用于实现D型吊环自动焊的焊缝检测方法与流程

本发明涉及自动焊技术领域，尤其涉及一种用于实现d型吊环自动焊的焊缝检测方法。

背景技术：

d型吊环常用于船舶行业，用于安装在船体分段上用于悬挂钢丝绳以进行吊运的工作。参见图1，传统的d型吊环主要由三部分组成，包括两块梯形侧板1、垂直连接于两块梯形侧板之间的耳板2以及两块分别叠装在耳板2上的正反两面上的圆环板3，圆环板3设有通孔，且该通孔的大小与耳板2上的通孔相一致，在对d型吊环进行装配时，圆环板3上的通孔的圆心与耳板2上的通孔的圆心对中装配定位，在定位后各零件再采用焊接的方式进行固定连接。目前针对d型吊环的装配主要采用的是人工焊接的方式，工作量较大且精确度差。

技术实现要素：

基于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于实现d型吊环自动焊的焊缝检测方法，能够准确检测出焊缝位置，降低检测出现偏差的概率，并保证自动焊过程的稳定进行。

基于此，本发明的技术方案为：一种用于实现d型吊环自动焊的焊缝检测方法，其包括如下步骤：

提供耳板、两块分别垂直设置于所述耳板两侧边的梯形侧板以及两块分别设置于所述耳板两板面上的圆环板，所述圆环板的圆孔与所述耳板的圆孔同心布置；

根据高压接触传感检测获取所述耳板的正反两板面上与所述梯形侧板形成的角焊缝的起始点和结束点、所述耳板的正反两板面上与所述圆环板形成的环角焊缝的始终点、结束点和至少三个中间点以及所述耳板的两侧边上与所述梯形侧板形成的包角焊缝的起始点和结束点；

根据检测到的所述角焊缝的起始点和结束点、所述环角焊缝的始终点、中间点和结束点、所述包角焊缝的起始点和结束点执行相应的焊接操作。

可选的，所述高压接触传感检测具体包括如下步骤：

预设焊丝传感动作和焊丝传感起始点；

执行所述焊丝传感动作，从所述焊丝传感起始点处逐渐靠近工件，在与工件碰触时检测出工件并记录实时坐标数据作为工件传感接触点；

自动计算所述工件传感接触点至工件焊接起始点、或者工件焊接结束点、或者工件焊接中间点、或者下一工件焊接传感起始点的补正距离；

由所述补正距离对所述工件传感接触点进行补正，获得工件焊接起始点、或者工件焊接结束点、或者工件焊接中间点、或者下一工件焊接传感起始点。

可选的，所述获取耳板的正反两板面上与所述梯形侧板形成的角焊缝的起始点和结束点的步骤具体包括：

获取所述梯形侧板的顶面上的第一传感接触点、所述耳板的正板面上的第二传感接触点以及所述梯形侧板的内侧板面上的第三传感接触点，通过叠加第一补正获得所述耳板的正板面与所述梯形侧板形成的第一角焊缝起始点；

获取所述梯形侧板的底面上的第四传感接触点、所述耳板的正板面上的第五传感接触点以及所述梯形侧板的内侧板面上的第六传感接触点，通过叠加第二补正获得所述耳板的正板面与所述梯形侧板形成的第一角焊缝结束点；

获取所述梯形侧板的顶面上的第七传感接触点、所述耳板的反板面上的第八传感接触点以及所述梯形侧板的内侧板面上的第九传感接触点，通过叠加第三补正获得所述耳板的反板面与所述梯形侧板形成的第二角焊缝起始点；

获取所述梯形侧板的底面上的第十传感接触点、所述耳板的反板面上的第十一传感接触点以及所述梯形侧板的内侧板面上的第十二传感接触点，通过叠加第四补正获得所述耳板的反板面与所述梯形侧板形成的第二角焊缝结束点。

可选的，所述第一补正、所述第二补正、所述第三补正和所述第四补正均包括用于消除所述梯形侧板高度方向的偏差的补正b1以及用于消除所述梯形侧板板厚方向和所述耳板板厚方向的偏差的补正b2。

