一种机器人多层多道焊接方法、装置、电子设备及存储介质与流程

本发明涉及焊接，特别地，涉及一种机器人多层多道焊接方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、中厚板焊接常见于工程机械、矿山设备等行业，由于焊缝强度要求较高，通常需要采用多层多道焊接方式，其中坡口焊接形式是中厚板焊接中常见的设计之一。目前常见的中厚板自动化焊接方式通常是建立坡口焊道排布或焊接数据库，然后采用工业机器人多层多道焊接方式调用坡口焊道排布或焊接数据库，实现坡口自动化焊接。

2、实际应用中，中厚板多层多道焊接的焊道排布，往往没有考虑机器人焊接位置的求取，焊道排布方法倾向于理论坡口计算，同时没有考虑实际工件中坡口间隙、坡口钝边等因素的影响，所以理论的多层多道焊接参数和焊道排布信息在实际应用时常常出现误差，而坡口焊缝通常有较高的焊接质量要求，误差一旦过大，将增大焊接质量不合格的风险，阻碍多层多道焊接的自动化应用。

3、针对机器人多层多道焊实际应用存在的误差问题，目前常见的方法一是优化数据库算法，以便适应坡口其它尺寸因素的影响，另一种方法是采用传感器，在多层多道焊接过程中实现焊接层的数据采集，通过与数据库对比，重新进行焊道排布和选择焊接参数。第一种方法需要大量的坡口焊接数据进行数据库智能学习训练，而且考虑机器人焊接位置随着坡口尺寸发生变化，开发工程量较大；第二种方法进行实时的数据库处理，同样面对传感器开发和机器人焊接位置调整的问题。

技术实现思路

1、本发明一方面提供了一种机器人多层多道焊接方法，以解决现有中厚板焊接技术存在开发工作量和成本较大、焊接存在误差影响质量的技术问题。

2、本发明通过如下方案实现：

3、一种机器人多层多道焊接方法，包括步骤：

4、在焊接打底层时，根据所测的坡口实际尺寸，实时调整从焊接数据库中读取的焊接电流或焊接速度，修正实际坡口的焊接层形貌使其与焊接数据库中读取的理论坡口焊接层形貌相统一，其中，所述焊接数据库中的理论坡口无间隙和无钝边，所述坡口实际尺寸包括坡口间隙c和坡口钝边数值p、坡口角度α、坡口宽度w、板厚t；

5、打底层焊接结束后，在进行填充层和盖面层的焊道排布时，从焊接数据库中获取与待焊坡口形状和坡口角度最接近的理论样件的各条焊缝的焊缝曲线方程，求取各条焊缝的焊缝曲线方程在所建立的待焊接坡口坐标系中与坡口直边、坡口斜边和/或相关焊缝曲线方程的交点确定填充层和盖面层中待焊接的各条焊缝的机器人焊接位置，完成焊道精确排布。

6、优选地，在焊接打底层之前，还包括步骤：

7、建立焊接数据库，其中焊接数据库包括坡口输入参数、焊接参数，所述坡口输入参数包括坡口宽度和坡口角度，所述焊接参数包括焊接电流、焊接电压、焊接速度、摆焊参数、干伸长和机器人焊接位置，所述焊接数据库包括无间隙和无钝边的理论样件，以及各理论样件的各条焊缝的焊缝曲线方程，考虑中厚板焊接的质量要求，以实际样件焊接得出数据库程序为优选。

8、优选地，所述在焊接打底层时，根据获取的坡口实际尺寸，实时调整从焊接数据库中读取的焊接电流或焊接速度，修正实际坡口的焊接层形貌使其与焊接数据库中读取的理论坡口焊接层形貌相统一，具体包括步骤：

9、计算理论坡口所需打底层的理论截面积公式s为：

10、

11、其中，h为理论坡口条件下的打底层理论厚度；

12、设定坡口背部熔透1mm，并将背部熔透截面积模型设置为三角形，计算打底层理论厚度h不变时，实际坡口中打底层的实际填充截面积s’为：

13、

14、在焊缝长度保持不变的前提下，根据实际填充截面积和理论截面积的正比关系计算打底层面积比例k＝s'/s；

15、根据所述打底层面积比例k、打底层理论焊接电流、打底层理论焊接速度计算打底层实际焊接电流i1和焊接速度v1：

16、i1＝k*i                          (3)

17、v1＝v/k                          (4)

18、其中，i为打底层理论焊接电流，v为打底层理论焊接速度；

19、选择所述打底层实际焊接电流i1或打底层实际焊接速度v1作为焊接参数焊接打底层，修正实际坡口的焊接层形貌使其与焊接数据库中读取的理论坡口焊接层形貌相统一。

20、优选地，所述在焊接打底层时，根据获取的坡口实际尺寸，实时调整从焊接数据库中读取的焊接电流或焊接速度，修正实际坡口的焊接层形貌使其与焊接数据库中读取的理论坡口焊接层形貌相统一，具体还包括步骤：

