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1、(10)申请公布号 CN 103111718 A (43)申请公布日 2013.05.22 CN 103111718 A *CN103111718A* (21)申请号 201310023692.7 (22)申请日 2013.01.22 B23K 9/02(2006.01) B23K 9/095(2006.01) B23K 9/28(2006.01) B23K 9/12(2006.01) (71)申请人 北京中电华强焊接工程技术有限公 司 地址 100076 北京市大兴区瀛海镇经二路 6 号焊接工业园 (72)发明人 崔江涛 黄享才 訾标 李海全 王忻涛 杨学兵 (74)专利代理机构 北京天悦专。
2、利代理事务所 ( 普通合伙 ) 11311 代理人 田明 任晓航 (54) 发明名称 一种用于集箱焊接的自动焊接系统 (57) 摘要 本发明涉及一种用于集箱焊接的自动焊接系 统， 包括设在集箱上方的操作机构、 设在操作机构 上的焊接机器人和设在焊接机器人上的焊枪， 还 包括与焊接机器人相连的上位控制装置和数据采 集装置， 上位控制装置中包含用于存储、 加工数据 并控制其他子模块的中央处理器、 用于产生焊接 轨迹计算结果的后台计算子模块、 用于产生焊接 轨迹仿真结果的模拟仿真子模块以及用于系统和 用户之间进行交互和信息交换的人机交互界面 ； 数据采集装置用于采集焊接机器人实际的运行状 态参数。本。
3、系统可较好地调整机器人所控制的焊 枪的位置及姿态， 还能够通过对焊缝的跟踪， 完成 自动排焊道和对焊口加工中出现的误差的补偿， 提高焊接质量。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103111718 A CN 103111718 A *CN103111718A* 1/2 页 2 1. 一种用于集箱焊接的自动焊接系统， 所述集箱包括待焊接的母管和接管， 所述自动 焊接系统包括设在集箱上方的操作机构、 设在操作机构上的焊接机器人和设在焊接。
4、机器人 上的焊枪， 其特征在于， 该系统还包括与焊接机器人相连的上位控制装置和数据采集装置， 上位控制装置中包含中央处理器、 后台计算子模块、 模拟仿真子模块和人机交互界面， 其 中 ： 中央处理器， 用于存储、 加工数据并控制上位控制装置中各子模块 ； 人机交互界面， 用于用户通过该人机交互界面输入工艺参数和已知变量、 调用后台计 算子模块或模拟仿真子模块， 并获取相应的结果 ； 后台计算子模块， 用于产生焊接轨迹计算结果 ； 模拟仿真子模块， 用于产生焊接轨迹仿真结果 ； 数据采集装置， 用于采集焊接机器人实际的运行状态参数。 2. 根据权利要求 1 所述的一种用于集箱焊接的自动焊接系统，。
5、 其特征在于， 焊接机器 人连接有控制柜， 上位控制装置和数据采集装置通过通讯电缆与焊接机器人的控制柜相 连。 3.根据权利要求1或2所述的一种用于集箱焊接的自动焊接系统， 其特征在于， 后台计 算子模块的实现方式包括以下步骤 ： （1） 调用参数或已知变量， 参数包括工件参数、 焊道截面参数、 装配间隙、 工艺参数、 焊 枪姿态角 ； 已知变量包括特征点位置角度 ； （2） 根据管件切割要求， 结合工件参数、 装配间隙和特征点位置角度， 计算得到母管和 接管的相贯线的表达式以及接管连接处切割形成的内壁边缘线和外壁边缘线的表达式 ； （3） 根据等截面坡口角度设计原则， 结合工件参数、 焊道截。
