基于双侧基准的双光束激光焊接控制方法

摘要

本发明提供了一种基于双侧基准的双光束激光焊接控制方法，包括：接收对待焊接工件的三维模型中的要利用第一激光束和第二激光束进行成对焊接的第一焊缝链和第二焊缝链的选择，其中第一激光束用于焊接第一焊缝链，第二激光束用于焊接第二焊缝链；针对所述第一焊缝链和所述第二焊缝链上的每对焊接点，其中每对焊接点包括所述第一焊缝链上的第一焊接点和所述第二焊缝链上与第一焊接点相对应的第二焊接点：获取第一焊接点的第一焊接数据和第二焊接点的第二焊接数据；以及根据第一焊接数据和第二焊接数据计算用于控制发射第一激光束和第二激光束的激光焊接装置的位置和姿态；以及根据针对每对焊接点所确定的激光焊接装置的位置和姿态，控制所述激光焊接装置利用第一激光束和第二激光束对第一焊缝链和第二焊缝链进行成对焊接。

说明书

技术领域

本发明总体上涉及数控加工技术领域，更具体地涉及一种基于双侧基准的双光束激光焊接控制方法及实现这种方法的相应装置，可以应用于例如航空结构件的焊接。

背景技术

激光焊接是以高能量密度激光束作为热源的焊接技术，具有施焊速度快、效率高的特点。由于激光束可聚焦在极小区域内，所以热影响区域、金相变化范围、热传导变形也都较小。同时，该技术还具有焊接材料范围广、无需考虑电极污染或受损、无需真空环境、不受磁场影响等诸多优点，因而在船舶、汽车、化工、电子等工业界得到了广泛应用。目前传统的“单面焊双面成形”工艺容易破坏焊件及焊缝的完整性，而利用双光束并行焊接长桁结构则能有效避免这一缺陷。特别是在航空领域，在航空结构件的焊接上具有极大优势。

理论上认为待焊工件与其三维几何模型完全一致，然而实际工件由于制造或装夹等原因会出现一定的偏差，从而导致两侧焊缝特征与理论模型可能不一致。若仅采用六轴联动的机床控制双光束焊接会使得两侧焊接点位置不可兼顾。因而必须引入焊缝跟踪系统在局部进行自适应运动，修正实际焊点位置。焊缝跟踪系统在当前焊接位置对焊缝和激光光斑之间的偏差进行识别，然后根据偏差对激光头进行微调，使激光光斑能够准确位移焊缝上。该系统是目前解决激光焊接领域中理论数模与实际工件之间偏差的通用且有效的手段。

在航空结构件的单光束焊接领域，一般是把激光束的焦点(激光束上距离激光头指定距离的点，该点处的激光能量最适合于焊接)作为刀位点(也称为焊接点)，激光束发射的反方向作为刀轴矢量方向。基于这种方法构建的面向双光束激光焊接的单侧基准轨迹规划策略在于：首先构建一系列导动面(两束激光在焊接时所处平面)作为激光束工作平面，然后以一侧激光束为基准(即把一侧激光束焦点当做刀位点，该侧激光束方向作为刀轴矢量方向，仅保证单侧完全对准，另一侧激光束进行跟随运动)进行规划。这种方法对于等距平行焊缝的情况能够适用，但是对于其他非等距焊缝的情况则无法适用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于双侧基准的双光束激光焊接机制，该机制同时考虑双侧焊缝的几何信息，并根据参考几何(两条焊缝所在的平面或曲面)和激光束参数生成双光束激光焊接路径。

根据本发明的第一方面，提供了一种基于双侧基准的双光束激光焊接控制方法。该方法包括：接收对待焊接工件的三维模型中的要利用第一激光束和第二激光束进行成对焊接的第一焊缝链和第二焊缝链的选择，其中第一激光束用于焊接第一焊缝链，第二激光束用于焊接第二焊缝链；针对所述第一焊缝链和所述第二焊缝链上的每对焊接点，其中每对焊接点包括所述第一焊缝链上的第一焊接点和所述第二焊缝链上与第一焊接点相对应的第二焊接点：获取第一焊接点的第一焊接数据和第二焊接点的第二焊接数据；以及根据第一焊接数据和第二焊接数据计算用于控制发射第一激光束和第二激光束的激光焊接装置的位置和姿态；以及根据针对每对焊接点所确定的激光焊接装置的位置和姿态，控制所述激光焊接装置利用第一激光束和第二激光束对第一焊缝链和第二焊缝链进行成对焊接。

