CN117817077A - 多层多道包角焊接规划方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种多层多道包角焊接规划方法，包括：确定待焊角焊缝的立板的尺寸和坡口信息；根据所述立板的尺寸获得带包角的角焊缝打底焊的焊道轨迹点坐标；根据所述坡口信息规划多层多道角焊缝的焊接参数，所述焊接参数包括焊层数、焊道数、各个焊道在非包角工艺段的第一焊道工艺参数和第一轨迹参数；根据所述多层多道角焊缝的焊接参数，规划多层多道包角工艺段的第二焊道工艺参数和第二轨迹参数；将所述打底焊的焊道轨迹点坐标、所述多层多道角焊缝的焊接参数以及所述多层多道包角工艺段的第二焊道工艺参数和第二轨迹参数发送给焊接控制器。本申请解决了现有的自动焊接设备多层多道包角处人工示教复杂、困难、一致性差的问题。
Description
技术领域
本申请涉及焊接技术领域，具体涉及一种多层多道包角焊接规划方法。
背景技术
在大型装备、金属结构件的制造过程中常常存在立板与底板拼接形成的角焊缝，如吊耳等部位的焊接位置。为防止应力集中，立板的端部与底板需焊满，其中立板端部转角处的圆角焊接工艺即为包角焊接。当板厚大于一定尺寸时，通常需要采用多层多道焊接。由于包角焊接过程中焊枪姿态与轨迹变化复杂，立板端部的散热条件与正常角焊缝有较大差异，容易出现焊瘤、咬边等焊接缺陷，导致包角焊接工艺控制要求较高。
现有的多层多道包角焊接通常采用人工焊接，工人工作量大，焊缝一致性难以保证，时常需要返修、补焊。采用自动焊接设备焊接可提高焊缝一致性，但焊接轨迹的示教编程复杂，尤其在厚板的多层多道焊接中，前道示教产生的误差会在后续焊道的叠加过程中逐渐累积，最终导致焊接失败。常规的自动焊接设备多层多道焊接已有如等高法、等面积法和自适应法等离线编程规划方法，但对包角处的自动焊接设备多层多道焊接轨迹、工艺参数规划方法目前研究较少。
发明内容
针对现有技术中的问题，本申请的目的在于提供一种多层多道包角焊接规划方法，解决现有的自动焊接设备多层多道包角处人工示教复杂、困难、一致性差的问题。
本申请实施例提供一种多层多道包角焊接规划方法，包括：
确定待焊角焊缝的立板的尺寸和坡口信息；
根据所述立板的尺寸获得带包角的角焊缝打底焊的焊道轨迹点坐标；
根据所述坡口信息规划多层多道角焊缝的焊接参数，所述焊接参数包括焊层数、焊道数、各个焊道在非包角工艺段的第一焊道工艺参数和第一轨迹参数；
根据所述多层多道角焊缝的焊接参数，规划多层多道包角工艺段的第二焊道工艺参数和第二轨迹参数；
将所述打底焊的焊道轨迹点坐标、所述多层多道角焊缝的焊接参数以及所述多层多道包角工艺段的第二焊道工艺参数和第二轨迹参数发送给焊接控制器。
在一些实施例中，所述打底焊的焊道轨迹点包括起弧点、收弧点、立板端点、包角起始点和包角结束点；
根据所述立板的尺寸获得带包角的角焊缝打底焊的焊道轨迹点坐标，包括如下步骤：
确定所述打底焊的焊道轨迹中一立板端点的坐标；
根据所述立板的尺寸，基于所述焊道轨迹中已知立板端点的坐标，计算所述打底焊的焊道轨迹中其他立板端点的坐标；
根据预设的包角起始点和包角结束点相比于立板端点的预设调整起始量，计算所述打底焊的焊道轨迹中包角起始点和包角结束点的坐标；
在立板的根部选定起弧点，确定起弧点的坐标，并根据起弧点的坐标计算收弧点的坐标。
在一些实施例中，所述打底焊的焊道轨迹的起弧点和收弧点设于所述立板的长焊缝段，且所述收弧点相对于所述起弧点向焊道轨迹移动方向偏移。
在一些实施例中，根据所述坡口信息规划多层多道角焊缝的焊接参数，包括根据所述坡口信息，采用等高法、等面积法或预设焊道规划模型规划多层多道角焊缝的焊接参数。
在一些实施例中，所述第一焊道工艺参数包括第一焊接电流和第一焊接速度，所述第二焊道工艺参数包括第二焊接电流和第二焊接速度；
采用如下步骤规划多层多道包角工艺段的第二焊道工艺参数：
对于每个焊层中远离立板侧的焊道，将所述第一焊接电流和所述第一焊接速度分别设为该焊道的包角工艺段的第二焊接电流和第二焊接速度；
对于每个焊层中靠近立板侧的焊道，分别降低所述第一焊接电流和所述第一焊接速度，得到该焊道的包角工艺段的第二焊接电流和第二焊接速度。
在一些实施例中，各个所述包角工艺段包括沿焊道轨迹移动方向依次排列的包角起始点、第一立板端点、第二立板端点、第三立板端点、第四立板端点和包角结束点，所述第一立板端点和所述第二立板端点的x、y、z坐标相同，姿态r偏转90°，所述第三立板端点和所述第四立板端点的x、y、z坐标相同，姿态r偏转90°；
