多层多道焊离线编程模块开发

5.5.1 多层多道焊路径规划程序设计

本文以面向对象的方法实现了多层多道焊接路径规划模块的数据类型。面 向对象的程序设计方法具有不同于传统的程序设计方法的概念，更符合人们的 思维活动，它的特征表现在封装、继承性和多态性等几个方面。基于多层多道 焊接焊道截面的规划程序中，本文根据面向对象的编程思想，把每一焊层定义 为 一 个 类 CPathParam， 这 个 类 里 包 括 了 每 一 个 焊 层 的 各 种 属 性 和 方 法 。 CpathParam 的定义如下：

class CpathParam

{ BOOL InputptRect(CmyPoint lb,CmyPoint lt, CmyPoint rb,CmyPoint rt,int m);//

由焊道面积得到焊道形状信息；

BOOL InputArea(int nLayer, int nPass, double nArea);//输入各道面积函数；

double m_h; //焊道的高度

double m_area[20]; //各个焊道的截面积数组，这里定义了 20 个焊道；

CmyPoint m_ptpass[20]; //各个焊道的焊接路径的位置坐标；

CmyPoint m_ptrect[20][5]; //焊道的形状信息，记录了四边形的顶点；

double m_torchangle[20]; //焊枪工作角信息，用偏转角表示；

double m_weavewidth[20]; //焊枪摆动摆幅信息，用摆幅表示；

int m_passcnt; //这个焊层上总的焊道的数量；

int m_layer; //焊层序数；

}

如图 5-24 为一个 V 型坡口截面多层多道焊规划示意图，其中的每一层都 对应一个实例化后的 CpathParam 类对象，图中指出了第 i+1 层第 j+1 道的各 个参数所对应的多层多道焊截面信息，每一个焊层对象都包含有 CpathParam 类定义的自种属性，正面给出几个参数的说明：

（1）坐标系{O}：在如图 5-24 所示的焊缝截面上，{O}坐标系定位在坡 口左下角处，这是所有焊层焊道位置、形状参数的一个基准坐标系。它是一个 二维的坐标系。

（2）焊层中第 j 焊道的焊缝标签点位置 m_ptpass[j]：这一个位置信息是 想得到的最终参数之一，m_ptpass[]是一个数组，存储了层中各焊道焊接中焊 枪工具坐标系所处的位置，数组元素是自定义类 CmyPoint 对象，CmyPoint 包 含了 m_x、m_y 两个双精度变量来，用来储存一个点的 x 轴、y 轴位置信息。

M_ptpass[j]即为第 j+1 道标签点相对于坐标系{O}的位置。

（3）焊枪工作角 m_torchangle[j]：数组 m_torchangle[]存储了各道焊接路 径标签点的 Z 轴相对于{O}坐标系 Y 轴的偏移量。M_torchangle[j]决定第 j+1 道标签点的姿态，在实际机器人焊接过程中，这一参数对应了焊枪的工作角。

这一参数是通过规划想得到的最终参数之二。

（4）焊枪工作角 m_weavewidth[j]：数组 m_ weavewidth [ ]存储了各道焊 接摆动的摆幅。M_ weavewidth [j]决定第 j+1 道进行焊枪摆动的幅值，这一参 数是通过规划想得到的最终参数之三。

（5）焊道截面面积 m_area[j]：规划过程中，焊道截面面积是一个核心参 数，各种规划的方式都要最终确定了各焊道的面积参数，最后才得到标签点的 位置（m_ptpass[j]）和姿态参数（m_torchangle[j]）。这样的规划过程是为了保 证规划的结果都尽量以实际焊接过程焊接参数为基准，因为实际焊接参数一旦 确定，焊后某一焊道的截面面积就确定了，因此不管采用哪种规划方式，得到 焊道截面积参数与某一焊接参数对应。

（6）焊层的高度 m_h：高度 m_h 由焊层总的截面面积及破口的形状决 定，通过等高度得到各层的的 m_h 均相等。

图 5-24 焊层对象的属性示意图 Fig.5-24 Character sketch of layer object

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在对一个破口进行规划前，并不清楚到底最终的层数应该为几层。而且我 们也需要在规划过程中增加或删除其中的某一个层对象，从而使得对实例化后 的对象数据管理上产生了麻烦。采用数组来进行对象的存储是比较方便、快捷 的形式，但是CpathParam的类中包含的信息量比较大，相应的类对象存储的内 存占用比较大，而且CpathParam对象在规划过程中的总数是变化的，如果采用 静态数组，为了保证各个对象的顺利存储，必须使数组元素数量是一个足够大 的数值，这样的话初始化数组时就向系统申请了一块很大内存，占用了不必要 的系统资源。