可选的，获取所述耳板的正反两板面上与所述圆环板形成的环角焊缝的起始点、中间点以及结束点的步骤具体包括：

确认位于所述耳板的正反两板面上的圆环板的圆孔位置；

获取位于所述耳板的正板面上的所述圆环板的圆孔处沿圆周方向上的至少四个第十三传感接触点，获取圆环板的板面上的至少四个与各所述第十三传感接触点相对应的第十四传感接触点以及耳板的正板面上至少四个与各所述第十三传感接触点相对应的第十五传感接触点；

将各相对应的所述第十三传感接触点、所述第十四传感接触点以及所述第十五传感接触点通过叠加第五补正获得第一焊接点，并将各所述第一焊接点顺序定义为第一环角焊缝的第一起始点、至少三个第一中间点和第一结束点；

获取位于所述耳板的反板面上的所述圆环板的圆孔处沿圆周方向上的至少四个第十六传感接触点，获取圆环板的板面上的至少四个与各所述第十六传感接触点相对应的第十七传感接触点以及耳板的反板面上至少四个与各所述第十六传感接触点相对应的第十八传感接触点；

将各相对应的所述第十六传感接触点、所述第十七传感接触点以及所述第十八传感接触点通过叠加第六补正获得第二焊接点，并将各所述第二焊接点顺序定义为第二环角焊缝的第二起始点、至少三个第二中间点和第二结束点。

可选的，所述第五补正和所述第六补正均包括用于消除所述圆环板板厚方向上的偏差的补正b3、用于消除所述圆环板径向方向上的偏差的补正b4以及用于消除所述耳板板厚方向上的偏差和/或圆环板外周面位置偏差的补正b5。

可选的，获取所述耳板的正板面上的所述角焊缝的起始点和结束点和所述环角焊缝的始终点、中间点以及结束点时，所述耳板设置为与水平面相平行；

在获取所述耳板的反板面上的所述角焊缝的起始点和结束点和所述环角焊缝的始终点、中间点和结束点之前，将所述耳板翻转180度。

可选的，所述获取耳板的两侧边上与所述梯形侧板形成的包角焊缝的起始点和结束点的步骤具体包括：

获取所述耳板的正板面的第十九传感接触点、所述耳板的外周面第二十传感接触点以及所述梯形侧板的顶面上的第二十一传感接触点，通过叠加第七补正获得所述耳板与所述梯形侧板形成的包角焊缝的起始点；

获取所述耳板的反板面的第二十二传感接触点、所述耳板的外周面第二十三传感接触点以及所述梯形侧板的顶面上的第二十四传感接触点，通过叠加第八补正获得所述耳板与所述梯形侧板形成的包角焊缝的结束点。

可选的，在获取所述包角焊缝的起始点和结束点之前将所述耳板设置为与水平面相垂直。

可选的，所述第七补正和所述第八补正均包括用于消除所述耳板板厚方向的偏差的补正b6以及用于消除所述梯形侧板厚度方向的偏差和高度方向的偏差的补正b7。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明在实际操作过程中，采用高压接触传感检测的方法，通过获取传感器与工件之间的传感接触点，进行补正计算自动定位得到d型吊环上各个焊接起始点以及各个焊接结束点，然后再进行自动焊接，完成对d型吊环的快速生产制造。先对d型吊环的耳板的板面和两块梯形侧板的板面进行检测焊接，再在耳板的板面对两块圆环板进行检测焊接，最后再对耳板和梯形侧板进行包角焊接。根据d型吊环的形状特征及工件在空间x、y、z方向均有偏差的情况，合理设置了检测步骤流程，有效的消除焊接过程中在空间x、y、z方向上工件位置的偏差，并能够准确获取工件上焊缝位置。采用该焊缝检测方法是吊环焊接机器人工作站稳定运行的关键所在，制作出来的d型吊环的成型效果非常好，且一致性较强，适合进行大批量的生产操作，并降低生产成本。此外，在对圆环板的环角焊缝进行传感检测时，巧妙的安排先检测内圆表面，补正圆环板下料及安装时的径向偏差，能够极大的降低检测干涉或检测脱离不成功的概率。