对于每个焊层中靠近立板侧的焊道，采用如下步骤规划该焊道的包角工艺段的第二焊道工艺参数：
将所述第一焊接电流和所述第一焊接速度分别设为所述包角开始点的第二焊接电流和第二焊接速度；
从所述包角开始点到所述第一立板端点，线性降低第二焊接电流和第二焊接速度，以使从所述第一立板端点的第二焊接电流和第二焊接速度分别等于预设最小焊接电流和预设最小焊接速度；
将所述预设最小焊接电流和预设最小焊接速度分别设为所述第一立板端点和所述第四立板端点之间的焊接段的第二焊接电流和第二焊接速度；
从所述第四立板端点到所述包角结束点，线性增大第二焊接电流和第二焊接速度，以使所述包角结束点对应的第二焊接电流和第二焊接速度等于所述第一焊接电流和所述第一焊接速度。
在一些实施例中，所述预设最小焊接电流为工艺窗口的最小电流值，对于第i个焊层第j个焊道，所述预设最小焊接速度为其中，I#i$为预设最小焊接电流，Vij为第i个焊层第j个焊道的第一焊接速度，Iij为第i个焊层第j个焊道的第一焊接电流，Vij包角为第i个焊层第j个焊道的预设最小焊接速度。
在一些实施例中，各个所述包角工艺段包括至少一个包角焊段；
采用如下步骤规划多层多道包角工艺段的第二轨迹参数：
对于每个焊道，所述包角工艺段中非包角焊段的部分的第二轨迹参数等于所述第一轨迹参数；
对于每个焊层中靠近立板侧的焊道，在该焊道的所述包角焊段，采用位置不变、只改变焊枪姿态的直线动作指令，并基于预设过渡时间计算规则计算包角动作过渡时间；
对于每个焊层中远离立板侧的焊道，在该焊道的所述包角焊段，采用圆弧动作指令，并基于预设过渡点坐标计算规则计算圆弧轨迹过渡点的坐标。
在一些实施例中，各个焊道在非包角工艺段的第一轨迹参数包括各个焊道的焊道轨迹相比于所述打底焊的焊道轨迹的坐标偏移量；
所述基于预设过渡点坐标计算规则计算圆弧轨迹过渡点的坐标，包括：
计算圆弧轨迹过渡点的坐标为：
其中，B(x,y,z,w,p,r)为所述包角工艺段的第一立板端点在打底焊的焊道中对应轨迹点的坐标，Δxij为第i个焊层第j个焊道的焊道轨迹相对于打底焊的焊道轨迹的x坐标偏移量，Δyij为第i个焊层第j个焊道的焊道轨迹相对于打底焊的焊道轨迹的y坐标偏移量，Δzij为第i个焊层第j个焊道的焊道轨迹相对于打底焊的焊道轨迹的z坐标偏移量。
在一些实施例中，采用如下步骤规划多层多道包角工艺段的第二轨迹参数：
对于每个焊道，所述包角工艺段中非包角焊段的部分的第二轨迹参数等于所述第一轨迹参数；
对于每个焊层中远离立板侧的焊道，在该焊道的所述包角焊段，将所述包角焊段的两个端点偏移到坐标相同的两个位置点，在偏移后的两个位置点之间，采用位置不变、只改变焊枪姿态的直线动作指令，并基于预设过渡时间计算规则计算包角动作过渡时间；
对于每个焊层中靠近立板侧的焊道，在该焊道的所述包角焊段，采用位置不变、只改变焊枪姿态的直线动作指令，并基于预设过渡时间计算规则计算包角动作过渡时间。
在一些实施例中，所述基于预设过渡时间计算规则计算包角动作过渡时间，包括采用如下公式计算包角动作过渡时间：
其中，tij为第i个焊层第j个焊道的包角动作过渡时间，Vij包角为第i个焊层第j个焊道的预设最小焊接速度，hi为第i个焊层的高度。
通过采用本申请的多层多道包角焊接规划方法，有益效果如下：
本申请首先获得打底焊的焊道轨迹点坐标，规划焊层数、焊道数以及各个焊道在非包角工艺段的第一焊道工艺参数和第一轨迹参数，针对于包角工艺段，对焊接参数进一步优化，得到包角工艺段的第二焊道工艺参数和第二轨迹参数，然后将规划得到的参数发送至自动焊接设备的焊接控制器，以使焊接控制器基于规划得到的参数执行对应的焊接功能。本申请实现了对于自动焊接设备多层多道包角焊接的规划，并对包角工艺段的焊接参数进行了优化，通过参数优化极大地减少了包角处咬边缺陷发生的概率，解决了现有的自动焊接设备多层多道包角处人工示教复杂、困难、一致性差的问题，相比于人工焊接大幅提高了焊接生产效率，提高了焊缝一致性，降低了因焊工技术水平不足导致缺陷的可能。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1是本申请一实施例的多层多道包角焊接规划方法的流程图；
图2是本申请一实施例的打底焊的焊道轨迹示意图；
图3是本申请一实施例的多层多道焊的焊道示意图；
