一种确定角焊缝空间姿态的方法及系统技术方案

一种确定角焊缝空间姿态的方法及系统，包括：指令焊枪从角焊缝两侧钢板间任意点向两侧钢板移动各触碰三次获取对应位置向量，并用三点法计算两侧钢板法线；利用法线计算角焊缝角平分线和走向；以角焊缝走向为X轴，角平分线方向为Z轴，角焊缝走向和角平分线叉乘积方向为Y轴，构建TCP空间直角坐标系；焊枪沿空间坐标系进行移位确定角焊缝顶点和底点位置后确定角焊缝相邻面夹角；指令焊枪从角焊缝底点沿角焊缝外伸方向运动，通过二分法迭代移位确定端点位置；由角焊缝走向、角平分线方向、顶点、底点、相邻面夹角和端点为角焊缝空间姿态。仅需将焊枪大致放在角焊缝两边钢板后运行计算机指令，灵活调节焊枪姿态，确保焊接质量,降低人力成本。本。本。

【技术实现步骤摘要】
一种确定角焊缝空间姿态的方法及系统


[0001]本专利技术涉及钢管输电塔加工领域，具体涉及一种确定角焊缝空间姿态的方法及系统。

技术介绍

[0002]在输电塔中的节点需要利用角焊缝，将多个钢板连接在一起，形成一个整体来承担主材或者斜材所施加的轴力和弯矩。通常，一般利用人工来实施角焊缝的焊接，但近年来，随着人力成本的快速增长和高级数控设备价格的快速降低，以数控机器人手臂为核心的智能焊接设备得到了广泛应用。对人工焊接而言，在焊工在焊接过程中，双眼时刻监控熔池的变化，可以随时调整运条方法以确保焊接质量，对角焊缝的空间姿态没有必要精确确定。而对智能焊接而言，焊接机器人手臂只能根据程序的指令，死板得完成焊接，所以必须精确确定角焊缝的空间姿态，并据此调整焊枪的姿态，才能确保焊接质量。
[0003]目前，主要采用人工示教的方法大致确定焊缝的姿态，该方法的人力成本较高，需要多次测量，且精度不高；也可以采用激光传感器确定角焊缝的方法，然而，激光传感器价格高昂，一般铁塔厂难以接受，而且激光是沿直线传播的，且焊缝总是有坡口，总是存在扫描不到的地方。在目前的技术条件下，采用此方法均会导致自动焊接的成本高于人工焊接。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中所存在的上述问题，本专利技术提供一种确定角焊缝空间姿态的方法，包括：
[0005]指令焊枪以角焊缝两侧钢板之间任意一点为起点分别向两侧钢板移动各触碰两侧钢板三次，在每侧钢板上得到三个接触点，并获取所有接触点的位置向量；
[0006]基于所有接触点的位置向量，通过三点法分别计算角焊缝两侧钢板表面的法线；
[0007]利用所述角焊缝两侧钢板表面的法线，计算角焊缝的角平分线和角焊缝的走向；
[0008]以所述角焊缝的走向方向设置为X轴，以所述角焊缝角平分线方向设置为Z轴，以所述角焊缝的走向和所述角焊缝角平分线的叉乘积方向为Y轴，构建TCP的空间直角坐标系；
[0009]指令焊枪沿所述TCP的空间坐标系进行移位确定角焊缝的顶点位置和角焊缝底点位置，并通过角焊缝的顶点位置和底点位置确定角焊缝相邻面的夹角；
[0010]指令焊枪以角焊缝的底点位置为内点沿角焊缝外伸方向运动，通过二分法迭代移位确定角焊缝的端点位置；
[0011]由角焊缝的走向、角焊缝的角平分线方向、角焊缝的顶点位置、底点位置、角焊缝相邻面的夹角和端点位置作为角焊缝空间姿态信息，确定角焊缝的空间姿态。
[0012]优选的，所述利用所述角焊缝两侧钢板表面的法线，计算角焊缝的角平分线和角焊缝的走向包括：
[0013]基于平行四边形定则利用所述角焊缝两侧钢板表面的法线计算角焊缝的角平分
线；
[0014]将所述两个钢板表面的法线叉乘，得到角焊缝角的走向。
[0015]优选的，所述指令焊枪沿所述TCP的空间坐标系进行移位确定角焊缝的顶点位置和角焊缝底点位置包括：
