一种在相对密封空间内焊接姿态检测及调整的方法与流程

1.本技术涉及焊接技术领域，尤其是涉及一种在相对密封空间内焊接姿态检测及调整的方法。


背景技术：

2.密封面是指启闭件与阀座紧密贴合且具有密封作用的接触面，阀座密封面堆焊是阀座制造中的重要工艺，阀座密封面堆焊质量在很大程度上决定了阀座的制造质量，同样，密封面堆焊质量在很大程度上决定了阀芯件是否发生故障、失效，决定其服役寿命。密封面是阀座最关键的工作面，密封面质量的好坏关系到阀座的使用寿命。
3.由于在焊接过程中，焊枪角度对焊缝成型和焊接质量有着直接的关系，表现为影响焊缝外观、熔深，焊宽，余高、焊接飞溅等等。而在相对密闭或半密闭空间，实施堆焊时，如何有效控制焊枪与堆焊面的前后角度和左右角度，从而调整成需要的焊接角度，是一件重要的事。焊枪角度对焊缝熔深宽度影响示意图参见图1。
4.针对相对密闭阀体的阀座的密封面堆焊的过程中，使用焊接机器人的焊枪对阀座的密封面实施堆焊，在三个维度都在不断变化的焊接面上进行焊接，存在不方面观察焊接面，如何保证较合适的焊接角度，达到较好的焊接效果，是必须要考虑的问题。


技术实现要素：

5.为了在相对密闭空间的密封面堆焊的过程中，使焊接机器人的焊枪与待焊接面之间位置较佳的焊接角度，本技术提供一种在相对密封空间内焊接姿态检测及调整的方法。
6.本技术提供的一种在相对密封空间内焊接姿态检测及调整的方法采用如下的技术方案：一种在相对密封空间内焊接姿态检测及调整的方法，包括步骤：固定待焊接面在变位机上；调整焊枪在初始位；检测焊枪与待焊接面在焊接运行的前后方向上的角度；检测焊枪与待焊接面在焊接运行的左右方向上的角度；依据检测获得的角度，调整焊枪运行参数。
7.通过采用上述技术方案，通过分次检测焊枪与待焊接面在焊接运行的前后方向、左右方向的角度，并依据检测获得的角度，调整焊枪运行参数，对焊接机器人内部预设生成的对焊枪的控制参数进行修正，进而使焊接的过程中焊枪与待焊接面之间维持较佳的角度，以达到较好的焊接效果。
8.可选的，检测焊枪与待焊接面在焊接运行的前后方向上的角度，包括步骤：待焊接面取点、分段；设定检测轨迹；设定起始检测位置、设定检测运行方向；固定已经在水平面归零的电子角度规在焊枪的横杆上；按设定的检测轨迹，运行检测；
监控电子角度规的检测角度，并记录。
9.通过采用上述技术方案，将电子角度规在焊枪的横杆，实现对焊枪与待焊接面在焊接运行的前后方向上的角度的检测。
10.可选的，检测焊枪与待焊接面在焊接运行的左右方向上的角度，包括步骤：待焊接面取点、分段；设定检测轨迹；设定起始检测位置、设定检测运行方向；焊枪竖杆处铁质改造；固定已在垂直面归零的电子角度规在焊枪的辅助测量零件上；按设定的检测轨迹，运行检测；监控电子角度规的检测角度，并记录。
11.通过采用上述技术方案，将电子角度规在焊枪的竖管，实现对焊枪与待焊接面在焊接运行的左右方向上的角度的检测。
12.当然的，如果本技术中，连续的先对焊枪与待焊接面在焊接运行的前后方向检测，然后对左右方向检测，或，连续的先对左右方向检测，然后对前后方向检测，在后一步检测的过程中，针对“待焊接面取点、分段；设定检测轨迹；设定起始检测位置、设定检测运行方向”的步骤可以延用前一步中的取点、分段及相关设定，不必然重复取点、分段及相关设定。
13.可选的，待焊接面取点、分段，设定起始检测位置、轨迹，包括步骤：扫描待焊接面三维曲面；对待焊接面三维曲面上取点；依据取点，对待焊接面三维曲面分段；依据分段，对待焊接面三维曲面设定检测轨迹顺序；依据检测轨迹顺序，设置起始检测位置，设定检测运行方向。
