[发明专利]一种用于大型构件平面曲线轨迹焊接的运动控制方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接自动化领域，特别涉及一种用于大型构件平面曲线轨迹焊接的运动控制方法。

背景技术

大型构件平面曲线轨迹焊接常现于航天航空、船舶制造、石油化工等领域的设备制造过程。为获得良好的焊接质量，往往要求满足以下若干目标：其一，焊接速度可在焊前预设，且在焊接过程中保持恒定；其二，在焊接过程中待焊点与焊炬末端点的距离保持恒定，且在焊前可预设，在电弧焊中表现为弧长恒定，在激光焊中表现为离焦量恒定，在搅拌摩擦焊中表现为搅拌头插入深度恒定；其三，在焊接过程中焊炬轴线与待焊点法向可保持恒定的预设倾角，如在电弧焊中常需保持焊炬轴线垂直于工件表面，在搅拌摩擦焊中常需保持轴肩和工件表面成一定角度以施加一定的顶锻压力；其四，考虑到设备自重导致的精确连续驱动问题，往不允许工件在焊接过程中运动，只能允许焊炬沿待焊轨迹运动。目前，平面曲线轨迹焊接大多采用人工焊接方式，难以保证焊缝质量的稳定性和一致性。

中国专利《一种沿立面内任意曲线轨迹焊接的机器人控制方法》(专利号：201210488690.0)提出了一种用于平面二维曲线焊接的三轴联动装置和控制方法，待焊轨迹使用轨迹上的若干离散点表征，在焊接过程中对轨迹上的离散点进行圆弧插补，使得焊接过程满足焊接速度恒定、焊炬末端与工件表面距离不变、始终保持平焊位置等若干目标。但该技术无法适用于要求焊炬存在一定前倾角或后倾角的场合，如搅拌摩擦焊过程要求轴肩与工件表面成一定夹角以给焊缝施加一定的顶锻压力；另外，在该方法中工件需要实时变速旋转，在大型构件焊接场合对设备的精确连续驱动要求极高。

综上，目前尚未有满足焊接速度、待焊点与焊炬末端点距离、焊炬倾角等参数均可焊前调节且焊接过程中保持恒定的、用于大型构件任意平面曲线轨迹焊接的运动控制方法。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的不足之处，提出一种用于大型构件平面曲线轨迹焊接的运动控制方法，该方法旨在解决目前技术存在的无法满足焊接速度、弧长/离焦量/搅拌头插入深度、焊炬倾角等均可预设且焊接过程保持恒定等问题，以求满足焊接速度、待焊点与焊炬末端点距离、焊炬倾角等参数均可焊前调节且焊接过程中保持恒定等技术要求，并在焊接过程中根据焊炬、待焊工件和世界坐标系的相对位姿关系实时调整焊接能量输入参数，保持焊接过程的稳定性和产品质量的一致性。

本发明的技术方案如下：

一种用于大型构件平面曲线轨迹焊接的运动控制方法，其特征在于，该方法采用的装置包括底座、运动控制器、焊接能量源、焊炬、二维平移机构和焊炬旋转机构；所述底座与所述二维平移机构机械连接；所述运动控制器分别与所述二维平移机构和所述焊炬旋转机构通过导线相连，或通过无线传输方式通讯；所述焊炬与所述焊接能量源通过导线连接，或通过光路连接；所述二维平移机构包括第一一维平移机构和第二一维平移机构；所述第一一维平移机构和所述第二一维平移机构的运动方向相互正交；所述焊炬旋转机构安装在所述二维平移机构的运动输出端；所述焊炬安装在所述焊炬旋转机构的运动输出端；所述焊炬旋转机构的旋转轴方向分别与所述第一一维平移机构和所述第二一维平移机构的运动方向相互正交；待焊工件安装在所述底座上；待焊轨迹与焊炬的轴线方向位于同一平面内；

所述方法包括以下步骤：

1)建立与所述底座固结的世界坐标系{W}，所述世界坐标系{W}的x_wO_wy_w平面与待焊轨迹所在平面重合，x_w轴方向和y_w轴方向分别与所述第一一维平移机构和第二一维平移机构的运动方向平行；建立与所述焊炬固结的焊炬坐标系{P}，所述焊炬坐标系{P}的原点O_p与所述焊炬末端点重合，y_p轴与所述焊炬轴线重合，x_pO_py_p平面与待焊轨迹所在平面重合；初始时刻所述焊炬坐标系{P}的x_p轴方向和y_p轴方向分别与所述世界坐标系{W}的x_w轴方向和y_w轴方向相互平行；