21、若实时调整从焊接数据库中读取的焊接电流或焊接速度打底层焊接后，仍无法修正实际坡口的焊接层形貌使其与焊接数据库中读取的理论坡口焊接层形貌相统一，则计算理论第一填充层的截面积s1：

22、

23、其中，h2是焊接理论第一填充层后的焊接层总厚度，h1是理论打底层的焊接层厚度；

24、实际焊接第一填充层时，由于打底层厚度不同，计算实际第一填充层的截面积s11：

25、

26、其中，h1s是实际打底层的焊接层厚度；

27、在焊缝长度保持不变的前提下，根据实际第一填充层的截面积和理轮第一填充层的截面积的正比关系计算填充层面积比例k1＝s11/s1；

28、由于填充量与焊接电流成正比，与焊接速度成反比，根据所述填充层面积比例k1、填充层理论焊接电流、填充层理论焊接速度计算填充层实际焊接电流i3和焊接速度v3：

29、i3＝ k1×i2                          (6)

30、v3＝ v2/ k1                          (7)

31、其中，i2为理论焊接电流，v2为理论焊接速度；

32、选择所述填充层实际焊接电流i3或填充层实际焊接速度v3作为焊接参数焊接第一填充层，修正实际坡口的焊接层形貌使其与焊接数据库中读取的理论坡口焊接层形貌相统一。

33、优选地，选择所述打底层实际焊接电流i1或打底层实际焊接速度v1作为焊接参数焊接打底层，修正实际坡口的焊接层形貌使其与焊接数据库中读取的理论坡口焊接层形貌相统一之后，还包括步骤：

34、利用焊机通讯或者利用机器人电弧跟踪功能获取打底层实际焊接时的实测焊接电流i4；

35、根据打底层理论焊接电流i、计算所得的打底层实际焊接速度v1的基础上，计算二次调整后的打底层实际焊接速度v2：

36、v2＝ i/i4×v1                           (8)；

37、将所述二次调整后的打底层实际焊接速度v2作为最终的焊接参数焊接打底层，修正实际坡口的焊接层形貌使其与焊接数据库中读取的理论坡口焊接层形貌相统一。

38、优选地，所述打底层焊接结束后，在进行填充层和盖面层的焊道排布时，从焊接数据库中获取与待焊坡口形状和坡口角度最接近的理论样件的各条焊缝的焊缝曲线方程，求取各条焊缝的焊缝曲线方程在所建立的待焊接坡口坐标系中与坡口直边、坡口斜边和/或相关焊缝曲线方程的交点确定填充层和盖面层中待焊接的各条焊缝的机器人焊接位置，完成焊道精确排布，具体包括步骤：

39、当待焊坡口的焊接层数小于等于焊接数据库中与待焊坡口形状和坡口角度最接近的理论样件的焊接层数时，分别获取坡口直边、坡口斜边在待焊接坡口坐标系中的直边方程为yr＝f(x)、斜边方程yh＝f(x)，从焊接数据库中最接近的理论样件获取打底层焊缝形貌的方程为y0＝f(x)，其中，由于坡口形貌参数限制，则x坐标区间范围为(0，w)，y坐标的区间范围为(0，t)；

40、在坐标区域范围内，求解打底层焊缝形貌方程y0＝f(x)与直边方程yr＝f(x)的交点p0的坐标，则将所述交点p0坐标作为第一填充层的近直边焊缝的机器人焊接位置；

41、在坐标区域范围内，求解打底层焊缝形貌方程y0＝f(x)与斜边方程yh＝f(x)的交点p1的坐标，同时利用交点p0、p1的坐标获取打底层焊缝形貌的方程y0＝f(x)的x坐标区间；

