一种基于焊接偏差变化特征识别90°折线角焊缝交叉点的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于焊接偏差变化特征识别90°折线角焊缝交叉点的方法，所述方法包括，焊枪偏离焊缝焊接偏差的识别方法、利用模式识别实现交叉点识别的方法和交叉点识别精度的检测方法；为了减小焊接熔池对焊接偏差识别的影响，以电弧转动前半圈对应的焊接电流为处理对象，提高焊接偏差识别的准确度和可靠性；当未识别出交叉点时，如果当前识别出的焊接偏差小于‑1，或者当前识别出的焊接偏差小于0且比前一次识别出的焊接偏差小0.5，利用发明专利技术的模式识别方法可实现交叉点的识别；本发明专利技术基于焊接偏差变化特征识别90°折线角焊缝交叉点的方法，可实现交叉点的实时检测及识别，有利于实现90°折线角焊缝的机器跟踪焊接，提高了焊接质量和效率。

A Method of Identifying 90 Degree Crossing Point of Folded Angle Weld Based on Variation Characteristic of Welding Deviation

The present invention provides a method for identifying 90 degree fillet weld intersection based on the variation characteristics of welding deviation. The method includes the identification method of torch deviation from weld deviation, the method of realizing cross point identification by pattern recognition and the detection method of cross point identification accuracy; in order to reduce the influence of welding pool on the identification of welding deviation, the method corresponds to the first half circle of arc rotation. Welding current is the object of processing to improve the accuracy and reliability of welding deviation identification; if the current identified welding deviation is less than 1, or the current identified welding deviation is less than 0 and less than 0.5 than the previous identified welding deviation, the cross point identification can be realized by using the pattern recognition method invented; the invention is based on the variation of welding deviation. The method of feature recognition of 90 degree folded fillet weld intersection can realize real-time detection and recognition of intersection point, which is beneficial to machine tracking welding of 90 degree folded fillet weld and improves welding quality and efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种基于焊接偏差变化特征识别90°折线角焊缝交叉点的方法
本专利技术涉及机器人
，具体为一种基于焊接偏差变化特征识别90°折线角焊缝交叉点的方法。
技术介绍
