一种波纹板焊接机器人焊接速度优化的方法与流程

本发明涉及数控自动化焊接领域，尤其涉及一种波纹板焊接机器人焊接速度优化的方法。

背景技术：

波纹板又叫做压型板，是将板材经过机加工形成各种波形的产品，如同等厚度的板材，波纹板的强度会提高10～30倍。因此在一些对于产品重量要求较为严格的场合如航空航天、船舶、集装箱、卡车车厢、公路隔离板等场合，波纹板的使用量大大增加。

波纹板外形波纹板的种类有很多，通常根据板型波高、搭接构造、材质和形状等不同，有多种分类方式。按照波高可分为高波板(波高≥70mm)、中波板(30mm≤波高<70mm)与低波板(波高<30mm)；按基板材质分类可分为镀锌基板、热镀铝锌板和热镀锌铝板等；根据形状又分为矩形、梯形和圆弧形以及其它一些特殊造型的波纹板。

波纹板焊接过程中，焊接速度对于焊接质量有非常大的影响。焊接速度过快会造成熔池温度不够，易造成未焊透、未熔合、焊缝成型不良等缺陷。如果焊接速度过慢，使高温停留时间增长，热影响区宽度增加，焊接接头的晶粒变粗，机械性能降低，同时使变形量增大。所以焊接速度优化对于提高焊接质量具有重要意义。

卡斯柯信号有限公司的曹鹏等人研究的基于人类学习优化算法的列车速度曲线优化，将线路划分为n个区间，实现了每个区间独立调速，但是局限处在于区间划分方式不适用于焊接领域，且段间速度衔接有速度跳跃。

延长线预加减速控制策略中存在焊速低于给定速度的弊端，这使得焊缝熔深和小孔的深度均呈现上升的趋势，影响焊缝的均匀性，降低焊接质量。

对于浙江大学吴波、许力的文章小功率激光热导焊接速度规划策略及一种基于三角迂回的激光焊接折角速度算法，文中提出了三角迂回和圆周迂回速度控制算法，优点是一定程度上了解决折角处加减速带来的焊缝不均匀问题，但是局限之处在于迂回前后速度大小不发生变化，改变的仅是速度方向，且迂回时间较长，降低了焊接效率。

基于以上不足之处，为了通过焊接速度优化提高焊接质量，本发明设计了一种波纹板焊接机器人焊接速度优化的方法，该方法可以对于焊缝进行自适应分段，段内速度调节，段间速度平缓相接，且缩短速度调整时间，提高焊接质量的同时提高焊接效率。

技术实现要素：

本发明提供了一种波纹板焊接机器人焊接速度优化的方法，解决了波纹板焊接时焊接速度不能根据波纹板的具体形状进行调整，对于拐点处速度突变影响焊接质量，焊接速度调整时间查那长影响焊接效率等问题。

本发明针对上述问题采用的技术方案如下：首先根据焊接质量要求设置一个焊缝拟合最小距离阈值，中央处理器调用焊缝识别系统所识别的焊缝表面离散点，中央处理器使用最小二乘法对离散点进行拟合，如果拟合结果不满足最小距离阈值，则对离散点取半，每一半单独进行拟合，然后拟合结果与最小距离阈值进行比较，如果满足最小距离阈值，则输出该集合内焊缝表面离散点拟合出的焊缝轨迹函数xi，如果不满足最小距离阈值，则继续进行取半再拟合，直至满足最小距离阈值，此方法可以根据焊接质量要求拟合出最佳的焊缝轨迹，且焊缝分为n段{s1,s2,...,sn}，每一段都有自己的最佳拟合轨迹，为段内速度优化提供了基础。且焊缝分段不是机械性地分为n段，而是自适应分段，分段效果得到了改善。

根据焊接质量要求和波纹板焊接工艺，n段焊缝{s1,s2,...,sn}每一段都都设置一个最优焊接速度阈值vi，对每一段焊缝轨迹曲线函数xi进行一次求导得到对应焊缝子段地速度函数vi，如果存在≥2个连续离散点的瞬时速度都落在最优速度阈值外，则需要进行速度调节使焊枪保持在最优速度。

完成段内的速度优化后，进入到段间的速度优化，取si段的最后一个离散点gi和si+1段的第一个离散点gi+1，分别求xi和xi+1在这两点处的切线方程，以两条切线的交点o为圆心，以半径r为半径作圆，该圆则为圆弧速度迂回的迂回轨迹，若vi＝vi+1，则焊枪在该迂回轨迹上以最大速度运动；若vi≠vi+1，则根据允许的最大加速度amax加速至允许的最大速度，运动一段路程后然后再减速至vi+1，实现段间速度平缓相接，既克服了延长线预加减速控制策略中存在焊速低于给定速度的弊端，又减缓了圆弧迂回折角速度控制策略迂回空走时间长的问题。

