用于铁塔脚的船形焊接实现方法、计算机设备、存储介质

摘要

本发明公开了一种用于铁塔脚的船形焊接实现方法，包括：获取塔脚参数，所述塔脚参数至少包括第一侧板倾角D和第二侧板倾角E；建立塔脚基准坐标系并通过塔脚基准坐标系平移得到塔脚参考坐标系；将铁塔脚的12条焊缝按照所在的塔脚参考坐标系的象限及其平行的轴向进行焊缝的定义；分别计算焊接各象限的各焊缝时焊接机器人的变位机的角度变化。本发明的方法可实现由机器人自动计算铁塔脚的船形焊接的角度计算，从而自动实现铁塔脚的船形焊，保障焊接质量。

说明书

技术领域

本发明涉及铁塔脚的焊接技术领域，特别涉及一种用于铁塔脚的船形焊接实现方法、计算机设备、存储介质。

背景技术

铁塔脚是电力铁塔的底部支撑部分，是电力铁塔不可或缺的零部件。目前铁塔脚的焊接大多数为手工焊接，也有部分使用焊接机器人进行自动化焊接。

目前的铁塔脚的焊接形式多样，但是不同的焊接形式对焊接的质量具有不同的影响。

为了提升焊接质量，本方案中采用船形焊的方式实现铁塔脚的焊接，船形焊是一种焊接位置，是把焊缝置于象船一样的位置来进行焊接。船型焊主要是保证焊脚尺寸均匀，避免焊接咬边的情况，提高生产率。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术中不足，提供一种用于铁塔脚的船形焊接实现方法、计算机设备、存储介质，可实现由机器人自动计算铁塔脚的船形焊接的角度计算，从而自动实现铁塔脚的船形焊，保障焊接质量。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

一种用于铁塔脚的船形焊接实现方法，包括：

获取塔脚参数，所述塔脚参数至少包括第一侧板倾角D和第二侧板倾角E；

建立塔脚基准坐标系并通过塔脚基准坐标系平移得到塔脚参考坐标系；

将铁塔脚的的12条焊缝按照所在的塔脚参考坐标系的象限及其平行的轴向进行焊缝的定义；

分别计算焊接各象限的各焊缝时焊接机器人的变位机的角度变化。

进一步地，所述塔脚基准坐标系的具体建立规则为：

以铁塔脚的底板中心点为原点O即塔脚基准坐标系基准原点建立塔脚基准坐标系，其中，塔脚基准坐标系满足的要求为，X、Y轴的方向分别与铁塔脚的两个侧板平行，其中，第一侧板与X轴平行，第二侧板与Y轴平行，Z轴的正方向垂直底板向上，且两个侧板的交叉中心点O’在塔脚基准坐标系中的x坐标及y坐标均位于塔脚基准坐标系的X、Y轴的正方向。

进一步地，所述塔脚参考坐标系是将整个塔脚基准坐标系的原点O移动至两个侧板的交叉中心点O’后得到的坐标系。

进一步地，铁塔脚的12条焊缝的定义规则如下：

塔脚参考坐标系的X轴正方向、Y轴正方向构成的面定义为第一象限，X轴负方向，Y轴正方向构成的面定义为第二象限，X轴负方向,Y轴负方向构成的面定义为第三象限，X轴正方向,Y轴负方向构成的面定义为第四象限，则在每个象限中，两个侧板与底板的交线各构成1条焊缝则共有2条焊缝，两个侧板的交线构成1条焊缝，则在塔脚参考坐标系的1个象限中即包含3条焊缝，且其中第一侧板与底板构成的焊缝与X轴平行，第二侧板与底板构成的焊缝与Y轴平行，第一侧板与第二侧板构成的焊缝与Z轴平行；

第一象限的3条焊缝分别表示为焊缝1-X、焊缝1-Y、焊缝1-Z，焊缝1-X表示在第一象限中第一侧板与底板构成的焊缝，焊缝1-Y表示在第一象限中第二侧板与底板构成的焊缝，焊缝1-Z表示在第一象限中第一侧板与第二侧板构成的焊缝，同理，第二象限的3条焊缝分别表示为2-X、2-Y、2-Z，第三象限的3条焊缝分别表示为3-X、3-Y、3-Z，第四象限的3条焊缝分别表示为4-X、4-Y、4-Z。

