CN117655625A - 一种加工隧道型钢拱架的多功能专机及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及型钢拱架焊接加工领域，特别涉及一种加工隧道型钢拱架的多功能专机及控制系统，包括Y轴机构、X轴机构、Z轴机构、U轴机构、V轴机构、W轴机构、C轴机构、B轴机构和A轴机构，该加工隧道型钢拱架的多功能专机，为Y轴机构、X轴机构、Z轴机构、U轴机构、V轴机构、W轴机构、C轴机构、B轴机构和A轴机构通过传动机构连接为一体的专机机构。本发明提供的一种加工隧道型钢拱架的多功能专机，用9根伺服轴机构通过合理的传动布局来实现，接触式位置检测、端板拾放和端板焊接全部一体化加工作业。

Description

一种加工隧道型钢拱架的多功能专机及控制系统

技术领域

本发明涉及型钢拱架焊接加工技术领域，具体为一种加工隧道型钢拱架的多功能专机及控制系统。

背景技术

申请公开号为CN116117414A的专利公开了一种型钢拱架连接板定位焊接装置，可广泛应用于型钢拱架焊接技术领域，该装置包括支撑板、结合板以及若干连接件，支撑板抵接于型钢拱架内槽底部，结合板立于支撑板上，其两侧外缘的形状尺寸与型钢拱架内槽断面的形状尺寸一致，以便于其能够抵接在型钢拱架的槽口处，连接件可拆卸地安装在结合板上，其用于将型钢拱架和位于型钢拱架端部的连接板紧密地连接为一体以便进行焊接。通过该装置能够使连接板稳固地保持在型钢拱架的端部，从而保证焊接质量，使焊接过程简单、方便、快捷地进行。

如上述申请相同，现在隧道用型钢拱架生产线是通过4-6台成品进口机器人附带配套机器人用红外线检测系统来实现端板拾取、放置及焊接。其中两台机器人专门用来拾取和放置工字钢两侧端板，2-4台机器人实现工字钢两侧端板正反面焊接。目前成品焊接机器人属于成熟产品，但是应用于隧道型钢拱架焊接加工中，存在诸多技术缺点和应用缺陷。

现有的型钢拱架连接板定位焊接装置不能一机多用，每台机器人只能做一项工作，所以型钢拱架单边拾放端板和端板焊接就需要两台机器人共同完成，大大增加了成本，从事隧道施工的工人文化程度不高，对机器人示教器的操作很难掌握，隧道型钢拱架支护在没进入正洞前，型钢拱架规格、长短变化很频繁，需要型钢拱架加工产线做对应调整，一般机器人厂家的专业技术人员更换一种不同规格长短的拱架需要调整1～2天，严重影响加工效率。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种加工隧道型钢拱架的多功能专机及控制系统。

本发明采用以下技术方案，一种加工隧道型钢拱架的多功能专机，包括Y轴机构、X轴机构、Z轴机构、U轴机构、V轴机构、W轴机构、C轴机构、B轴机构和A轴机构，该加工隧道型钢拱架的多功能专机，为Y轴机构、X轴机构、Z轴机构、U轴机构、V轴机构、W轴机构、C轴机构、B轴机构和A轴机构通过传动机构连接为一体的专机机构。

作为上述技术方案的进一步描述：所述Y轴机构包括Y轴底座，Y轴底座上装有Y轴滑轨和Y轴传动齿条，Y轴滑轨上滑动连接有Y轴滑块，Y轴滑块上固定连接有X轴底座，X轴底座中间装有Y轴驱动，Y轴驱动与Y轴传动齿轮连接，Y轴传动齿轮与Y轴传动齿条啮合；

其中，X轴底座及其上承载的所有机构，通过Y轴驱动正反旋转实现X轴底座及其上承载的所有机构沿Y轴滑轨前后滑行；

Y轴底座还装有焊机移动轨道，焊机移动轨道上装有焊机滑动轮，X轴底座上固定有焊机底座，焊机底座随着X轴底座的移动而移动，焊机底座与焊机滑动轮相连，焊机固定在焊机底座上。

作为上述技术方案的进一步描述：所述X轴机构包括X轴驱动和X轴底座，所述X轴底座上装有X轴丝杠传动组和X轴滑轨，X轴滑轨上连接X轴滑块，X轴滑块与X轴滑座连接，X轴驱动与X轴丝杠传动组连接，通过X轴驱动正反旋转实现X轴滑座及其上承载的所有机构沿X轴滑轨滑行。