14.通过采用上述技术方案，实质为检测前的准备工作，通过对待焊接面取点、分段，根据待焊接面的特性进行分段设定，能够更好地提高检测过程的精确性，以及操作的便捷性。设定起始检测位置、轨迹、方向等，也就是确定了检测的完成的过程和顺序。另外，本技术中，对于已经在焊接机器人内部存储了待焊接面的三维曲面参数，则直接调用相关参数即可，“扫描待焊接面三维曲面”不需要执行。
15.可选的，对待焊接面三维曲面设定检测轨迹顺序，将待焊接面的所有分段依次运行检测；或，将待焊接面的部分分段依次运行检测，分次完成所有分段检测；或将待焊接面的部分分段跳跃式运行检测，分次完成所有分段检测。
16.通过采用上述技术方案，公开了检测轨迹顺序的多种设定方式。
17.可选的，电子角度规固定在焊枪横杆的最低的位置处。
18.通过采用上述技术方案，公开了为取得较好的检测效果，优选固定在焊枪横杆的最低的位置处。
19.可选的，监控电子角度规的检测角度，包括：通过视频拍摄装置拍摄电子角度规显示屏上显示的实时角度值，并记录、处理、使用数据；或，通过电子角度规传输检测数据至外部设备以记录、处理、使用数据。
20.通过采用上述技术方案，公开了检测数据的记录方式。
21.可选的，对焊枪竖杆处铁质改造，包括在竖杆的焊嘴处设置铁质的辅助测量零件，辅助测量零件套设在焊嘴上。
22.通过采用上述技术方案，公开了对焊枪竖杆处铁质改造的方式。由于焊枪的焊嘴处材质为黄铜，不具备磁性，电子角度规无法通过磁性吸附在焊嘴上。且由于焊枪的竖杆较短，且安装有焊嘴，也没有足够的空间固定电子角度规。因此，在焊枪的竖杆处做铁质改造。方便电子角度规通过磁性固定。
23.可选的，辅助测量零件外形为具有规则的平面，以便于电子角度规通过磁性吸附固定；检测左右方向上的角度，运行检测时，可更换电子角度规在辅助测量零件上的固定位置。
24.通过采用上述技术方案，公开了辅助测量零件的样式，及检测过程中电子角度规在辅助测量零件上的固定方式。 为了方便固定电子角度规，铁质的辅助测量零件外形做成外六方，外六方具有规则的平面，方便与电子角度规通过磁性固定。当然，也可以是其他具有规则的平面的外形。并且由于在测量不同位置的角度时，为避免电子角度规与阀体内密闭空间的零件内壁干涉，可取下电子角度规，再安装在铁质的辅助测量零件外六方的不同面上，通过变换电子角度规在外六方不同面的固定，来实现在全部轨迹上的检测。
25.可选的，检测焊丝伸出焊枪嘴时偏移焊枪竖杆中心轴的角度值，依据检测获得的角度值，调整焊枪运行参数。
26.通过采用上述技术方案，可以进一步修正焊接过程中的角度。
27.本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.本技术的方法，能够通过两次检测，能够较好的确定焊枪在焊接面运行的过程中，焊枪与待焊接面之间前后、左右形成的角度，并通过检测得到的角度值和角度变化值，对焊接机器人内部预设生成的对焊枪的控制参数进行修正，进而使焊接的过程中焊枪与待焊接面之间维持较佳的角度，以达到较好的焊接效果。先调整好焊枪横杆与水平面分段角度（前后角度），固定后，再分段调整焊枪竖杆（左右角度），合适后进行保存固化。
28.2.本技术通过对待焊接面取点、分段，根据待焊接面的特性进行分段设定，能够更好地提高检测过程的精确性，以及操作的便捷性。设定起始检测位置、轨迹、方向等，也就是确定了检测的完成的过程和顺序。
29.3.本技术通过采用上述技术方案，公开了对焊枪竖杆处铁质改造的方式。由于焊枪的焊嘴处材质为黄铜，不具备磁性，电子角度规无法通过磁性吸附在焊嘴上。且由于焊枪的竖杆较短，且安装有焊嘴，也没有足够的空间固定电子角度规。因此，在焊枪的竖杆处做铁质改造。方便电子角度规通过磁性固定。