图4是本申请一实施例的圆弧包角法示意图；
图5是本申请一实施例的直角包角法示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本申请将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。说明书中的“或”、“或者”均可能表示“和”或者“或”。虽然本说明书中可使用术语“上”、“下”、“之间”等来描述本申请的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本申请的范围内。本说明书中虽然采用“第一”或“第二”等来表示某些特征，但其仅为表示作用，而不作为具体特征的数量和重要性的限制。
如图1所示，本申请提供了一种多层多道包角焊接规划方法，包括：
S100：确定待焊角焊缝的立板的尺寸和坡口信息；
在该实施例中，所述立板的尺寸包括所述立板的厚度和长度，所述坡口信息包括是否具有坡口，如果有坡口，所述坡口的深度；
S200：根据所述立板的尺寸获得带包角的角焊缝打底焊的焊道轨迹点坐标；
在该实施例中，所述打底焊的焊道轨迹点包括起弧点、收弧点、立板端点、包角起始点和包角结束点，每个包角起始点与沿焊道轨迹移动方向的相邻包角结束点之间定义包角工艺段，在焊道轨迹中，除包角工艺段之外，其他采用直线角焊的部分为非包角工艺段；
S300：根据所述坡口信息规划多层多道角焊缝的焊接参数，所述焊接参数包括焊层数、焊道数、各个焊道在非包角工艺段的第一焊道工艺参数和第一轨迹参数；
在该实施例中，所述第一焊道工艺参数包括第一焊接电流和第一焊接速度；所述第一焊道工艺参数还可包括第一焊接电压等，其他焊道工艺参数随第一焊接电流一元化调节，一元化调节即指在设定焊接电流后，其他焊接参数自动随之调节而与之匹配；
在该实施例中，各个焊道的焊道轨迹点也对应包括起弧点、收弧点、立板端点、包角起始点和包角结束点，各个焊道在非包角工艺段的第一轨迹参数包括各个焊道在非包角工艺段的焊道轨迹相比于所述打底焊的焊道轨迹的坐标偏移量，例如对于第i层第j个焊道，其第一轨迹参数包括坐标偏移量Δxij、Δyij和Δzij；
S400：根据所述多层多道角焊缝的焊接参数，规划多层多道包角工艺段的第二焊道工艺参数和第二轨迹参数；
在该实施例中，所述第二焊道工艺参数包括在包角工艺段的第二焊接电流和第二焊接速度，所述包角工艺段包括非包角焊段和在端点位置处的包角焊段，所述第二轨迹参数包括在包角工艺段的非包角焊段的焊道轨迹相比于所述打底焊的对应焊道轨迹的坐标偏移量以及包角焊段采用的包角焊法；所述第二焊道工艺参数还可包括焊接电压等，其他焊道工艺参数随第二焊接电流一元化调节；
S500：将所述打底焊的焊道轨迹点坐标、所述多层多道角焊缝的焊接参数以及所述多层多道包角工艺段的第二焊道工艺参数和第二轨迹参数发送给焊接控制器。此处焊接控制器即为自动焊接设备的焊接控制器。自动焊接设备例如可包括工业机器人、焊接小车、自动焊接专机等自动化设备。焊接控制器用于控制自动焊接设备执行焊接动作。
本申请通过步骤S100和S200首先获得打底焊的焊道轨迹点坐标，通过步骤S300规划焊层数、焊道数以及各个焊道在非包角工艺段的第一焊道工艺参数和第一轨迹参数，针对于包角工艺段，采用步骤S400对焊接参数进一步优化，得到包角工艺段的第二焊道工艺参数和第二轨迹参数，然后将规划得到的参数发送至自动焊接设备的焊接控制器，以使焊接控制器基于规划得到的参数执行对应的焊接功能。本申请实现了对于自动焊接设备多层多道包角焊接的规划，并对包角工艺段的焊接参数进行了优化，通过参数优化极大地减少了包角处咬边缺陷发生的概率，解决了现有的自动焊接设备多层多道包角处人工示教复杂、困难、一致性差的问题，相比于人工焊接大幅提高了焊接生产效率，提高了焊缝一致性，降低了因焊工技术水平不足导致缺陷的可能。
下面结合图2～5进一步介绍在一具体实例中该规划方法的实现方式。
