一种基于干伸长变化特征识别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干伸长变化特征识别90°折线角焊缝交叉点的方法，包括干伸长的计算方法、模式识别的方法及交叉点识别精度的检测方法；分别求到焊接90°折线角焊缝第一段直线焊缝、交叉点和第二段直线焊缝时，干伸长的计算方法；焊接至90°折线角焊缝的交叉点时，焊枪绕转动中心转过的角度越大，实际的干伸长则越短，使采样到的焊接电流越大，根据焊接至90°折线角焊缝交叉点时干伸长的这一特征，利用模式识别的方法识别出90°折线角焊缝的交叉点；本发明专利技术基于干伸长变化特征识别90°折线角焊缝交叉点的方法，有助于90°折线角焊缝机器自动焊接的实现，可提高船舱内90°折线角焊缝跟踪焊接的质量和效率，能产生重大的经济效益和社会效益。

A Method of Identifying 90 Degree Crossing Point of Folded Angle Weld Based on Dry Elongation Change Characteristic

The invention provides a method for identifying the intersection point of 90 degree folded fillet weld based on the change characteristics of dry elongation, including the calculation method of dry elongation, the method of pattern recognition and the detection method of the identification accuracy of intersection point; calculating the dry elongation of the first straight line weld, the intersection point and the second straight line weld of 90 degree folded fillet weld, respectively; and welding the 90 degree folded fillet weld. At the intersection point, the bigger the angle of torch turning around the rotating center, the shorter the actual dry elongation, and the larger the welding current sampled. According to the characteristic of dry elongation at the intersection point of 90 degree polygonal fillet weld, the intersection point of 90 degree polygonal fillet weld can be identified by pattern recognition method. The method identifies the intersection point of 90 degree polygonal fillet weld based on the change characteristic of dry elongation. The method is helpful to realize automatic welding of 90 degree folded fillet weld. It can improve the quality and efficiency of tracking welding of 90 degree folded fillet weld in ship cabin, and can produce significant economic and social benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种基于干伸长变化特征识别90°折线角焊缝交叉点的方法
本专利技术涉及机器人
，具体为一种基于干伸长变化特征识别90°折线角焊缝交叉点的方法。
技术介绍