作为上述技术方案的进一步描述：所述C轴机构包括安装在X轴滑座上的C轴回转齿轮和C轴驱动支座，C轴驱动支座与C轴驱动连接，C轴驱动与C轴传动齿轮连接，C轴传动齿轮与C轴回转齿轮啮合，通过C轴驱动正反旋转实现C轴回转齿轮及其上承载的所有机构沿C轴回转齿轮回转中心正反旋转。

作为上述技术方案的进一步描述：所述Z轴机构包括安装在C轴回转齿轮上的Z轴底座支座，Z轴底座支座上固定有Z轴底座，Z轴底座上装有Z轴滑轨、Z轴丝杠传动组、送丝机及W轴底座，Z轴滑轨上装有Z轴滑块，Z轴滑块连接Z轴滑座，Z轴滑座与Z轴丝杠传动组连接，Z轴丝杠传动组与Z轴驱动连接，通过Z轴驱动正反旋转实现Z轴滑座上下滑行。

作为上述技术方案的进一步描述：所述U轴机构包括安装在Z轴滑座上的U轴底座，U轴底座上装有U轴滑轨及U轴丝杠传动组，U轴滑轨上装有U轴滑块，U轴滑块上安装有U轴滑座，U轴滑座与U轴丝杠传动组连接，U轴驱动与U轴丝杠传动组连接，通过U轴驱动正反旋转实现U轴滑座及其上承载的所有机构沿U轴滑轨滑行。

作为上述技术方案的进一步描述：所述B轴机构包括安装在U轴滑座上的B轴回转齿轮及B轴驱动，B轴驱动与B轴传动齿轮连接，B轴传动齿轮与B轴回转齿轮啮合，通过B轴驱动正反旋转实现B轴回转齿轮及其上承载的所有机构沿B轴回转齿轮回转中心正反旋转。

作为上述技术方案的进一步描述：所述V轴机构包括安装在B轴回转齿轮上的V轴支座，V轴支座上固定有V轴底座，V轴底座上装有V轴滑轨及V轴丝杠传动组，V轴滑轨上装有V轴滑块，V轴滑块上固定有V轴滑座，V轴滑块与V轴丝杠传动组连接；

所述V轴滑座上还设置有高精检测机构，所述高精检测机构包括安装在V轴滑座上的测针杆，测针杆上固定有测针座，测针固定在测针座上，V轴驱动与V轴丝杠传动组连接，通过V轴驱动正反旋转实现V轴滑座及其上承载的所有机构沿V轴滑轨前后滑行。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述A轴机构包括安装在V轴滑座上的A轴回转齿轮及A轴驱动，A轴驱动与A轴传动齿轮相连接，A轴传动齿轮与A轴回转齿轮啮合；

所述A轴回转齿轮上还设置有焊接机构，所述焊接机构包括安装在A轴回转齿轮上的焊枪支座，焊枪支座上固定有焊枪，通过A轴驱动正反旋转实现焊枪沿A轴回转齿轮回转中心正反旋转。

作为上述技术方案的进一步描述：所述W轴机构包括安装在Z轴底座上的W轴底座，W轴底座上装有W轴丝杠传动组及W轴滑轨，W轴滑轨上装有W轴滑块，W轴滑座与W轴滑块及W轴丝杠传动组连接；

所述W轴滑座上设置有电磁拾放机构，所述电磁拾放机构包括电磁铁伸缩气缸和电磁铁导向，电磁铁伸缩气缸和电磁铁导向安装在W轴滑座上，电磁铁安装板与电磁铁伸缩气缸和电磁铁导向连接，电磁铁安装板上还装有电磁铁弹簧装置，电磁铁弹簧装置与电磁铁连接，电磁铁通过电磁铁伸缩气缸的伸缩实现型钢端板的拾取与放置，W轴丝杠传动组上装有W轴驱动，通过W轴驱动正反旋转实现电磁铁沿着W轴滑轨上下移动。

一种加工隧道型钢拱架的多功能专机的控制系统，包括一种加工隧道型钢拱架的多功能专机和控制单元，所述控制单元包括：

数据采集模块，采集型钢拱架的历史焊接加工数据，所述型钢拱架的历史焊接加工数据为型钢拱架在达标焊接加工的情况下采集，历史焊接加工数据包括型钢拱架的弧长及半径、端板的厚度及面积和移动数据；长、宽、厚度和移动数据

所述移动数据为Y轴机构、X轴机构、Z轴机构、U轴机构、V轴机构和W轴机构的移动长度数据，以及C轴机构、B轴机构和A轴机构旋转角度数据；

模型训练模块，基于历史焊接加工数据，训练出预测移动数据的机器学习模型，采集实时待加工的型钢拱架端面参数，基于训练完成的机器学习模型预测出移动数据，将该移动数据记为初始移动数据；

