坡口測量偏出了線激光傳感器掃描范圍(原因可能是由于加工誤差的存在，實際加工出來的坡口中心曲線或坡口寬度同理論設計值不一致)，那么根據掃描出來的偏出了線激光傳感器掃描范圍的那部分完整的坡口數據，插值并擬合出新的坡口中心曲線，并以此重新生成焊接機器人運動軌跡，進而重新進行坡口掃描測量(即回到步驟2)，直到線激光傳感器在整個掃描過程都能測到所有完整的坡口數據。
[0026]如果線激光傳感器在整個掃描過程都能測到所有完整的坡口數據，則根據測量出來的數據，分析并計算變坡口寬度等信息，最終修正變坡口中心曲線。
[0027](4)將離散不規則的變坡口，擬合成線性連續的多段線坡口。
[0028]因為線激光傳感器采樣頻率的原因，掃描測量得到的坡口數據是離散點。又由于加工工藝和加工誤差等原因，變坡口中厚板工件坡口寬度通常變化較為不規則。而焊接機器人焊接時，一般是通過改變焊接速度和擺幅來調整坡口的焊接寬度。因此，如果直接將離散不規則坡口數據用于生成中厚板焊接軌跡，則往往會導致焊接滯后或變化過于突變，從而使得焊接質量得不到保證。
[0029]為此，在變坡口的中厚板焊接時，本發明采用離散不規則點的多線段擬合，來將離散不規則的坡口寬度數據擬合成首尾相連的多條線段，從而獲得較為連續的焊接過程。
[0030]具體可以采用如下擬合方法:擬合算法原理如圖5所示，假設平面上有若干個離散點s點、s+1點、…、1-Ι點和i點，求出i點同s點連線的斜率KiiS、i點同s+Ι點連線的斜率KliS+1、…、i點同1-Ι點連線的斜率Klil:，并把其中最大的斜率值賦值給maxk，最小值賦值給mink。如果maxk-mink彡誤差容許值ε ( ε根據客戶要求自己設定)時，s點、s+1點、…、1-Ι點和i點都將擬合在同一條直線內；如果maxk-mink>誤差容許值ε時，則點i不與點s點、s+Ι點、…、1-Ι點擬合在同一條線。
[0031]離散不規則點擬合成多線段的詳細流程如圖6所示。從第三個點，即i=3開始判斷(這時，s=l，即直線段的起點為第I點)。計算i點同s點、s+Ι點、…、1-Ι點的斜率!^。KiiS+1、…、Kiii i，并把其中最大的斜率值賦值給maxk，最小值賦值給mink。這時: (a)如果maxk_mink>誤差容許值ε，意味i點同前面的點(即s點、s+Ι點、…、i_l點)偏差較大，不適合將i點同前面的點擬合在同一條直線上。如果maxk-mink> ε，w=i_l(即將1-Ι點的位置坐標賦值給w點，以下類似)，并把s點同w點連線，得到直線Ls，w，然后把1-Ι點賦值給s點(即s=1-l)。接下來，判斷i多η是否成立(η為離散不規則點的數目，即需要擬合的坡口寬度數目)，即是否是最后一個數據點。如果i彡η成立，則將η-1點同η點連接，得到直線Ln 1ιη。如果i彡η不成立，則i=i+l (即將i+Ι點，賦給i)，即判斷下一個點是否可以與前面的點擬合在同一條直線上。
[0032](b)如果maxk-mink彡誤差容許值ε，意味i點同前面的點(gp s點、s+Ι點、…、1-Ι點)的偏差在容許的范圍之內，可以將i點同前面的點擬合在同一條直線上。如果maxk-mink^ ε，判斷i彡η是否成立。如果不成立，說明i還不是最后一個數據點，則i=i+l(即將i+Ι點，賦給i)，即判斷下一個點是否可以與前面的點擬合在同一條直線上。如果i彡η成立，即i點為最后一個數據點，則將s點同η點連接，得到直線Ln ln0