如图2所示，对于图中示出的待焊角焊缝的立板，其厚度为W，长度为L，其打底焊的焊接轨迹点包括起弧点、收弧点、立板端点、包角起始点和包角结束点。因此，对于该立板，其打底焊一共包括14个焊道轨迹点，13段轨迹。图2中箭头表示焊道轨迹移动方向。14个焊道轨迹点沿焊道轨迹移动方向分别包括：起弧点A、第一个包角的包角起始点Bs、第一个包角的第一立板端点B、第一个包角的第二立板端点C、第一个包角的第三立板端点D、第一个包角的第四立板端点E、第一个包角的包角结束点Ee、第二个包角的包角起始点Fs、第二个包角的第一立板端点F、第二个包角的第二立板端点G、第二个包角的第三立板端点H、第二个包角的第四立板端点I、第二个包角的包角结束点Ie、收弧点J。13段轨迹包括：直线角焊段ABs、第一个包角的包角工艺调整起始段BsB、包角焊段BC、第一个包角的直线角焊段CD、第一个包角的包角焊段DE、第一个包角的包角工艺调整结束段EEe、直线角焊段EeFs、第二个包角的包角工艺调整起始段FsF、第二个包角的包角焊段FG、第二个包角的直线角焊段GH、第二个包角的包角焊段HI、第二个包角的包角工艺调整结束段IIe、直线角焊段IeJ。图2中示出分别对应两个包角的两个包角工艺段，第一个为从包角起始点Bs到包角结束点Ee，第二个为从包角起始点Fs到包角结束点Ie。A点到Bs点之间、Ee点到Fs点之间，Ie点到J点之间为非包角工艺段，且分别为直线焊段。
在该实施例中，所述步骤S200：根据所述立板的尺寸获得带包角的角焊缝打底焊的焊道轨迹点坐标，包括如下步骤：
确定所述打底焊的焊道轨迹中一立板端点的坐标；例如，可通过示教或激光传感、3D相机等多种视觉定位方法获得一立板端点的坐标；
以图2为例，例如，可以确定立板端点中B、C、D、E、F、G、H、I中任意一点的坐标作为已知立板端点的坐标，以下以已知立板端点的坐标为B点坐标为例说明，已知B点坐标为(x,y,z,w,p,r)，其中，x、y、z分别为在x轴、y轴、z轴的坐标，w、p、r分别为相对于参考坐标系在三个方向的旋转角度；
根据所述立板的尺寸，基于所述焊道轨迹中已知立板端点的坐标，计算所述打底焊的焊道轨迹中其他立板端点的坐标；例如，对于立板端点C，其x、y、z、w、p坐标与B点相同，仅姿态r偏转90°，立板端点D的y坐标相对于B点的y坐标的偏移量等于立板厚度，r与C点相同，立板端点E的r相对于B点偏转180°；
根据预设的包角起始点和包角结束点相比于立板端点的预设调整起始量，计算所述打底焊的焊道轨迹中包角起始点和包角结束点的坐标；例如，Bs点和Ee点相比于B点均在x轴方向上偏移一个预设调整起始量，在该实施例中该预设调整起始量为15mm，但本申请不限于此，F点相比于B点在x轴方向上偏移量等于立板长度，y轴方向偏移量等于立板厚度，Fs和Ie相比于F点在x轴方向上偏移预设调整起始量；
在立板的根部选定起弧点，确定起弧点的坐标，并根据起弧点的坐标计算收弧点的坐标。
因此，通过采用本申请，只需要示教或通过传感器输入一个立板端点的坐标，后续多层多道包角轨迹均通过计算得出，大幅降低了人工示教所需时间，提高了焊接生产效率与焊缝一致性。
在该实施例中，为了避免在起弧点和收弧点处产生缺陷，所述打底焊的焊道轨迹的起弧点和收弧点设于所述立板的长焊缝段，且所述收弧点相对于所述起弧点向焊道轨迹移动方向偏移。以图2为例，起弧点A的y轴坐标和z轴坐标与B点相同，x轴坐标相比B点的x轴坐标的偏移量小于L，图2中以x轴坐标偏移量为L/2为例说明。收弧点J的y轴坐标和z轴坐标与B点相同，x轴坐标相比B点的x轴坐标的偏移量小于L，并且J点的x轴坐标相比于A点的x轴坐标有一个搭接偏移量，图2中以该搭接偏移量为5mm为例，但本申请不限于此。
基于此，根据B点坐标得到图2中其他13个焊道轨迹点的坐标如下表1。
表1打底焊的焊道轨迹点坐标
在该实施例中，所述步骤S300中，根据所述坡口信息规划多层多道角焊缝的焊接参数，包括根据所述坡口信息，采用等高法、等面积法或预设焊道规划模型规划多层多道角焊缝的焊接参数。其中预设焊道规划模型可以为自定义的规划模型。所述焊接参数包括焊层数m、每个焊层的焊道数n、各个焊道在非包角工艺段的第一焊道工艺参数和第一轨迹参数。所述第一焊道工艺参数包括各个焊道在非包角工艺段的第一焊接电流Ijij(第i个焊层第j个焊道的第一焊接电流，i∈[1,m]，j∈[1,n])和第一焊接速度Vij(第i个焊层第j个焊道的第一焊接速度)。所述第一轨迹参数包括该焊道的轨迹相对于打底焊的焊道轨迹的坐标偏移量(Δxij，Δyij，Δzij)(第i个焊层第j个焊道的坐标偏移量)。
以图3为例，采用等高法规划多层多道角焊缝的焊接参数，其中除每个焊层的最后一个焊道，每层各个焊道截面分别为菱形，且菱形面积均相同，三角形截面的焊道为靠近立板侧的焊道(即焊道T11、T22…Tmn)，其他的菱形截面的焊道为远离立板侧的焊道。