附图说明
30.图1是焊枪角度对焊缝熔深宽度影响示意图。
31.图2是阀座及阀座内焊接面位置示意图。
32.图3是焊接面三维曲面取点、分段，设定起始检测位置、轨迹的示意图。
33.图4是一种焊枪在直线段检测前后角度状态的三维图示意。
34.图5是一种焊枪在内弯段检测前后角度状态的三维图示意。
35.图6是一种焊枪在直线段检测左右角度状态的三维图示意。
c、c-d、d-e、e-f四个子段，内弯段ⅱ又分为g-h、h-i、i-j、j-a四个子段。在分段的选取上，每个最小分段的三维曲面特性尽可能相近，以使焊枪2在该段焊接面11的三维曲面上焊接时，变位机的变动相对简单、变动控制精确，阀体1的三维曲面随着变位机的变动，能够随时适应焊枪2需要的角度需求。
47.按照对焊接面11的三维曲面取点、分段，设定检测起始位置，如a点位起始点，设定检测运行顺序，如a-b-c-d-e-f-h-i-j-a。当然，也可以分为多次检测，每次检测设定一个检测起始点，最后合并完成整个焊接面11的检测。如先检测两个直线段，也即以a为检测起始位置检测a-b段，以f为检测起始位置检测f-g段，然后再以b为检测起始位置检测b-f段，以g为检测起始位置检测g-a段。
48.为了保证较好的焊接效果，在完成整个焊接面11的堆焊后，还需要实施收弧，取q点为收弧起点，取s点为收弧终点，收弧段包含a点,也即q-a-s。
49.2.电子角度规3在水平面归零；电子角度规3既能够用于检测角度，又能实时将检测到的角度值显示在其显示屏上。将电子角度规3在水平面归零，给电子角度规3一个水平面的0值的标准位置，然后再拿起放到要测的平面，这个时候测出来的角度是相对水平面的角度变化。
50.3.将电子角度规3固定在焊枪2的横杆21上；因焊枪2的横杆21部位为一个统一外径的管状，容易将电子角度规3通过捆绑等形式固定在横杆21上。当然，由于电子角度规3设置有磁性体，容易与铁质材料通过磁性吸附。焊枪材料为紫铜材质，不具有磁性，因此也可以在横杆21上设置铁质辅助结构，通过吸附的方式将电子角度规3吸附在焊枪2的横杆21上。为了保证检测角度，将电子角度规3吸附固定在焊枪2的相对最低的位置处，也即看到电子角度规3在横杆21两侧露出来的部分基本一样多即可。
51.4.按设定的轨迹，运行检测；参考图4是焊枪2在直线段的检测前后角度状态三维图示意。参考图5是焊枪2在内弯段的检测前后角度状态三维图示意。按照设定的起始检测位置，以及检测轨迹及顺序，运行检测。焊接机器人控制焊枪2在阀体1的焊接面11自初始位置开始，在平面内运动，焊接机器人控制变位机运动带动阀体1的焊接面11运动，使焊接面11运动至距离焊枪2合适的高度，焊枪2与焊接面11之间具有一定的夹角。此时，电子角度规3检测角度，此角度为焊枪2与待焊接面11前后方向的夹角。变位机运动带动阀体1的焊接面11依据设定的轨迹运动，电子角度规3能够实时检测角度，并显示在其显示屏上。
52.5.监控电子角度规3的角度变化；监控电子角度规3检测的实时的角度值，并计算角度变化。
53.可以通过视频拍摄装置拍摄电子角度规3显示屏上显示的实时角度值，方便记录、调用和读取实时角度值。
54.6.依据角度值做相应调整。
55.依据电子角度规3检测的实时的角度值，以及计算得到的角度变化值，对焊接机器人的焊枪2运动参数进行调整，使焊枪2与待焊接面11之间在焊接前进方向的前后方向的角度处于较佳的状态。具体的角度调整，是通过焊接机器人的操作面板，将相应的数据录入焊接机器人控制程序中，并执行相应的控制程序即可。由于其录入和执行的步骤和方法，在焊