第一分析控制模块，根据预测出的初始移动数据控制Y轴机构、X轴机构、Z轴机构、U轴机构、V轴机构、W轴机构、C轴机构、B轴机构和A轴机构进行位置调节，移动至当前型钢拱架端面处；

误差修正模块，利用高精检测机构对型钢拱架端面检测，获取位移数据，计算生成弧长修正系数，将弧长修正系数作为型钢拱架的弧长，然后将型钢拱架的半径和端板的厚度及面积输入到训练完成的机器学习模型预测出移动数据，将该移动数据记为修正移动数据；

其中弧长修正系数的计算公式为：

；

弧长修正系数，/>为型钢拱架的弧长，/>为型钢拱架一端端面的位移数据，/>为型钢拱架另一端端面的位移数据；

第二分析控制模块，根据预测出的修正移动数据控制Y轴机构、X轴机构、Z轴机构、U轴机构、V轴机构、W轴机构、C轴机构、B轴机构和A轴机构进行位置调节，使得端板放置到型钢拱架端面处，再由焊接机构对端板与型钢拱架端面结合处进行仿形焊接。

作为上述技术方案的进一步描述：

预测出移动数据的机器学习模型的训练方法包括：

将采集的历史焊接加工数据转换为对应的一组特征向量；

将历史焊接加工数据中，型钢拱架的弧长及半径、端板的厚度及面积作为机器学习模型的输入，所述机器学习模型以每组型钢拱架的弧长及半径、端板的厚度及面积对应的移动数据作为输出，以每组型钢拱架的弧长及半径、端板的厚度及面积实际对应的移动数据作为预测目标，以最小化所述机器学习模型的损失函数值作为训练目标，当机器学习模型的损失函数值小于等于预设的目标损失值时停止训练。

本发明有益效果：

本发明提供的一种加工隧道型钢拱架的多功能专机，结合数控机床的动作原理以及隧道型钢拱架加工的实际情况，用9根伺服轴机构（X轴机构、Y轴、Z轴机构、A轴机构、B轴机构、C轴机构、U轴机构、V轴机构、W轴机构）通过合理的传动布局来实现，接触式位置检测、端板拾放、端板焊接全部一体化加工作业；

同时专为型钢拱架加工焊接开发了配套用的控制系统，通过设置有模型训练模块，训练出预测移动数据的机器学习模型，采集实时待加工的型钢拱架的端面参数，直接可以通过基于训练完成的机器学习模型预测出移动数据，从而使用者只要根据图纸输入型钢拱架弧长以及半径和端板的长、宽、厚度，便可以自动生成移动数据，不需要人工耗时调整机位，一体专机便即刻自动移至数控系统计算出的位置，开始自动按位检测型钢端面、拾放端板及端板焊接等连续动作，且整个过程无需人工干预，特别适用于各种型钢规格、长短频繁变化的型钢拱架焊接加工，提高其加工效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释：

图1为本发明提供的一种加工隧道型钢拱架的多功能专机的结构示意图一；

图2为本发明提供的C轴机构的结构示意图；

图3为本发明提供的电磁拾放机构的结构示意图；

图4为本发明提供的Z轴结构的结构示意图；

图5为本发明提供的焊接机构的结构示意图；

图6为本发明提供的一种加工隧道型钢拱架的多功能专机的结构示意图二；

图7为本发明提供的一种加工隧道型钢拱架的多功能专机的控制系统的流程图。

图中：101、Y轴机构；102、X轴机构；103、C轴机构；104、W轴机构；105、Z轴机构；106、U轴机构；107、B轴机构；108、V轴机构；109、A轴机构；110、高精检测机构；111、焊接机构；114、电磁拾放机构；1、焊机移动轨道；2、Y轴滑轨；3、Y轴底座；4、Y轴传动齿条；5、焊机；6、焊机滑动轮；7、焊机底座；8、Y轴驱动；9、Y轴传动齿轮；10、X轴驱动；11、X轴底座；12、X轴丝杠传动组；13、Y轴滑块；14、X轴滑块；15、X轴滑座；16、C轴传动齿轮；17、C轴回转齿轮；18、C轴驱动支座；19、Z轴底座支座；20、C轴驱动；21、送丝机；22、Z轴底座；23、U轴底座；24、Z轴滑座；25、Z轴滑块；26、Z轴滑轨；27、Z轴驱动；28、Z轴丝杠传动组；29、U轴滑轨；30、B轴驱动；31、U轴滑块；32、U轴滑座；33、B轴传动齿轮；34、B轴回转齿轮；35、U轴丝杠传动组；36、U轴驱动；37、V轴支座；38、V轴底座；39、V轴滑轨；40、V轴滑块；41、A轴驱动；42、V轴驱动；43、V轴滑座；44、A轴回转齿轮；45、A轴传动齿轮；46、焊枪支座；47、焊枪；48、W轴驱动；49、W轴底座；50、W轴丝杠传动组；51、W轴滑轨；52、W轴滑块；53、电磁铁伸缩气缸；54、电磁铁安装板；55、电磁铁弹簧装置；56、电磁铁；57、W轴滑座；58、电磁铁导向；59、X轴滑轨；60、V轴丝杠传动组；61、测针杆；62、测针座；63、测针。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

