CN117182373A - 扇形轴瓦堆焊轨迹生成方法、堆焊装置及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扇形轴瓦堆焊轨迹生成方法及其应用，以及扇形轴瓦堆焊装置，方法包括：对待堆焊工件进行扫描采样，获取待堆焊工件的轮廓信息；根据所述轮廓信息，获取待堆焊工件的位置信息，进而确定待堆焊工件上的起始堆焊点位和终点堆焊点位；根据所述起始堆焊点位、所述终点堆焊点位、所述位置信息以及预设的参数信息，生成实际的堆焊轨迹。本发明的扇形轴瓦堆焊轨迹生成方法及其应用，以及扇形轴瓦堆焊装置，其能够满足扇形轴瓦按照规划生成堆焊轨迹实现机器人自动堆焊，显著提高了轴瓦的堆焊质量及效率，节约了堆焊材料，减少对作业人员的技能要求。

Description

扇形轴瓦堆焊轨迹生成方法、堆焊装置及应用

技术领域

本发明是关于轴瓦堆焊技术领域，特别是关于一种扇形轴瓦堆焊轨迹生成方法及其应用，以及扇形轴瓦堆焊装置。

背景技术

在大型机械设备传动结构中，都需要用到推力作用的扇形轴瓦。为保证轴瓦的减磨效果，需要在轴瓦表面堆焊一层贵金属巴氏合金材料。堆焊层的结合强度影响使用寿命，堆焊材料的过渡使用增加加工成本，这都受到堆焊过程路径轨迹的影响。

由于扇形轴瓦结构和种类较多，有同心扇形轴瓦，也有不同心扇形轴瓦，堆焊轨迹的生产具有多样性。如果轨迹规划生成不合理，会造成堆焊搭接区域多浪费材料、重复受热影响与基体的结合强度以及堆焊区域不完整需要人工补焊等情况。

现有技术采用机器人示教编程，带动焊枪按照预前程序进行堆焊，可满足标准同心圆轴瓦的连续堆焊和不同心圆轴瓦部分区域堆焊。然而，现有技术无法实现不同心轴瓦全区域堆焊。且现有技术的轴瓦堆焊，对工件放置偏差需要进行改点校正，影响产出节拍；同时对新的轴瓦需要编程示教来实现，效率低，对操作人员编程要求高。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种扇形轴瓦堆焊轨迹生成方法及其应用，以及扇形轴瓦堆焊装置，其能够满足扇形轴瓦按照规划生成堆焊轨迹实现机器人自动堆焊，显著提高了轴瓦的堆焊质量及效率，节约了堆焊材料，减少对作业人员的技能要求。

为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种扇形轴瓦堆焊轨迹生成方法，包括：对待堆焊工件进行扫描采样，获取待堆焊工件的轮廓信息；根据所述轮廓信息，获取待堆焊工件的位置信息，进而确定待堆焊工件上的起始堆焊点位和终点堆焊点位；根据所述起始堆焊点位、所述终点堆焊点位、所述位置信息以及预设的参数信息，生成实际的堆焊轨迹。

在本发明的一个或多个实施方式中，根据所述轮廓信息，获取待堆焊工件的位置信息，进而确定待堆焊工件上的起始堆焊点位和终点堆焊点位，包括：将所述轮廓信息与数据库内预设的模板信息进行对比，获取与所述轮廓信息相近的模板信息，所述模板信息包括模板外形尺寸点位信息；根据所述轮廓信息调整获取的模板信息，获得待堆焊工件的位置信息，所述位置信息包括待堆焊工件外形尺寸点位信息，根据所述待堆焊工件外形尺寸点位信息确定待堆焊工件上的起始堆焊点位和终点堆焊点位。

在本发明的一个或多个实施方式中，根据所述待堆焊工件外形尺寸点位信息确定待堆焊工件上的起始堆焊点位和终点堆焊点位，包括：根据所述待堆焊工件外形尺寸点位信息，选择所述待堆焊工件上不同的角所在的点位信息作为待堆焊工件上的起始堆焊点位和终点堆焊点位。