[0033]圖7為利用該擬合算法，將一系列離散不規則坡口寬度(圖中演示的為18個離散的變坡口寬度數據)擬合成多線段的例子。可以發現，該算法可以較為有效地將離散不規則坡口擬合成較為便于焊接加工的多線段坡口。
[0034](5)完成上面步驟之后，可根據多層多道焊接參數，并結合變坡口中心曲線、擬合后的多段線坡口數據，進行中厚板焊接軌跡規劃。具體流程可如圖8所示。以其中的某一層某一道焊接為例，假設變坡口中厚板擬合成r點，S卩(r-Ι)段的多線段。從擬合后的多段線第一點，即i=l開始計算。結合中厚板多層多道焊接參數(如層數、道數等)，并根據步驟
(3)修正得到的變坡口中心曲線，得到變坡口中心曲線影響下的第i點對應的焊接軌跡坐標值(Xbl，Ybl)ο然后根據多線段擬合后的變坡口寬度，得到坡口寬度變化引起的坐標偏移值化^^’從而得到第土點的焊接基準路徑坐標⑶斤)。其中，X1=XbJXl^Yi=UYpit3接著，利用多線段擬合后得到該點坡口寬度數值，推導出第i點所對應的焊接速度或擺幅(因為通過改變焊接速度和擺幅，可以調整坡口的焊接寬度)。然后，判斷i多r是否成立。如果i彡r不成立，則說明i點還不是最后一個點，將i+Ι賦值給i (即i=i+l)，求出下一個點的焊接基準路徑坐標、焊接速度或擺幅等參數。如果i多r成立，則說明已經到了最后一個點，則根據所求得的參數，生成該層該道的焊接路徑軌跡。
[0035](6 )生成焊接加工代碼，完成中厚板多層多道焊接。
[0036]以下給出本發明各專業術語或代碼的說明:
(I)坡口:根據工藝要求，在焊接件的待焊部位加工成一定幾何形狀和尺寸的溝槽。
[0037](2)線激光傳感器:是一種利用激光技術進行長度測量的傳感器。激光發射端發射出一束直線的激光束，打到測量面上，然后由激光接收端接收激光信號，從而得到若干個離散測量值，用來表征線激光傳感器到測量面的距離值。該測量值經用戶自行處理，可計算出測量面上測量點的二維形貌。本發明實施例采用的線激光傳感器為日本KEYENCE公司生產的型號為LJ-G200的線激光傳感器。
[0038]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明的技術范圍作任何限制，故但凡依本發明的權利要求和說明書所做的變化或修飾，皆應屬于本發明專利涵蓋的范圍之內。
【主權項】
1.一種變坡口寬度的中厚板多層多道焊接軌跡規劃方法，其特征在于:利用線激光傳感器，對變坡口寬度的中厚板焊接工件進行坡口掃描測量，按一定的采樣頻率采集變坡口信息；然后，對采集到的坡口進行關鍵信息提取和數據處理，修整變坡口中心曲線，并將離散不規則的變坡口數據點擬合成線性連續的多線段；最后，根據中厚板多層多道焊接參數，并結合變坡口中心曲線、擬合后的多線段坡口數據，完成多層多道的變坡口寬度的中厚板焊接軌跡規劃。2.根據權利要求1所述的變坡口寬度的中厚板多層多道焊接軌跡規劃方法，其特征在于包括如下步驟: (1)根據設計的焊接工件圖紙，求出變坡口中心曲線軌跡坐標，并以此生成焊接機器人運動軌跡程序； (2)焊接機器人以上述運動軌跡帶動線激光傳感器運動，進行坡口掃描測量； (3)根據掃描測量出來的坡口數據，進行處理得到包括坡口寬度在內的變坡口信息，并修正變坡口中心曲線； (4)將離散不規則的變坡口，擬合成線性連續的多段線坡口； (5)完成上面步驟之后，根據多層多道焊接參數，并結合變坡口中心曲線、擬合后的多段線坡口數據，進行中厚板焊接軌跡規劃。3.