附图说明

图1是本发明的实施例所述的d型吊环的整体结构示意图；

图2是本发明的实施例所述的d型吊环上的角焊缝、环角焊缝以及包角焊缝的位置示意图；

图3是本发明的实施例所述的用于实现d型吊环自动焊的焊缝检测方法的流程框图；

图4是本发明的实施例所述的高压接触传感检测中的工件传感接触点与工件焊接点之间的补正示意图；

图5是本发明的实施例所述的用于实现d型吊环自动焊的焊缝检测方法的焊接过程的示意图；

图6是本发明的实施例所述的用于实现d型吊环自动焊的焊缝检测方法的第一角焊缝起始点补正示意图；

图7是本发明的实施例所述的用于实现d型吊环自动焊的焊缝检测方法的第一环角焊缝的起始点的补正示意图；

图8是本发明的实施例所述的用于实现d型吊环自动焊的焊缝检测方法的包角焊缝的起始点的补正示意图。

附图标记说明：

1、梯形侧板，2、耳板，3、圆环板，4、角焊缝，5、环角焊缝，6、包角焊缝，7、焊丝传感起始点，8、工件焊接起始点，9、工件传感接触点，10、补正距离。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参见图1至图8，本发明的优选实施例的用于实现d型吊环自动焊的焊缝检测方法包括如下步骤：

s1、提供耳板2、两块分别垂直设置于耳板2两侧边的梯形侧板1以及两块分别设置于耳板2两板面上的圆环板3，圆环板3的圆孔与耳板2的圆孔同心布置；

s2、根据高压接触传感检测获取耳板2的正反两板面上与梯形侧板1形成的角焊缝4的起始点和结束点、耳板2的正反两板面上与圆环板3形成的环角焊缝5的起始点、结束点和至少三个中间点以及耳板2的两侧边上与梯形侧板1形成的包角焊缝6的起始点和结束点；

s3、根据检测到的角焊缝4的起始点和结束点、环角焊缝5的起始点、中间点和结束点、包角焊缝6的起始点和结束点执行相应的焊接操作。

基于以上操作步骤，通过获取传感器与d型吊环上的耳板2、梯形侧板1以及圆环板3之间的传感接触点，进行补正计算，自动获得角焊缝4的起始点和结束点、环角焊缝5的起始点、结束点和至少三个中间点以及包角焊缝6的起始点和结束点，有效的确保d型吊环上各焊缝的准确性，提高机器人自动焊接d型吊环的质量，提高生产效率，适合大批量生产制造，且成本较低。

其中，上述的高压接触传感检测的具体步骤包括有：

s21、预设焊丝传感动作和焊丝传感起始点7；

s22、执行焊丝传感动作，从焊丝传感起始点7处逐渐靠近工件，在与工件碰触时检测出工件并记录实时坐标数据作为工件传感接触点9；

s23、自动计算工件传感接触点9至工件焊接起始点8或者工件焊接结束点处的补正距离10；

s24、由补正距离10对工件传感接触点9进行补正，获得工件焊接起始点8或者工件焊接结束点、或者工件焊接中间点、或者下一传感起始点。

高压接触传感检测的基本原理为：机器人系统对焊丝加高电压，并动作使焊丝慢慢接近母材至与母材发生碰触时，焊丝与母材导电(或尖端放电)，高压可击穿工件表面的薄氧化膜，从而检测出工件并记忆该时刻坐标数据。参见图4，利用高压接触传感检测能够获得工件空间坐标数据的原理，我们可以在对机器人进行示教编程(通过示教控制器手动操作机器人完成期望的动作轨迹并将操作指令记录为程序，程序保存后可以自动运行并再现出期望的动作轨迹)时，设置焊丝传感起始点7和焊丝传感动作，通过工件上的工件传感接触点9(x’，y’，z’)补正获得工件焊接起始点8(x1，y1，z1)，系统程序会自动计算出工件传感接触点9到工件焊接起始点8处的补正距离10d(可理解为一个包含方向跟长度的向量)。

