[发明专利]适应焊接变形的多层多道机器人焊接路径规划方法及系统

权利要求书

1.适应焊接变形的多层多道机器人焊接路径规划方法，其特征是，包括：

获得焊接工件表面形成的激光条纹图像，进行图像处理，得到第i-1层焊完坡口横截面顶端两顶点之间的距离，据此根据几何关系计算出待焊第i层的横截面面积S_i；

采用等高型填充策略，对第i层的焊道进行规划；确定该层各焊道的起弧点坐标、焊枪位置与姿态、摆幅、焊接电流和焊接速度；

采用实时视觉检测方法，获得第i层所有焊道焊接完成后坡口横截面顶端两顶点之间的距离，基于等高型填充策略和几何关系，计算获得后续一层焊道的横截面面积，再对该层焊道进行路径规划和焊接；

重复以上步骤，完成整个坡口的填充；

对于V型坡口，设板厚为t，坡口角度为θ，对接接头，设打底焊道高度为h_d，第二层及以上每层焊道高度为h，第一层焊道横截面以三角形拟合，第二层及以上各层的初始焊道及中间焊道横截面采用菱形拟合，设其面积为S_r，最末焊道横截面采用梯形拟合，设其面积为S_t，对于菱形焊道，在焊接时焊枪位置处于菱形长对角线的中垂线上，焊枪倾角为焊枪与垂直方向的夹角，设为α，对于梯形焊道，焊枪位置处于其中心线上；

假设已经焊完(i-1)层，在第i层之前，采用视觉检测技术确定坡口横截面顶端两顶点之间的距离，设其实测值为d_i，修正后的焊层高取为h_z，则可以计算出第i层的底边长度d_ib，顶边长度d_it：

由相似比例关系可知：

。

2.如权利要求1所述的适应焊接变形的多层多道机器人焊接路径规划方法，其特征是，第i层焊缝的横截面总面积S_i为：

式中i∈[2,n_z]，n_z为大于填满坡口所要总层数的最小整数。

3.如权利要求2所述的适应焊接变形的多层多道机器人焊接路径规划方法，其特征是，菱形焊道边长l与面积S_r分别为：

计算(S_i/S_r)的比值Q，将Q的整数部分记为N，小数部分记为C，菱形焊道数目根据小数C来确定，以保证每层最末的梯形焊道具有适当的熔宽，取0.4为临界值，试验表明，临界值取0.4时焊缝成型较好；若C≥0.4，则第i层菱形焊道数目r_i＝N，可以推知最末梯形焊道横截面面积为S_t＝C*S_r，若C<0.4，则第i层菱形焊道数目r_i＝N-1，最末梯形焊道横截面面积则为S_t＝(C+1)*S_r；θ_i为坡口角度。

4.如权利要求3所述的适应焊接变形的多层多道机器人焊接路径规划方法，其特征是，设第i层第j道焊道的横坐标、纵坐标分别为y_ij、z_ij；

打底焊道起弧点的横坐标、纵坐标为：y₁₁＝0，z₁₁＝0；

对于打底焊道以上各焊层，根据数学推导，每层除最末梯形焊道之外，其余菱形焊道横坐标为：

式中i∈[2,n_z]，j∈[1,r_i]，M为考虑熔池形状与焊枪摆动的修正因子；

第i层最末梯形焊道起弧点横坐标为：

式中i∈[2,n_z]，j＝r_i+1，M为考虑熔池形状与焊枪摆动的修正因子；

第i层上焊道纵坐标为：

z_ij＝h_d+(i-2)h_z

式中i∈[2,n_z]，j∈[1,r_i+1]；θ_i为坡口角度，r_i为第i层菱形焊道数目。