[0016]指令焊枪沿垂直于X轴方向依次向两侧钢板移动，触碰两侧钢板各一次确定触碰到钢板的两点位置；
[0017]指令焊枪移动到所述两点位置的中间位置后沿Z轴负向移动直至与钢板接触处，接触点为角焊缝的顶点位置；
[0018]指令焊枪以角焊缝的顶点为起点通过迭代移位确定角焊缝底点位置。
[0019]优选的，所述指令焊枪以角焊缝的顶点为起点通过迭代移位确定角焊缝底点位置包括：
[0020]A1：指令焊枪从起点出发沿Y轴移动至触碰钢板位置得到接触点；
[0021]A2：指令焊枪移动至起点和接触点中间位置后沿着Z轴负向移动直至与钢板接触，并将所述接触点作为新的起点；
[0022]A3：判断起点和所述中间位置之间的距离是否小于阈值，若大于阈值，则执行A1，否则中间位置为角焊缝底点位置。
[0023]优选的，所述通过角焊缝的顶点位置和底点位置确定角焊缝相邻面的夹角包括：
[0024]由顶点和底点构成底点指向顶点的向量；
[0025]指令焊枪以角焊缝的顶点为起点出发沿Y轴移动至触碰钢板位置，将触碰钢板位置作为接触点，由所述接触点与起点的中间位置和底点构成底点指向中间位置的向量；
[0026]由所述底点指向顶点的向量和底点指向中间位置的向量之间的夹角作为角焊缝相邻面的夹角。
[0027]优选的，所述指令焊枪以角焊缝的底点位置为内点沿角焊缝外伸方向运动，通过二分法迭代移位确定角焊缝的端点位置包括：
[0028]B1：指令焊枪从内点出发沿焊缝外伸方向移动大于焊缝长度的设定距离后到达的位置作为外点；
[0029]B2：指令焊枪移动至外点和内点的中间位置后，沿Z轴移动设定值，并判断是否有和钢板有触碰点，若有触碰点，则所述触碰点为新的外点，否则沿Z轴移动设定值后的位置为新的起点；
[0030]B3：判断外点和内点之间的距离是否小于设定阈值，若大于设定阈值，则执行B2，否则外点为角焊缝的端点位置。
[0031]优选的，所述角焊缝两侧钢板表面的法线按下式计算：
[0032]DA＝(A1
‑
Aa)
×
(A2
‑
Aa)
[0033]DB＝(B1
‑
Ba)
×
(B2
‑
Ba)
[0034]其中，A1、A2为一侧钢板三个接触点中的两个点，B1、B2为另一侧钢板三个接触点的两个点；DA、DB分别为两侧钢板的法向量，Aa为一侧钢板三个接触点的中心点，Ba为另一侧钢板三个接触点的中心点。
[0035]优选的，所述一侧钢板三个接触点的中心点Aa和另一侧钢板三个接触点的中心点Ba分别按下式计算：
[0036]Aa＝(A1+A2+A3)/3
[0037]Ba＝(B1+B2+B3)/3
[0038]其中A1、A2、A3和B1、B2、B3分别为两侧钢板三个接触点的位置坐标向量。
[0039]基于同一种专利技术构思本专利技术提供了一种确定角焊缝空间姿态的系统，包括：接触点模块、法向量模块、角平分线和走向计算模块、三维坐标系模块、顶点底点获取模块、端点获取模块和空间姿态确定模块；
[0040]所述接触点模块，指令焊枪以角焊缝两侧钢板之间任意一点为起点分别向两侧钢板移动各触碰两侧钢板三次，在每侧钢板上得到三个接触点，并获取所有接触点的位置向量；
[0041]所述法向量模块，基于所有接触点的位置向量，通过三点法分别计算角焊缝两侧钢板表面的法线；
[0042]所述角平分线和走向计算模块，利用所述角焊缝两侧钢板表面的法线，计算角焊缝的角平分线和角焊缝的走向；
[0043]所述三维坐标系模块，以所述角焊缝的走向方向设置为X轴，以所述角焊缝角平分线方向设置为Z轴，以所述角焊缝的走向和所述角焊缝角平分线的叉乘积方向为Y轴，构建TCP的空间直角坐标系；