6、面参数和特征点位置角度， 计算特征点的坡口截面角度 ； （4） 在特征点的坡口截面角度求解的基础上， 根据多层多道焊接的焊道的排布方式和 焊道的计算方法， 计算得到特定坐标系下任意坡口截面的各层各道上特征点的位置坐标 ； （5） 在特定坐标系下， 依据各层各道上特征点的位置坐标， 按照由内而外、 由下而上的 顺序逐层逐道绘制焊接轨迹的曲线图。 4. 根据权利要求 3 所述的一种用于集箱焊接的自动焊接系统， 其特征在于， 多层多道焊接的焊道的排布方式为 ： 自下而上， 焊道层数递增 ； 每层焊道的道数按等 差数列递增 ； 多层多道焊接轨道的计算方法为 ： 将任意特征点处的整个焊道截面按三角形计算。
7、， 其 中第一层焊道截面按三角形计算， 后续各层最上一道焊道截面按不等边梯形、 自上而下其 他各道焊道截面按若干等边菱形计算， 由焊接工艺的相关工艺参数计算得到单个焊道的截 面积， 由此得到焊道总数， 而后按照等差数列求和的方式计算得到焊道层数， 并将每个菱形 或梯形的左下角点的位置坐标作为在特征点处施焊时焊枪末端所在的位置坐标。 5.根据权利要求1或4所述的一种用于集箱焊接的自动焊接系统， 其特征在于， 模拟仿 真子模块的实现仿真的方法包括以下步骤 ： ） 调用数据采集装置采集到的焊接机器人的运行状态参数 ； ） 根据机器人运行状态参数， 计算焊接轨道上特征点的实际位置坐标 ； ） 依据各层。
8、各道上特征点的实际位置坐标， 按照由内而外、 由下而上的顺序逐层逐道 权 利 要 求 书 CN 103111718 A 2 2/2 页 3 绘制实际的焊接轨迹 ； ） 输出焊接轨迹的仿真结果。 6.根据权利要求1或2所述的一种用于集箱焊接的自动焊接系统， 其特征在于， 操作机 构包括设在支柱上的横梁、 滑动设在横梁上的悬臂梁以及与滑动设在悬臂梁上的纵梁 ； 焊 接机器人连接在纵梁的朝下的一端， 焊接机器人上设有用于夹持焊枪的夹持器。 7. 根据权利要求 6 所述的一种用于集箱焊接的自动焊接系统， 其特征在于， 横梁上沿 其长度方向设有水平导轨， 悬臂梁的一端设在横梁的水平导轨中 ； 悬臂梁上设。
9、有竖直导轨， 纵梁设在悬臂梁的竖直导轨中。 8. 根据权利要求 6 所述的一种用于集箱焊接的自动焊接系统， 其特征在于， 操作机构 还包括连接在集箱的母管的一端的动力头， 动力头上设有可转动的卡盘， 卡盘上设有用于 卡扣母管端部的活动爪。 9. 根据权利要求 8 所述的一种用于集箱焊接的自动焊接系统， 其特征在于， 悬臂梁、 纵 梁以及动力头的卡盘分别连接有伺服电机， 悬臂梁、 纵梁和卡盘各自的伺服电机分别通过 通讯电缆与焊接机器人的控制柜相连。 10. 根据权利要求 1 或 9 所述的一种用于集箱焊接的自动焊接系统， 其特征在于， 母管 的下方设有用于支撑母管的升降滚轮架。 权 利 要 求 。
10、书 CN 103111718 A 3 1/7 页 4 一种用于集箱焊接的自动焊接系统 技术领域 0001 本发明属于集箱焊接技术领域， 具体涉及一种用于集箱焊接的自动焊接系统。 背景技术 0002 集箱 （又称联箱） 是在汽、 水系统中用于汇集或分配工质的圆筒形压力容器， 通常 包括构成集箱主体的母管以及焊接在母管上的接管。锅炉压力容器是一种常见的集箱， 锅 水由锅筒经下降管流入下面的箱体中， 由箱体分配给各管束， 这些管束中的水不断吸收热 能， 汇集到上面的箱体中再流回锅筒内。 0003 在大型管道和锅炉压力容器焊接中， 时常会遇到的管 - 管以及管与筒体或罐体 相交连接的情况， 此时在相交。
11、处会形成一道由空间曲线-相贯线 （又称马鞍形曲线） 构成的 焊口， 这道焊口由于构件壁厚体积大， 一次焊口既深又长， 通常需要打底盖面， 中间还需要 多层多道填充才能完成 ； 尤其是焊缝呈一空间曲线， 在焊接过程中焊枪须循空间轨迹行走 并要求分段不断调整姿态， 焊接难度非常大。一般工厂仍由手工焊完成， 制造周期长， 劳动 强度大， 生产效率低且焊接质量难以保证。 0004 若在焊接生产中采用机器人焊接技术， 则可以提高生产效率， 改善劳动条件稳定 和保证焊接质量， 实现相贯线焊缝的自动化焊接。 目前， 国外机器人中厚板焊接技术只限于 直缝和环缝的焊接， 对适用于中厚板马鞍形空间曲线焊接的机器人。