因此，本申请的规划方法适用于等高法、等面积法、自定义法等多种多层多道焊离线编程规划方法，适用于不同板厚、不同坡口角度的多层多道包角焊，适应性强、一致性好。
在该实施例中，所述步骤S400中，采用如下步骤规划多层多道包角工艺段的第二焊道工艺参数：
对于焊层中远离立板侧的焊道(如图3中的焊道T21、Tm1、Tm2等)，将所述第一焊接电流和所述第一焊接速度分别设为该焊道的包角工艺段的第二焊接电流和第二焊接速度，即对于每个焊层中远离立板侧的焊道，在包角工艺段和非包角工艺段，焊接电流和焊接速度都是保持一致的；
为了防止咬边，对靠近立板侧的焊道的包角工艺段的焊接电流和焊接速度分别进行了优化，具体地，对于每个焊层中靠近立板侧的焊道(如图3中的焊道T11、T22…Tmn)，分别降低所述第一焊接电流和所述第一焊接速度，得到该焊道的包角工艺段的第二焊接电流和第二焊接速度。即在靠近立板侧的焊道的包角工艺段采用较小的焊接电流和焊接参数。
具体地，各个所述包角工艺段包括沿焊道轨迹移动方向依次排列的包角起始点、第一立板端点、第二立板端点、第三立板端点、第四立板端点和包角结束点。以图2中第一个包角处为例，第一个包角工艺段包括包角起始点Bs、第一立板端点B、第二立板端点C、第三立板端点D、第四立板端点E和包角结束点Ee。对应于第二个包角处，第二个包角工艺段包括包角起始点Fs、第一立板端点F、第二立板端点G、第三立板端点H、第四立板端点I和包角结束点Ie。
所述步骤S400中，对于每个焊层中靠近立板侧的焊道，采用如下步骤规划该焊道的包角工艺段的第二焊道工艺参数：
对于第i个焊层的第j个焊道(i∈[1,m]，j∈[1,n])，将所述第一焊接电流Iij和所述第一焊接速度Vij分别设为所述包角开始点(如Bs点和Fs点)的第二焊接电流和第二焊接速度；
从所述包角开始点(如Bs点和Fs点)到所述第一立板端点(如B点和F点)的包角工艺调整起始段(如焊接段BsB和焊接段FsF)，线性降低第二焊接电流和第二焊接速度，以使所述第一立板端点(如B点和F点)的第二焊接电流和第二焊接速度分别等于预设最小焊接电流I#i$和预设最小焊接速度Vij包角；
将所述预设最小焊接电流I#i$和预设最小焊接速度Vij包角分别设为所述第一立板端点(如B点和F点)和所述第四立板端点(如点E和I点)之间的焊接段(如焊接段BE和焊接段FI)的第二焊接电流和第二焊接速度，即从B点到E点，以及从F点到I点均采用所述预设最小焊接电流I#i$和预设最小焊接速度Vij包角；
从所述第四立板端点(如E点和I点)到所述包角结束点(如Ee点和Ie点)的包角工艺调整结束段(如焊接段EEe和焊接段IIe)，线性增大第二焊接电流和第二焊接速度，以使所述包角结束点(如Ee点和Ie点)对应的第二焊接电流和第二焊接速度等于所述第一焊接电流Iij和所述第一焊接速度Vij。
因此，在该实施例中，为防止咬边，在包角处提出了小电流、慢速度的焊道工艺参数优化方法，优化的工艺参数(第二焊道工艺参数)根据常规角焊缝的工艺参数(第一焊道工艺参数)计算所得，无需工人根据经验调试包角工艺参数，极大地减少了包角处咬边缺陷发生的概率。
在该实施例中，所述预设最小焊接电流I#i$为工艺窗口的最小电流值，第i个焊层第j个焊道的预设最小焊接速度为其中I#i$为预设最小焊接电流，Vij为第i个焊层第j个焊道的第一焊接速度，Iij为第i个焊层第j个焊道的第一焊接电流，Vij包角为第i个焊层第j个焊道的预设最小焊接速度。
每个焊道的各个包角工艺段包括第一包角焊段和第二包角焊段。例如对于第i个焊层第j个焊道来说，其第一个包角工艺段的第一包角焊段包括Bij点到Cij点，Bij点相对于打底焊的B点偏移(Δxij,Δyij,Δzij)，Cij点相对于打底焊的C点偏移(Δxij,Δyij,Δzij)。第一个包角工艺段的第二包角焊段包括Dij点到Eij点，Dij点相对于打底焊的D点偏移(Δxjij,Δyij,Δzij)，Eij点相对于打底焊的E点偏移(Δxij,Δyij,Δzij)。
在一种实施方式中，所述步骤S400中，采用如下步骤规划多层多道包角工艺段的第二轨迹参数：
对于各个焊道，所述包角工艺段中非包角焊段的部分的第二轨迹参数等于所述第一轨迹参数；
