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多层多道焊离线编程技术及应用研究

曹林攀  
【摘要】:机器人多层多道焊接技术广泛应用于汽车、工程机械、船舶等诸多领域。对大型焊接件,手工示教编程效率低,焊接质量也难以保证。本文在福建省产学研研重大项目的资助下,对多层多道焊离线编程技术在大型焊接件上的应用进行研究。目前市面上的离线编程软件功能相对简单,无法自适应生成多层多道焊缝轨迹。离线编程在中厚板焊接应用中存在两个突出的问题。一是大批量生产时,工件的加工误差以及定位误差均会影响离线编程事先规划路径的准确性;二是离线编程软件缺少多层多道焊接工艺参数规划,而焊接工艺参数对焊接质量影响较大。针对上述问题,本文主要对离线编程技术的坡口检测、焊接工艺规划、多层多道焊路径规划三个方面进行研究。然后在RobotStudio软件上进行二次开发,在开发软件上对装载机大梁进行仿真和实际的焊接试验。坡口检测主要是基于二维激光位移传感技术获取工件坡口图像,通过图像处理和坡口特征识别等方法来判别坡口类型和计算坡口特征参数。并通过获取坡口截面和位置信息,对离线编程事先规划的机器人路径进行纠偏,保证了机器人焊接位置的准确性,解决了坡口加工误差和定位误差的影响。焊接工艺规划主要是对焊接电流、焊接速度、干伸长度、摆幅等焊接参数进行规划。提取焊机专家数据库中的送丝速度和焊接电流数据,采用三次多项式拟合方法求得焊接电流和送丝速度的关系式,通过关系式代换进而求的焊道截面积与焊接电流和焊接速度的关系式,并通过实验验证了该关系式的正确性。通过焊接实验,分析了各个焊接参数对焊道成型的影响,为焊接参数规划提供参考依据。多层多道焊路径规划是通过规划出层数、道数,采用等面积型坡口截面规划方法计算出每道焊枪的偏移量,以及每道焊枪偏转角度,并采用齐次变换矩阵对基路径进行平移变换和姿态旋转变换,求出多层多焊其它的各条路径。通过焊接顺序的规划,优化机器人工作路径,提高生产效率和焊接质量。最后,以装载机后车架大梁为例,使用多层多道焊离线编程软件规划出大梁所有的焊接路径和焊接工艺参数,并进行焊接。从实际焊接效果可以证明该开发软件的实用性。


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