[发明专利]一种用于“J”型坡口焊接机器人的在线示教方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人焊接领域，特别涉及一种用于“J”型坡口焊接机器人的在线示教方法。

背景技术

图1为某压力容器的结构示意图，该压力容器封头由半球封头与多个圆管相贯构成。压力容器封头与圆管连接的焊缝是在压力容器封头内部，其轨迹是空间曲线，其坡口形状为J型。为保证焊接质量，提高焊接的劳动效率，需采用机器人对其进行焊接。

对于压力容器球管相贯J型坡口焊缝而言，通用机器人示教编程方式主要存在以下几个方面的不足及缺失：

①通用焊接机器人对于复杂的焊缝只能采用示教方式或离线编程的方式进行焊缝轨迹规划。就其示教方式而言，随着路径复杂程度的提高，示教点的数量也相应增加，示教的工作量也必然增加；而其离线编程更倾向于满足点与点之间的轨迹规划，并没有较好考虑整个焊缝轨迹的整体规划，并且该方法对于操作工人的职业素质提出了较高的要求。

②在实际工程中，机器人一般不会轻易搬移，频繁搬移机器人将会导致机器人基座坐标系与工件坐标系产生误差，降低了机器人的工作精度。对于压力容器球管相贯J型坡口焊缝的机器人焊接，由于受焊接工件的限制，而需采用悬挂式专用机器人，这必然会遇到如何解决机器人基坐标系与工件坐标系快速定位的问题。而若使用通用焊接机器人的话，则很难解决该问题。

③使用通用机器人进行焊缝轨迹规划时，由于工人操作熟练程度的差异以及人工视觉的误差，必然导致焊缝成型质量的一致性无法得到保证。

这样，降低各种人为的影响因素，在保证焊接质量的前提下，提高在线示教的效率，是压力容器球管相贯J型坡口焊缝机器人焊接必须解决的问题。

现有技术中涉及到采用多层多道的焊接方式来填充“J”型坡口，在记录及表达焊缝形状特征时，必然涉及到如何存储焊缝形状的问题；同时受到工件加工、变形以及机器人结构的限制，必然出现理论计算焊缝的形状与实际坡口形状存在误差的问题；同样在机器人示教过程中会出现工人视觉的误差。如果操作过程过于繁琐，则会导致操作人员反感甚至不按照既定工艺要求来完成工作。种种误差及缺失归结到一起，最终一定会导致焊枪末端与工件表面的距离存在的不同程度的误差，而这种误差对于焊接过程来说是致命的。

发明内容

本发明提供了一种用于“J”型坡口焊接机器人的在线示教方法，本发明降低了工人示教轨迹的劳动强度，提高了轨迹示教的效率，降低了示教人为因素的影响，保证了焊缝质量一致性，详见下文描述：

一种用于“J”型坡口焊接机器人的在线示教方法，所述方法包括以下步骤：

(1)选取N个J型坡口轨迹特征数据点，对所述特征数据点进行B样条插值，获取焊枪沿理论轨迹的行走路径并设定区间；

(2)将激光测距仪扭转至垂直圆管轴线方向，J型坡口焊接机器人沿所述理论轨迹运动，所述激光测距仪采集焊枪末端和圆管表面之间的距离并发送至微处理器；

(3)所述微处理器对所述焊枪末端和圆管表面之间的距离进行处理，在所述设定区间内根据实际焊缝形状与相贯线参数方程获取实际焊缝形状和理论焊缝形状之间周向偏差；

(4)所述微处理器判断所述周向偏差是否在第一预设范围内，如果是，执行步骤(6)；如果否，执行步骤(5)；

(5)所述微处理器对所述周向偏差进行纠偏，获取第一实际焊缝形状轨迹；

(6)所述J型坡口焊接机器人回到起点，将所述激光测距仪扭转至圆管轴线方向，所述J型坡口焊接机器人沿所述理论轨迹的行走路径或所述第一实际焊缝形状轨迹运动，所述激光测距仪采集焊枪末端和J型坡口之间的距离并进行处理，在所述设定区间内根据实际焊缝形状与相贯线参数方程获取实际焊缝形状和理论焊缝形状之间轴向偏差；

(7)所述微处理器判断所述轴向偏差是否在第二预设范围内，如果是，执行步骤(9)；如果否，执行步骤(8)；

(8)所述微处理器对所述轴向偏差进行纠偏，获取第二实际焊缝形状轨迹或第三实际焊缝形状轨迹；

(9)所述J型坡口焊接机器人再次回到起点，关闭所述激光测距仪，开始焊接，流程结束。

所述选取N个J型坡口轨迹特征数据点，对所述特征数据点进行B样条插值，获取焊枪沿理论轨迹的行走路径并设定区间具体为：

通过圆管半径r、球面曲率R和圆管与球面偏心距e建立相贯线参数方程；

通过所述相贯线参数方程，选取不同θ下的所述N个J型坡口轨迹特征数据点，其中θ表示相贯线上某点与原点o′连线在x′o′y′平面内的投影与x′轴的夹角，x′、y′和z′表示相贯线坐标；