对于每个焊层中远离立板侧的焊道(如图3中的焊道T21、Tm1、Tm2等)，在该焊道的包角焊段，采用圆弧动作指令，并基于预设过渡点坐标计算规则计算圆弧轨迹过渡点的坐标，如图4所示，自动焊接设备采用圆弧动作指令时，需计算圆弧轨迹过渡点的坐标，例如对于Bij点、Cij点之间的圆弧轨迹来说，过渡点为Kij。在圆弧轨迹中，采用的焊接电流和焊接速度为上述的预设最小焊接电流I#i$和预设最小焊接速度Vij包角；
对于每个焊层中靠近立板侧的焊道(如图3中的焊道T11、T22…Tmn)，在该焊道的包角焊段，由于圆弧半径过小，自动焊接设备无法执行圆弧动作指令，采用位置不变、只改变焊枪姿态的直线动作指令，并基于预设过渡时间计算规则计算包角动作过渡时间，具体地，采用如下公式计算包角动作过渡时间：
其中，tij为包角动作过渡时间，Vij包角为第i个焊层第j个焊道的预设最小焊接速度，hi为第i个焊层的高度。
在该实施例中，所述基于预设过渡点坐标计算规则计算圆弧轨迹过渡点的坐标，包括：计算圆弧轨迹的过渡点Kij的坐标为：
其中，B(x,y,z,w,p,r)为所述包角工艺段的第一立板端点在打底焊的焊道中对应立板端点的坐标，Δxij为第i个焊层第j个焊道的轨迹相对于打底焊的轨迹的x坐标偏移量，Δyij为第i个焊层第j个焊道的轨迹相对于打底焊的轨迹的y坐标偏移量，Δzij为第i个焊层第j个焊道的轨迹相对于打底焊的轨迹的z坐标偏移量。
在另一种实施方式中，对于各个焊道的包角焊段都采用位置不变、只改变焊枪姿态的直线动作指令，所述步骤S400中，采用如下步骤规划多层多道包角工艺段的第二轨迹参数：
对于每个焊道，所述包角工艺段中非包角焊段的部分的第二轨迹参数等于所述第一轨迹参数；
对于每个焊层中靠近立板侧的焊道，在该焊道的所述包角焊段，采用位置不变、只改变焊枪姿态的直线动作指令，并基于预设过渡时间计算规则计算包角动作过渡时间；
对于每个焊层中远离立板侧的焊道，在该焊道的所述包角焊段，将所述包角焊段的两个端点偏移到坐标相同的两个位置点(具体地，一端点在x轴方向的偏移距离为Δyij，另一端点在y轴方向的偏移距离为Δxij)，在偏移后的两个位置点之间，采用位置不变、只改变焊枪姿态的直线动作指令，并基于预设过渡时间计算规则计算包角动作过渡时间；以焊道Tij为例，其原本的第一个包角工艺段的第一包角焊段从Bij到Cij，需要将这两个点分别偏移到坐标相同的两个位置点B′ij和C′ij，Bij到B′ij在x轴方向的偏移量为Δyij，Cij到C′ij在y轴方向的偏移量为Δxij，然后在B′ij和Cij之间采用直线动作指令，而在Bij到B′ij之间采用直线焊，Cij到C′ij之间采用直线焊；
以图5中Tm1焊道为例，其原本的第一个包角工艺段的第一包角焊段从Bm1到Cm1，需要将这两个点分别偏移到坐标相同的两个位置点B′m1和C′m1，Bm1到B′m1的偏移量为Δym1，Cm1到C′m1的偏移量为Δxm1，然后在B′m1和C′m1之间采用直线动作指令，而在Bm1到B′m1之间采用直线焊，Cm1到C′m1之间采用直线焊。
在该实施方式中，基于预设过渡时间计算规则计算包角动作过渡时间，包括采用如下公式计算包角动作过渡时间：
其中，t为第i个焊层第j个焊道的包角动作过渡时间，Vij包角为第i个焊层第j个焊道的预设最小焊接速度，hi为第i个焊层的高度。
下面以一个具体实例来说明该规划方法的具体实现过程。
在该具体实例中，采用如下步骤进行自动焊接设备多层多道包角焊接规划：
1、确定待焊角焊缝的立板的尺寸和坡口信息，包括：确定立板的长度为200mm，厚度为12mm，不开坡口；
2、根据所述立板的尺寸获得带包角的角焊缝打底焊的焊道轨迹点坐标，具体地，通过示教及坐标变换获取带包角的角焊缝打底焊的焊道轨迹点坐标，如表2所示；
表2带包角的角焊缝打底焊的焊道轨迹点坐标
| 点位 | 坐标x | 坐标y | 坐标z | 坐标w | 坐标p | 坐标r |
| B | 76.928 | -47.006 | 106.971 | 49.14 | 7.757 | -95.653 |
| C | 76.928 | -47.006 | 106.971 | 49.14 | 7.757 | -185.653 |
| D | 76.928 | -59.006 | 106.971 | 49.14 | 7.757 | -185.653 |
| E | 76.928 | -59.006 | 106.971 | 49.14 | 7.757 | -275.653 |