5.5.2 焊接路径规划实现流程

焊接路径规划功能是本文研究的多层多道焊接路径规划模块的核心部分，

它主要以等高、等面积、自定义三种焊道截面规划方式，根据焊层顺序、焊道 顺序的确定来规划焊道的排布。图 5-25 所示的是规划流程图，以下对几个重 要环节进行进一步的说明，阐述其编程原理。

（1）对于每个焊缝坡口的规划都开始于预先确定几个焊层，每个焊层的 焊道数。这一过程实际上是用 VC 编程实例化几个 CPathParam 对象，并确定 每个焊层对象参数 m_passcnt 的值。

（2）焊道截面积是一个核心参数，每个焊道所规划得到的形状、焊枪位 姿都是根据焊接顺序原则，通过焊道截面积计算得到的。而且也可以由每道面 积来确定所用的焊接工艺、参数。

（3）等面积规划是通过把坡口总面积平均分配到各道，然后根据焊接顺 序来确定各焊道排布。等高方式把坡口高度均给各层，根据焊接顺序确定各道 的面积及焊道的排布。这两种规划方式能一次性生成所有焊道的排布结果。整 体的规划方式。

（4）自定义规划方式可以更自由地调整各层、各道的属性来对焊道的排 布进行修改。可以通过工艺参数或直接修改面积参数来调整每道的截面积，可 以通过输入每层的高度来高度焊层的高度，也可以直接移动焊接路径位置到某 坐标位置、调整焊接路径工作角。

（5）最终规划结果通过传递参数给离线编程系统，在所指定坡口模型中

生成多层多道路径标签点。

图 5-25 多层多道焊路径规划流程图 Fig.5-25 Path layout flowchart of multipass welding

规划总层道数

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5.5.3 路径规划程序界面设计

图 5-26 是路径规划部分的界面，它按规划的步骤划分为四个区域，包括 层道参数、分布规则选择、参数规划、显示效果，规划过程按从左到右、从上 到下先进行层道参数定义，再依次进行分布规则选择、参数规划、显示，如果 显示的规划效果不令人满意，还可以再次从第一步开始在现在有的基础上对焊 道排布进行调整，直到令人满意为止从而完成对焊接规划的操作，点击确定以 传递参数，在离线编程环境中生成标签点。

对于坡口截面的规划首先得由用户进行层道数规划，即通过用户的输入 来确定焊层数，每个焊层上各有多少道。用户确定了多少个焊层，实际上就实 例化了多少个 CPathParam 对象，而某个焊层对象拥有几个焊道由 CPathParam 类中的参数 m_passcnt 来记录。这些对象实例化后的内存地址被存储在一个动 态指针数组 CPtrArray 变量 m_pathParam 中，通过变量 m_pathParam 就可以检 索到任何一个焊层对象。

在规划开始时可以给定一个大致的焊层数，和各焊道的数量，在规划过 程中，可增加、删除焊层或修改某个焊层拥有的道数和参数。在对层道参数进 行规划后，接下来的步骤是选择截面规划类型及焊接顺序，这里有三种选择，

分别是等高型、等面积型、自定义型。通过这三种方法来对焊层对象先确定某 些属性，然后根据破口的形状及焊接顺序原则来确定各道的面积参数，最后得 到焊接路径位姿参数（m_ptpass[]、m_torchangle[]、m_weavewidth[i]）。

路径规划对话框里有一个对参数进行输入输出的焊道参数规划区域(如图 5-27)，通过这一区域第一行两个不可只读编辑框选择的层数道数对当前选择 的焊道进行参数操作。当前焊道的面积、高度、位姿信息将分别在第二、三、

四行各个编辑框中显示出来。在不同的规划原则下，部分或全部的参数可以接 受输入操作，比如在等面积原则下，高度规划、坐标规划两行的输入将无效。

如果确定输入某些参数，可以点击“输入”按钮。“焊接参数”可以调用输入焊接 参数对话框，从焊接参数得到当前焊道的面积参数。这里需要说明的是，如果 单纯改变焊接路径位姿而不改变当前焊道截面形状的话，位姿信息的输入必须 通过点击“改变位姿”按钮。如果点击“输入”按钮时，程序通过位姿的改变量和 位姿与焊道截面的关系首先改变这一焊道的截面积，所以当前焊道以及相邻焊

道截面也会改变。

图 5-26 路径规划对话框 Fig.5-26 Dialog of path layout

图 5-27 焊道参数规划对话框

Fig.5-27 Dialog of welding parameter layout of pass

显示效果部分（如图 5-28）只是把规划的结果通过 MFC 提供了 GDI 函数 来生成一些线条，能够显示坡口的截面形状、各焊道规划后的形状、路径位姿

（图 5-28 中绿色的带箭头线段），而且把图像按一定的比例放大到适合显示窗 口大小。使用户得到规划后的直接印象。

图 5-28 规划效果显示对话框 Fig.5-28 Show dialog of path layout results

Table 5-1 Comparasion between on-line and off-line teach of multipass path layout

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