实施例1

请参阅图1-图6，本发明实施例提供一种技术方案：一种加工隧道型钢拱架的多功能专机，包括Y轴机构101、X轴机构102、Z轴机构105、U轴机构106、V轴机构108、W轴机构104、C轴机构103、B轴机构107和A轴机构109，该加工隧道型钢拱架的多功能专机，为Y轴机构101、X轴机构102、Z轴机构105、U轴机构106、V轴机构108、W轴机构104、C轴机构103、B轴机构107和A轴机构109通过传动机构连接为一体的专机机构。

Y轴机构101包括Y轴底座3，Y轴底座3上装有Y轴滑轨2和Y轴传动齿条4，Y轴滑轨2上滑动连接有Y轴滑块13，Y轴滑块13上固定连接有X轴底座11，X轴底座11中间装有Y轴驱动8，Y轴驱动8与Y轴传动齿轮9固定连接，Y轴传动齿轮9与Y轴传动齿条4啮合；

其中，X轴底座11及其上承载的所有机构，通过Y轴驱动8正反旋转实现X轴底座11及其上承载的所有机构沿Y轴滑轨2前后滑行，Y轴驱动8为可正反转的伺服电机。

Y轴底座3还装有焊机移动轨道1，焊机移动轨道1上装有焊机滑动轮6，X轴底座11上固定有焊机底座7，焊机底座7随着X轴底座11的移动而移动，焊机底座7与焊机滑动轮6相连，焊机5固定在焊机底座7上。

X轴机构102包括X轴驱动10和X轴底座11，X轴底座11上装有X轴丝杠传动组12和X轴滑轨59，X轴滑轨59上滑动连接有X轴滑块14，X轴滑块14与X轴滑座15固定连接，X轴驱动10与X轴丝杠传动组12固定连接，通过X轴驱动10正反旋转实现X轴滑座15及其上承载的所有机构沿X轴滑轨59滑行，X轴驱动10为可正反转的伺服电机，安装在X轴底座11上。

C轴机构103包括安装在X轴滑座15上的C轴回转齿轮17和C轴驱动支座18，C轴驱动支座18与C轴驱动20固定连接，C轴驱动20与C轴传动齿轮16固定连接，C轴传动齿轮16与C轴回转齿轮17啮合，通过C轴驱动20正反旋转实现C轴回转齿轮17及其上承载的所有机构沿C轴回转齿轮17回转中心正反旋转，C轴驱动20为可正反转的伺服电机。

Z轴机构105包括安装在C轴回转齿轮17上的Z轴底座支座19，Z轴底座支座19上固定有Z轴底座22，Z轴底座22上装有Z轴滑轨26、Z轴丝杠传动组28、送丝机21及W轴底座49，Z轴滑轨26上装有Z轴滑块25，Z轴滑块25固定连接Z轴滑座24，Z轴滑座24与Z轴丝杠传动组28连接，Z轴丝杠传动组28与Z轴驱动27固定连接，通过Z轴驱动27正反旋转实现Z轴滑座24及其上承载的所有机构沿Z轴滑轨26上下滑行，Z轴驱动27为可正反转的伺服电机。

需要说明的是，Z轴丝杠传动组28为现有技术，即为传统的丝杠传动组，Z轴滑座24螺纹连接在丝杠上，通过Z轴驱动27带动丝杠正反转，带动Z轴滑座24在丝杠上移动。

W轴丝杠传动组50、U轴丝杠传动组35、V轴丝杠传动组60与Z轴丝杠传动组28结构相同。

U轴机构106包括安装在Z轴滑座24上的U轴底座23，U轴底座23上装有U轴滑轨29及U轴丝杠传动组35，U轴滑轨29上装有U轴滑块31，U轴滑块31上安装有U轴滑座32，U轴滑座32与U轴丝杠传动组35连接，U轴驱动36与U轴丝杠传动组35固定连接，通过U轴驱动36正反旋转实现U轴滑座32及其上承载的所有机构沿U轴滑轨29滑行，U轴驱动36为可正反转的伺服电机，安装在U轴底座23上。