在本发明的一个或多个实施方式中，根据所述起始堆焊点位、所述终点堆焊点位、所述位置信息以及预设的参数信息，生成实际的堆焊轨迹，包括：根据所述起始堆焊点位以及所述位置信息，生成待堆焊工件的外形堆焊轨迹；根据所述起始堆焊点位、所述终点堆焊点位、所述位置信息以及预设的参数信息，生成待堆焊工件的内部矩阵点位信息，根据内部矩阵点位信息，生成待堆焊工件的内部堆焊轨迹。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述的预设的参数信息包括：堆焊焊枪的内缩距离、堆焊焊枪的摆动宽度以及堆焊的搭接距离。

本发明的实施例提供了一种扇形轴瓦堆焊装置，包括激光器、控制柜以及堆焊装置。所述激光器安装于机器人上，所述激光器用于对待堆焊工件进行扫描采样以获取待堆焊工件的轮廓信息；所述控制柜与所述激光器和机器人连接，所述控制柜用于根据所述轮廓信息，获取待堆焊工件的位置信息，进而确定待堆焊工件上的起始堆焊点位和终点堆焊点位，并根据所述起始堆焊点位、所述终点堆焊点位、所述位置信息以及预设的参数信息，生成实际的堆焊轨迹；所述堆焊装置安装于机器人上，所述堆焊装置根据所述堆焊轨迹移动以执行堆焊操作。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述堆焊装置包括堆焊焊枪以及电源；所述电源临近机器人设置，所述电源与控制柜连接；所述堆焊焊枪与电源连接，所述电源控制所述堆焊焊枪的起弧和收弧。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述激光器发射线条激光束到待堆焊工件表面，通过机器人移动，实现待堆焊工件全过程轮廓的扫描采样。

本发明的实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及存储器，所述存储器存储指令，当所述指令被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器执行上述的扇形轴瓦堆焊轨迹生成方法堆焊轨迹生成方法。

本发明的实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的扇形轴瓦堆焊轨迹生成方法堆焊轨迹生成方法。

与现有技术相比，根据本发明实施方式的扇形轴瓦堆焊轨迹生成方法及其应用，以及扇形轴瓦堆焊装置，通过基于激光扫描的作用，将待堆焊工件的轮廓信息提取后，自动生成堆焊轨迹，并按照参数化编程程序实现扇形轴瓦的全自动堆焊，提高了堆焊效率和质量，降低材料消耗成本，减少对作业人员的技能要求。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的扇形轴瓦堆焊轨迹生成方法的流程图；

图2是根据本发明一实施方式的扇形轴瓦堆焊装置的结构示意图；

图3是根据本发明一实施方式的电子设备的硬件结构图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如背景技术所言，现有技术中的轴瓦堆焊，采用机器人示教编程，带动焊枪按照预前程序进行堆焊。然而该方式对工件放置偏差需要进行改点校正，影响产出节拍；同时对新的轴瓦需要编程示教来实现，效率低，对操作人员编程要求高。

基于此，本发明提出了一种扇形轴瓦堆焊轨迹生成方法及其应用，以及扇形轴瓦堆焊装置，其能够满足扇形轴瓦按照规划生成堆焊轨迹实现机器人自动堆焊，显著提高了轴瓦的堆焊质量及效率，节约了堆焊材料，减少对作业人员的技能要求。

如图1所示，根据本发明一实施方式的扇形轴瓦堆焊轨迹生成方法，包括：s1：对待堆焊工件进行扫描采样，获取待堆焊工件的轮廓信息；s2：根据:轮廓信息，获取待堆焊工件的位置信息，进而确定待堆焊工件上的起始堆焊点位和终点堆焊点位；s3：根据起始堆焊点位、终点堆焊点位、位置信息以及预设的参数信息，生成实际的堆焊轨迹。

示例性的，在步骤s1中，可以通过安装在机器人上的基恩士LJ-V7000激光器扫描头，对待堆焊工件进行轮廓扫描采样，以获得采集到的待堆焊工件形状和轮廓信息。

示例性的，在步骤s2中，将轮廓信息与数据库内预设的模板信息进行对比，获取与轮廓信息相近的模板信息。模板信息包括模板外形尺寸点位信息。根据轮廓信息调整获取的模板信息，获得待堆焊工件的位置信息。位置信息包括待堆焊工件外形尺寸点位信息；具体的，包括扇形轴瓦的四个角的点位信息以及四条边上的若干点位信息。根据待堆焊工件外形尺寸点位信息，选择待堆焊工件上不同的角所在的点位信息作为待堆焊工件上的起始堆焊点位和终点堆焊点位。