而当在实际焊接操作时，工件位置发生变化，机器人能够通过执行示教编程时设定的焊丝传感动作(加高电压后的焊丝从示教预设的焊丝传感起始点7沿示教预设方向直线运动直到触碰工件并记录触碰放电瞬间的接触点坐标)检测到工件当前位置，并按照示教编程时计算得到的补正距离10d进行补正计算，从而得到工件位置变化后正确的工件焊接起始点8(x2，y2，z2)。其中，工件焊接起始点8是工件上的点，能够随工件位置的变化而偏移，虽然其在空间位置发生了改变，但是其在工件上的绝对位置不变，通过机器人的传感检测和补正计算，在工件发生偏移时，机器人能够重新获得工件上的工件焊接起始点8。在实际应用时，如果工件在空间多个方向存在位置偏差，即可以设置多重传感检测，进行叠加补正，即后一个传感动作的传感起始点由前一个传感动作的传感接触点补正得到，而最终的焊接起始点(或焊接结束点)由最后一个传感动作的传感接触点进行补正即可。

在本实施例中，获取耳板2的正反两板面上与梯形侧板1形成的角焊缝4的起始点和结束点的步骤具体包括：

s25、获取梯形侧板1的顶面上的第一传感接触点、耳板的正板面上的第二传感接触点以及梯形侧板1的内侧板面上的第三传感接触点，通过叠加第一补正获得耳板2的正板面与梯形侧板1形成的第一角焊缝起始点；

s26、获取梯形侧板1的底面上的第四传感接触点、耳板的正板面上的第五传感接触点以及梯形侧板1的内侧板面上的第六传感接触点，通过叠加第二补正获得耳板2的正板面与梯形侧板1形成的第一角焊缝结束点；

s27、获取梯形侧板1的顶面上的第七传感接触点、耳板的反板面上的第八传感接触点以及梯形侧板1的内侧板面上的第九传感接触点，通过叠加第三补正获得耳板2的反板面与梯形侧板1形成的第二角焊缝起始点；

s28、获取梯形侧板1的底面上的第十传感接触点、耳板的反板面上的第十一传感接触点以及梯形侧板1的内侧板面上的第十二传感接触点，通过叠加第四补正获得耳板2的反板面与梯形侧板1形成的第二角焊缝结束点。

具体的，参见图6，以耳板的正板面与两块梯形侧板1的其中一块之间的角焊缝为例，从预设示教编程的传感起始点s1处执行传感动作c1得到第一传感接触点p1，即检测出梯形侧板1的顶面的位置，由第一传感接触点p1补正b1得到传感起始点s2；再将传感起始点s2作为后一个传感动作的传感起始点，分别执行传感动作c2和c2’得到第二传感接触点p2和第三传感接触点p2’，即分别检测出耳板的正板面和梯形侧板1的内侧板面的位置，从而确定焊接面位置，由第二传感接触点p2和第三传感接触点p2’，补正b2得到第一角焊缝焊接起始点w1；同理，从梯形侧板1的底面开始进行检测，可以得到第一角焊缝结束点。补正b1能够消除梯形侧板1在高度方向(x方向)的偏差，保证传感起始点s2在角焊缝的长度方向(x方向)上的位置精度，间接保证焊接起始点w1在焊缝长度方向(x方向)的位置精度；补正b2能够消除梯形侧板1板厚方向(y方向)及耳板2板厚方向(z方向)的偏差，最终保证焊接起始点w1在梯形侧板1板厚方向(y方向)及耳板2板厚方向(z方向)的位置精度。而获取耳板的正板面与另一块梯形侧板1的第一角焊缝以及耳板的反板面与两块梯形侧板1之间的第二角焊缝与上述步骤类似。