附图说明

图1是一种波纹板焊接机器人焊接速度优化的方法得流程图

图2是段内速度优化的流程图

图3是段间速度优化的流程图

图4是前后段最优焊速相等时基于圆弧速度迂回控制策略的迂回路径上的速度规划示意图

图5是前后段最优焊速不等时基于圆弧速度迂回控制策略的迂回路径上的速度规划示意图

图6是对于直角拐点基于圆弧速度迂回控制策略的迂回路径上的速度规划示意图

图7是对于直角拐点基于圆弧速度迂回控制策略的迂回路径上的速度规划示意图

具体实施步骤

本发明提供了一种波纹板焊接机器人焊接速度优化的方法，解决了波纹板焊接时焊接速度不能根据波纹板的具体形状进行调整，对于拐点处速度突变影响焊接质量，焊接速度调整时间查那长影响焊接效率等问题。

实施例1：参照图1、图2、图3、图4，本发明针对上述问题采用的技术方案如下：首先根据焊接质量要求设置一个焊缝拟合最小距离阈值，中央处理器调用焊缝识别系统所识别的焊缝表面离散点(x(i),y(i))，中央处理器使用最小二乘法对离散点进行拟合，如果拟合结果不满足最小距离阈值l，则对离散点取半，每一半单独进行拟合，然后拟合结果与最小距离阈值l进行比较，最小阈值0≤l≤r，

r²＝(x-a)²+(y-b)²

x²+y²+ax+by+c＝0

式中：

a＝-2a,b＝-2b,c＝a²+b²-r²

q(a,b,c)＝∑[x²(i)+y²(i)+ax(i)+by(i)+c]²

解这个方程组，可得

其中

f(x,y)＝n∑x²(i)-∑x(i)∑x(i)

g(x,y)＝n∑x(i)y(i)-∑x(i)∑y(i)

h(x,y)＝n∑x²(i)-n∑x(i)∑y²(i)-∑[x²(i)+y²(i)]∑x(i)

k(x,y)＝n∑y²(i)-∑y(i)∑y(i)

l(x,y)＝n∑x²(i)y(i)+n∑y²(i)-∑[x²(i)+y²(i)]∑y(i)

如果满足最小距离阈值，则输出该集合内焊缝表面离散点拟合出的焊缝轨迹函数yi，如果不满足最小距离阈值，则继续进行取半再拟合，直至满足最小距离阈值，此方法可以根据焊接质量要求拟合出最佳的焊缝轨迹，且焊缝分为n段{s1,s2,...,sn}，每一段都有自己的最佳拟合轨迹，为段内速度优化提供了基础，且焊缝分段不是机械性地分为n段，而是自适应分段，分段效果得到了改善。

根据焊接质量要求和波纹板焊接工艺，n段焊缝{s1,s2,...,sn}每一段都都设置一个最优焊接速度阈值vi，对每一段焊缝轨迹曲线函数yi进行一次求导得到对应焊缝子段地速度函数vi，如果存在≥2个连续离散点的瞬时速度都落在最优速度阈值外，则需要进行速度调节使焊枪保持在最优速度。

完成段内的速度优化，进入到段间的速度优化，取si段的最后一个离散点gi和si+1段的第一个离散点gi+1，分别求yi和yi+1在这两点处的切线方程hi和hi+1，以两条切线的交点o为圆心，以半径r为半径作圆，r取焊接平台所允许的最小值，该圆则为圆弧速度迂回的迂回轨迹，vi＝vi+1，则焊枪在该迂回轨迹上以最大加速度加速至允许最大速度运动vmax，加速阶段路程为s加，距离迂回轨迹结束s加时以最大减速度减速至vi+1，相比于以恒定速度走完整个迂回轨迹，空走时间大大缩短

v-v0＝at

实现段间速度平缓相接，既克服了延长线预加减速控制策略中存在焊速低于给定速度的弊端，又减缓了圆弧迂回折角速度控制策略迂回空走时间长的问题。

实施例2：参照图1、图2、图3、图5，对于先后段最优焊速不同，vi≠vi+1，则根据允许的最大加速度amax加速至允许的最大速度，运动至距离迂回轨迹结束s减后再以最大减速度减速至vi+1，实现了焊速平缓相接。

实施例3：参照图1、图2、图3、图6，对于不同角度焊缝折角，都可以在通过段间速度优化方法，借助圆弧迂回策略实现速度大小和方向的快速改变，既保留了圆弧迂回策略的速度改变速度方向的优点，又减弱了圆弧迂回策略对于焊接效率的不良影响。

上面描述的仅是本发明的几个具体实施例，显然在本发明的技术方案指导下本领域的任何人所做的修改或具体替换，均属于本发明权利要求限定的范围。