12、系统在国外尚处于研究 阶段。而国内机器人中厚板焊接技术目前尚处于空白阶段， 虽然国内开发了一些适用于中 厚板的自动化焊接设备， 但效率较低， 且存在诸如对中困难、 难以实现多层多道焊的自动排 焊道功能等问题。 发明内容 0005 针对现有技术中存在的缺陷， 本发明的目的是提供一种用于集箱焊接的自动焊接 系统， 采用该系统能够自动调整焊枪的位置和姿态， 并能够实现多层多道焊接。 0006 为达到以上目的， 本发明采用的技术方案是 ： 一种用于集箱焊接的自动焊接系统， 所述集箱包括待焊接的母管和接管， 所述自动焊接系统包括设在集箱上方的操作机构、 设 在操作机构上的焊接机器人和设在焊接机器人上的焊。
13、枪， 其特征在于， 该系统还包括与焊 接机器人相连的上位控制装置和数据采集装置， 上位控制装置中包含中央处理器、 后台计 算子模块、 模拟仿真子模块和人机交互界面， 其中 ： 0007 中央处理器， 用于存储、 加工数据并控制上位控制装置中各子模块 ； 0008 人机交互界面， 用于用户通过该人机交互界面输入工艺参数和已知变量、 调用后 台计算子模块或模拟仿真子模块， 并获取相应的结果 ； 0009 后台计算子模块， 用于产生焊接轨迹计算结果 ； 0010 模拟仿真子模块， 用于产生焊接轨迹仿真结果 ； 0011 数据采集装置， 用于采集焊接机器人实际的运行状态参数。 0012 进一步， 焊接。
14、机器人连接有控制柜， 上位控制装置和数据采集装置通过通讯电缆 说 明 书 CN 103111718 A 4 2/7 页 5 与焊接机器人的控制柜相连。 0013 进一步， 后台计算子模块的实现方式包括以下步骤 ： 0014 （1） 调用参数或已知变量， 参数包括工件参数、 焊道截面参数、 装配间隙、 工艺参 数、 焊枪姿态角 ； 已知变量包括特征点位置角度 ； 0015 （2） 根据管件切割要求， 结合工件参数、 装配间隙和特征点位置角度， 计算得到母 管和接管的相贯线的表达式以及接管连接处切割形成的内壁边缘线和外壁边缘线的表达 式 ； 0016 （3） 根据等截面坡口角度设计原则， 结合工件。
15、参数、 焊道截面参数和特征点位置角 度， 计算特征点的坡口截面角度 ； 0017 （4） 在特征点的坡口截面角度求解的基础上， 根据多层多道焊接的焊道的排布方 式和焊道的计算方法， 计算得到特定坐标系下任意坡口截面的各层各道上特征点的位置坐 标 ； 0018 （5） 在特定坐标系下， 依据各层各道上特征点的位置坐标， 按照由内而外、 由下而 上的顺序逐层逐道绘制焊接轨迹的曲线图。 0019 再进一步， 多层多道焊接的焊道的排布方式为 ： 自下而上， 焊道层数递增 ； 每层焊 道的道数按等差数列递增 ； 多层多道焊接轨道的计算方法为 ： 将任意特征点处的整个焊道 截面按三角形计算， 其中第一层焊。
16、道截面按三角形计算， 后续各层最上一道焊道截面按不 等边梯形、 自上而下其他各道焊道截面按若干等边菱形计算， 由焊接工艺的相关工艺参数 计算得到单个焊道的截面积， 由此得到焊道总数， 而后按照等差数列求和的方式计算得到 焊道层数， 并将每个菱形或梯形的左下角点的位置坐标作为在特征点处施焊时焊枪末端所 在的位置坐标。 0020 进一步， 模拟仿真子模块的实现仿真的方法包括以下步骤 ： 0021 ） 调用数据采集装置采集到的焊接机器人的运行状态参数 ； 0022 ） 根据机器人运行状态参数， 计算焊接轨道上特征点的实际位置坐标 ； 0023 ） 依据各层各道上特征点的实际位置坐标， 按照由内而外、。