其中，数据库内预设的模板信息可由作业人员预先手动输入；在激光扫描采样后获取的待堆焊工件的轮廓信息，也可对其进行存储以扩充数据库内预设的模板信息。当轮廓信息与获取的模板信息一致时，直接输出模板信息作为待堆焊工件的位置信息；当轮廓信息与获取的模板信息有偏差时，根据轮廓信息调整模板信息，后输出调整后的模板信息作为待堆焊工件的位置信息。

以XOY平面建立坐标系，定义扇形轴瓦位于XOY平面的第一象限内。通常而言，选取扇形轴瓦最靠近原点O的那个角(即左下角那个角)所在的点位信息作为待堆焊工件上的起始堆焊点位，同时选取扇形轴瓦最远离原点O的那个角(即右上角那个角)所在的点位信息作为待堆焊工件上的终点堆焊点位，以起始堆焊点位指向终点堆焊点位为大体行进方向，进行堆焊轨迹生成。

示例性的，在步骤s3中，根据起始堆焊点位以及位置信息，生成待堆焊工件的外形堆焊轨迹；根据起始堆焊点位、终点堆焊点位、位置信息以及预设的参数信息，生成待堆焊工件的内部矩阵点位信息，根据内部矩阵点位信息，生成待堆焊工件的内部堆焊轨迹。其中，预设的参数信息包括堆焊焊枪的内缩距离、堆焊焊枪的摆动宽度以及堆焊的搭接距离。堆焊焊枪的内缩距离为堆焊焊枪距离待焊接工件边缘的距离。堆焊焊枪的摆动宽度为堆焊焊枪在堆焊时在垂直于当前堆焊轨迹方向上的摆动距离。堆焊的搭接距离为扇形轴瓦内部相邻两条堆焊轨迹之间的距离。

在了解扇形轴瓦的起始堆焊点位以及位置信息后，以起始堆焊点位指向终点堆焊点位为大体行进方向，从起始堆焊点位开始，根据摆动宽度以及搭接距离减小或者增大扇形轴瓦所在圆的半径，并通过正弦函数、余弦函数等公式确定位置信息上与起始堆焊点位所在边相对的边上的下一个点的点位信息，该点的点位信息即为内部矩阵点位信息中的一员，并在起始堆焊点位和该点之间生成弧形段；后以该点作为新一轮的起始堆焊点位，根据摆动宽度以及搭接距离减小或者增大扇形轴瓦所在圆的半径，并通过正弦函数、余弦函数等公式确定位置信息上与新一轮的起始堆焊点位所在边相对的边上的下一个点的点位信息，该点的点位信息也为内部矩阵点位信息中的一员，并在新一轮的起始堆焊点位和该点之间生成弧形段；以此重复，直至最终到达终点堆焊点位。可以理解的是，内部矩阵点位信息可以与位置信息部分重合，也可以包含位置信息在内，或者全部被包含在位置信息内。

参考图2所示，本发明一实施例还提供了一种扇形轴瓦堆焊装置100，包括激光器101、控制柜102以及堆焊装置103。激光器101安装于机器人上，激光器101用于对待堆焊工件进行扫描采样以获取待堆焊工件的轮廓信息。控制柜102与激光器101和机器人连接，控制柜102用于根据轮廓信息，获取待堆焊工件的位置信息，进而确定待堆焊工件上的起始堆焊点位和终点堆焊点位，并根据起始堆焊点位、终点堆焊点位、位置信息以及预设的参数信息，生成实际的堆焊轨迹。堆焊装置103安装于机器人上，堆焊装置102根据堆焊轨迹移动以执行堆焊操作。

示例性的，激光器101选用基恩士LJ-V7000型号，激光器101发射线条激光束到待堆焊工件表面，通过机器人移动，实现待堆焊工件全过程轮廓的扫描采样。激光器101在堆焊工程中不与待堆焊工件发生干涉。

控制柜102采用PLC作为主控制编程平台，对从激光器101获取的待堆焊工件的轮廓信息、作业人员输入的预设的参数信息等进行编程，并输出最终堆焊轨迹，通过总线通讯数据传输到堆焊装置，由机器人搭载堆焊装置进行执行。

