位置，环绕所述预应力管桩对所述目标焊缝进行焊接，所述焊接包括：
若对所述目标焊缝采用堆焊工艺，则根据所述目标焊缝的宽度以及深度，在所述目标焊缝的位置将所述目标焊缝划分为多个焊接区域，其中，所述多个焊接区域包括在所述竖直方向依次层叠的上部区域、中部区域以及下部区域；
根据所述深度以及每个所述焊接区域的位置系数，确定出每个所述焊接区域的焊接面与外壁的距离；
确定出每个所述焊接区域的焊接面，其中，每个所述焊接区域的焊接面与所述预应力管桩的外壁平行；
按照所述多个焊接区域的焊接顺序，依次在每个所述焊接区域的焊接面限定的范围内采用各自设定的工艺参数进行焊接，包括：
从位于所述中部区域的起始原点开始，按照位于所述中部区域的第一焊接轨迹，采用所述中部区域设定的工艺参数焊接到所述下部区域，其中，所述中部区域的焊接轨迹位于所述中部区域的焊接面所限定的范围内；
按照位于所述下部区域的焊接轨迹，采用所述下部区域设定的工艺参数从所述下部区域焊接到所述中部区域，其中，所述下部区域焊接轨迹位于所述下部区域的焊接面所限定的范围内；
按照位于所述中部区域的第二焊接轨迹，采用所述中部区域设定的工艺参数从所述中部区域焊接到所述上部区域，其中，所述中部区域的第二焊接轨迹位于所述中部区域的焊接面所限定的范围内；
按照位于所述上部区域的焊接轨迹，采用所述上部区域设定的工艺参数从所述上部区域焊接到所述中部区域，其中，所述上部区域的焊接轨迹位于所述上部区域的焊接面所限定的范围内；
按照位于所述中部区域的第三焊接轨迹，采用所述中部区域设定的工艺参数从所述中部区域焊接到所述起始原点，其中，所述中部区域的第三焊接轨迹位于所述中部区域的焊接面所限定的范围内。
7.一种计算机刻存储介质，其特征在于，所述计算机刻存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1-5任意一项所述的预应力管桩自动焊接方法。
8.一种焊接设备，其特征在于，所述焊接设备包括焊接设备本体、处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现权利要求1-5任意一项所述的预应力管桩自动焊接方法。
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