在一个实施例中，该方法还包括：接收对第一焊缝链和第二焊缝链所在的同一参考几何面的选择。

在一个实施例中，该方法还包括：设置与所述第一激光束和第二激光束相关的激光束参数。所述激光束参数包括：所述第一激光束和第二激光束之间的激光束夹角；和/或所述第一激光束相对于所述参考几何面在第一焊接点处的法矢方向的偏转角度。

在一个实施例中，所述偏转角度是所述激光束夹角的一半。

在一个实施例中，所述第二焊接点是经过所述第一焊接点并且与所述第一焊接点处的焊缝切矢方向垂直的平面与所述第二焊缝链的交点。

在一个实施例中，第一焊接数据包括第一焊接点的坐标、第一焊接点处的焊缝切矢方向以及所述第一激光束在第一焊接点处的作用方向的反方向，以及第二焊接数据包括第二焊接点的坐标和所述第二激光束在第二焊接点处的作用方向的反方向。

在一个实施例中，所述第一激光束在第一焊接点处的作用方向的反方向是由所述参考几何面在第一焊接点处的法矢方向绕由第一焊接点处的焊缝切矢方向与第一焊接点所确定的轴线旋转所述偏转角度得到的。

在一个实施例中，所述第二激光束在第二焊接点处的作用方向的反方向是由所述第一激光束在第一焊接点处的作用方向的反方向绕由第一焊接点处的焊缝切矢方向与第一焊接点所确定的轴线旋转激光束夹角得到的。

在一个实施例中，用于控制发射第一激光束和第二激光束的激光焊接装置的位置和姿态包括：第一激光束经过所述第一焊接点与第二激光束经过所述第二焊接点的交点的坐标；所述交点处的切矢方向，所述交点处的切矢方向是所述第一焊接点处的焊缝切矢方向；以及虚拟焊接方向，所述虚拟焊接方向是以所述交点为起点的第一激光束与第二激光束之间的夹角平分线。

在一个实施例中，所述第一焊缝链和所述第二焊缝链均包含一条或多条连续的直接或曲线。

在一个实施例中，该方法还包括：确定对第一焊缝链和第二焊缝链进行成对焊接的焊接方向。

根据本发明的第二方面，提供了一种基于双侧基准的双光束激光焊接控制装置。该装置包括：通信接口；至少一个处理器；以及存储器，所述存储器存储所述至少一个处理器可执行的指令，所述指令在被所述至少一个处理器执行时使得所述双光束激光焊接控制装置：接收对待焊接工件的三维模型中的要利用第一激光束和第二激光束进行成对焊接的第一焊缝链和第二焊缝链的选择，其中第一激光束用于焊接第一焊缝链，第二激光束用于焊接第二焊缝链；针对所述第一焊缝链和所述第二焊缝链上的每对焊接点，其中每对焊接点包括所述第一焊缝链上的第一焊接点和所述第二焊缝链上与第一焊接点相对应的第二焊接点：获取第一焊接点的第一焊接数据和第二焊接点的第二焊接数据；以及根据第一焊接数据和第二焊接数据计算用于控制发射第一激光束和第二激光束的激光焊接装置的位置和姿态；以及根据针对每对焊接点所确定的激光焊接装置的位置和姿态，控制所述激光焊接装置利用第一激光束和第二激光束对第一焊缝链和第二焊缝链进行成对焊接。

在一个实施例中，所述指令在被所述至少一个处理器执行时还使得所述双光束激光焊接控制装置：接收对第一焊缝链和第二焊缝链所在的同一参考几何面的选择。

在一个实施例中，所述指令在被所述至少一个处理器执行时还使得所述双光束激光焊接控制装置：设置与所述第一激光束和第二激光束相关的激光束参数。所述激光束参数包括：所述第一激光束和第二激光束之间的激光束夹角；和/或所述第一激光束相对于所述参考几何面在第一焊接点处的法矢方向的偏转角度。

在一个实施例中，所述偏转角度是所述激光束夹角的一半。

在一个实施例中，所述第二焊接点是经过所述第一焊接点并且与所述第一焊接点处的焊缝切矢方向垂直的平面与所述第二焊缝链的交点。

在一个实施例中，第一焊接数据包括第一焊接点的坐标、第一焊接点处的焊缝切矢方向以及所述第一激光束在第一焊接点处的作用方向的反方向，以及第二焊接数据包括第二焊接点的坐标和所述第二激光束在第二焊接点处的作用方向的反方向。

在一个实施例中，所述激光束参数包括所述第一激光束相对于所述参考几何面在第一焊接点处的法矢方向的偏转角度，以及所述第一激光束在第一焊接点处的作用方向的反方向是由所述参考几何面在第一焊接点处的法矢方向绕由第一焊接点处的焊缝切矢方向与第一焊接点所确定的轴线旋转偏转角度得到的。