焊接是金属连接最有效的方式之一，广泛存在于各种行业中，例如：造船业、容器制造业、钢结构厂房制造业和起重机制造行业等。目前，简单的直线焊缝通过使用自动焊接小车，已经基本实现了机器焊接，但90°折线角焊缝需要人工焊接完成，这些焊缝比较复杂，工作空间狭小，机械手臂也不能实现狭小空间内90°折线角焊缝的自动焊接。针对目前存在的此工程问题，需要研究出一种90°折线角焊缝跟踪焊接的方法，要实现90°折线角焊缝的跟踪焊接，需要实现90°折线角焊缝交叉点的机器识别，其为实现90°折线角焊缝跟踪焊接的关键技术，因此，专利技术出一种90°折线角焊缝交叉点的识别方法，对于实现工厂中90°折线角焊缝的机器自主焊接，具有重大意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术不足，提供一种基于焊接偏差变化特征识别90°折线角焊缝交叉点的方法，为实现焊接业中90°折线角焊缝的机器自动焊接奠定基础，有助于提高焊接自动化的水平，提高生产质量和效率。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于焊接偏差变化特征识别90°折线角焊缝交叉点的方法，所述方法包括，焊枪偏离焊缝焊接偏差的识别方法、利用模式识别实现基于焊接偏差变化特征识别交叉点的方法和交叉点识别精度的检测方法；所述焊枪偏离焊缝焊接偏差的识别方法为：基于焊接熔池对电弧长度存在影响，并且，沿着焊接方向，熔池对电弧转动前半圈对应电弧长度的影响小于熔池对电弧转动后半圈对应电弧长度的影响；以电弧转动前半圈对应的焊接电流为处理对象，以采样点的序号i为横坐标，采样电流Ii为纵坐标，利用最小二乘法对采样点(i，Ii)进行直线拟合，以拟合直线斜率的大小表示焊枪偏离焊缝的大小，识别出焊枪偏离焊缝的焊接偏差；当拟合直线斜率为正时，沿着焊接方向，焊枪向上偏离焊缝；当拟合直线斜率为负时，沿着焊接方向，焊枪向右偏离焊缝。进一步得，所述利用模式识别实现基于焊接偏差变化特征识别交叉点的方法如下：式中，Gn表示当前焊接点的位置；G1表示当前焊接点位于90°折线角焊缝的第一段直线焊缝上；G2表示当前焊接点为90°折线角焊缝的交叉点；G3表示当前焊接点位于90°折线角焊缝的第二段直线焊缝上；en为当前焊枪偏离焊缝的焊接偏差，|en|为其绝对值；en-1为前一次识别出的焊枪偏离焊缝的焊接偏差；flag为交叉点标志，当flag的值为0时，表示未识别出90°折线角焊缝的交叉点，当flag的值为1时，表示已经识别出了90°折线角焊缝的交叉点。进一步得，所述交叉点识别精度的检测方法为：通过分析焊接90°折线角焊缝过程中焊接偏差的变化特征，专利技术了基于焊接偏差变化特征识别出交叉点时的识别精度δ2，交叉点识别精度δ2满足下式：式中，δ2为基于焊接偏差变化特征识别出交叉点时的识别精度，r为电弧旋转半径，α为焊枪在竖直面内的倾角。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过本专利技术所述一种基于焊接偏差变化特征识别90°折线角焊缝交叉点的方法，可实现交叉点的实时检测及识别，检测成本低、实时性好、准确度高，有利于实现90°折线角焊缝的机器跟踪焊接，能降低工人的劳动强度，减少人工成本，提高焊接质量和效率，能产生经济效益。附图说明图1为本专利技术焊枪位姿的数学模型图；图2为本专利技术焊接90°折线角焊缝时焊枪相对于焊缝姿态的变化过程图；图3为本专利技术基于焊接偏差变化特征识别90°折线焊缝交叉点的原理图；图3(a)为焊接至交叉点M之前的情景图；图3(b)为焊接至交叉点M时的情景图；图3(c)为识别出交叉点M时的情景图；图3(d)为识别出交叉点M之后的情景图；图4为本专利技术识别90°折线角焊缝交叉点过程中焊接偏差变化曲线图。图中：1.角焊缝，2.干伸长，3.导电嘴，4.焊枪，5.旋转电弧传感焊枪在水平面内的投影，6.水平滑块，7.焊枪转动的中心点，8.90°折线角焊缝的交叉点，9.识别出的交叉点位置，10.竖直钢板，11.水平钢板。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。本专利技术所述一种基于焊接偏差变化特征识别90°折线角焊缝交叉点(8)的方法，详细叙述实施方式如下：图1为建立的焊枪(4)相对于焊缝位姿的数学模型，AB为直线焊缝，焊接速度为v，以焊缝上的当前焊接点为坐标原点O，沿着焊接速度的反方向为x轴正方向，竖直向上为z轴的正方向，根据右手定则建立y轴，电弧与钢板交于点D，导电嘴(3)端点F在水平面内的投影为点F′，点D至x轴的距离为焊枪(4)相对于焊缝的焊接偏差e；导电嘴(3)端点F至水平钢板(11)的距离为h，表示焊枪(4)的高度；电弧与z轴的夹角α为焊枪(4)在竖直面内的倾角；电弧在水平钢板(11)上的投影与x轴的夹角β为焊枪(4)沿着焊接方向的倾角；焊枪(4)绕其轴线转动的角度γ为焊枪(4)自转的角度。