B轴机构107包括安装在U轴滑座32上的B轴回转齿轮34及B轴驱动30，B轴驱动30与B轴传动齿轮33固定连接，B轴传动齿轮33与B轴回转齿轮34啮合，通过B轴驱动30正反旋转实现B轴回转齿轮34及其上承载的所有机构沿B轴回转齿轮34回转中心正反旋转，B轴驱动30为可正反转的伺服电机。

V轴机构108包括安装在B轴回转齿轮34上的V轴支座37，V轴支座37上固定有V轴底座38，V轴底座38上装有V轴滑轨39及V轴丝杠传动组60，V轴滑轨39上装有V轴滑块40，V轴滑块40上固定有V轴滑座43，V轴滑块40与V轴丝杠传动组60螺纹连接；

V轴滑座43上还设置有高精检测机构110，高精检测机构110包括安装在V轴滑座43上的测针杆61，测针杆61上固定有测针座62，测针63固定在测针座62上，V轴驱动42与V轴丝杠传动组60连接，通过V轴驱动42正反旋转实现V轴滑座43及其上承载的所有机构沿V轴滑轨39前后滑行，V轴驱动42为可正反转的伺服电机。

需要说明的是，高精检测机构110的检测方式为，通过9轴机构（即Y轴机构101、X轴机构102、Z轴机构105、U轴机构106、V轴机构108、W轴机构104、C轴机构103、B轴机构107和A轴机构109）将高精检测机构110移动至当前型钢拱架端面处，利用高精检测机构110对型钢拱架端面检测，在测量过程中，测针63被引导到型钢拱架端面，测针63会与被测物体的表面建立机械接触，当测针63与被测物体表面接触时，检测仪器会测量测针63的微小位移，这个位移可通过内置的传感器来捕捉，通过对测针63位移信号的处理，获取位移数据。

其次，现有技术中，一般采用红外检测系统，检测焊接边缘，其会受光线强、弱影响，检测数据偏差大，使机器人自动获取的焊接位置偏离实际焊接位置，致使端板焊接不上或焊接不牢固，而本申请是通过各轴协作动作使测针63与型钢端部检测点位置碰触，即接触式检测，无光也可正常作业，避免激光巡边检测受光线影响严重的问题。

A轴机构109包括安装在V轴滑座43上的A轴回转齿轮44及A轴驱动41，A轴驱动41与A轴传动齿轮45相连接，A轴传动齿轮45与A轴回转齿轮44啮合；

A轴回转齿轮44上还设置有焊接机构111，焊接机构111包括安装在A轴回转齿轮44上的焊枪支座46，焊枪支座46上固定有焊枪47，通过A轴驱动41正反旋转实现焊枪47沿A轴回转齿轮44回转中心正反旋转，A轴驱动41为可正反转的伺服电机。

W轴机构104包括安装在Z轴底座22上的W轴底座49，W轴底座49上装有W轴丝杠传动组50及W轴滑轨51，W轴滑轨51上装有W轴滑块52，W轴滑座57与W轴滑块52及W轴丝杠传动组50连接；

W轴滑座57上设置有电磁拾放机构114，电磁拾放机构114包括电磁铁伸缩气缸53和电磁铁导向58，电磁铁伸缩气缸53和电磁铁导向58安装在W轴滑座57上，电磁铁安装板54与电磁铁伸缩气缸53和电磁铁导向58连接，电磁铁安装板54上还装有电磁铁弹簧装置55，电磁铁弹簧装置55与电磁铁56连接，电磁铁56通过电磁铁伸缩气缸53的伸缩实现型钢端板的拾取与放置，W轴丝杠传动组50上装有W轴驱动48，通过W轴驱动48正反旋转实现电磁铁56沿着W轴滑轨51上下移动，W轴驱动48为可正反转的驱动电机。

需要说明的是，该一种加工隧道型钢拱架的多功能专机，用9根伺服轴机构（X轴机构102、Y轴机构101、Z轴机构105、A轴机构109、B轴机构107、C轴机构103、U轴机构106、V轴机构108、W轴机构104）通过合理的传动布局来实现，接触式位置检测、端板拾放、端板焊接全部一体化加工作业。

实施例2

请参阅图7，一种加工隧道型钢拱架的多功能专机的控制系统，包括一种加工隧道型钢拱架的多功能专机和控制单元，控制单元包括：

数据采集模块，采集型钢拱架的历史焊接加工数据，型钢拱架的历史焊接加工数据为型钢拱架在达标焊接加工的情况下采集，历史焊接加工数据包括型钢拱架的弧长及半径、端板的长、宽、厚度和移动数据；