在一个实施例中，所述激光束参数包括所述第一激光束和第二激光束之间的夹角，以及所述第二激光束在第二焊接点处的作用方向的反方向是由所述第一激光束在第一焊接点处的作用方向的反方向绕由第一焊接点处的焊缝切矢方向与第一焊接点所确定的轴线旋转激光束夹角得到的。

在一个实施例中，用于控制发射第一激光束和第二激光束的激光焊接装置的位置和姿态包括：第一激光束经过所述第一焊接点与第二激光束经过所述第二焊接点的交点的坐标；所述交点处的切矢方向，所述交点处的切矢方向是所述第一焊接点处的焊缝切矢方向；以及虚拟焊接方向，所述虚拟焊接方向是以所述交点为起点的第一激光束与第二激光束之间的夹角平分线。

在一个实施例中，所述第一焊缝链和所述第二焊缝链均包含一条或多条连续的直接或曲线。

在一个实施例中，所述指令在被所述至少一个处理器执行时还使得所述双光束激光焊接控制装置：确定对第一焊缝链和第二焊缝链进行成对焊接的焊接方向。

根据本发明的第三方面，提供了一种计算机存储介质，存储有计算机可执行指令。所述计算机可执行指令在被基于双侧基准的双光束激光焊接控制装置的至少一个处理器执行时，使所述双光束激光焊接控制装置：接收对待焊接工件的三维模型中的要利用第一激光束和第二激光束进行成对焊接的第一焊缝链和第二焊缝链的选择，其中第一激光束用于焊接第一焊缝链，第二激光束用于焊接第二焊缝链；针对所述第一焊缝链和所述第二焊缝链上的每对焊接点，其中每对焊接点包括所述第一焊缝链上的第一焊接点和所述第二焊缝链上与第一焊接点相对应的第二焊接点：获取第一焊接点的第一焊接数据和第二焊接点的第二焊接数据；以及根据第一焊接数据和第二焊接数据计算用于控制发射第一激光束和第二激光束的激光焊接装置的位置和姿态；以及根据针对每对焊接点所确定的激光焊接装置的位置和姿态，控制所述激光焊接装置利用第一激光束和第二激光束对第一焊缝链和第二焊缝链进行成对焊接。

在一个实施例中，所述计算机可执行指令在被基于双侧基准的双光束激光焊接控制装置的至少一个处理器执行时，还使所述双光束激光焊接控制装置：接收对第一焊缝链和第二焊缝链所在的同一参考几何面的选择。

在一个实施例中，所述计算机可执行指令在被基于双侧基准的双光束激光焊接控制装置的至少一个处理器执行时，还使所述双光束激光焊接控制装置：设置与所述第一激光束和第二激光束相关的激光束参数。所述激光束参数包括：所述第一激光束和第二激光束之间的激光束夹角；和/或所述第一激光束相对于所述参考几何面在第一焊接点处的法矢方向的偏转角度。

在一个实施例中，所述偏转角度是所述激光束夹角的一半。

在一个实施例中，所述第二焊接点是经过所述第一焊接点并且与所述第一焊接点处的焊缝切矢方向垂直的平面与所述第二焊缝链的交点。

在一个实施例中，第一焊接数据包括第一焊接点的坐标、第一焊接点处的焊缝切矢方向以及所述第一激光束在第一焊接点处的作用方向的反方向，以及第二焊接数据包括第二焊接点的坐标和所述第二激光束在第二焊接点处的作用方向的反方向。

在一个实施例中，所述第一激光束在第一焊接点处的作用方向的反方向是由所述参考几何面在第一焊接点处的法矢方向绕由第一焊接点处的焊缝切矢方向与第一焊接点所确定的轴线旋转偏转角度得到的。

在一个实施例中，所述第二激光束在第二焊接点处的作用方向的反方向是由所述第一激光束在第一焊接点处的作用方向的反方向绕由第一焊接点处的焊缝切矢方向与第一焊接点所确定的轴线旋转激光束夹角得到的。

在一个实施例中，用于控制发射第一激光束和第二激光束的激光焊接装置的位置和姿态包括：第一激光束经过所述第一焊接点与第二激光束经过所述第二焊接点的交点的坐标；所述交点处的切矢方向，所述交点处的切矢方向是所述第一焊接点处的焊缝切矢方向；以及虚拟焊接方向，所述虚拟焊接方向是以所述交点为起点的第一激光束与第二激光束之间的夹角平分线。