进一步的，获取耳板2的正反两板面上与圆环板3形成的环角焊缝5的起始点、中间点以及结束点的步骤具体包括：

s29、确认位于耳板2的正反两板面上的圆环板3的圆孔位置；

s210、获取位于耳板2的正板面上的圆环板3的圆孔处沿圆周方向上的至少三个第十三传感接触点，获取圆环板3的外周面上的至少三个与各第十三传感接触点相对应的第十四传感接触点以及耳板2的正板面上至少三个与各第十三传感接触点相对应的第十五传感接触点；

s211、将各相对应的第十三传感接触点、第十四传感接触点以及第十五传感接触点通过叠加第五补正获得第一焊接点，并将各第一焊接点顺序定义为第一环角焊缝的第一起始点，第一结束点和三个第一中间点；

s212、获取位于耳板2的反板面上的圆环板3的圆孔处沿圆周方向上的至少四个第十六传感接触点，获取圆环板3的外周面上的至少四个与各第十六传感接触点相对应的第十七传感接触点以及耳板2的反板面上至少四个与各第十六传感接触点相对应的第十八传感接触点；

s213、将各相对应的第十六传感接触点、第十七传感接触点以及第十八传感接触点通过叠加第六补正获得第二焊接点，并将各第二焊接点顺序定义为第二环角焊缝的第二起始点、第二结束点和三个第二中间点。

具体的，参见图7，以耳板的正板面上与圆环板3焊接的环角焊缝为例，从示教编程预设的传感起始点s3执行传感动作c3得到传感接触点p3，即检测出圆环板3的板面位置，补正b3得到传感起始点s4，再继续执行传感动作c4得到圆环板3上6点钟位置处的第十三传感接触点p4，即检测到圆环板3的圆孔位置，补正b4得到传感起始点s5，再继续执行传感动作c5和c5’得到第十四传感接触点p5和第十五传感接触点p5’，即分别确定圆环板3的6点钟外周面和耳板2的正板面的位置，从而确定坡口面位置，补正b5得到第一环角焊缝的起始点w2。由于是环角焊缝，故而应同时设置第一环角焊缝的起始点为第一环角焊缝的结束点，即第一环角焊缝的起始点和结束点为相互重合的；但是仅有重合的第一环角焊缝的起始点和第一环角焊缝的结束点机器人无法计算得到环角焊缝轨迹的，还需要获得圆周方向上的各至少三个的第十三传感接触点、第十四传感接触点和第十五传感接触点，在本实施例中，第一环角焊缝的起始点由6点钟位置处传感接触点叠加补正获得，其余的传感接触点可以取3点钟位置、12点钟位置和9点钟位置，并以此来设置第一环角焊缝的中间点，第一环角焊缝的中间点的获得方法跟第一环角焊缝的起始点获得方法类似。按顺序设置焊接起始点、焊接中间点、焊接结束点之间为圆弧插补关系，计算机会自动计算出经过各点的环缝轨迹。补正b3能够消除圆环板3在板厚方向上的偏差，保证传感起始点s4在圆环板3板厚方向(z方向)的位置精度，不会在圆环板3板厚增加时出现检测干涉；补正b4则能够消除圆环板3径向的偏差，保证传感起始点s5位置精度，不会由于圆覆板安装偏差导致检测干涉；补正b5能够消除耳板2厚度方向(y方向)偏差和圆环板3外周面的偏差，保证焊接起始点w1在耳板2厚度方向(y方向)和圆环板3外周面方向上的精度。而获取耳板的反板面上与另一圆环板3进行焊接的第二环角焊缝的第二起始点、第二结束点和三个第二中间点和上述步骤类似。