因此，焊枪(4)相对于焊缝位姿的数学模型可表示为F＝(e,h,α,β,γ)。图2为焊接90°折线角焊缝(1)时焊枪(4)相对于焊缝姿态的变化过程，机器人焊接90°折线角焊缝HMT(1)时，将其分解成焊接线性焊缝HJ、直角焊缝JMR和线性焊缝RT，焊枪(4)从位置1平动至位置2，当焊接至J点时，此时超声波传感器测量到机器人转动中心点P(7)至焊缝MT的距离等于转动半径，此时，焊枪(4)绕转动中心点P(7)转动，同时，水平滑块(6)伸出，使焊接速度为v，沿着线性焊缝HM焊接，当焊接至90°折线角焊缝的交叉点(8)时，由于机器人并不知道当前焊接点M为交叉点(8)，因此，通过路径规划，虚拟焊接点继续以焊接速度v从点M运动至点L，焊枪(4)从位置4运动至位置5，使焊枪(4)相对于焊缝的焊接偏差、干伸长(2)、焊枪(4)沿着焊接方向的倾角等表征焊枪(4)相对于焊缝位姿的信号发生突变，根据信号存在突变的特征，识别出90°折线角焊缝的交叉点(8)，使机器人各关节协调运动，使焊枪(4)相对于焊缝的焊接偏差和干伸长(2)迅速回到设定范围内，并使焊接点沿着90°折线角焊缝(1)的第二段线性焊缝NT方向焊接，使焊接速度的大小为v。当焊接至点R时，完成了直角焊缝JMR的焊接，焊枪(4)平动运动，焊接完线性焊缝RT。因此，机器人焊接90°折线角焊缝(1)的整个过程，焊枪(4)依次从位置1运动至位置2、位置3、位置4、位置5、位置6、位置7和位置8，最终实现了交叉点(8)的机器识别及90°折线角焊缝(1)的跟踪焊接。图3为基于焊接偏差变化特征识别90°折线角焊缝的交叉点(8)，图3(a)为焊接至交叉点M(8)之前的情景，此时，机器人正在焊接90°折线角焊缝(1)的第一段直线焊缝HM。直流电机带动电弧匀速转动，转动半径为r，转动角速度为w，焊枪(4)依次从位置1转动至位置2、位置3、位置4和位置1，旋转电弧传感器连续等时间间隔采集64个焊接电流。如图3(a)所示，当电弧从点L转动至点K时，电弧长度变长，焊接电流变小；当电弧从点K转动至点J时，电弧长度变短，焊接电流变大；同理，电弧从点J转动至点I时，电弧长度变长，焊接电流变小；电弧从点I转动至点L时，电弧长度变短，使焊接电流变大。由于焊接熔池对电弧长度存在影本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于焊接偏差变化特征识别90°折线角焊缝交叉点的方法，其特征在于：所述方法包括，焊枪偏离焊缝焊接偏差的识别方法、利用模式识别实现基于焊接偏差变化特征识别交叉点的方法和交叉点识别精度的检测方法；所述焊枪偏离焊缝焊接偏差的识别方法为：基于焊接熔池对电弧长度存在影响，并且，沿着焊接方向，熔池对电弧转动前半圈对应电弧长度的影响小于熔池对电弧转动后半圈对应电弧长度的影响；以电弧转动前半圈对应的焊接电流为处理对象，以采样点的序号i为横坐标，采样电流Ii为纵坐标，利用最小二乘法对采样点(i，Ii)进行直线拟合，以拟合直线斜率的大小表示焊枪偏离焊缝的大小，识别出焊枪偏离焊缝的焊接偏差；当拟合直线斜率为正时，沿着焊接方向，焊枪向上偏离焊缝；当拟合直线斜率为负时，沿着焊接方向，焊枪向右偏离焊缝。

【技术特征摘要】
1.一种基于焊接偏差变化特征识别90°折线角焊缝交叉点的方法，其特征在于：所述方法包括，焊枪偏离焊缝焊接偏差的识别方法、利用模式识别实现基于焊接偏差变化特征识别交叉点的方法和交叉点识别精度的检测方法；所述焊枪偏离焊缝焊接偏差的识别方法为：基于焊接熔池对电弧长度存在影响，并且，沿着焊接方向，熔池对电弧转动前半圈对应电弧长度的影响小于熔池对电弧转动后半圈对应电弧长度的影响；以电弧转动前半圈对应的焊接电流为处理对象，以采样点的序号i为横坐标，采样电流Ii为纵坐标，利用最小二乘法对采样点(i，Ii)进行直线拟合，以拟合直线斜率的大小表示焊枪偏离焊缝的大小，识别出焊枪偏离焊缝的焊接偏差；当拟合直线斜率为正时，沿着焊接方向，焊枪向上偏离焊缝；当拟合直线斜率为负时，沿着焊接方向，焊枪向右偏离焊缝。2.根据权利要求1所述的一种基于焊接偏差变化特征识别90°折线角焊缝交叉点的方法，其特征在于：所述利用模式识别实现基于焊接偏差变化特征识...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐健，郜星原，李英赫，徐星，张华，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西,36