根据本发明的上述技术方案，本发明利用双侧焊缝链作为基准进行双光束激光焊接，能够解决单侧基准轨迹规划策略的缺陷，使双光束激光焊接能够适用于非等距焊缝的焊接情况。

附图说明

通过下面结合附图说明本发明的优选实施例，将使本发明的上述及其它目标、特征和优点更加清楚，其中：

图1是示出了根据本发明的焊接加工系统100的应用场景的示意图。

图2是示出了根据本发明实施例的焊接加工系统100的示例操作200的时序图。

图3和4分别示出了本发明适用的焊缝链的示意图。

图5示意性地示出了根据本发明实施例的示例刀位数据。

图6示出了本发明实施例适用的焊缝链的示例截面图。

图7示出了根据本发明实施例的双光束激光焊接的原理示意图。

图8是示出了根据本发明实施例的基于双侧基准的双光束激光焊接控制方法800的示意性流程图。

图9是示出了根据本发明实施例的基于双侧基准的双光束激光焊接控制装置900的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

图1是示出了根据本发明的焊接加工系统100的应用场景的示意图。如图1所示，焊接加工系统100可以包括路径规划端110和焊接端120。

焊接端120用于对待焊接工件进行双光束激光焊接。如图1所示，双光束激光焊接是利用两束成一定夹角的激光束对成对的两条焊缝(例如航空结构件中常见的T型焊缝的两侧)同时作用，并沿焊缝方向做焊接成型运动。焊接成型运动的轨迹需要按照焊缝的形状和位置进行合理的规划，才能保证焊接过程的连续性和稳定性。焊接端120可以包括机床(未示出)以及安装在机床上的激光焊接装置(例如，如图1所示的焊接头7以及固定在焊接头上的两个激光发生器6)。例如，机床可以是六轴联动的机床，用于带动两个激光发生器对待焊接的工件(如图1所示的具有T型焊缝的工件8)进行双侧焊接。

路径规划端110用于根据待焊接工件的三维模型规划出合理的焊接成型运动的轨迹(也称为双光束激光焊接路径)。路径规划端110可以包括安装在其中的路径规划客户端(未示出)。例如，该路径规划客户端可以是浏览器或者其他适当的应用程序。用户可以通过路径规划客户端从待焊接工件的三维模型中选择要进行双光束焊接的两侧焊缝。路径规划客户端可以按照用户的选择针对所选的两侧焊缝规划合理的焊接路径，并将所规划的焊接路径通知到焊接端120，以控制焊接端120按照所规划的焊接路径对选择的两侧焊缝进行成对焊接。例如，路径规划端110可以是手持计算机、膝上型计算机、平板电脑等具备三维模型分析和处理能力的任意设备。

路径规划端110和焊接端120可以通过通信网络130相连。通信网络130可以是有线的或无线的。具体地，通信网络130的示例可以包括(但不限于)：有线电缆或光纤型网络、或者移动或蜂窝网络或WLAN(“无线局域网”，可能是802.11(或WiFi)或者WiMAX型的)、或者还可能是蓝牙型的无线短距离通信网络。

尽管图1将路径规划端110与焊接端120示意为两个分离实体，然而本发明并不局限于此。例如，路径规划端110也可以是集成在焊接端120上的具备三维模型分析和处理能力、同时可与用户交互的设备。

下面将主要以图1为例来说明本发明的总的发明构思。图2是示出了根据本发明实施例的焊接加工系统100的示例操作200的时序图。

如图2所示，在框210，路径规划端110接收用户对待焊接工件的三维模型中的特征几何的选择。具体地，路径规划端110可以接收用户对三维模型中要利用双光束进行成对焊接的两条焊缝链的选择。例如，路径规划端110可以通过其自身的交互式界面向用户呈现待焊接工件的三维模型，使得用户可以从三维模型中选择工件两侧的成对的两条焊缝链，例如航空结构件中常见的T型焊缝的两侧。这里的焊缝链均包含一条或多条连续的直接或曲线，并且两条焊缝之间的距离可以是等距的也可以是非等距的。

图3和4分别示出了本发明适用的焊缝链的示意图。

如图3和4所示，焊缝链1和2的结构是航空结构件中常见的T型焊缝，T型焊缝是通过焊接基体件3和桁条4拼合形成的。焊缝链的形状可以是单条曲线或直线，也可以是由多段首尾依次相连的曲线段或直线段组成。焊缝链1和2之间的距离可以是等距也可以是非等距的。图3示出了由单条曲线构成的焊缝链，并且焊缝链之间的距离为等距。图4示出了由多段首尾依次相连的曲线构成的焊缝链，并且焊缝链之间的距离为非等距。备选地，焊缝链1和焊缝链2的形状可以不同，例如焊缝链1是单条直线，焊缝链2是单条曲线。