堆焊装置103包括堆焊焊枪以及电源；电源临近机器人设置，电源与控制柜102连接；堆焊焊枪与电源连接，电源控制堆焊焊枪的起弧和收弧。堆焊焊枪及电源采用与堆焊工艺匹配的CMT冷金属过渡焊接电源及带助推和阻尼控制的送丝机构，实现稳定可靠的热源输入进行表面堆焊。

机器人是保障扇形轴瓦连续实现免示教堆焊的中间执行机构。机器人适用于夹持CMT推拉式焊枪到待堆焊工件所在位置并按照程序需求进行堆焊焊枪。机器人优选为发那科M10iD-10机器人。

本发明的扇形轴瓦堆焊轨迹生成方法，是通过激光器进行扫描以激光视觉检测待堆焊工件的轮廓信息(尺寸)，结合预设的参数信息，自动生成堆焊轨迹的一种方法。激光视觉检测即通过激光器发出扫描激光去检测待堆焊工件的轮廓信息(尺寸)。激光视觉寻位是非常有效可靠，通过激光找到待堆焊工件的实际位置，获得轮廓信息，计算输出堆焊轨迹，进而将以X，Y，Z坐标数据的堆焊轨迹通过数组数据交换的方式，转换为机器人带动堆焊焊枪需要行走或移动的TCP坐标数据，再由机器人接收该坐标并执行堆焊操作。

本发明的扇形轴瓦堆焊装置，其工作原理如下：

设定预设的参数信息，包括堆焊焊枪的内缩距离、堆焊焊枪的摆动宽度以及堆焊的搭接距离，选择正常焊接段的焊接规范以及衰减段的焊接规范以及区间段焊接参数，设定完成后等待开始焊接。

启动机器人按钮，机器人带动激光器沿待堆焊工件表面作特征扫描，扫描结束后，机器人将待堆焊工件的轮廓信息反馈给控制柜，控制柜进行运算规划后发出焊接指令，由机器人带动堆焊焊枪沿着规划出的堆焊轨迹启动焊接，直至完成整个扇形轴瓦工件的焊接程序。

完成扇形轴瓦堆焊的程序后，保持相应的参数信息，重复下一个待堆焊工件的焊接。

如上参照图1，对根据本说明书实施例扇形轴瓦堆焊轨迹生成方法进行了描述。在以上对方法实施例的描述中所提及的细节，同样适用于本说明书实施例的扇形轴瓦堆焊装置。上面的扇形轴瓦堆焊装置可以采用硬件实现，也可以采用软件或者硬件和软件的组合来实现。

图3示出了根据本说明书的实施例的可以实施扇形轴瓦堆焊轨迹生成方法的电子设备30的硬件结构图。如图3所示，电子设备30可以包括至少一个处理器301、存储器302(例如非易失性存储器)、内存303和通信接口304，并且至少一个处理器301、存储器302、内存303和通信接口304经由总线305连接在一起。至少一个处理器301执行在存储器302中存储或编码的至少一个计算机可读指令。

应该理解，在存储器302中存储的计算机可执行指令当执行时使得至少一个处理器301进行本说明书的各个实施例中以上结合图1描述的各种操作和功能。

在本说明书的实施例中，电子设备30可以包括但不限于：个人计算机、服务器计算机、工作站、桌面型计算机、膝上型计算机、笔记本计算机、移动计算设备、智能电话、平板计算机、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、手持装置、消息收发设备、可佩戴计算设备、消费电子设备等等。

根据一个实施例，提供了一种比如计算机可读存储介质的程序产品。计算机可读存储介质可以具有指令(即，上述以软件形式实现的元素)，该指令当被计算机执行时，使得计算机执行本说明书的各个实施例中以上结合图1描述的各种操作和功能。具体地，可以提供配有可读存储介质的系统或者装置，在该可读存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机或处理器读出并执行存储在该可读存储介质中的指令。

在这种情况下，从可读介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此机器可读代码和存储机器可读代码的可读存储介质构成了本说明书的一部分。

可读存储介质的实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD-RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上或云上下载程序代码。