[0044]所述顶点底点获取模块，指令焊枪沿所述TCP的空间坐标系进行移位确定角焊缝的顶点位置和角焊本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定角焊缝空间姿态的方法，其特征在于，包括：指令焊枪以角焊缝两侧钢板之间任意一点为起点分别向两侧钢板移动各触碰两侧钢板三次，在每侧钢板上得到三个接触点，并获取所有接触点的位置向量；基于所有接触点的位置向量，通过三点法分别计算角焊缝两侧钢板表面的法线；利用所述角焊缝两侧钢板表面的法线，计算角焊缝的角平分线和角焊缝的走向；以所述角焊缝的走向方向设置为X轴，以所述角焊缝角平分线方向设置为Z轴，以所述角焊缝的走向和所述角焊缝角平分线的叉乘积方向为Y轴，构建TCP的空间直角坐标系；指令焊枪沿所述TCP的空间坐标系进行移位确定角焊缝的顶点位置和角焊缝底点位置，并通过角焊缝的顶点位置和底点位置确定角焊缝相邻面的夹角；指令焊枪以角焊缝的底点位置为内点沿角焊缝外伸方向运动，通过二分法迭代移位确定角焊缝的端点位置；由角焊缝的走向、角焊缝的角平分线方向、角焊缝的顶点位置、底点位置、角焊缝相邻面的夹角和端点位置作为角焊缝空间姿态信息，确定角焊缝的空间姿态。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述角焊缝两侧钢板表面的法线，计算角焊缝的角平分线和角焊缝的走向包括：基于平行四边形定则利用所述角焊缝两侧钢板表面的法线计算角焊缝的角平分线；将所述两个钢板表面的法线叉乘，得到角焊缝角的走向。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述指令焊枪沿所述TCP的空间坐标系进行移位确定角焊缝的顶点位置和角焊缝底点位置包括：指令焊枪沿垂直于X轴方向依次向两侧钢板移动，触碰两侧钢板各一次确定触碰到钢板的两点位置；指令焊枪移动到所述两点位置的中间位置后沿Z轴负向移动直至与钢板接触处，接触点为角焊缝的顶点位置；指令焊枪以角焊缝的顶点为起点通过迭代移位确定角焊缝底点位置。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述指令焊枪以角焊缝的顶点为起点通过迭代移位确定角焊缝底点位置包括：A1：指令焊枪从起点出发沿Y轴移动至触碰钢板位置得到接触点；A2：指令焊枪移动至起点和接触点中间位置后沿着Z轴负向移动直至与钢板接触，并将所述接触点作为新的起点；A3：判断起点和所述中间位置之间的距离是否小于阈值，若大于阈值，则执行A1，否则中间位置为角焊缝底点位置。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通过角焊缝的顶点位置和底点位置确定角焊缝相邻面的夹角包括：由顶点和底点构成底点指向顶点的向量；指令焊枪以角焊缝的顶点为起点出发沿Y轴移动至触碰钢板位置，将触碰钢板位置作为接触点，由所述接触点与起点的中间位置和底点构成底点指向中间位置的向量；由所述底点指向顶点的向量和底点指向中间位置的向量之间的夹角作为角焊缝相邻面的夹角。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述指令焊枪以角焊缝的底点位置为内点沿
角焊缝外伸方向运动，通过二分法迭代移位确定角焊缝的端点位置包括：B1：指令焊枪从内点出发沿焊缝外伸方向移动大于焊缝长度的设定距离后到达的位置作为外点；B2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海锋，朱斌荣，李清华，苏志钢，李茂华，刘亚多，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：