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铝合金航天构件机器人TIG焊自适应控制研究

任金欣  
【摘要】: 在航天制造领域,随着新材料、新技术研究成果在产品上的运用,对质量检测及生产过程控制的要求越来越高。采用自动化焊接技术已成为航天焊接工艺发展的必然趋势。对于普通的机器人自动焊设备,由于对焊枪位置及焊接工艺参数调整方面的限制,通过示教再现进行编程,靠人的观测与经验对焊枪位置(包括高度和对中)及焊接参数设置,在焊接过程中不能自动适应坡口状态及焊缝位置的实时变化。原来对焊接质量的被动性检测已经不能适应质量控制与管理的要求。因此,针对这种情况必须对焊接生产过程进行主动监测与控制。 本文为了适应铝合金航天构件TIG焊接坡口状态的变化,建立了基于激光视觉传感的机器人自适应焊接系统。系统采用新型激光视觉传感器精确测量焊缝坡口,从而获得焊缝坡口角度、间隙、截面积和错边等几何信息,这些信息可用于焊前辅助构件的装配,以及焊接过程中焊缝自动跟踪。通过对各种接头视觉算法的设置,完成了I型坡口、Y型坡口、搭接接头、内角接接头等几种典型坡口的焊缝跟踪,并且得到稳定而精确的焊缝跟踪轨迹。在此基础上,输入合适的焊接工艺参数对装配间隙基本为0mm的各种接头进行焊接,得到较好的焊缝成形。 针对I型坡口获取其在不同间隙下(间隙范围为0mm-4mm)合适的焊接工艺参数,将这些参数导入系统的自适应控制模块并且与相应的接头识别算法关联。对I型变间隙坡口进行焊接,系统通过焊接过程中视觉系统实时检测的坡口间隙变化情况,自动调整输出焊接电流、焊接速度及送丝速度,实现了焊接过程中的参数自适应控制。但对于薄壁构件,由于受到工装及散热条件的限制,仅仅采用参数自适应控制还不能达到理想的效果。这就要求针对不同的焊接条件,适当配以其他工艺方法作为辅助,效果将会更加明显。在本产品的焊接过程中,就是采用了参数自适应配以分段对称焊的方法,能很好的保证焊接过程的顺利完成,得到符合产品焊接要求的焊缝。 通过对航天铝合金产品进行参数自适应焊接,证明焊接过程自适应控制技术在实际的生产过程中是有很重要作用的。但是针对不同的产品及焊接条件要配合以不同的焊接工艺方法,这样才能使得基于激光视觉传感的焊接过程参数自适应控制技术得到更好的推广。


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