42、进行第一填充层的焊接点排布，其中，所述第一填充层的焊缝类型包括近直边焊缝、中间焊缝和近斜边焊缝三种类型焊缝，排布时，先根据从焊接数据库中最接近的理论样件获取第一填充层焊缝的近直边焊缝曲线方程yr1＝f(x)与直边方程yr＝f(x)求取交点p(0,1)，将交点p(0,1)为填充第二层的近直边焊缝的机器人焊接位置，接着根据近直边焊缝曲线方程yr1＝f(x)与打底层焊缝曲线方程y0＝f(x)求取交点p(m1,1)，将交点p(m1,1)为与近直边焊缝相邻的第一中间焊缝的机器人焊接位置，同时利用p(0,1)和p(m1,1)获取近直边焊缝曲线方程yr1＝f(x)的x坐标区间；然后，计算p(m1,1)与p1的距离为d1，设标准坡口模型下，该距离为ds，则当d1≤ds*c时，只有近斜边焊缝，其中c为容错系数，当d1＞ds*c时，含中间焊缝，利用第一中间焊缝曲线方程ym1-1＝f(x)与近直边焊缝曲线方程yr1＝f(x)求取交点p(0,1,1)，与打底层焊缝y0＝f(x)求取交点p(m2,1)，计算交点p(m2,1)与p1的距离d2，如果d2＞ds*c时，则交点p(m2,1)为第二中间焊缝的机器人焊接位置，如果d2≤ds*c，则将交点p(m2,1)与p1的中点pz1作为近斜边焊缝的机器人焊接位置，同时利用p(0,1,1)与p(m2,1)获得第一中间焊缝的方程ym1-1＝f(x)的x标区间；如果有第二中间焊缝，则重复第一中间焊缝的求解过程，如果没有第二中间焊缝，只有近斜边焊缝yh1＝f(x)，则与第一中间焊缝曲线方程ym1-1＝f(x)求取交点p(1,1,1)，与斜边方程yh1＝f(x)求取交点p(1,1)；

43、进行第i填充层的焊接点排布，设第i填充层近直边焊缝曲线方程为yri＝f(x)，第一中间焊缝曲线方程为ym1-i＝f(x)，第二中间焊缝曲线方程为ym2-i＝f(x)，第n中间焊缝曲线方程为ymn-i＝f(x)，近斜边焊缝方程为yhi＝f(x)，近直边焊缝曲线方程yri＝f(x)与直边方程yr＝f(x)求取交点p(0,i)，与第i-1填充层的焊缝形貌临近的近直边焊缝、第一中间焊缝两条焊缝形貌求取交点p(mi,1)，p(mi,1)满足在两条焊缝的x区间内，且y值最大，利用p(0,i)与p(mi,1)确定近直边焊缝x坐标区间，p(mi,1)关联下一道焊缝的机器人焊接位置，p(mi,1)与第i-1填充层的斜边交点求距离为di，如果di≤ds*c，则没有中间焊缝，p(mi,1)与p(1,i-1)的中点pzi为近斜边焊缝起弧点，近斜边焊缝与斜边求取交点p(1，i)，与同层临近焊缝求取交点p(1,1,i)，p(1，i)与p(1,1,i)确定近斜边焊缝x坐标区间,如果di>ds*c，重复上面过程，求取第一中间焊缝与第i-1填充层的第一中间焊缝、第二中间焊缝的起弧位置p(m2,1)，与同层的近直边焊缝求取交点p(0,i),p(m2,1)与p(0,i)确定第二中间焊缝的x坐标区间，求取p(m2,1)与第i-1填充层的斜边交点求距离为di，直到di≤ds*c，近斜边焊缝的交点求取完成，则同层焊缝排布完成。

44、优选地，所述打底层焊接结束后，在进行填充层和盖面层的焊道排布时，从焊接数据库中获取与待焊坡口形状和坡口角度最接近的理论样件的各条焊缝的焊缝曲线方程，求取各条焊缝的焊缝曲线方程在所建立的待焊接坡口坐标系中与坡口直边、坡口斜边和/或相关焊缝曲线方程的交点确定填充层和盖面层中待焊接的各条焊缝的机器人焊接位置，完成焊道精确排布，具体还包括步骤：

45、当待焊坡口的焊接层数大于焊接数据库中与待焊坡口形状和坡口角度最接近的理论样件的焊接层数时，超出理论样件的焊接层数的其他各焊接层焊缝与的理论样件的焊接层中同类型的焊缝属于偏移关系，其中，若焊接数据库中最接近的理论样件的最上层的第i层焊缝曲线方程为yi＝f(x)，则第i+1层的同类型焊缝的方程表达为yi-b＝f(x-a),其中坐标a、b为两条焊缝起弧位置的分别沿x方向和y方向的偏移量，其中延y方向的偏移量b体现焊层厚度，沿x方向的偏移量由理论样件中两相邻的同类型焊缝之间的x偏移量确定。

46、本发明另一方面还提供了一种机器人多层多道焊接装置，包括：

47、打底层焊接修正模块，用于在焊接打底层时，根据所测的坡口实际尺寸，实时调整从焊接数据库中读取的焊接电流或焊接速度，修正实际坡口的焊接层形貌使其与焊接数据库中读取的理论坡口焊接层形貌相统一，其中，所述焊接数据库中的理论坡口无间隙和无钝边，所述坡口实际尺寸包括坡口间隙c和坡口钝边数值p、坡口角度α、坡口宽度w、板厚t；