造船的过程中，需要在船舱内焊接大量的90°折线角焊缝，由于焊缝姿态存在突变，焊缝形式复杂，焊接空间狭小，而自动焊接小车和固定式机械手臂的应用范围比较局限，目前，90°折线角焊缝仍然依靠人工焊接完成，使焊接成本很高，焊接的质量和效率不高，因此，研究90°折线角焊缝的机器焊接能产生重大的经济利益，而90°折线角焊缝交叉点的机器识别为90°折线角焊缝自动焊接的一项关键技术，研究90°折线角焊缝交叉点的机器识别，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，提供一种基于干伸长变化特征识别90°折线角焊缝交叉点的方法，为实现90°折线角焊缝的机器焊接奠定基础，最终提高造船业焊接的自动化水平，提高造船质量。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于干伸长变化特征识别90°折线角焊缝交叉点的方法，所述方法包括，干伸长的计算方法、模式识别的方法及交叉点识别精度的检测方法；所述干伸长的计算方法为：利用焊接90°折线角焊缝过程中干伸长变化的特征，设计了能分别求到焊接90°折线角焊缝第一段直线焊缝、交叉点和第二段直线焊缝时，干伸长|DF|的计算公式；所述模式识别的方法为：焊接至90°折线角焊缝的交叉点时，焊枪绕转动中心转过的角度Δθ越大，实际的干伸长则越短，使采样到的焊接电流越大，根据焊接至90°折线角焊缝交叉点时干伸长的这一特征，利用模式识别的方法识别出90°折线角焊缝的交叉点；所述交叉点识别精度的检测方法为：当电弧长度小于干伸长阈值δ时，焊接电流很大，此时焊接电流比正常焊接时焊接电流大很多，焊接电流存在阶跃变化，信号存在突变，可以识别出90°折线角焊缝的交叉点，实际90°折线角焊缝的交叉点至识别出交叉点的位置的长度为|LN|，|LN|为交叉点识别的精度。进一步得，所述干伸长|DF|的计算公式为：式中，|DF|为焊接过程中实际的干伸长；l为理论电弧长度在水平面内投影的长度；α为焊枪在竖直面内的倾角；|NF5|为实际的干伸长在水平面内投影的长度；v为理论焊接速度；t为从焊接至90°折线角焊缝的交叉点开始，焊枪转动的时间；w为焊枪转动的角速度；θ为当焊接至90°折线角焊缝的交叉点L时，焊枪转过的角度；flag1为焊接点位置标志，当flag1的值为0时，正在焊接90°折线角焊缝的第一段直线焊缝，当flag1的值为1时，正在焊接90°折线角焊缝的交叉点，当flag1的值为2时，正在焊接90°折线角焊缝的第二段直线焊缝。进一步得，所述模式识别的方法满足下式：式中，Fn表示当前焊接点的位置；F1表示焊接点位于90°折线角焊缝的第一段直线焊缝上；F2表示当前焊接点为90°折线角焊缝的交叉点；F3表示焊接点位于90°折线角焊缝的第二段直线焊缝上；|DF|n为焊接过程中实际测量到的干伸长；|DF|n-1为焊接过程中前一次实际测量到的干伸长；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；l为理论电弧长度在水平面内投影的长度；α为焊枪在竖直面内的倾角。进一步得，所述交叉点识别的精度|LN|满足下式：式中，|LN|为交叉点识别的精度；m为虚拟焊接长度的值；θ为当焊接至90°折线角焊缝的交叉点时，焊枪转过的角度，它不随时间t变化，不是时间t的函数；Δθ为当焊枪从实际90°折线角焊缝交叉点转动至识别出交叉点的位置时，焊枪绕转动中心点转动的角度；l为理论电弧长度在水平面内投影的长度；δ为干伸长阈值；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干伸长变化特征识别90°折线角焊缝交叉点的方法，有助于90°折线角焊缝机器自动焊接的实现，可提高造船厂船舱内90°折线角焊缝跟踪焊接的质量和效率，提高机器焊接的可靠性，提升我国造船水平，能产生重大的经济效益和社会效益。附图说明图1为本专利技术建立焊枪相对于焊缝位姿的数学模型图；图2为本专利技术基于干伸长变化特征识别90°折线角焊缝交叉点的原理图；图3为本专利技术反映干伸长变化的滤波后焊接电流曲线图。图中：1.角焊缝，2.干伸长，3.导电嘴，4.焊枪，5.焊枪在水平面内的投影，6.干伸长在水平面内的投影，7.水平滑块，8.焊枪的转动中心，9.90°折线角焊缝实际的交叉点，10.识别出的交叉点位置。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干伸长变化特征识别90°折线角焊缝交叉点(9)的方法，详细叙述实施方式如下：将实际的焊缝分成许多段长度非常短的焊缝，每段焊缝由于长度非常短，可近似为直线焊缝，图1为建立的焊枪(4)相对于焊缝位姿的数学模型，线段AB为一段长度非常短的直线焊缝，焊接速度为v，以当前焊接点为坐标原点o，沿着焊接速度的反方向建立x轴，竖直向上建立z轴，根据右手定则，确定y轴的方向，完成空间直角坐标系oxyz的建立，水平钢板位于平面oxy内，竖直钢板位于平面oxz内，水平钢板与竖直钢板的交线AB为角焊缝(1)，FD为电弧长度，与水平钢板交于点D，过点D作水平的直线DE平行于x轴，直线DE与x轴的直线距离为焊枪(4)偏离焊缝的水平偏差e。