17、 由下而上的顺序逐层 逐道绘制实际的焊接轨迹 ； 0024 ） 输出焊接轨迹的仿真结果。 0025 进一步， 操作机构包括设在支柱上的横梁、 滑动设在横梁上的悬臂梁以及与滑动 设在悬臂梁上的纵梁 ； 焊接机器人连接在纵梁的朝下的一端， 焊接机器人上设有用于夹持 焊枪的夹持器。 0026 再进一步， 横梁上沿其长度方向设有水平导轨， 悬臂梁的一端设在横梁的水平导 轨中 ； 悬臂梁上设有竖直导轨， 纵梁设在悬臂梁的竖直导轨中。 0027 进一步， 操作机构还包括连接在集箱的母管的一端的动力头， 动力头上设有可转 动的卡盘， 卡盘上设有用于卡扣母管端部的活动爪。 0028 进一步， 悬臂梁、 纵梁以。
18、及动力头的卡盘分别连接有伺服电机， 悬臂梁、 纵梁和卡 盘各自的伺服电机分别通过通讯电缆与焊接机器人的控制柜相连。 0029 进一步， 母管的下方设有用于支撑母管的升降滚轮架。 0030 本发明专门针对相贯线焊缝的工况， 提供了一种具有较高精度的便于机器人实现 空间焊接轨迹的自动焊接系统， 该系统包括操作机构和控制装置， 通过控制控制对操作机 说 明 书 CN 103111718 A 5 3/7 页 6 构中的运动部件进行精确地控制， 可较好地调整机器人所控制的焊枪的位置及姿态 ； 此外， 该系统能够通过对焊缝的跟踪， 完成自动排焊道和对焊口加工中出现的误差的补偿， 提高 了焊接质量。 附图说。
19、明 0031 图 1 是本发明所提供的一种用于集箱焊接的自动焊接系统的结构示意图， 图中略 去了上位控制装置和数据采集装置 ； 0032 图 2 显示了本发明提供的系统中上位控制装置与其子模块以及其他装置的结构 关系 ； 0033 图 3 示出了后台计算子模块的计算方法的流程图 ； 0034 图 4 示出了模拟仿真子模块的实现仿真方法的流程图。 具体实施方式 0035 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。 0036 如图 1 所示， 本发明所提供的一种用于集箱焊接的自动焊接系统， 包括设在集箱 上方的操作机构、 设在操作机构上的焊接机器人 4 和设在焊接机器人 4 上的焊枪 5 ；。
20、 如图 2 所示， 该系统还包括与焊接机器人 4 相连的上位控制装置 100 和数据采集装置 200， 上位控 制装置 100 中包含后台计算子模块 101 和模拟仿真子模块 102， 装置或模块的功能如下 ： 0037 中央处理器 （CPU） 104 用于存储、 加工数据并控制上位控制装置 100 中各子模块。 0038 人机交互界面103用于提供一人机交互界面103， 用户通过该人机交互界面103输 入工艺参数和已知变量、 调用后台计算子模块 101 或模拟仿真子模块 102， 并获取相应的结 果 ； 0039 后台计算子模块 101， 用于产生焊接轨迹计算结果 ； 0040 模拟仿真子模。
21、块 102， 用于根据数据采集装置 200 得到的实际的运行状态参数产 生焊接轨迹仿真结果 ； 0041 数据采集装置 200， 用于采集焊接机器人 4 实际的运行状态参数。 0042 通常， 上位控制装置 100 主要包括由数据线连接在一起的显示器、 机箱、 鼠标、 键 盘以及外接电源。显示器的屏幕可示出人机交互界面 103 的形式。 0043 本发明中， 焊接机器人 4 连接有控制柜， 上位控制装置 100 和数据采集装置 200 通 过通讯电缆与焊接机器人 4 的控制柜相连。焊接机器人 4 的控制柜能够接受上位控制装置 100 发出的指令， 并能根据指令控制操作机构执行相应的动作， 具体。
22、实现方式在下文中描 述。 0044 焊接机器人 4 的结构形状可以根据实际的焊接工况进行选择配置， 如焊接机器人 4 可以选用控制轴数为 6 轴的机器人， 有效负载为 20KG， 重复定位精度为 0.07mm， 最大工 作范围为 3812mm3557mm。 0045 操作机构用于承载焊接机器人 4 运行至适当的位置进行焊接操作， 主要包括设在 支柱11上的横梁1、 滑动设在横梁1上的悬臂梁2以及与滑动设在悬臂梁2上的纵梁3。 横 梁 1 的长度方向设置有水平导轨， 悬臂梁 2 的一端安装在横梁 1 的水平导轨中， 从而可以使 悬臂梁 2 沿横梁 1 的水平导轨作水平的往复运动 ； 同样地， 悬。