所述移动数据为Y轴机构101、X轴机构102、Z轴机构105、U轴机构106、V轴机构108和W轴机构104的移动长度数据，以及C轴机构103、B轴机构107和A轴机构109旋转角度数据；

模型训练模块，基于历史焊接加工数据，训练出预测移动数据的机器学习模型，采集实时待加工的型钢拱架的弧长及半径、端板的长、宽、厚度，基于训练完成的机器学习模型预测出移动数据，将该移动数据记为初始移动数据；

第一分析控制模块，根据预测出的初始移动数据控制Y轴机构101、X轴机构102、Z轴机构105、U轴机构106、V轴机构108、W轴机构104、C轴机构103、B轴机构107和A轴机构109进行位置调节，移动至当前型钢拱架端面处；

误差修正模块，利用高精检测机构110对型钢拱架端面检测，获取位移数据，计算生成弧长修正系数，将弧长修正系数作为型钢拱架的弧长，然后将型钢拱架的半径和端板的长、宽、厚度输入到训练完成的机器学习模型预测出移动数据，将该移动数据记为修正移动数据；

其中弧长修正系数的计算公式为：

；

弧长修正系数，/>为型钢拱架的弧长，/>为型钢拱架一端端面的位移数据，为型钢拱架另一端端面的位移数据；

第二分析控制模块，根据预测出的修正移动数据控制Y轴机构101、X轴机构102、Z轴机构105、U轴机构106、V轴机构108、W轴机构104、C轴机构103、B轴机构107和A轴机构109进行位置调节，使得端板放置到型钢拱架端面处，再由焊接机构111对端板与型钢拱架端面结合处进行仿形焊接。

预测出移动数据的机器学习模型的训练方法包括：

将采集的历史焊接加工数据转换为对应的一组特征向量；

将历史焊接加工数据中，型钢拱架的弧长及半径、端板的长、宽、厚度作为机器学习模型的输入，机器学习模型以每组型钢拱架的弧长及半径、端板的长、宽、厚度对应的移动数据作为输出，以每组型钢拱架的弧长及半径、端板的长、宽、厚度实际对应的移动数据作为预测目标，以最小化机器学习模型的损失函数值作为训练目标，当机器学习模型的损失函数值小于等于预设的目标损失值时停止训练。

机器学习模型是深度神经网络模型或深度信念网络模型中的任意一个，机器学习模型的损失函数值为均方误差；

均方误差是常用的损失函数之一，通过将损失函数中最小化为目标来训练模型，使得所述第一机器学习模型更好地拟合数据，从而提高模型的性能和准确率；

损失函数中为机器学习模型的损失函数值，x为特征向量组号；m为特征向量组数；/>为第x组特征向量所对应的移动数据，/>为第x组特征向量实时所对应的移动数据；

所述机器学习模型的其他模型参数，目标损失值、优化算法、训练集测试集验证集比例以及损失函数的优化等均通过实际的工程实现，不断地进行实验调优后获得。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (12)

1.一种加工隧道型钢拱架的多功能专机，其特征在于，包括Y轴机构（101）、X轴机构（102）、Z轴机构（105）、U轴机构（106）、V轴机构（108）、W轴机构（104）、C轴机构（103）、B轴机构（107）和A轴机构（109），该加工隧道型钢拱架的多功能专机，为Y轴机构（101）、X轴机构（102）、Z轴机构（105）、U轴机构（106）、V轴机构（108）、W轴机构（104）、C轴机构（103）、B轴机构（107）和A轴机构（109）通过传动机构连接为一体的专机机构。

2.根据权利要求1所述的一种加工隧道型钢拱架的多功能专机，其特征在于，所述Y轴机构（101）包括Y轴底座（3），Y轴底座（3）上装有Y轴滑轨（2）和Y轴传动齿条（4），Y轴滑轨（2）上滑动连接有Y轴滑块（13），Y轴滑块（13）上固定连接有X轴底座（11），X轴底座（11）中间装有Y轴驱动（8），Y轴驱动（8）与Y轴传动齿轮（9）连接，Y轴传动齿轮（9）与Y轴传动齿条（4）啮合；

其中，X轴底座（11）及其上承载的所有机构，通过Y轴驱动（8）正反旋转实现X轴底座（11）及其上承载的所有机构沿Y轴滑轨（2）前后滑行；

Y轴底座（3）还装有焊机移动轨道（1），焊机移动轨道（1）上装有焊机滑动轮（6），X轴底座（11）上固定有焊机底座（7），焊机底座（7）随着X轴底座（11）的移动而移动，焊机底座（7）与焊机滑动轮（6）相连，焊机（5）固定在焊机底座（7）上。

