CN117697209A - 一种可实现包角焊接的自动焊接方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实现包角焊接的自动焊接方法及系统，本方法首先输入工件参数如材质及厚度等信息；其次，设计包角焊接焊接速度、焊枪角度、焊枪位置与工艺参数的关联组；接着，测试调整上述关联组参数；最后根据获取的工件信息与所述关联组参数自动匹配工艺参数；本系统包括环境感知模块、推理决策模块、焊接执行模块。本发明将包角焊接工艺试验相关参数与视觉传感器采集的信息有机结合，为工业机器人自动焊接的轨迹规划提供相应指导，保证工件的自动焊接效果与工艺试验一致，提升智能柔性焊接工作站的可适配工件范围，提高工作效率，减少人工成本。

Description

一种可实现包角焊接的自动焊接方法及系统

技术领域

本发明属于自动焊接控制技术领域，特别是涉及一种可实现包角焊接的自动焊接方法及系统。

背景技术

智能柔性焊接工作站可以节约企业的产品工艺开发成本，提高生产效率与制造质量，并且可以兼容多种生产线，是目前制造业企业主要的技改内容。目前，智能柔性焊接工作站只能针对某几种工件类型进行自动焊接作业，而且大多并不支持自动化的包角焊接，原因是包角焊接涉及运动规划编程较多，目前尚未有公开的可以较好实现自动包角焊接的方法，所以在遇到需要进行包角焊接的工件时，一般采用人工示教的方式进行机器人焊接，这种方式不仅大大降低了生产节拍，提高了对高级技能人才的需求，增加了生产成本，还很难提高焊接精度，无法保证焊接效果的一致性，容易造成工件不良率的提升，从而会影响整个船舶建造流水线的生产计划。

专利CN1O706313OA提供了一种基于光栅投影三维重构的工件自动焊接方法,该方法不仅可以快速检测工件的三维轮廓信息,并且测量范围宽、精度高,能够直接用于焊接机器人的操作轨迹控制,实现工件检测、焊接的全自动化。该发明针对的是工业机器人仅使用视觉传感器采集工件信息进行机器人运行轨迹规划，但包角焊接对机器人运动轨迹与焊接工艺参数的配合程度要求较高。因此，有必要研发一种可实现包角焊接的自动焊接方法及系统，除了结合视觉传感器的采集信息，还能够结合包角焊接工艺试验相关参数进行轨迹规划，保证工件的自动焊接效果与工艺试验一致。

发明内容

本发明目的在于提供一种可实现包角焊接的自动焊接方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现本发明目的，本发明公开了一种可实现包角焊接的自动焊接方法，包括以下步骤：

步骤1、输入工件参数如材质及厚度等信息；

步骤2、设计包角焊接焊接速度与工艺参数的关联组；

步骤3、设计包角焊接焊枪角度与工艺参数的关联组；

步骤4、设计包角焊接焊枪位置与工艺参数的关联组；

步骤5、测试调整上述关联组参数；

步骤6、根据获取的工件信息与关联组参数自动匹配工艺参数。

进一步地，输入工件参数为需做工艺试验的待焊接工件参数。

进一步地，焊接速度、焊枪角度、焊枪位置为数值接近但不相等的一组离散量，并且能够覆盖工件的包角焊接过程。

进一步地，焊枪角度包括焊接前进角与焊接倾角，前进角指焊枪与前进方向的夹角，倾角指焊枪与焊接工件左右夹角。

进一步地，焊枪位置指焊丝末端与焊缝在垂直于焊缝方向上的相对位置。

进一步地，离散量的数量为人工指定，根据实际情况进行调整。

为了实现本发明的目的，本发明还公开了一种可实现包角焊接的自动焊接系统，包括环境感知模块、推理决策模块、焊接执行模块。

进一步地，环境感知模块包括多个视觉传感器，用于待焊接工件的位置识别及焊缝精确定位。

进一步地，推理决策模块，用于根据环境感知模块中获取的信息自动匹配待焊接工件的焊缝定位策略，实现工件自适应定位。

进一步地，焊接执行模块包括工业机器人及焊机，用于根据推理决策模块发送的相关信息与上述关联组自动匹配完成机器人自主编程，进行待焊接工件的自动焊接。

与现有技术相比，本发明的显著进步在于：1)本发明提供的自动焊接方法能够将视觉传感器采集的信息与工艺试验相关参数有机结合，提升了工艺试验的数据使用率，并可以保证工件的自动焊接效果与工艺试验一致；2)本发明提供的自动焊接装置可以在不增加外部运动系统的前提下完成自动包角焊接，有效降低了智能柔性焊接工作站的开发成本，提升了智能柔性焊接工作站的可适配工件范围；3)本发明提供的自动焊接系统只需少量的人工干预即可完成工件的包角焊接，无需使用传统的耗时耗力的示教重现方法，提高了工作效率，减少了人工成本。

为更清楚说明本发明的功能特性以及结构参数，下面结合附图及具体实施方式进一步说明。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种可实现包角焊接的自动焊接方法，如图1所示，包括步骤：