48、焊道排布模块，用于打底层焊接结束后，在进行填充层和盖面层的焊道排布时，从焊接数据库中获取与待焊坡口形状和坡口角度最接近的理论样件的各条焊缝的焊缝曲线方程，求取各条焊缝的焊缝曲线方程在所建立的待焊接坡口坐标系中与坡口直边、坡口斜边和/或相关焊缝曲线方程的交点确定填充层和盖面层中待焊接的各条焊缝的机器人焊接位置，完成焊道精确排布。

49、本发明另一方面还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述机器人多层多道焊接方法的步骤。

50、本发明另一方面还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行所述机器人多层多道焊接方法的步骤。

51、本发明具有以下有益效果：

52、本发明提供了一种机器人多层多道焊接方法、装置、电子设备及存储介质，所述机器人多层多道焊接方法通过焊道排布，可以准确获取机器人焊接位置，同时考虑实际焊接中坡口间隙、坡口钝边等因素对坡口焊接的影响，实际机器人多层多道焊接时，通过单独调整打底层或者调整打底层和第一填充层将坡口间隙、坡口钝边等因素的影响去除，使实际坡口的机器人多层多道焊接满足理论焊道排布和焊接参数的要求，减少开发工作量和成本、消除焊接存在误差影响焊接质量，提升机器人多层多道焊接的作业效率和精度和在实际焊接应用中的实用性。

53、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

技术特征：

1.一种机器人多层多道焊接方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的机器人多层多道焊接方法，其特征在于，在焊接打底层之前，还包括步骤：

3.根据权利要求1所述的机器人多层多道焊接方法，其特征在于，所述在焊接打底层时，根据获取的坡口实际尺寸，实时调整从焊接数据库中读取的焊接电流或焊接速度，修正实际坡口的焊接层形貌使其与焊接数据库中读取的理论坡口焊接层形貌相统一，具体包括步骤：

4.根据权利要求3所述的机器人多层多道焊接方法，其特征在于，所述在焊接打底层时，根据获取的坡口实际尺寸，实时调整从焊接数据库中读取的焊接电流或焊接速度，修正实际坡口的焊接层形貌使其与焊接数据库中读取的理论坡口焊接层形貌相统一，具体还包括步骤：

5.根据权利要求3所述的机器人多层多道焊接方法，其特征在于，选择所述打底层实际焊接电流i1或打底层实际焊接速度v1作为焊接参数焊接打底层，修正实际坡口的焊接层形貌使其与焊接数据库中读取的理论坡口焊接层形貌相统一之后，还包括步骤：

6.根据权利要求1所述的机器人多层多道焊接方法，其特征在于，所述打底层焊接结束后，在进行填充层和盖面层的焊道排布时，从焊接数据库中获取与待焊坡口形状和坡口角度最接近的理论样件的各条焊缝的焊缝曲线方程，求取各条焊缝的焊缝曲线方程在所建立的待焊接坡口坐标系中与坡口直边、坡口斜边和/或相关焊缝曲线方程的交点确定填充层和盖面层中待焊接的各条焊缝的机器人焊接位置，完成焊道精确排布，具体包括步骤：

7.根据权利要求6所述的机器人多层多道焊接方法，其特征在于，所述打底层焊接结束后，在进行填充层和盖面层的焊道排布时，从焊接数据库中获取与待焊坡口形状和坡口角度最接近的理论样件的各条焊缝的焊缝曲线方程，求取各条焊缝的焊缝曲线方程在所建立的待焊接坡口坐标系中与坡口直边、坡口斜边和/或相关焊缝曲线方程的交点确定填充层和盖面层中待焊接的各条焊缝的机器人焊接位置，完成焊道精确排布，具体还包括步骤：

8.一种机器人多层多道焊接装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，

10.一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行如权利要求1至7中任一项所述机器人多层多道焊接方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种机器人多层多道焊接方法、装置、设备及存储介质，所述方法包括步骤：焊接打底层时，根据所测坡口实际尺寸，实时调整从焊接数据库中读取的焊接电流或焊接速度，修正实际坡口的焊接层形貌使其与焊接数据库中读取的理论坡口焊接层形貌相统一；打底层焊接结束后，在进行填充层和盖面层的焊道排布时，从焊接数据库中获取与待焊坡口形状和坡口角度最接近的理论样件的各条焊缝的焊缝曲线方程，求取各焊缝的焊缝曲线方程在所建立的待焊接坡口坐标系中与坡口直边、坡口斜边和/或相关焊缝曲线方程的交点确定填充层和盖面层中待焊接的各条焊缝的机器人焊接位置，完成焊道排布。本发明提升了机器人多层多道焊接的作业效率，保证了焊接质量。

技术研发人员：戴熙礼,蒲英钊,贾延春,李肖,李鹏,匡白潞,康俊贤
受保护的技术使用者：中国铁建重工集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5