接机器人的操作规程中均有明确记载，并且对相关人员都会有使用的相关培训，因此，在本技术中不做具体的描述。
56.为了检测焊接前进方向上焊枪2与待焊接面11左右方向的角度，实施测量步骤主要有：在检测焊枪2与待焊接面11左右方向的角度时，需要将检测角度的装置安装在焊枪2的竖杆22段上。
57.1.焊枪2竖杆22处铁质改造；由于焊枪2的焊嘴23处材质为黄铜，不具备磁性，电子角度规3无法通过磁性吸附在焊嘴23上。
58.由于焊枪2的竖杆22较短，且安装有焊嘴23，也没有足够的空间固定电子角度规3。
59.由于焊枪2的竖杆22在韩妆焊嘴23后，实质为一个外径不断变化的管状结构，不方便固定电子角度规3。
60.因此，在焊枪2的竖杆22处做铁质改造。在焊嘴23处设置铁质的辅助测量零件25，套设在焊嘴23上。铁质的辅助测量零件25外形做成外六方，外六方具有规则的平面，方便与电子角度规3通过磁性固定。当然，也可以是其他的外形。
61.把焊枪2的竖杆22处设置成铁质的零件，便于通过可固定电子角度，来看左右的角度变化。
62.2.待焊接的焊接面11三维曲面取点、分段；设定起始检测位置、轨迹；其中，若先进行前后方向的角度检测，已对焊接面11三维曲面取点、分段，设定起始检测位置、轨迹，在此不必重复该操作，继续使用即可。
63.3.电子角度规3在垂直面归零；4.将电子角度规3固定在焊枪2的铁质的辅助测量零件25上；5.按设定的轨迹，运行检测；参考图6是一种焊枪2在直线段检测左右角度状态的三维图示意，图7是一种焊枪2在内弯段检测左右角度状态的三维图示意。在测量不同位置的角度时，为避免电子角度规3与阀体1内密闭空间的零件内壁干涉，可取下电子角度规3，再安装在铁质的辅助测量零件25外六方的不同面上，通过变换电子角度规3在外六方不同面的固定，来实现在全部轨迹上的检测。
64.6.监控电子角度规3的角度变化；7.依据显示的角度值做相应的调整。
65.另外，由于焊丝24具有一定的钢性，伸出焊枪2嘴时，会有一定的定向性偏移，因此，需把偏移角度计算在内。
66.焊丝24从焊嘴23中伸出来一般规律是朝向横杆21与竖杆22的内角侧。参考附图8，比如焊丝24与焊枪2竖杆22轴线偏移10
°
。焊丝24与水平面角度90
°
，焊枪2横杆21与水平面平行。首先要保证焊丝24前后方向是垂直与水平面，然后依据焊枪2设计角度（图中的100
°
）推算横杆21与水平面的角度，中横杆21与水平面为平行状态。如果焊丝24偏移8
°
，焊枪2的横杆21就得与水平面有2
°
的向上抬起角度。焊丝24与焊枪2竖杆22轴线偏移10
°
，对轨迹在弯段取点也会有偏移，三角形斜边就是焊丝24的伸长12mm,角度10
°
，短斜边就是约有2.1mm偏移量。
67.针对上述的测量结果，既能够计算角度的变化值，也能分析出角度值的变化趋势等信息。
68.对于全新的焊接面11，首先要分析焊接面11的三维变化情况，如果仅是两个维度变化，即类似我们的直线段，参照直线段调整；如果是三个维度都在变化的焊接面11，参照我们的弯段设置来调整。
69.全新的焊接面11在轨迹取点时，每次确保取的点位的同时，转动变位机角度确保此局部面为水平，变位机与焊接机器人是联动的，就会记忆保存的位置。
70.视频拍摄装置可以为手机。当然的，还可以使用其他视频拍摄装置拍摄记录。
71.由于在阀体1内部检测，不方便人工实施直接观察和记录，通过视频影像记录的形式，既能够为观察记录提供便利，又能真实的记录检测状态，为研究和后续查阅提供便利。