用户可以通过路径规划端110在待焊接工件的三维模型上分别选择焊缝链1和焊缝链2。在选择由多段曲线连接形成的焊缝链时，需要按顺序依次选择。

在选择了焊缝链1和2之后，用户还可以在待焊工件的三维模型上选择焊缝链1和2所在的同一参考几何面3。参考几何面3可以是单个曲面也可以是由多个曲面拼接而成，必须保证所选参考几何面能够包含所有的焊缝。

在框220，路径规划端110设置激光束参数。激光束参数可以包括两个激光束之间的夹角(统称为激光束夹角)。激光束夹角是两束激光束之间小于180°的夹角，其大小可以由实际焊接加工中根据焊接工艺来确定。例如，在针对一对焊缝链的焊接中，激光束夹角可以保持相同。激光束参数还可以包括一侧激光束相对于参考几何面(例如参考几何面3)在焊点处的法矢方向的偏转角度。通常为了保证焊接的一致性，该偏转角度的大小可以是激光束夹角大小的1/2。在一些可能发生干涉的情况下，该偏转角度的大小可以根据实际情况和焊接工艺要求进行设定。

在框230，路径规划端110确定焊缝链1和2上的每对刀位点(焊接点)的刀位数据(焊接数据)。每对焊接点包括所述第一焊缝链上的第一焊接点和所述第二焊缝链上与第一焊接点相对应的第二焊接点。

图5示意性地示出了根据本发明实施例的示例刀位数据。

图3或4中的焊缝链1和2可以分别表示为L₁和L₂，第一焊接点是第一激光束在焊缝链L₁上的一个焦点，即，第一激光束作用于焊缝链L₁上的一个点(也称为刀位点)。关于第一焊接点的数据(即，第一焊接数据，也称为第一刀位数据)包括第一焊接点的坐标、第一焊接点处的焊缝切矢方向以及所述第一激光束在第一焊接点处的作用方向的反方向，可以表示如下：

其中，P_1i代表焊缝链L₁上沿焊接方向的第i个刀位点，可以按照适当的离散方式(例如，最简单的方式是等距取点)从焊缝链L₁直接确定；(x_1i，y_1i，z_1i)表示点P_1i的坐标；T_1i表示点P_1i处的焊缝切矢方向，可以从三维模型中获取；V_1i表示第一激光束在点P_1i处的作用方向的反方向，即，点P_1i上的刀轴矢量，由参考几何曲在点P_1i处的法矢N_1i绕切矢T_1i和点P_1i所确定的轴线旋转偏转角度θ₁得到。

第二焊接点是第二激光束在焊缝链L₂上的与点P_1i对应的一个焦点。第二焊接点的第二焊接数据(也称为第二刀位数据)包括第二焊接点的位置和所述第二激光束在第二焊接点处的作用方向的反方向，可以表示如下：

其中，P_2i代表第二焊接点，是经过点P_1i并且垂直于T_1i平面S_i与焊缝链L₂相交得到的交点，可以表示为P_2i＝S_i∩L₂；(x_2i，y_2i，z_2i)表示点P_2i的坐标；V_2i代表第二激光束在点P_2i处的作用方向的反方向，即，点P_2i处的刀轴矢量，由第一焊接数据中的刀轴矢量V_1i绕切失T_1i和点P_1i所确定的轴线旋转激光束夹角θ₂得到的。在一个示例中，θ₂＝2θ₁。

在框240，路径规划端110根据第一焊接数据和第二焊接数据计算用于控制发射第一激光束和第二激光束的激光焊接装置的位置和姿态(也统称为虚拟刀位数据)。

为了与普通数控加工的运动轨迹规划描述统一，在两束激光之间建立一个虚拟刀具。

图6示出了本发明实施例适用的焊缝链的示例截面图，其中示出了虚拟刀具5。如图6所示，虚拟刀具5的轴线与两激光束共面，其刀尖点与两激光束的交点重合。虚拟刀具5的虚拟刀位点可以表示为P_3i＝l_1i∩l_2i，其中l_1i和l_2i分别表示第i个工作面内两激光束所在的直线，l_1i可以用点P_1i和刀轴矢量V_1i表示，l_2i可以用点P_2i和刀轴矢量V_2i表示。通过控制虚拟刀具5按虚拟刀位数据形成的轨迹运动即可保证在焊接过程中两束激光能够同时尽可能地接近焊缝，从而使焊缝跟踪系统的微调量尽可能小。