| Ee | 61.928 | -59.006 | 106.971 | 49.14 | 7.757 | -275.653 |
| Fs | -108.072 | -59.006 | 106.971 | 49.14 | 7.757 | -275.653 |
| F | -123.072 | -59.006 | 106.971 | 49.14 | 7.757 | -275.653 |
| G | -123.072 | -59.006 | 106.971 | 49.14 | 7.757 | -5.653 |
| H | -123.072 | -47.006 | 106.971 | 49.14 | 7.757 | -5.653 |
| I | -123.072 | -47.006 | 106.971 | 49.14 | 7.757 | -95.653 |
| Ie | -108.072 | -47.006 | 106.971 | 49.14 | 7.757 | -95.653 |
| A | -8.072 | -47.006 | 106.971 | 49.14 | 7.757 | -95.653 |
| J | -3.072 | -47.006 | 106.971 | 49.14 | 7.757 | -95.653 |
| Bs | 61.928 | -47.006 | 106.971 | 49.14 | 7.757 | -95.653 |
3、根据所述坡口信息规划多层多道角焊缝的焊接参数，所述焊接参数包括焊层数、焊道数、各个焊道在非包角工艺段的第一焊道工艺参数和第一轨迹参数；
具体地，采用自定义法进行常规多层多道角焊缝规划，电流工艺窗口为150A-225A，共规划4层7道，得到的第一焊道工艺参数和第一轨迹参数如表3中焊接电流A列和焊接速度列cm/min所示，第一轨迹参数如表3中偏移量mm列所示；
表3第一焊道工艺参数和第一轨迹参数
4、根据所述多层多道角焊缝的焊接参数，规划多层多道包角工艺段的第二焊道工艺参数和第二轨迹参数；
具体地，计算出多层多道包角焊的第二焊道工艺参数和第二轨迹参数，如表3中包角电流A列、包角速度cm/min列、过渡时间s列所示；
5、根据步骤2得到的打底焊的焊道轨迹点坐标与步骤3、4得到的规划结果发送给自动焊接设备实施焊接，完成带包角的多层多道角焊。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。
Claims (11)
1.一种多层多道包角焊接规划方法，其特征在于，包括：
确定待焊角焊缝的立板的尺寸和坡口信息；
根据所述立板的尺寸获得带包角的角焊缝打底焊的焊道轨迹点坐标；
根据所述坡口信息规划多层多道角焊缝的焊接参数，所述焊接参数包括焊层数、焊道数、各个焊道在非包角工艺段的第一焊道工艺参数和第一轨迹参数；
根据所述多层多道角焊缝的焊接参数，规划多层多道包角工艺段的第二焊道工艺参数和第二轨迹参数；
将所述打底焊的焊道轨迹点坐标、所述多层多道角焊缝的焊接参数以及所述多层多道包角工艺段的第二焊道工艺参数和第二轨迹参数发送给焊接控制器。
2.根据权利要求1所述的多层多道包角焊接规划方法，其特征在于，所述打底焊的焊道轨迹点包括起弧点、收弧点、立板端点、包角起始点和包角结束点；
根据所述立板的尺寸获得带包角的角焊缝打底焊的焊道轨迹点坐标，包括如下步骤：
确定所述打底焊的焊道轨迹中一立板端点的坐标；
根据所述立板的尺寸，基于所述焊道轨迹中已知立板端点的坐标，计算所述打底焊的焊道轨迹中其他立板端点的坐标；
根据预设的包角起始点和包角结束点相比于立板端点的预设调整起始量，计算所述打底焊的焊道轨迹中包角起始点和包角结束点的坐标；
在立板的根部选定起弧点，确定起弧点的坐标，并根据起弧点的坐标计算收弧点的坐标。
3.根据权利要求2所述的多层多道包角焊接规划方法，其特征在于，所述打底焊的焊道轨迹的起弧点和收弧点设于所述立板的长焊缝段，且所述收弧点相对于所述起弧点向焊道轨迹移动方向偏移。
4.根据权利要求1所述的多层多道包角焊接规划方法，其特征在于，根据所述坡口信息规划多层多道角焊缝的焊接参数，包括根据所述坡口信息，采用等高法、等面积法或预设焊道规划模型规划多层多道角焊缝的焊接参数。
5.根据权利要求1所述的多层多道包角焊接规划方法，其特征在于，所述第一焊道工艺参数包括第一焊接电流和第一焊接速度，所述第二焊道工艺参数包括第二焊接电流和第二焊接速度；