分别计算焊接各象限的各焊缝时焊接机器人的变位机的角度变化具体如下：

分别定义两个夹角分别为β

将面0绕着塔脚基准坐标系的X轴旋转β

各焊缝的β

焊缝4-Z：β

焊缝1-Z：β

焊缝2-Z：β

焊缝3-Z：β

焊缝1-Y及焊缝4-Y：β

焊缝1-X及焊缝2-X：β

焊缝2-Y及焊缝3-Y：β

焊缝3-X及焊缝4-X：β

面0在塔脚基准坐标系下的法线为：

面1在塔脚基准坐标系下的法线为：

面2在塔脚基准坐标系下的法线为：

则面1和面2的交线在塔脚基准坐标系下的方向与

若定义：

则当J7轴和J8轴角度为0时，塔脚基准坐标系即user坐标系与机器人直角坐标系即base坐标系的方向重合；此处，定义J7轴和J8轴具体为实现变位机的角度变化的两个轴；

J7轴和J8轴旋转轴线正方向在base坐标系的方向若分别记为

记

则J7轴和J8轴角度为0时，user坐标系在协同坐标系rotater下的方向如下：

由于J7轴和J8轴为任意角度时仍然有：

和J7轴和J8轴角度为0时一致；

因此，对于J7轴和J8轴为任意角度时，可得到

若J7轴和J8轴旋转角度为θ

将

即：

上式即表示

又由于V

根据公式(7)、公式(11)可知

解得：

第1组解：

第2组解：

通过以上计算步骤就能得到焊接各焊缝时对应的J7轴、J8轴的角度，θ

进一步地，对于得出的2组解，选择需要对当前J7轴、J8轴转动角度最小的解作为其最终选取的解，且J7轴、J8轴可选取2组解中的任意一个解作为其转动角度。

进一步地，进行焊接时，各焊缝的具体焊接顺序如下：

以塔脚参考坐标系为参考，先焊接第1、4象限中沿Y轴方向延伸的焊缝；再焊接第2、3象限中沿Y轴方向延伸的焊缝；然后焊接第3、4象限中沿X轴方向延伸的焊缝；接着焊接第1、2象限中沿X轴方向延伸的焊缝；接着焊接第2象限中沿Z轴方向延伸的焊缝；接着焊接第4象限中沿Z轴方向延伸的焊缝；接着焊接第2象限中沿Z轴方向延伸的焊缝；接着焊接第3象限中沿Z轴方向延伸的焊缝。

进一步地，在进行多层多道焊接时，先按照上述顺序焊接完所有焊缝的打底层，再按照该顺序完成焊缝的焊接。

同时，本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述用于铁塔脚的船形焊接实现方法的步骤。

同时，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述用于铁塔脚的船形焊接实现方法的步骤。

本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：

本方案中采用船形焊的方式实现铁塔脚的焊接，具体是把焊缝置于象船一样的位置来进行焊接，可实现保证焊脚尺寸均匀，避免焊接咬边的情况，提高焊接质量进而提升生产效率。

附图说明

图1是本发明的一个实施例中建立的塔脚基准坐标系示意图。

图2是本发明的一个实施例中建立的塔脚参考坐标系示意图。

图3是本发明的一个实施例中位于塔脚参考坐标系中第一象限的焊缝的示意图。

附图标记：1-底板，2-第一侧板，3-第二侧板，4-焊缝1-X，5-焊缝1-Y，6-焊缝1-Z。

具体实施方式

下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。

实施例：

实施例一：

本实施例中具体公开了一种根据铁塔脚倾角变化，自动调节变位机的位置，使每条焊缝焊接时都处于“船型”焊接位置的方法。

首先，本方案中将铁塔脚的12条焊缝具体进行分情况讨论，为了便于说明各焊缝，本实施例中具体将建立一个塔脚参考坐标系，而塔脚参考坐标系具体是由塔脚基准坐标系进行平移得到，塔脚基准坐标系的具体建立规则为：

以铁塔脚的底板1的中心点为原点O即塔脚基准坐标系基准原点建立塔脚基准坐标系，其中，塔脚基准坐标系满足的要求为，X+,Y+方向分别与铁塔脚的两个侧板平行，其中，第一侧板2与X轴平行，第二侧板3与Y轴平行，Z+方向垂直底板向上，且两个侧板的交叉中心点O’在塔脚基准坐标系中的x坐标及y坐标均位于塔脚基准坐标系的X、Y轴的正方向，如图1所示即为本实施例中建立的塔脚基准坐标系的示意。