过点D作竖直的直线CD平行于z轴，电弧长度FD与竖直直线CD的夹角α为焊枪(4)在竖直面内的倾角。点F为导电嘴(3)的端点，点F在平面oxy内投影为点F′，直线DF′与x轴的夹角β为焊枪(4)沿着焊接方向的倾角。当投影点F′位于第1象限内时，焊枪(4)沿着焊接方向向后倾斜；当投影点F′位于第2象限内时，焊枪(4)沿着焊接方向向前倾斜。线段FF′的长度h为焊枪(4)的高度，线段DF′为干伸长在水平面内的投影(6)，投影的长度为l，焊枪(4)绕其轴线DF转动的角度γ为焊枪(4)的自转角。综上所述，可以用五个物理量来表征焊枪(4)相对于焊缝的位姿，这五个特征物理量分别为焊枪(4)相对于焊缝的水平偏差e、焊枪(4)的高度h、焊枪(4)在竖直面内的倾角α、焊枪(4)沿着焊接方向的倾角β、焊枪(4)的自转角γ，因此，焊枪(4)相对于焊缝位姿的数学模型F＝(e,h,α,β,γ)。图2为基于干伸长变化特征识别90°折线角焊缝交叉点(9)的原理图，焊缝HLT为90°折线角焊缝(1)，为了实现90°折线角焊缝(1)的跟踪焊接，将90°折线角焊缝(1)分成直角焊缝JLR、线性焊缝HJ及线性焊缝RT，焊接线性焊缝HJ时，焊枪(4)平动，从位置1运动至位置2，并保持干伸长(2)不变，使干伸长在水平面内的投影(6)长度l也近似不变。由图1可知，干伸长在水平面内的投影(6)长度l满足下式，l＝htanα(1)式中，l为干伸长在水平面内的投影(6)长度，h为焊枪(4)的高度，α为焊枪(4)在竖直面内的倾角。通过超声波传感器，检测到当前焊接点J至90°折线角焊缝交叉点L(9)的距离等于机器人设定的转弯半径时，此时，机器人焊接直角焊缝的第一段直线焊缝JL，焊枪(4)和水平滑块(7)绕转动中心(8)转动，转动的角速度为w，同时，水平滑块(7)带动焊枪(4)沿着水平滑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于干伸长变化特征识别90°折线角焊缝交叉点的方法，其特征在于：所述方法包括，干伸长的计算方法、模式识别的方法及交叉点识别精度的检测方法；所述干伸长的计算方法为：利用焊接90°折线角焊缝过程中干伸长变化的特征，分别求到焊接90°折线角焊缝第一段直线焊缝、交叉点和第二段直线焊缝时，干伸长|DF|的计算公式；所述模式识别的方法为：焊接至90°折线角焊缝的交叉点时，焊枪绕转动中心转过的角度Δθ越大，实际的干伸长则越短，使采样到的焊接电流越大，根据焊接至90°折线角焊缝交叉点时干伸长的这一特征，利用模式识别的方法识别出90°折线角焊缝的交叉点；所述交叉点识别精度的检测方法为：当电弧长度小于干伸长阈值δ时，焊接电流很大，此时焊接电流比正常焊接时焊接电流大很多，焊接电流存在阶跃变化，信号存在突变，可以识别出90°折线角焊缝的交叉点，实际90°折线角焊缝的交叉点至识别出交叉点的位置的长度为|LN|，|LN|为交叉点识别的精度。

【技术特征摘要】
1.一种基于干伸长变化特征识别90°折线角焊缝交叉点的方法，其特征在于：所述方法包括，干伸长的计算方法、模式识别的方法及交叉点识别精度的检测方法；所述干伸长的计算方法为：利用焊接90°折线角焊缝过程中干伸长变化的特征，分别求到焊接90°折线角焊缝第一段直线焊缝、交叉点和第二段直线焊缝时，干伸长|DF|的计算公式；所述模式识别的方法为：焊接至90°折线角焊缝的交叉点时，焊枪绕转动中心转过的角度Δθ越大，实际的干伸长则越短，使采样到的焊接电流越大，根据焊接至90°折线角焊缝交叉点时干伸长的这一特征，利用模式识别的方法识别出90°折线角焊缝的交叉点；所述交叉点识别精度的检测方法为：当电弧长度小于干伸长阈值δ时，焊接电流很大，此时焊接电流比正常焊接时焊接电流大很多，焊接电流存在阶跃变化，信号存在突变，可以识别出90°折线角焊缝的交叉点，实际90°折线角焊缝的交叉点至识别出交叉点的位置的长度为|LN|，|LN|为交叉点识别的精度。2.根据权利要求1所述的一种基于干伸长变化特征识别90°折线角焊缝交叉点的方法，其特征在于：所述干伸长|DF|的计算公式为：式中，|DF|为焊接过程中实际的干伸长；l为理论电弧长度在水平面内投影的长度；α为焊枪在竖直面内的倾角；|NF5|为实际的干伸长在水平面内投影的长度；v为理论焊接速度；t为从焊接至90°折线角焊缝的交叉点开始，焊枪转动的时间；w为焊枪转动的角速度；θ为当焊接至90°折线角焊缝的交叉点L时，焊枪转过的角度；flag1...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐健，卢成锦，洪刚，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