步骤S101：输入工件参数如材质及厚度等信息；

步骤S102：设计包角焊接焊接速度与工艺参数的关联组；

步骤S103：设计包角焊接焊枪角度与工艺参数的关联组；

步骤S104：设计包角焊接焊枪位置与工艺参数的关联组；

步骤S105：测试调整上述关联组参数；

步骤S106：根据获取的工件信息与上述关联组参数自动匹配工艺参数。

输入工件参数为需做工艺试验的待焊接工件参数，可输入共性参数如焊件的材质、厚度、焊脚要求、坡口参数等信息。

焊接速度、焊枪角度、焊枪位置为数值接近但不相等的一组离散量，在工艺试验中可进行多次试验得到多个关联组，上述关联组应覆盖工件的全部包角焊接过程，即在机器人包角焊接动作全程均可在上述关联组中找到近似的对应信息。

焊枪角度包括焊接前进角与焊接倾角，前进角指焊枪与前进方向的夹角，平焊时一般保持焊枪与前进方向的夹角为70-80°，倾角指焊枪与焊接工件左右夹角，当焊件厚度相等时，焊枪与焊件夹角均为45°，当焊件厚度不等时，焊枪与较厚焊件一侧夹角应大于焊枪与较薄焊件一侧夹角，以保证得到两侧均匀的焊脚。

焊枪位置指焊丝末端与焊缝在垂直于焊缝方向上的相对位置。

离散量的数量为人工指定，可根据实际情况进行调整，应在可求导工艺知识推理模型的前提下尽量减少离散量的数量。

一种可实现包角焊接的自动焊接系统，如图2所示，包括环境感知模块、推理决策模块、焊接执行模块。

环境感知模块包括多个视觉传感器，用于待焊接工件的位置识别及焊缝精确定位，可根据系统配置综合协调多传感器资源，提升焊件位置感知精确度。推理决策模块可根据环境感知模块中获取的信息自动匹配待焊接工件的焊缝定位策略，指导焊接执行模块完成焊接姿态及轨迹的在线规划，实现工件自适应定位。焊接执行模块包括工业机器人及焊机，可根据推理决策模块发送的相关信息与上述关联组自动匹配完成机器人自主编程，进行待焊接工件的自动焊接。

作为一个优选的实施案例，环境感知模块包含多个2D相机及3D相机，可多角度多位置获取自动焊接设备工作的环境图像以及焊缝所在的坐标位置；推理决策模块包含人工介入接口，可自适应处理大批量待焊接工件数据，优化自动焊接设备的工作顺序；焊接执行模块可自动分析当前焊接工件的特征信息，并与工艺试验求导得到工艺知识推理模型结合拟合出最佳焊接参数，优化工业机器人路径规划与工艺输出。

作为一个优选的实施案例，工艺试验阶段可在包角焊接头处均匀选取十个点测量其焊接速度、焊枪角度及焊枪位置，并将其所处坐标转换为以该焊接接头附近一非包角焊接位置的坐标为参照物的相对坐标，在自动焊接阶段，使用环境感知模块测量这一非包角焊接位置的坐标及工件参数，并将上述相对坐标转换为实际待焊接工件的焊缝坐标，然后将其对应的焊接速度、焊枪角度及焊枪位置赋予该实际焊缝坐标处，辅助完成机器人焊接姿态的推算及焊接路径的规划，并按关联组数据完成对应位置的工艺匹配。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种可实现包角焊接的自动焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、输入工件参数如材质及厚度等信息；

步骤2、设计包角焊接焊接速度与工艺参数的关联组；

步骤3、设计包角焊接焊枪角度与工艺参数的关联组；

步骤4、设计包角焊接焊枪位置与工艺参数的关联组；

步骤5、测试调整上述关联组参数；

步骤6、根据获取的工件信息与所述关联组参数自动匹配工艺参数。

2.根据权利要求1所述的一种可实现包角焊接的自动焊接方法，其特征在于，所述输入工件参数为需做工艺试验的待焊接工件参数。

3.根据权利要求1所述的一种可实现包角焊接的自动焊接方法，其特征在于，所述焊接速度、焊枪角度、焊枪位置为数值接近但不相等的一组离散量，并且能够覆盖工件的包角焊接过程。

4.根据权利要求1所述的一种可实现包角焊接的自动焊接方法，其特征在于，所述焊枪角度包括焊接前进角与焊接倾角，前进角指焊枪与前进方向的夹角，倾角指焊枪与焊接工件左右夹角。

5.根据权利要求1所述的一种可实现包角焊接的自动焊接方法，其特征在于，所述焊枪位置指焊丝末端与焊缝在垂直于焊缝方向上的相对位置。

6.根据权利要求1所述的一种可实现包角焊接的自动焊接方法，其特征在于，所述离散量的数量为人工指定，根据实际情况进行调整。

7.一种可实现包角焊接的自动焊接系统，所述系统基于权利要求1-6中任一项所述的一种可实现包角焊接的自动焊接方法，其特征在于，包括环境感知模块、推理决策模块、焊接执行模块。

8.根据权利要求7所述的一种可实现包角焊接的自动焊接系统，其特征在于，所述环境感知模块包括多个视觉传感器，用于待焊接工件的位置识别及焊缝精确定位。

9.根据权利要求7所述的一种可实现包角焊接的自动焊接系统，其特征在于，所述推理决策模块，用于根据环境感知模块中获取的信息自动匹配待焊接工件的焊缝定位策略，实现工件自适应定位。

10.根据权利要求7所述的一种可实现包角焊接的自动焊接系统，其特征在于，所述焊接执行模块包括工业机器人及焊机，用于根据推理决策模块发送的相关信息与上述关联组自动匹配完成机器人自主编程，进行待焊接工件的自动焊接。