虚拟刀位数据具体可以包括虚拟刀位点、虚拟刀轴方向和虚拟刀具切矢方向，可按如下方式进行表示：

其中，虚拟刀位点P_3i可以通过直线l_1i和l_2i求交获得，虚拟切矢方向T_3i与第一刀位数据的切矢T_1i相同，虚拟刀轴方向V_3i为第一刀位数据中的刀轴方向与第二刀位数据中的刀轴方向的矢量和的方向。需要特别指出的是，前述所有方向矢量均为单位化矢量。

例如，假设按照离散方式确定了焊缝链1和2上各有N个焊接点，即，有N对焊接点，那么焊缝链1和2对应的总的虚拟刀位数据可以表示如下：

在框250，路径规划端110根据得到的虚拟刀位数据，控制焊接端120上的激光焊接装置对焊缝链1和2进行双光束激光焊接。具体地，路径规划端110可以将得到的虚拟刀位数据传送到焊接端120，以控制激光焊接装置(例如图1所示的激光发生器6)对焊缝链1和2进行双光束激光焊接。

在框260，焊接端120根据接收到的虚拟刀位数据，对焊缝链1和2进行双光束激光焊接。例如，焊接端120上的六轴联动的机床可以根据接收到的虚拟刀位数据来带动图1所示的焊接头7，从而相应地带动激光发生器6进行双光束激光焊接。

上述技术方案充分地利用了三维模型中的几何信息，能够保证理论状态下焊接点始终位于焊缝上，特别是针对非等距焊缝的情况具有较高的适应性。

图7示出了根据本发明实施例的双光束激光焊接的原理示意图。该图示意性地示出了按照图2所示的焊接加工系统100的示例操作200对非等距焊缝进行焊接的原理图，然而应理解本发明也适用于等距焊缝的情况。

安装在机床上的激光焊接装置的各个部件在焊接过程中可以认为是一个形状固定的刚体。双光束焊接的虚拟刀具就是依附在这个刚体上，刀具的轨迹规划可以看做是这个刚体相对于焊件的摆放位置和姿态的规划。如图7所示，令A点为机床末端圆弧盘的旋转中心(即旋转轴A位置)，B、C点为左右两侧激光发生器末端位置，D点为两束激光的“交点”，此时认为A、B、C、D相对位置关系是固定的，E、F点为两个激光束分别投射到两条焊缝链上的位置，即焊接点或刀位点。在刀位规划中，可以看做平行四边形刚体ABCD的边BD和CD始终“靠”在两侧焊缝上向前推进，这个过程理论上保证了激光束始终能够聚焦在焊缝上。这解决了基于单侧基准轨迹规划策略无法适用于非等距焊缝的双光束激光焊接的问题。

图8是示出了根据本发明实施例的基于双侧基准的双光束激光焊接控制方法800的示意性流程图。方法800可以在图1所述的路径规划端110上执行，下面以此为例进行描述，然而应理解本发明不限于此。例如，方法800可以在诸如移动终端之类的便携式终端上实现。方法800可以包括步骤S810-S860，其中步骤S820、S830和S840均是可选的。

在步骤S810，路径规划端110接收对待焊接工件的三维模型中的要利用第一激光束和第二激光束进行成对焊接的第一焊缝链和第二焊缝链的选择，其中第一激光束用于焊接第一焊缝链，第二激光束用于焊接第二焊缝链。所述第一焊缝链和所述第二焊缝链均包含一条或多条连续的直接或曲线，例如图3和图4所示。

在步骤S820，路径规划端110接收对第一焊缝链和第二焊缝链所在的同一参考几何面的选择，例如图3或图4所示的参考几何面3，能够包含所有的焊缝。

在步骤S830，路径规划端110设置与所述第一激光束和第二激光束相关的激光束参数。例如，激光束参数可以包括所述第一激光束和第二激光束之间的激光束夹角。激光束参数还可以包括所述第一激光束相对于所述参考几何面在第一焊接点处的法矢方向的偏转角度。例如，偏转角度可以是激光束夹角的一半。

在步骤S840，路径规划端110还可以确定对第一焊缝链和第二焊缝链进行成对焊接的焊接方向，例如如图7所示的加工方向。焊接方向是相对于待焊工件而言的，由焊缝的一端向另一端焊接或是反向焊接。具体的焊接方向可以根据焊接平台旋转轴行程和焊接工艺来确定。

尽管图8将步骤S830和S840描述为发生在步骤S820之后，然后本发明并不局限于这样的顺序。实际上，步骤S830和S840既可以发生在步骤S820(或者步骤S810)之前，也可以与步骤S820(或者步骤S810)同时发生。