72.当然的，除了可以通过采用录制视频的形式记录电子角度规3检测的实时的角度值，并通过人工对视频数据信息的记录，进而计算角度变化。还可以对电子角度规3进行改进，设置数据采集单元，电子角度规3将检测的实时角度值不仅可以实时显示在显示屏上，还可以采集至数据采集单元内。还设置数据传输单元，数据采集单元与数据传输单元连接，将采集的实时角度值通过数据传输单元传输至外部设备上，以供外部接受设备对实时角度值进行记录。数据传输单元可以是通过有线形式传输数据，如数据传输线，也可以是通过无线形式传输数据，如wifi、gprs、3g、4g、5g等。还可以设置数据存储单元，数据采集单元与数据存储单元连接，将数据采集单元采集的数据存储至数据存储单元中。
73.外部接受设备可以是单独配套的具有数据接收、记录功能的设备，也可以是集成在焊接机器人中的数据接收、记录单元，还可以是其他具有数据接收、记录功能的设备。外部接受设备设置有数据接收单元，能够接受电子角度规3的数据传输单元传输的实时角度值数据。还设置有数据记录单元，将接受的实时角度值数据记录在数据记录单元中。记录的数据可以对外显示供人工记录使用，如输出到显示屏等；也可以设置打印输出，打印输出后供人工记录使用，如打印到机械打印机或电子打印文件；还可以设置有数据处理单元，数据记录单元与数据处理单元连接，将记录的数据传输至数据处理单元运算处理。数据处理单元可以计算角度变化，并输出角度变化值，人工可以直接记录该角度变化值，从而节约人工计算角度变化值的时间和精力，提高计算效率，并能避免人为计算产生的数据误差或者错误。还可以设置数据传输单元，直接将数据处理单元计算得角度变化值输出至焊接机器人。还可以设置数据存储单元，存储接受的数据、运算后的数据等。
74.显然的，也可以在电子角度规3的改进中加入外部设备的数据处理功能。在电子角度规3的改进中设置数据处理单元，电子角度规3传输输出的数据，就可以既有检测到的实时角度值，也可以有经过运算的角度变化值。
75.作为另一种实施方式，也可以将电子角度规3检测的实时角度值直接传输到焊接机器人，焊接机器人内设置数据接受单元、数据记录单元、数据处理单元、数据存储单元等，并将经过数据处理单元运算得到的角度变化值，数据输入到焊接机器人的控制单元，进而通过控制单元发出控制指令，对焊枪2进行控制，使焊接面11的与焊枪2的角度始终维持在较佳的状态。
76.具体的操作状态，参考附图。
77.针对不同要求的焊接面11，在检测的过程中取点、分段、轨迹设置可以有所不同。
78.如果零件焊接面11要求不高，可截取要焊接的三维阀座面，按轨迹分段运行，焊枪2上固定电子角度规3，拍视频记录角度的实时变化，做相应调整。取点、分段可以相对较少，轨迹设置可以连续进行。
79.如果零件焊接面11要求较高，在密闭空间内，取点、分段可以相对较多，轨迹设置可以分段分别检测。焊枪2上固定电子角度规3，拍视频记录角度的实时变化，做相应调整。
80.为了提高检测的效率，实现检测过程的可视化。针对密闭或相对密闭空间内的焊接面11的检测，可以采取仅铸造焊接面11部分区域，对该部分区域进行检测，以模拟实际情况，从而在相对可看见的空间进行测试调整。
81.本技术的方法，能够通过两次检测，能够较好的确定焊枪2在焊接面11运行的过程中，焊枪2与待焊接面11之间前后、左右形成的角度，并通过检测得到的角度值和角度变化值，对焊接机器人内部预设的对焊枪2的控制参数进行修正，进而使焊接的过程中焊枪2与待焊接面11之间维持较佳的角度，以达到较好的焊接效果。
82.本技术能够用于相对密封的阀体1内焊接面11的堆焊前的焊枪2与待焊接面11角度的检测，也能给用于其他密闭或相对空间内规则或不规则的三维曲面进行检测。
83.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。