23、臂梁 2 上设有竖直导轨， 纵梁 说 明 书 CN 103111718 A 6 4/7 页 7 3 安装在悬臂梁 1 的竖直导轨中， 从而可以使纵梁 3 在悬臂梁 2 的竖直导轨中作上、 下的往 复运动。 0046 操作机构中的横梁 1、 悬臂梁 2、 纵梁 3 整体将形成 （X、 Y、 Z） 的直角坐标运动方式， X 轴行程 8000mm， Y 轴行程 1500mm， Z 轴行程 1500mm， X 轴运动速度 0-12000mm/min， Y 轴运 动速度 0-6000mm/min， Z 轴运动速度 0-6000mm/min。 0047 焊接机器人 4 倒装在操作机构中纵梁 3 的朝下的一。
24、端， 随纵梁 3 一起运动。焊接 机器人 4 上设有夹持器， 焊枪 5 安装在焊接机器人 4 的夹持器上。本发明将传统的机器人 倒挂在操作机构的纵梁 3 之上， 使机器人在空间上整体位于集箱的母管 6 和接管 7 的相贯 线的焊口之上， 这样更便于焊枪 5 围绕接管 7 作圆周运动。 0048 此外， 操作机构还包括连接在集箱的母管 6 的一端的动力头 8， 动力头 8 用于夹持 母管 6 且使其可以旋转， 母管 6 在动力头 8 的作用下转动时， 可以使得焊口位置始终处于母 管 6 的最高点， 使熔池保持水平状态。 0049 为实现母管 6 的旋转运动， 动力头 8 上设有可转动的卡盘 9，。
25、 卡盘 9 上设有用于卡 扣母管 6 端部的活动爪。卡盘 9 的中心高、 卡紧范围和卡紧力都是可调的。这样的卡盘具 有较大的转矩， 可实现带一定偏载工件的均匀转动。 0050 为便于调整母管 6 的高度， 母管 6 的下方设有升降滚轮架 10， 用于支撑母 管 6 并调节其中心高度。优选使用主从一体的升降滚轮架， 额定承重 30t， 直径范围为 190-1100mm， 升降范围为 300mm。这种升降滚轮架的结构比普通滚轮架精度高， 母管 6 放 在升降滚轮架 10 上可通过电动转动升降机调节高度， 实现不同管径精准定心。多个升降滚 轮架 10 的升降控制可以选择联动和单动。升降滚轮架 10 。
26、可以分成细管滚架和粗管滚架两 级， 可适应更大的工件管径范围。 0051 此外， 悬臂梁 2、 纵梁 3 以及动力头 8 的卡盘 9 分别连接有伺服电机， 悬臂梁 2、 纵 梁 3 和卡盘 9 各自的伺服电机分别通过通讯电缆与焊接机器人 4 的控制柜相连。采用这种 方式， 焊接机器人 4 可以控制悬臂梁 2、 纵梁 3 和卡盘 9 的运动， 实现联动。 0052 操作机构上除了伺服电机， 还装配有减速机、 联轴器和接触球轴承等， 均选用精密 型号， 组焊件严格控制焊接变形量， 装配件严格控制装配精度。 0053 以下以具体的实施例详细说明本发明所提供的一种用于集箱焊接的自动焊接系 统的实施方法。
27、。 0054 在应用该本系统实施焊接操作之前， 应预先做好以下工作 ： 0055 第一步 ： 准备工作。 0056 获取工件参数 ： 包括母管 6 和接管 7 各自的外径、 厚度。 0057 坡口加工 ： 根据坡口角度设计原则， 结合预先设定的焊道截面参数和装配间隙， 确 定接管 7 和母管 6 相贯线不同位置处的坡口角度 , 然后对接管 7 的接头进行加工。 0058 打底焊 ： 通常焊接时要在接管 7 内设置用于打底焊接的衬管， 故在实施焊接之前， 应通过点焊的方式将衬管焊接在母管 6 上， 再将接管 7 套装在衬管上， 并除去多余的衬垫。 0059 第二步 ： 连接系统。 0060 在采。