3.根据权利要求2所述的一种加工隧道型钢拱架的多功能专机，其特征在于，所述X轴机构（102）包括X轴驱动（10）和X轴底座（11），所述X轴底座（11）上装有X轴丝杠传动组（12）和X轴滑轨（59），X轴滑轨（59）上连接X轴滑块（14），X轴滑块（14）与X轴滑座（15）连接，X轴驱动（10）与X轴丝杠传动组（12）连接，通过X轴驱动（10）正反旋转实现X轴滑座（15）及其上承载的所有机构沿X轴滑轨（59）滑行。

4.根据权利要求3所述的一种加工隧道型钢拱架的多功能专机，其特征在于，所述C轴机构（103）包括安装在X轴滑座（15）上的C轴回转齿轮（17）和C轴驱动支座（18），C轴驱动支座（18）与C轴驱动（20）连接，C轴驱动（20）与C轴传动齿轮（16）连接，C轴传动齿轮（16）与C轴回转齿轮（17）啮合，通过C轴驱动（20）正反旋转实现C轴回转齿轮（17）及其上承载的所有机构沿C轴回转齿轮（17）回转中心正反旋转。

5.根据权利要求4所述的一种加工隧道型钢拱架的多功能专机，其特征在于，所述Z轴机构（105）包括安装在C轴回转齿轮（17）上的Z轴底座支座（19），Z轴底座支座（19）上固定有Z轴底座（22），Z轴底座（22）上装有Z轴滑轨（26）、Z轴丝杠传动组（28）、送丝机（21）及W轴底座（49），Z轴滑轨（26）上装有Z轴滑块（25），Z轴滑块（25）连接Z轴滑座（24），Z轴滑座（24）与Z轴丝杠传动组（28）连接，Z轴丝杠传动组（28）与Z轴驱动（27）连接，通过Z轴驱动（27）正反旋转实现Z轴滑座（24）及其上承载的所有机构沿Z轴滑轨（26）上下滑行。

6.根据权利要求5所述的一种加工隧道型钢拱架的多功能专机，其特征在于，所述U轴机构（106）包括安装在Z轴滑座（24）上的U轴底座（23），U轴底座（23）上装有U轴滑轨（29）及U轴丝杠传动组（35），U轴滑轨（29）上装有U轴滑块（31），U轴滑块（31）上安装有U轴滑座（32），U轴滑座（32）与U轴丝杠传动组（35）连接，U轴驱动（36）与U轴丝杠传动组（35）连接，通过U轴驱动（36）正反旋转实现U轴滑座（32）及其上承载的所有机构沿U轴滑轨（29）滑行。

7.根据权利要求6所述的一种加工隧道型钢拱架的多功能专机，其特征在于，所述B轴机构（107）包括安装在U轴滑座（32）上的B轴回转齿轮（34）及B轴驱动（30），B轴驱动（30）与B轴传动齿轮（33）连接，B轴传动齿轮（33）与B轴回转齿轮（34）啮合，通过B轴驱动（30）正反旋转实现B轴回转齿轮（34）及其上承载的所有机构沿B轴回转齿轮（34）回转中心正反旋转。

8.根据权利要求7所述的一种加工隧道型钢拱架的多功能专机，其特征在于，所述V轴机构（108）包括安装在B轴回转齿轮（34）上的V轴支座（37），V轴支座（37）上固定有V轴底座（38），V轴底座（38）上装有V轴滑轨（39）及V轴丝杠传动组（60），V轴滑轨（39）上装有V轴滑块（40），V轴滑块（40）上固定有V轴滑座（43），V轴滑块（40）与V轴丝杠传动组（60）连接；

所述V轴滑座（43）上还设置有高精检测机构（110），所述高精检测机构（110）包括安装在V轴滑座（43）上的测针杆（61），测针杆（61）上固定有测针座（62），测针（63）固定在测针座（62）上，V轴驱动（42）与V轴丝杠传动组（60）连接，通过V轴驱动（42）正反旋转实现V轴滑座（43）及其上承载的所有机构沿V轴滑轨（39）前后滑行。

9.根据权利要求8所述的一种加工隧道型钢拱架的多功能专机，其特征在于，所述A轴机构（109）包括安装在V轴滑座（43）上的A轴回转齿轮（44）及A轴驱动（41），A轴驱动（41）与A轴传动齿轮（45）相连接，A轴传动齿轮（45）与A轴回转齿轮（44）啮合；

