中厚板变坡口焊接轨迹规划算法.PDF

　 第２５ 卷　 第１ 期 厦门理工学院学报 Ｖｏｌ． ２５　 Ｎｏ． １ 　 　 ２０１７ 年２ 月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｘｉａｍｅｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｆｅｂ． ２０１７ 中厚板变坡口焊接轨迹规划算法 １ ，２ ２ ２ 傅建记 ， 王鹏飞 ， 柯晓龙 （１． 厦门新长诚钢构工程有限公司， 福建 厦门３６１０２１ ； ２ ． 厦门理工学院机械与汽车工程学院， 福建 厦门３６１０２４ ） ［摘　 要］ 针对变坡口工件焊接的需要， 提出了一种多段线拟合的变坡口中厚板焊接轨迹规划方法。 利用线激光传感器完成变坡口截面的扫描测量， 并利用斜率比较法对测量得到的坡口截面数据进行拟合处 理， 从而将离散不规则的坡口拟合为较为规整的便于实际焊接加工的多段线坡口。 从ＭＡＴＬＡＢ 仿真分析结 果可以看出， 该方法可以满足变坡口截面轨迹规划的需要， 具有较好的实用价值。 ［关键词］ 中厚板； 变坡口； 多层多道焊接； 轨迹规划 ［中图分类号］ ＴＨ１３１ ２　 ［文献标志码］ Ａ　 ［文章编号］ １６７３ － ４４３２ （２０１７ ） ０１ － ００２７ － ０６ 随着自动化焊接技术的发展， 中厚板焊接技术在工程机械、 车辆机械等领域得到了广泛的应 用［１ － ４ ］ 。 由于中厚板工件厚度相对较厚， 因此焊接时一般采用多层多道的焊接方式［５ － ８ ］ 。 而在中厚板 的焊接过程中， 坡口宽度不均匀变化的情况 （下面简称为 “变坡口” ） 经常出现。 这主要是由两种情 况引起： 一是坡口加工误差引起， 通常是由于在加工焊接件坡口时， 采用乙炔焰等手工切割方式引起 变坡口的产生； 二是在中厚板多层多道焊接过程中， 由于焊接热变形的存在， 使得在焊接一两层之 后， 常出现坡口位置偏移或坡口形状扭曲变形， 从而导致变坡口情况的出现。 变坡口会对机器人自动 焊接作业带来焊偏、 未焊透或烧穿问题， 从而造成焊接质量缺陷的产生。 对于变坡口工件的焊接问题， 国内外学者已经开展了一些相关研究。 如Ｙａｍａｎｅ 等［９ － １０ ］ 针对错边 坡口工件焊接的需要， 利用三台工控机组成的控制网络， 完成了焊接过程中的焊枪姿态、 焊接电流、 焊接电压等焊接工艺参数的控制， 最终通过实验验证了焊缝坡口错边达２ ５ ｍｍ 情况下的自适应焊 ［１１］ 接。 Ｈｕ 等 针对管道的熔化极气体保护焊 （ＧＭＡＷ ） 中圆形管件坡口截面不均匀的情况， 利用 ＣＣＤ 被动视觉传感器识别出焊缝的宽度信息， 并基于ＢＰ 神经网络算法， 通过调节焊接速度的方式， 实现了变坡口截面的自动焊接， 从而保证了焊接的稳定性。 该方法主要适用于单层单道的焊接作业。 文献 ［１２ ］ 基于激光视觉传感器的方式， 进行了两头不均匀的坡口截面的焊接规划， 取得了较好的 效果， 但这种方法目前只适用于坡口间隙均匀变化截面的焊接。 为解决不规则变坡口截面的多层多道 中厚板工件的自动焊接， 本文提出一种多段线拟合的变坡口截面数据处理方式， 以实现方法简单、 通 用性好、 实用性强的多层多道焊接轨迹规划。 １　 变坡口工件测量 对于中厚板工件而言， 多层多道焊接是一种通用的焊接工艺方式。 这是由于中厚板工件的坡口截 面尺寸通常较大， 单一焊道几乎难以实现坡口的填充成型， 因此需要通过多个焊道的熔敷叠加才能完 成焊缝的填充。 而具体的焊接层数和焊接道数则根据实际坡口截面的形状、 宽度和深度等信息来相应 设计。 Ｖ 形坡口工件采用４ 层１０ 道的焊接工艺， 其焊接时先焊接最底层， 完成打底焊后， 再逐层往 　 　 ［收稿日期］ ２０１７ － ０１ － ０８　 　 　 　 ［修回日期］ ２０１７ － ０２ － １０ ［基金项目］ 厦门市科技计划项目 （３５０２） ［作者简介］ 傅建记 （