塔脚参考坐标系具体是将原塔脚基准坐标系进行平移得到，具体移动为将原塔脚基准坐标系的原点O移动至两个侧板的交叉中心点O’后得到的坐标系，如图2所示为本实施例中的塔脚参考坐标系示意，则铁塔脚的12条焊缝在塔脚参考坐标系的4个象限中的分布为每个象限各有3条焊缝，如塔脚参考坐标系的X+,Y+构成的面定义为第一象限，X-，Y+构成的面定义为第二象限，X-,Y-构成的面定义为第三象限，X+,Y-构成的面定义为第四象限，则在每个象限中，两个侧板与底板的交线各构成1条焊缝则共有2条焊缝，两个侧板的交线构成1条焊缝，则在塔脚参考坐标系的1个象限中即包含3条焊缝，且其中第一侧板与底板构成的焊缝与X轴平行，第二侧板与底板构成的焊缝与Y轴平行，第一侧板与第二侧板构成的焊缝与Z轴平行，则可结合象限与X、Y轴结合的方式表示出12条焊缝，如图3所示，如第一象限的3条焊缝分别表示为焊缝1-X 4、焊缝1-Y 5、焊缝1-Z 6，焊缝1-X表示在第一象限中第一侧板与底板构成的焊缝，焊缝1-Y表示在第一象限中第二侧板与底板构成的焊缝，焊缝1-Z表示在第一象限中第一侧板与第二侧板构成的焊缝，同理，第二象限的3条焊缝分别表示为2-X、2-Y、2-Z，第三象限的3条焊缝分别表示为3-X、3-Y、3-Z，第四象限的3条焊缝分别表示为4-X、4-Y、4-Z。

下面将以第4象限的焊缝4-Z为例进行具体的机器人焊接时的变位机角度变化说明。实施例的具体焊接使用的机器人为八轴机器人，具体是通过J7轴和J8轴这两个轴实现变位机的角度变化，主要是通过J7轴和J8轴变位形成铁塔脚的船型焊缝，本实施例仅是公开了原理，也可类推应用于其他多轴机器人。

完成了上述焊缝的定义，本方案在计算焊接第4象限的焊缝4-Z时变位机的J7轴和J8轴角度时需要用到用户预先录入的塔脚参数，塔脚参数具体包括第一侧板倾角D和第二侧板倾角E，其中，第一侧板倾角D具体为第一侧板基于底板的角度变化，第二侧板倾角E具体为第二侧板基于底板的角度变化。

为了便于说明焊接第4象限的焊缝4-Z时变位机的J7轴和J8轴角度的计算方法，本实施例中定义了两个夹角分别为β

β

面0在塔脚基准坐标系下的法线为：

面1在塔脚基准坐标系下的法线为：

面2在塔脚基准坐标系下的法线为：

则面1和面2的交线在塔脚基准坐标系下的方向与

若定义：

则当J7轴和J8轴角度为0时(即在机器人坐标系下处于零位状态)，塔脚基准坐标系(即user坐标系)与机器人直角坐标系(即base坐标系，是机器人系统内置预设的坐标系)的方向重合。J7轴和J8轴旋转轴线正方向在base坐标系的方向(根据右手定则可知)若分别记为

记

则可知J7轴和J8轴角度为0时，user坐标系在协同坐标系rotater下的方向如下：

由于user坐标系固定连接于变位机末端，且user坐标系和协同坐标系rotater均随着J7轴和J8轴旋转，对于J7轴和J8轴为任意角度时仍然有：

和J7轴和J8轴角度为0时一致。

因此，对于J7轴和J8轴为任意角度时，可得到

若J7轴和J8轴旋转角度为θ

将

即：

上式即表示

又由于V

根据公式(7)、公式(11)可知

解得：

第1组解：

第2组解：

通过以上计算步骤就能得到焊接第4象限的焊缝4-Z时对应的变位机J7,J8的角度，θ

对于得出的2组解，优选对当前J7轴、J8轴来说转动角度最小的解作为其最终选取的解，且J7轴、J8轴可选取2组解中的任意一个解作为其转动角度。

对于其他象限的焊缝的计算方式同上，其变化仅为面0、面1、面2的选择及其导致的β

其余具体计算方式相同，此处不再赘述。

作为优选，本实施例中还公开了上述铁塔脚的最优焊接顺序，可使得因焊接热量、应力等因素产生的变形量较小，从而提高焊缝的质量，具体的，基于上述的焊缝定义，本申请中焊缝的具体优选焊接顺序如下表所示：

在进行多层多道焊接时，可先按照上述顺序焊接完所有焊缝的“打底层”，再按照该顺序完成焊缝的焊接。在上述焊接顺序中，共需要进行8次变位机位置的调整，以获得最佳的船型焊接位置。

实施例二

本实施例中公开了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储用于铁塔脚的船形焊接实现方法中涉及到的数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现用于铁塔脚的船形焊接实现方法。

在另一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例一中用于铁塔脚的船形焊接实现方法的步骤。为避免重复，这里不再赘述。

在另一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例一中用于铁塔脚的船形焊接实现方法的步骤。为避免重复，这里不再赘述。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。