所述A轴回转齿轮（44）上还设置有焊接机构（111），所述焊接机构（111）包括安装在A轴回转齿轮（44）上的焊枪支座（46），焊枪支座（46）上固定有焊枪（47），通过A轴驱动（41）正反旋转实现焊枪（47）沿A轴回转齿轮（44）回转中心正反旋转。

10.根据权利要求9所述的一种加工隧道型钢拱架的多功能专机，其特征在于，所述W轴机构（104）包括安装在Z轴底座（22）上的W轴底座（49），W轴底座（49）上装有W轴丝杠传动组（50）及W轴滑轨（51），W轴滑轨（51）上装有W轴滑块（52），W轴滑座（57）与W轴滑块（52）及W轴丝杠传动组（50）连接；

所述W轴滑座（57）上设置有电磁拾放机构（114），所述电磁拾放机构（114）包括电磁铁伸缩气缸（53）和电磁铁导向（58），电磁铁伸缩气缸（53）和电磁铁导向（58）安装在W轴滑座（57）上，电磁铁安装板（54）与电磁铁伸缩气缸（53）和电磁铁导向（58）连接，电磁铁安装板（54）上还装有电磁铁弹簧装置（55），电磁铁弹簧装置（55）与电磁铁（56）连接，电磁铁（56）通过电磁铁伸缩气缸（53）的伸缩实现型钢端板的拾取与放置，W轴丝杠传动组（50）上装有W轴驱动（48），通过W轴驱动（48）正反旋转实现电磁铁（56）沿着W轴滑轨（51）上下移动。

11.一种加工隧道型钢拱架的多功能专机的控制系统，其特征在于，包括：如权利要求8-10任一项所述的一种加工隧道型钢拱架的多功能专机和控制单元，所述控制单元包括：

数据采集模块，采集型钢拱架的历史焊接加工数据，所述型钢拱架的历史焊接加工数据为型钢拱架在达标焊接加工的情况下采集，历史焊接加工数据包括型钢拱架的弧长及半径、端板的厚度及面积和移动数据；

所述移动数据为Y轴机构（101）、X轴机构（102）、Z轴机构（105）、U轴机构（106）、V轴机构（108）和W轴机构（104）的移动长度数据，以及C轴机构（103）、B轴机构（107）和A轴机构（109）旋转角度数据；

模型训练模块，基于历史焊接加工数据，训练出预测移动数据的机器学习模型，采集实时待加工的型钢拱架的弧长及半径、端板的厚度及面积，基于训练完成的机器学习模型预测出移动数据，将该移动数据记为初始移动数据；

第一分析控制模块，根据预测出的初始移动数据控制Y轴机构（101）、X轴机构（102）、Z轴机构（105）、U轴机构（106）、V轴机构（108）、W轴机构（104）、C轴机构（103）、B轴机构（107）和A轴机构（109）进行位置调节，移动至当前型钢拱架端面处；

误差修正模块，利用高精检测机构（110）对型钢拱架端面检测，获取位移数据，计算生成弧长修正系数，将弧长修正系数作为型钢拱架的弧长，然后将型钢拱架的半径和端板的厚度及面积输入到训练完成的机器学习模型预测出移动数据，将该移动数据记为修正移动数据；

其中弧长修正系数的计算公式为：

；

弧长修正系数，/>为型钢拱架的弧长，/>为型钢拱架一端端面的位移数据，/>为型钢拱架另一端端面的位移数据；

第二分析控制模块，根据预测出的修正移动数据控制Y轴机构（101）、X轴机构（102）、Z轴机构（105）、U轴机构（106）、V轴机构（108）、W轴机构（104）、C轴机构（103）、B轴机构（107）和A轴机构（109）进行位置调节，使得端板放置到型钢拱架端面处，再由焊接机构（111）对端板与型钢拱架端面结合处进行仿形焊接。

12.根据权利要求11所述的一种加工隧道型钢拱架的多功能专机的控制系统，其特征在于，预测出移动数据的机器学习模型的训练方法包括：

将采集的历史焊接加工数据转换为对应的一组特征向量；

将历史焊接加工数据中，型钢拱架的弧长及半径、端板的厚度及面积作为机器学习模型的输入，所述机器学习模型以每组型钢拱架的弧长及半径、端板的厚度及面积对应的移动数据作为输出，以每组型钢拱架的弧长及半径、端板的厚度及面积实际对应的移动数据作为预测目标，以最小化所述机器学习模型的损失函数值作为训练目标，当机器学习模型的损失函数值小于等于预设的目标损失值时停止训练。