28、用本发明的系统施焊之前， 可以先将连接有接管 7 的母管 6 放置在升降滚轮 架 10 上， 并将本系统中的操作机构、 动力头 8 中的相关部件与焊接机器人 4 的控制柜进行 连接， 将焊接机器人 4 的控制柜和上位控制装置 100 相连。 说 明 书 CN 103111718 A 7 5/7 页 8 0061 第三步 ： 运行系统。 0062 如图 2 所示， 系统运行前期， 用户通过上位控制装置 100 提供的人机交互界面 103 输入参数和已知变量。 0063 然后， 用户通过人机交互界面 103 调用后台计算子模块 101， 生成多层多道焊接轨 迹的特征点的位置坐标、 层数等， 并按照。
29、一定的格式输出焊接轨迹的计算结果， 同时将焊接 轨迹的计算结果传送至焊接机器人 4 的控制柜。 0064 最后， 焊接机器人 4 将按照计算出的焊接轨迹、 层数， 结合焊接规范参数和焊枪姿 态角进行施焊， 并在焊接第一层焊缝 （与母管和接管的相贯线重合） 时由电弧跟踪装置进行 轨迹修正， 以消除理论计算值与实际值的偏差。 0065 通常， 焊枪姿态角的采用下述方法确定 ： 每层焊道上最上一道焊道的焊枪角度为 坡口角度的二分之一， 自上而下第二道焊道的焊枪角度为 （50-） 度， 是依据经验值设 定的常量 （如 可设为 10 度） ， 其余各道焊道的焊枪角度为 50 度， 最终得到焊枪末端的位 。
30、姿数据。 0066 焊接过程中， 焊接机器人 4 可以通过其控制柜控制操作机构的运动部件 （如悬臂 梁 2、 纵梁 3 以及动力头 8 的卡盘 9） ， 使操作机构的运动部件产生与其相配合的运动， 从而 使焊枪 5 围绕接管 7 作圆周运动。 0067 另外， 通过上位控制装置 100 可以将建模数据 （即焊接轨迹的计算结果） 传送至模 拟仿真子模块 102， 用于仿真对比。 0068 以下具体说明第三步的系统运行过程中后台计算子模块 101 和模拟仿真子模块 102 的实现方法。 0069 如图3所示， 为得到上述多层多道焊接轨迹的计算结果， 后台计算子模块101需要 完成以下操作或运算步骤。
31、 ： 0070 （1） 调用基本工艺参数和已知变量。 0071 基本工艺参数包括工件参数、 焊道截面参数、 装配间隙、 焊接工艺参数和焊枪姿态 角等。 0072 已知变量， 主要包括特征点位置角度。管件焊接操作通常根据管件的对称性和加 工需要， 设定管件圆周的等分度， 将焊道分成多个特征点， 如以 10 度间隔确定特征点位置 角度分布 360 度圆周， 由此确定特征点位置角度。 0073 （2） 根据现有技术常用的马鞍形曲线数学模型， 结合工件参数、 焊道截面参数、 装 配间隙以及特征点位置角度， 利用公知的数学方法 （如开平方根、 三角函数、 三角代换） 以及 空间、 平面解析几何理论， 计。
32、算得到母管 6 和接管 7 的相贯线以及接管 7 连接处切割形成的 内壁边缘线和外壁边缘线的表达式。这些曲线不仅是管件切割的依据， 也是其他各层各道 焊道的定位基准。 0074 （3） 根据等截面坡口角度设计原则， 利用公知的数学方法以及空间、 平面解析几何 理论， 可以计算出特征点的坡口截面角度。 0075 （4） 根据焊道排布方法和多层多道焊接轨道的计算方法， 计算得到焊接轨道上特 征点处的坐标值。 0076 后台计算子模块 101 中设定了具体的焊道排布方法及多层多道焊道的计算方法。 后台计算子模块 101 主要根据焊道排布方法和焊道计算方法， 计算得到各层各道焊道截面 说 明 书 CN。
33、 103111718 A 8 6/7 页 9 上特征点的坐标。 0077 本发明中， 多层多道焊接的焊道的排布方法为 ： 自下而上， 焊道层数递增 ； 每层焊 道的道数按等差数列递增。具体为 ： 第一层焊道是母管 6 与接管 7 的实际相贯线， 该相贯线 与母管 6 连接处的切割而成的马鞍形曲线重合， 因而可作为第一层焊道的实际初始位置 ； 第一层焊道之上的其他各层焊道的第一道焊道紧密地围绕接管 7 的圆周行走， 第二道焊道 在本层第一道焊道的基础上作偏移， 后续各道焊道依次作偏移， 形成每层的自上而下的多 道焊道。 0078 多层多道焊接轨道的计算方法为 ： 将任意特征点处的整个焊道截面按三。