采用如下步骤规划多层多道包角工艺段的第二焊道工艺参数：
对于每个焊层中远离立板侧的焊道，将所述第一焊接电流和所述第一焊接速度分别设为该焊道的包角工艺段的第二焊接电流和第二焊接速度；
对于每个焊层中靠近立板侧的焊道，分别降低所述第一焊接电流和所述第一焊接速度，得到该焊道的包角工艺段的第二焊接电流和第二焊接速度。
6.根据权利要求5所述的多层多道包角焊接规划方法，其特征在于，各个所述包角工艺段包括沿焊道轨迹移动方向依次排列的包角起始点、第一立板端点、第二立板端点、第三立板端点、第四立板端点和包角结束点，所述第一立板端点和所述第二立板端点的x、y、z坐标相同，姿态r偏转90°，所述第三立板端点和所述第四立板端点的x、y、z坐标相同，姿态r偏转90°；
对于每个焊层中靠近立板侧的焊道，采用如下步骤规划该焊道的包角工艺段的第二焊道工艺参数：
将所述第一焊接电流和所述第一焊接速度分别设为所述包角开始点的第二焊接电流和第二焊接速度；
从所述包角开始点到所述第一立板端点，线性降低第二焊接电流和第二焊接速度，以使从所述第一立板端点的第二焊接电流和第二焊接速度分别等于预设最小焊接电流和预设最小焊接速度；
将所述预设最小焊接电流和预设最小焊接速度分别设为所述第一立板端点和所述第四立板端点之间的焊接段的第二焊接电流和第二焊接速度；
从所述第四立板端点到所述包角结束点，线性增大第二焊接电流和第二焊接速度，以使所述包角结束点对应的第二焊接电流和第二焊接速度等于所述第一焊接电流和所述第一焊接速度。
7.根据权利要求6所述的多层多道包角焊接规划方法，其特征在于，所述预设最小焊接电流为工艺窗口的最小电流值，对于第i个焊层第j个焊道，所述预设最小焊接速度为其中，I#i$为预设最小焊接电流，Vij为第i个焊层第j个焊道的第一焊接速度，Iij为第i个焊层第j个焊道的第一焊接电流，Vij包角为第i个焊层第j个焊道的预设最小焊接速度。
8.根据权利要求1所述的多层多道包角焊接规划方法，其特征在于，各个所述包角工艺段包括至少一个包角焊段；
采用如下步骤规划多层多道包角工艺段的第二轨迹参数：
对于每个焊道，所述包角工艺段中非包角焊段的部分的第二轨迹参数等于所述第一轨迹参数；
对于每个焊层中靠近立板侧的焊道，在该焊道的所述包角焊段，采用位置不变、只改变焊枪姿态的直线动作指令，并基于预设过渡时间计算规则计算包角动作过渡时间；
对于每个焊层中远离立板侧的焊道，在该焊道的所述包角焊段，采用圆弧动作指令，并基于预设过渡点坐标计算规则计算圆弧轨迹过渡点的坐标。
9.根据权利要求8所述的多层多道包角焊接规划方法，其特征在于，各个焊道在非包角工艺段的第一轨迹参数包括各个焊道的焊道轨迹相比于所述打底焊的焊道轨迹的坐标偏移量；
所述基于预设过渡点坐标计算规则计算圆弧轨迹过渡点的坐标，包括：
计算圆弧轨迹过渡点的坐标为：
其中，B(x,y,z,w,p,r)为所述包角工艺段的第一立板端点在打底焊的焊道中对应轨迹点的坐标，Δxij为第i个焊层第j个焊道的焊道轨迹相对于打底焊的焊道轨迹的x坐标偏移量，Δyij为第i个焊层第j个焊道的焊道轨迹相对于打底焊的焊道轨迹的y坐标偏移量，Δzij为第i个焊层第j个焊道的焊道轨迹相对于打底焊的焊道轨迹的z坐标偏移量。
10.根据权利要求1所述的多层多道包角焊接规划方法，其特征在于，采用如下步骤规划多层多道包角工艺段的第二轨迹参数：
对于每个焊道，所述包角工艺段中非包角焊段的部分的第二轨迹参数等于所述第一轨迹参数；
对于每个焊层中远离立板侧的焊道，在该焊道的所述包角焊段，将所述包角焊段的两个端点偏移到坐标相同的两个位置点，在偏移后的两个位置点之间，采用位置不变、只改变焊枪姿态的直线动作指令，并基于预设过渡时间计算规则计算包角动作过渡时间；
对于每个焊层中靠近立板侧的焊道，在该焊道的所述包角焊段，采用位置不变、只改变焊枪姿态的直线动作指令，并基于预设过渡时间计算规则计算包角动作过渡时间。
11.根据权利要求8或10所述的多层多道包角焊接规划方法，其特征在于，所述基于预设过渡时间计算规则计算包角动作过渡时间，包括采用如下公式计算包角动作过渡时间：
其中，tij为第i个焊层第j个焊道的包角动作过渡时间，Vij包角为第i个焊层第j个焊道的预设最小焊接速度，hi为第i个焊层的高度。
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