[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

说明书

本公开提出了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，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，计算获得后续一层焊缝的横截面面积，再对该层焊道进行路径规划和焊接。本公开实时检测出两顶点之间的距离，根据距离的变化实时修正路径规划结果，即可以实现变形情况下坡口填充的动态焊道规划，提高路径规划策略对于条件改变的适应性。

技术领域

本公开涉及厚板焊接技术领域，特别是涉及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。

背景技术

目前，点焊机器人与薄板弧焊机器人已广泛应用于工业生产中，但是在中厚板焊接生产中，机器人的应用仍然受到相当大的限制。其原因之一在于厚板在焊接过程中随着焊道数量的增加，焊件累积变形较大，目前焊缝跟踪技术相对不成熟，无法及时进行纠偏。例如，使用电弧跟踪时，检测软件必须检测焊接电流在坡口两侧变化的平衡差，无法进行单边跟踪。因此，在多层多道焊接条件下，只能通过电弧跟踪根部焊道位置，其余焊道位置以第一道焊缝为零点通过偏移确定。这种方法需要相当高的坡口加工精度。但是对于中厚板工件，从加工成本考虑多采用火焰切割下料和加工坡口，在切割过程中极有可能出现坡口尺寸、角度不一致的情况。同时在焊接过程中，随着热输入量的增加，工件有可能发生热变形，引起坡口位置、角度的变化，造成与焊前规划的误差。

对于中厚板坡口加工容易出现误差的问题，目前已使用精度较高的加工方式替代，如使用坡口加工机器人或数控机床加工。针对中厚板焊接容易发生变形的问题，则以开发焊缝视觉跟踪系统为主。其中焊缝主动视觉跟踪系统，使用激光扫描工件表面，利用CCD或CMOS摄像头拍摄工件表面图像，通过图像处理算法和控制系统，实现工件的定位与焊道轨迹的修正。

在焊接过程中由于焊接变形的存在，导致坡口横截面顶端两顶点之间的距离在不断地发生变化。距离变化就会导致焊层的总面积发生变化，从而引起焊缝的总道数发生变化。最终导致整个规划结果发生变化。

发明内容

本说明书实施方式的目的是提供适应焊接变形的多层多道机器人焊接路径规划方法，实时检测出坡口横截面顶端两顶点之间的距离，根据距离的变化实时修正焊接路径规划结果，即可以实现变形情况下坡口填充的动态焊道规划，提高路径规划策略对于条件改变的适应性。

本说明书实施方式提供适应焊接变形的多层多道机器人焊接路径规划方法，通过以下技术方案实现：

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层的面积S_i；

采用等高型填充策略，对第i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。

本说明书实施方式提供基于焊接变形实时检测的多层多道机器人焊接路径规划系统，通过以下技术方案实现：

包括：

视觉传感器，设置在焊接工件上方，获得焊接工件表面形成的激光条纹图像并传输至计算机中；