在步骤S850，路径规划端110针对所述第一焊缝链和所述第二焊缝链上的每对焊接点，其中每对焊接点包括所述第一焊缝链上的第一焊接点和所述第二焊缝链上与第一焊接点相对应的第二焊接点：获取第一焊接点的第一焊接数据和第二焊接点的第二焊接数据；以及根据第一焊接数据和第二焊接数据计算用于控制发射第一激光束和第二激光束的激光焊接装置的位置和姿态。

在一个实现方式中，第二焊接点可以是经过所述第一焊接点并且与所述第一焊接点处的焊缝切矢方向垂直的平面与所述第二焊缝链的交点。

在一个实现方式中，第一焊接数据包括第一焊接点的坐标、第一焊接点处的焊缝切矢方向以及所述第一激光束在第一焊接点处的作用方向的反方向。第二焊接数据包括第二焊接点的坐标和所述第二激光束在第二焊接点处的作用方向的反方向。例如，第一焊接数据可以用上述表达式(1)表示，第二焊接数据可以用上述表达式(2)表示。

在一个实现方式中，所述第一激光束在第一焊接点处的作用方向的反方向是由所述参考几何面在第一焊接点处的法矢方向绕由第一焊接点处的焊缝切矢方向与第一焊接点所确定的轴线旋转所述偏转角度得到的。

在一个实现方式中，所述第二激光束在第二焊接点处的作用方向的反方向是由所述第一激光束在第一焊接点处的作用方向的反方向绕由第一焊接点处的焊缝切矢方向与第一焊接点所确定的轴线旋转激光束夹角得到的。

在一个实现方式中，用于控制发射第一激光束和第二激光束的激光焊接装置的位置和姿态包括：第一激光束经过所述第一焊接点与第二激光束经过所述第二焊接点的交点的坐标；所述交点处的切矢方向，所述交点处的切矢方向是所述第一焊接点处的焊缝切矢方向；以及虚拟焊接方向，所述虚拟焊接方向是以所述交点为起点的第一激光束与第二激光束之间的夹角平分线。例如，用于控制发射第一激光束和第二激光束的激光焊接装置的位置和姿态可以用上述表达式(3)表示。

在步骤S860，路径规划端110根据针对每对焊接点所确定的激光焊接装置的位置和姿态，控制所述激光焊接装置利用第一激光束和第二激光束对第一焊缝链和第二焊缝链进行成对焊接。

方法800同时考虑了三维模型中双侧焊缝的几何信息，使得在焊接过程中激光束的焊接焦点始终位于焊缝上，能够很好地适用于非等距焊缝的情况。此外，该方法能够使焊接过程中焊缝跟踪系统的微调量较小，且能够均匀分配到双侧激光束的调节中，从而解决了单侧焊缝基准方案中焊缝跟踪系统的双侧调节不均衡和跟随侧激光束对焊缝跟踪系统的完全依赖，同时还降低了对焊缝跟踪系统响应性能的要求。

图9是示出了根据本发明实施例的基于双侧基准的双光束激光焊接控制装置900的结构框图。例如，基于双侧基准的双光束激光焊接控制装置900可以是手持计算机、膝上型计算机、平板电脑等具备三维模型分析和处理能力的任意设备。双光束激光焊接控制装置900既可以实现在图1的路径规划端110上，也可以执行图8所示的基于双侧基准的双光束激光焊接控制方法800。

如图9所示，双光束激光焊接控制装置900包括：通信接口910、处理器920(例如CPU)和存储器930。为了便于说明，图9中示意性地示出了一个处理器。然而，本领域技术人员应理解双光束激光焊接控制装置900也可以包括两个或多个处理器。

通信接口910用于与外部通信。例如通信接口910可以是Ethernet(以太网，注册商标)接口。双光束激光焊接控制装置900可以通过通信接口910，使用一定的通信协议与焊接端120(例如焊接端120上的机床)进行通信。通信接口910也可以供用户与双光束激光焊接控制装置900进行直接通信。例如，通信接口910也可以是输入设备(例如键盘、鼠标等)和输出设备(例如显示器)，向用户呈现待焊接工件的三维模型，并接收用户对于三维模型上的几何特征的选择。