在对圆环板3环角焊缝的起始点、中间点和结束点进行检测时，先检测圆环板3板面位置并补正消除圆环板3厚度方向偏差，再检测圆环板3的圆孔位置，并补正消除圆环板3径向偏差，再检测耳板2面位置及圆环板3外圆位置，最终补正获得准确的第一焊接点，焊接点包括第一环角焊缝的起始点、结束点以及三个以上的中间点，各焊接点应按照圆环板3圆周匀布，焊接起始点与焊接结束点可以重合，或者焊接结束点应该超过焊接起始点位置，即从焊接起始点开始计算到焊接结束点的圆周角度应大于等于360度，以保证环角焊缝的完整性。

更进一步的，获取耳板2的两侧边上与梯形侧板1形成的包角焊缝6的起始点和结束点的步骤具体包括：

s214、获取耳板的正板面的第十九传感接触点、耳板的外周面第二十传感接触点以及梯形侧板1的顶面上的第二十一传感接触点，通过叠加第七补正获得耳板2与梯形侧板1形成的包角焊缝6的起始点；

s215、获取耳板的反板面的第二十二传感接触点、耳板的外周面第二十三传感接触点以及梯形侧板1的顶面上的第二十四传感接触点，通过叠加第八补正获得耳板2与梯形侧板1形成的包角焊缝6的结束点。

具体的，参见图8，以耳板一侧的与梯形侧板1之间的包角焊缝6为例，先从示教编程预设的传感起始点s6执行传感动作c6得到第十九传感接触点p6，即检测出耳板2正板面的位置，补正b6得到传感起始点s7；再将传感起始点s7作为下一传感动作的传感起始点，从传感起始点s7执行传感动作c7和c7’得到耳板的外周面第二十传感接触点p7以及梯形侧板1的顶面上的第二十一传感接触点p7’，由此检测出焊接面位置，补正b7得到包角焊缝6的起始点w3；同理，从耳板2的反板面开始进行检测，可以得到包角焊缝6的结束点。补正b6能够消除耳板2在板厚方向上的偏差，保证传感起始点s7在板厚方向(x方向)的位置精度，不会在圆环板3板厚增加时出现检测干涉，间接保证包角焊缝6的起始点w3在板厚方向(x方向)位置精度；补正b7则能够消除焊接面位置偏差，保证包角焊缝6的起始点w3在梯形侧板1板厚方向(y方向)及梯形侧板1高度方向(z方向)位置精度精度。而获取耳板的另一侧与另一梯形侧板1之间的包角焊缝6的具体步骤与上述类似。

参见图5，在本实施中，在获取耳板2的正板面上的角焊缝4的起始点和结束点和环角焊缝5的起始点、中间点以及结束点之前，将耳板2设置为与水平面相平行；在获取耳板2的反板面上的角焊缝4的起始点和结束点和环角焊缝5的起始点、中间点以及结束点之前，将耳板2翻转180度，由此保证进行焊接时的焊道均匀。在获取包角焊缝6的起始点和结束点之前将耳板2设置为与水平面相垂直，方便机器人进行操作，提高焊接的效率。

本发明在实际操作过程中，采用高压接触传感检测的方法，通过获取传感器与工件之间的传感接触点，进行补正计算自动定位得到d型吊环上各个焊接起始点以及各个焊接结束点，然后再进行自动焊接，完成对d型吊环的快速生产制造。先对d型吊环的耳板2的板面和两块梯形侧板1的板面进行检测焊接，再在耳板2的板面对两块圆环板3进行检测焊接，最后再对耳板2和梯形侧板1进行包角焊接。根据d型吊环的形状特征及工件在空间x、y、z方向均有偏差的情况，合理设置了检测步骤流程，有效的消除焊接过程中在空间x、y、z方向上工件位置的偏差，并能够准确获取工件上焊缝位置。采用该焊缝检测方法是吊环焊接机器人工作站稳定运行的关键所在，制作出来的d型吊环的成型效果非常好，且一致性较强，适合进行大批量的生产操作，并降低生产成本。此外，在对圆环板3的环角焊缝进行传感检测时，巧妙的安排先检测内圆表面，补正圆环板3下料及安装时的径向偏差，能够极大的降低检测干涉或检测脱离不成功的概率。

应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本发明的保护范围。