34、角形计 算， 其中第一层焊道截面按三角形计算， 后续各层最上一道焊道截面按不等边梯形、 自上而 下其他各道焊道截面按若干等边菱形计算， 由焊接工艺的相关工艺参数计算得到单个焊道 的截面积， 由此得到焊道总数， 而后按照等差数列求和的方式计算得到焊道层数， 并将每个 菱形或梯形的左下角点的位置坐标作为在特征点处施焊时焊枪末端所在的位置坐标。 0079 由上述焊道排布方法和焊道的计算方法可知， 针对每个位置的坡口截面， 要求各 层各道焊道的总截面积相等 ； 针对每一层， 要求每道焊道的截面积相等 ； 另外， 每一层焊道 中除在接管 7 上的一道外， 其余各道截面均为等底等高的菱形。 0080 此外。
35、， 任意坡口截面以接管 7 的轴线为旋转中心， 并截取母管 6 外轮廓为椭圆。每 个截面中， 坐标系的原点与第一层焊道的特征点重合 （也与母管 6 和接管 7 的相贯线重合） ， 焊接机器人 4 将调用坐标系中的各层各道上特征点的坐标进行运动。 0081 以下具体说明通过后台计算子模块 101 计算得到各层各道焊道截面上特征点的 坐标的实现方式 ： 0082 1） 调用相关参数 ： 包括焊丝直径 ds、 送丝速度 Us、 焊接速度 Uh ； 0083 2） 调用中间变量 ： 坐标系的原点到每一层焊缝截面的层边的三角形的高 h1 ； 每一 层的截面的层边与前一层截面的层边距离 h2 ； 0084。
36、 3） 调用焊道计算方法， 利用相关已知的数学方法， 计算各层各道焊道截面上特征 点的坐标 ； 0085 4） 输出结果， 包括单道焊道截面积、 总焊道层数、 总焊道数以及各层各道截面上菱 形或梯形的左下角点在上述坐标系中的坐标， 这些坐标即为各层各道焊道的特征点在上述 坐标系中的坐标。 0086 （5） 依据各层各道焊道上特征点的坐标， 利用现有的三维绘图函数 （关于马鞍线曲 线） ， 按照由内而外、 由下而上的顺序逐层逐道绘制焊接轨迹的曲线图。 0087 如图 4 所示， 模拟仿真子模块 102 的实现仿真的方法包括以下步骤 ： 0088 ） 调用数据采集装置 200 所采集到的焊接机器人。
37、 4 的运行状态参数 ； 0089 ） 根据焊接机器人 4 的运行状态参数， 采用本领域技术人员常用的数据转换方 法， 计算得到焊接轨道上特征点的实际位置坐标 ； 0090 ） 依据各层各道上特征点的实际位置坐标， 利用现有的三维绘图函数 （关于马鞍 线曲线） ， 按照由内而外、 由下而上的顺序逐层逐道绘制实际的焊接轨迹 ； 0091 ） 输出焊接轨迹的仿真结果。 0092 本系统通过对焊缝的跟踪， 获取焊接轨迹的仿真结果， 从而可在施焊的同时完成 自动排焊道和对焊口加工中出现的误差的补偿， 提高了焊接质量。 说 明 书 CN 103111718 A 9 7/7 页 10 0093 上述实施例只是对本发明的举例说明， 本发明也可以以其它的特定方式或其它的 特定形式实施， 而不偏离本发明的要旨或本质特征。 因此， 描述的实施方式从任何方面来看 均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明， 任何与权利要求 的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。 说 明 书 CN 103111718 A 10 1/3 页 11 图 1 说 明 书 附 图 CN 103111718 A 11 2/3 页 12 图 2 说 明 书 附 图 CN 103111718 A 12 3/3 页 13 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103111718 A 13 。