存储器930存储处理器920可执行的指令，使得双光束激光焊接控制装置900执行结合图8所描述的方法800。

具体地，存储器930存储处理器920可执行的指令，使得双光束激光焊接控制装置接收对待焊接工件的三维模型中的要利用第一激光束和第二激光束进行成对焊接的第一焊缝链和第二焊缝链的选择，其中第一激光束用于焊接第一焊缝链，第二激光束用于焊接第二焊缝链；针对第一焊缝链和第二焊缝链上的每对焊接点，其中每对焊接点包括第一焊缝链上的第一焊接点和第二焊缝链上与第一焊接点相对应的第二焊接点：获取第一焊接点的第一焊接数据和第二焊接点的第二焊接数据；以及根据第一焊接数据和第二焊接数据计算用于控制发射第一激光束和第二激光束的激光焊接装置的位置和姿态；以及根据针对每对焊接点所确定的激光焊接装置的位置和姿态，控制激光焊接装置利用第一激光束和第二激光束对第一焊缝链和第二焊缝链进行成对焊接。

在一个实现方式中，所述指令在被处理器920执行时还使得双光束激光焊接控制装置900：接收对第一焊缝链和第二焊缝链所在的同一参考几何面的选择。

在一个实现方式中，所述指令在被处理器920执行时还使得双光束激光焊接控制装置900：设置与第一激光束和第二激光束相关的激光束参数。激光束参数可以包括：第一激光束和第二激光束之间的激光束夹角；和/或第一激光束相对于参考几何面在第一焊接点处的法矢方向的偏转角度。

在一个实现方式中，偏转角度是激光束夹角的一半。

在一个实现方式中，第二焊接点是经过第一焊接点并且与第一焊接点处的焊缝切矢方向垂直的平面与第二焊缝链的交点。

在一个实现方式中，第一焊接数据包括第一焊接点的坐标、第一焊接点处的焊缝切矢方向以及第一激光束在第一焊接点处的作用方向的反方向，以及第二焊接数据包括第二焊接点的坐标和第二激光束在第二焊接点处的作用方向的反方向。

在一个实现方式中，激光束参数包括第一激光束相对于参考几何面在第一焊接点处的法矢方向的偏转角度，以及第一激光束在第一焊接点处的作用方向的反方向是由参考几何面在第一焊接点处的法矢方向绕由第一焊接点处的焊缝切矢方向与第一焊接点所确定的轴线旋转偏转角度得到的。

在一个实现方式中，激光束参数包括第一激光束和第二激光束之间的夹角，以及第二激光束在第二焊接点处的作用方向的反方向是由第一激光束在第一焊接点处的作用方向的反方向绕由第一焊接点处的焊缝切矢方向与第一焊接点所确定的轴线旋转激光束夹角得到的。

在一个实现方式中，用于控制发射第一激光束和第二激光束的激光焊接装置的位置和姿态包括：第一激光束经过第一焊接点与第二激光束经过第二焊接点的交点的坐标；交点处的切矢方向，交点处的切矢方向是第一焊接点处的焊缝切矢方向；以及虚拟焊接方向，虚拟焊接方向是以交点为起点的第一激光束与第二激光束之间的夹角平分线。

在一个实现方式中，第一焊缝链和第二焊缝链均包含一条或多条连续的直接或曲线。

在一个实现方式中，所述指令在被处理器920执行时还使得双光束激光焊接控制装置900：确定对第一焊缝链和第二焊缝链进行成对焊接的焊接方向。

本发明还提供至少一个具有非易失性或易失性存储器形式的计算机存储介质，例如电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存和硬盘驱动，存储有计算机可执行指令。计算机可执行指令在被处理器执行时使得双光束激光焊接控制装置执行例如之前结合图8描述的过程的动作。

处理器可以是单个CPU(中央处理器)，但是也可以包括两个或更多个处理器。例如，处理器可以包括通用微处理器；指令集处理器和/或相关芯片集和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(ASIC))。处理器也可以包括用于高速缓存目的的板载存储器。例如，计算机存储介质可以是闪存、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)或EEPROM。

本技术领域技术人员可以理解，本发明包括涉及用于执行本发明中所述操作中的一项或多项的设备。这些设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以包括通用计算机中的已知设备。这些设备具有存储在其内的计算机程序，这些计算机程序选择性地激活或重构。这样的计算机程序可以被存储在设备(例如，计算机)可读介质中或者存储在适于存储电子指令并分别耦联到总线的任何类型的介质中，所述计算机可读介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘)、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随即存储器)、EPROM(Erasable ProgrammableRead-Only Memory，可擦写可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，可读介质包括由设备(例如，计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。

本技术领域技术人员可以理解，可以用计算机程序指令来实现这些结构图和/或框图和/或流图中的每个框以及这些结构图和/或框图和/或流图中的框的组合。本技术领域技术人员可以理解，可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专业计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来实现，从而通过计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来执行本发明所公开的结构图和/或框图和/或流图的框或多个框中指定的方案。

本技术领域技术人员可以理解，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，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润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。