一种基于离心角变化的管板焊接的椭圆插补方法
【专利摘要】本发明提供一种基于离心角变化的管板焊接的椭圆插补方法，首先确定插补起点的位置并根据所需焊接的轨迹得到插补周期与插补线速度，再根据椭圆参数方程，确定椭圆在每次插补过程中离心角的变化量，并将离心角的变化量转换为椭圆曲线中插补点坐标值的变化量，根据插补点坐标值的变化量得出下一插补点坐标和各坐标轴进给速度并传递给控制器，控制器将它们传递给各相应伺服电机，由伺服电机带动机械结构和焊机执行相应命令，完成插补。本发明可使焊机在焊接过程中速度不会发生突变，并且可以很大程度上发挥上位机的计算优势，加快系统运行速度，减小硬件部分的负担，能保证焊缝的一致性，现对焊机的柔性控制，提高焊接的质量。
【专利说明】一种基于离心角变化的管板焊接的椭圆插补方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于制造业自动化领域的管板焊接控制系统，尤其涉及一种基于离心角变 化的管板焊接的椭圆插补方法。
【背景技术】
[0002] 随着计算机技术和自动化加工技术的发展，焊接自动化装备以及焊接机器人已经 成为世界各国重点发展的重要装备，实现智能化的焊接自动化已经成为我国工业现代化发 展的必然要求。在我国的焊接中小企业，普遍采用人工焊接实现对复杂焊缝的焊接，焊接质 量受工人的熟练程度和技术影响较大，存在差异性，效率低，且焊接行业高辐射、金属烟尘、 有害气体、射线和噪声等危害影响人体健康，造成招工难和人工成本居高不下等问题。因此 实现复杂焊缝的自动化焊接是非常必要的，研究一种用于椭圆焊缝焊接的插补方法对实现 散热器管板焊接具有重要意义。
[0003] 焊接过程中常用的插补方法有逐点比较法与数字积分法（DDA)。逐点比较法可以 保证在焊接过程中速度的平和性，但在多轴联动系统中插补不均匀，这对于对密封性要求 很高的散热器管板焊接来说，很不适用；数字积分法利用弦长近似等于弧长来求插补点，在 多轴联动系统中易于实现，且运算效率高，很适用于函数运算。但其在计算过程中使用了除 法，使得数据处理起来比较复杂，且在实现过程中速度会随着被积函数的大小变化，插补速 度不平稳，插补精度不高，很容易产生焊接缺陷。比较积分法，结合了比较法和积分法的优 点，在每一次脉冲进给时需比较各坐标进给脉冲间隔的大小，才能确定每次的具体进给的 基准轴，每输出一个脉冲就得作偏差判别、坐标进给和新偏差计算，此外还需要进行过象限 处理，计算繁琐。
【发明内容】
[0004] 为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于离心角变化的管板焊接 的椭圆插补方法，可以确保焊机在焊接过程中速度不会发生突变，并最大程度上发挥上位 机的计算优势，加快系统运行速度，减小硬件部分的负担，保证焊缝的一致性，提高焊接的 质量。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种基于离心角变化的管板焊 接的椭圆插补方法，其特征在于，包括以下步骤： STl :确定插补起点的位置； ST2 :根据所需焊接的轨迹得到插补周期与插补线速度； ST3 :结合椭圆参数方程，计算椭圆在每次插补过程中离心角的变化量； ST4 :将ST3中离心角的变化量转换为椭圆曲线中插补点坐标值的变化量，根据插补点 坐标值的变化量得出下一插补点坐标和各坐标轴进给速度； ST5 :将ST4中计算出的下一个插补点的坐标和各坐标轴进给速度传递给控制器，控制 器将它们传递给各相应伺服电机，由伺服电机带动机械结构和焊机执行相应命令，完成插 补。
[0006] 在插补开始前，如果插补起始点不是椭圆焦点，需要经过坐标变换将插补起始点 转换成椭圆焦点。
[0007] 在插补过程中，插补步长A L、插补周期T、线速度V满足： AL = vXT (1)， 所述插补线速度V满足：
【权利要求】
1. 一种基于离心角变化的管板焊接的椭圆插补方法，其特征在于，包括以下步骤： ST1 :确定插补起点的位置； ST2 :根据所需焊接的轨迹得到插补周期与插补线速度； ST3 :结合椭圆参数方程，计算椭圆在每次插补过程中离心角的变化量； ST4 :将ST3中离心角的变化量转换为椭圆曲线中插补点坐标值的变化量，根据插补点 坐标值的变化量得出下一插补点坐标和各坐标轴进给速度； ST5 :将ST4中计算出的下一个插补点的坐标和各坐标轴进给速度传递给控制器，控制 器将它们传递给各相应伺服电机，由伺服电机带动机械结构和焊机执行相应命令，完成插 补。
2. 根据权利要求1所述的一种基于离心角变化的管板焊接的椭圆插补方法，其特征在 于：在插补开始前，如果插补起始点不是椭圆焦点，需要经过坐标变换将插补起始点转换成 椭圆焦点。
3. 根据权利要求1所述的一种基于离心角变化的管板焊接的椭圆插补方法，其特征在 于：在插补过程中，插补步长AL、插补周期T、线速度v满足： AL=vXT(1)， 所述插补线速度v满足：
(2)，其中，vx和vy分别是X轴方向速度与Y轴方向速度， 上述插补周期T固定，插补线速度v保持不变，则可得到保持不变的插补步长AL。
4. 根据权利要求1所述的一种基于离心角变化的管板焊接的椭圆插补方法，其特征在 于：所述ST3中，离心角的变化量为离心角的增量，在焊接过程中，插补轨迹从M点移动到N 点，离心角由变为ei+1，得到离心角增量A0,为： A9 . = | 9 ,+1- 9 . (3)； 若插补周期T很小，且AL<<R，则有如下关系：
5. 根据权利要求1所述的一种基于离心角变化的管板焊接的椭圆插补方法，其特征在 于：所述ST4中下一插补点坐标和各坐标轴进给速度计算如下： 第i个插补点M的坐标为（Xi，yi)，离心角为0i，由公式（3)可得出坐标为（xi+1，yi+1) 的第i+1个插补点N的离心角0 i+1，带入椭圆参数方程
得到第i+1个插补点N 的坐标（xi+1，yi+1),进而得到第i+1个插补点的各坐标轴的进给量Axi+1、Ayi+1 :
所述第i+1个插补点各轴的进给量与进给速度满足：
根据式（5)得出各轴进给速度。
6. 根据权利要求1所述的一种基于离心角变化的管板焊接的椭圆插补方法，其特征在 于：在ST5中，控制器控制伺服电机的速度和进给量，使其能够按照给定的速度和位移来进 行移动，用有限条无限接近圆弧的直线段代替圆弧，实现椭圆轨迹的焊接。
7. 根据权利要求1所述的一种基于离心角变化的管板焊接的椭圆插补方法，其特征在 于：所述焊接对象为管板。
8. 根据权利要求1或7所述的一种基于离心角变化的管板焊接的椭圆插补方法，其特 征在于：所述椭圆焊接中插补完成的判断为： (1) 第i+1个插补点的坐标与起始点坐标一样，则表示插补即焊接结束； 或者 (2) 在插补过程中将每一次插补的离心角的变化量叠加，最后得到叠加值为360°，即 表不插补结束。
【文档编号】G06F17/50GK104408226SQ201410580030
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年10月23日 优先权日:2014年10月23日
【发明者】李国文, 赵凡, 黄军垒, 青华, 刘华荣 申请人:郑州斯倍思机电有限公司