根據權利要求2所述的變坡口寬度的中厚板多層多道焊接軌跡規劃方法，其特征在于所述步驟(3)進一步進行如下分析處理:如果坡口測量偏出了線激光傳感器掃描范圍，則根據掃描出來的偏出了線激光傳感器掃描范圍的那部分完整的坡口數據，插值并擬合出新的坡口中心曲線，并以此重新生成焊接機器人運動軌跡，進而重新進行坡口掃描測量，即回到步驟(2)，直到線激光傳感器在整個掃描過程都能測到所有完整的坡口數據；如果線激光傳感器在整個掃描過程都能測到所有完整的坡口數據，則根據測量出來的數據，分析并計算變坡口寬度等信息，最終修正變坡口中心曲線。4.根據權利要求2所述的變坡口寬度的中厚板多層多道焊接軌跡規劃方法，其特征在于所述步驟(4)具體擬合方法為:從第三個點即i=3開始，s=l即直線段的起點為第I點；計算i點同s點、s+1點、…、1-Ι點的斜率!^。!^…、…、Klil:，并把其中最大的斜率值賦值給maxk，最小值賦值給mink;這時: Ca)如果maxk-mink>誤差容許值ε，不將i點同前面的點擬合在同一條直線上，令w=i_l，并把s點同w點連線，得到直線Ls,w;然后把1-Ι點賦值給s點，即s=1-l ;接下來判斷i多η是否成立，η為離散不規則點的數目，即是否是最后一個數據點，如果i多η成立，則將η-1點同η點連接，得到直線Ln 如果i彡η不成立，則i=i+l，即判斷下一個點是否可以與前面的點擬合在同一條直線上； (b)如果maxk-mink彡誤差容許值ε，將i點同前面的點擬合在同一條直線上；之后判斷i多η是否成立，如果不成立，則i=i+l，即判斷下一個點是否可以與前面的點擬合在同一條直線上；如果i彡η成立，則將s點同η點連接，得到直線Ln 1ιη。5.根據權利要求2所述的變坡口寬度的中厚板多層多道焊接軌跡規劃方法，其特征在于所述步驟(5)的具體流程為:假設變坡口中厚板擬合成r點，即r-Ι段的多線段；從擬合后的多段線第一點，即i=l開始計算。6.結合中厚板多層多道焊接參數，并根據步驟(3)修正得到的變坡口中心曲線，得到變坡口中心曲線影響下的第i點對應的焊接軌跡坐標值(xbl，Ybl);然后根據多線段擬合后的變坡口寬度，得到坡口寬度變化引起的坐標偏移值(xpi，YP1)，從而得到第i點的焊接基準路徑坐標(X1, Y1),其中，X1=XbJXpi, Yi=Ybl+Ypi;接著，利用多線段擬合后得到該點坡口寬度數值，推導出第i點所對應的焊接速度或擺幅；然后，判斷i多r是否成立，如果i多r不成立，將i+Ι賦值給i，即i=i+l，求出下一個點的焊接基準路徑坐標、焊接速度或擺幅等參數；如果i多r成立，則根據所求得的參數，生成該層該道的焊接路徑軌跡。
【專利摘要】本發明公開了一種變坡口寬度的中厚板多層多道焊接軌跡規劃方法，利用線激光傳感器，對變坡口寬度的中厚板焊接工件進行坡口掃描測量，按一定的采樣頻率采集變坡口信息；然后，對采集到的坡口進行關鍵信息提取和數據處理，修整變坡口中心曲線，并將離散不規則的變坡口數據點擬合成線性連續的多線段；最后，根據中厚板多層多道焊接參數，并結合變坡口中心曲線、擬合后的多線段坡口數據，完成多層多道的變坡口寬度的中厚板焊接軌跡規劃。本方法可用于變坡口寬度的焊接工件的焊接軌跡規劃，方法簡單，通用性好，實用性強，具有很好的應用前景。
【IPC分類】B23K37/00
【公開號】CN105171289
【申請號】
【發明人】柯曉龍, 劉建春, 易際明
【申請人】廈門理工學院
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年9月30日