与现有技术相比，根据本发明实施方式的扇形轴瓦堆焊轨迹生成方法及其应用，以及扇形轴瓦堆焊装置，通过基于激光扫描的作用，将待堆焊工件的轮廓信息提取后，自动生成堆焊轨迹，并按照参数化编程程序实现扇形轴瓦的全自动堆焊，实现不同规格和结构的轴瓦堆焊，提高了堆焊效率和质量，降低材料消耗成本，减少对作业人员的技能要求。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种扇形轴瓦堆焊轨迹生成方法，其特征在于，包括：

对待堆焊工件进行扫描采样，获取待堆焊工件的轮廓信息；

根据所述轮廓信息，获取待堆焊工件的位置信息，进而确定待堆焊工件上的起始堆焊点位和终点堆焊点位；

根据所述起始堆焊点位、所述终点堆焊点位、所述位置信息以及预设的参数信息，生成实际的堆焊轨迹。

2.如权利要求1所述的扇形轴瓦堆焊轨迹生成方法，其特征在于，根据所述轮廓信息，获取待堆焊工件的位置信息，进而确定待堆焊工件上的起始堆焊点位和终点堆焊点位，包括：

将所述轮廓信息与数据库内预设的模板信息进行对比，获取与所述轮廓信息相近的模板信息，所述模板信息包括模板外形尺寸点位信息；

根据所述轮廓信息调整获取的模板信息，获得待堆焊工件的位置信息，所述位置信息包括待堆焊工件外形尺寸点位信息，根据所述待堆焊工件外形尺寸点位信息确定待堆焊工件上的起始堆焊点位和终点堆焊点位。

3.如权利要求2所述的扇形轴瓦堆焊轨迹生成方法，其特征在于，根据所述待堆焊工件外形尺寸点位信息确定待堆焊工件上的起始堆焊点位和终点堆焊点位，包括：根据所述待堆焊工件外形尺寸点位信息，选择所述待堆焊工件上不同的角所在的点位信息作为待堆焊工件上的起始堆焊点位和终点堆焊点位。

4.如权利要求1所述的扇形轴瓦堆焊轨迹生成方法，其特征在于，根据所述起始堆焊点位、所述终点堆焊点位、所述位置信息以及预设的参数信息，生成实际的堆焊轨迹，包括：

根据所述起始堆焊点位以及所述位置信息，生成待堆焊工件的外形堆焊轨迹；

根据所述起始堆焊点位、所述终点堆焊点位、所述位置信息以及预设的参数信息，生成待堆焊工件的内部矩阵点位信息，根据内部矩阵点位信息，生成待堆焊工件的内部堆焊轨迹。

5.如权利要求4所述的扇形轴瓦堆焊轨迹生成方法，其特征在于，所述的预设的参数信息包括：堆焊焊枪的内缩距离、堆焊焊枪的摆动宽度以及堆焊的搭接距离。

6.一种扇形轴瓦堆焊装置，其特征在于，包括：

激光器，安装于机器人上，所述激光器用于对待堆焊工件进行扫描采样以获取待堆焊工件的轮廓信息；

控制柜，与所述激光器和机器人连接，所述控制柜用于根据所述轮廓信息，获取待堆焊工件的位置信息，进而确定待堆焊工件上的起始堆焊点位和终点堆焊点位，并根据所述起始堆焊点位、所述终点堆焊点位、所述位置信息以及预设的参数信息，生成实际的堆焊轨迹；

堆焊装置，安装于机器人上，所述堆焊装置根据所述堆焊轨迹移动以执行堆焊操作。

7.如权利要求6所述的扇形轴瓦堆焊装置，其特征在于，所述堆焊装置包括堆焊焊枪以及电源；所述电源临近机器人设置，所述电源与控制柜连接；所述堆焊焊枪与电源连接，所述电源控制所述堆焊焊枪的起弧和收弧。

8.如权利要求6所述的扇形轴瓦堆焊装置，其特征在于，所述激光器发射线条激光束到待堆焊工件表面，通过机器人移动，实现待堆焊工件全过程轮廓的扫描采样。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

至少一个处理器；以及

存储器，所述存储器存储指令，当所述指令被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器执行如权利要求1至5中任一项所述的扇形轴瓦堆焊轨迹生成方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的扇形轴瓦堆焊轨迹生成方法。