Spline-based automatic path generation of welding robot

This paper presents a flexible method for the representation of welded seam based on spline interpolation. In this method, the tool path of welding robot can be generated automatically from a 3D CAD model. This technique has been implemented and demonstrated in the FANUC Arc Welding Robot Workstation. According to the method, a software system is developed using VBA of SolidWorks 2006. It offers an interface between SolidWorks and ROBOGUIDE, the off-line programming software of FANUC robot. It combines the strong modeling function of the former and the simulating function of the latter. It also has the capability of with on-line robot. The result data have shown its high accuracy and strong reliability in experiments. This method will improve the intelligence and the flexibility of the welding robot workstation.

基于旋转电弧传感的弧焊机器人焊缝跟踪系统

研制了一套基于旋转电弧传感的弧焊机器人空间曲线焊缝智能跟踪控制系统。介绍了系统的硬件构成、软件设计及模糊控制方法。研究了不同焊接位置时,焊接熔池金属对坡口的影响作用,提出采用补偿因子加权处理方法,可有效提高平焊、横焊位置焊缝偏差的识别能力。针对立焊位置的脉冲焊接方法,采用形态滤波技术,通过提取脉冲焊接电流的上包络线,利用一次谐波法准确地对立焊焊缝进行了识别。试验结果表明,该焊缝跟踪控制系统对平焊、横焊及立焊位置的曲线焊缝跟踪效果良好,达到焊接工艺要求。

曲线焊缝跟踪的视觉伺服协调控制

为实现工业机器人自动跟踪曲线焊缝,提出了协调焊枪运动和视觉跟踪的视觉伺服控制方法.建立了特征点的数学模型,并在此基础上确定机器人运动的旋转轴.设计了一种双层结构的模糊视觉伺服控制器,通过动态确定控制量有效范围来保证图像特征存在于视场中.为准确确定有效范围,设计了带模型动态补偿的K a lm an滤波器.曲线焊缝的自动跟踪实验验证了所提方法的有效性.

焊接机器人曲线焊缝的自动跟踪控制

为实现焊接机器人对曲线焊缝的自动跟踪,提出一种简便的位姿实时调整策略和协调视觉跟踪与机器人运动的视觉伺服控制方法。建立了曲线焊缝视觉跟踪过程中焊接机器人期望位姿的数学模型;设计了一种上下层结构的模糊视觉伺服控制器,通过建立焊缝特征点像素坐标偏差与末端轴旋转角度之间的关系模型,动态确定模糊论域的大小,在机器人期望位姿的基础上仅仅通过调整末端轴的旋转量来保证图像特征点始终存在于相机视场内。通过模拟焊接机器人自动跟踪曲线焊缝的实验,验证了所提策略与方法的有效性。

双机器人协调焊接任务规划及仿真

针对复杂曲线焊缝,对一台机器人夹持待焊接的工件,另一台机器人对物体进行焊接的双机器人协调焊接运动问题展开研究,建立了双机器人协调焊接坐标系,采用非主从式运动学轨迹规划,给定待焊接物体上某一点u的位姿,通过点u到焊接机器人和夹持机器人工具末端的两个约束矩阵,分别计算得到焊接机器人和夹持机器人的末端轨迹;焊接过程采用船形焊缝约束,保证焊枪与焊缝在弧焊过程中始终处于接头成形良好的位置,建立双机器人协调焊接Solidworks-SimMechanics仿真平台,并对一个管道直角钢制弯头的协调焊接进行了运动学轨迹规划和仿真.结果表明,建立的平台能精确和有效地对双机器人协调焊接运动进行任务规划和分析,机器人运动轨迹与规划的轨迹一致.

移动机器人弯曲角焊缝跟踪预测模糊控制器设计

研究以旋转电弧作为传感器、采用轮式移动机器人对弯曲角焊缝进行跟踪焊接的控制方法。设计预测模糊控制器控制小车转弯,并在转弯过程中使车轮与横向滑块协调动作,实现对弯曲角焊缝的平滑跟踪。该控制器采用焊枪偏差和倾角信息获得车体运动方向和焊缝走向之间的角度偏差,采用线性化模型预测焊枪下一点的位置,采用加权最小二乘方法预测焊缝下一点位置,采用模糊理论实现小车转弯时车轮和横向滑块的协调控制。利用试验对常规模糊控制器和所提出的预测模糊控制器进行比较,发现所提出的控制方法具有更好的控制效果和跟踪精度。

基于条纹式激光传感器的焊缝测量系统研究

焊接机器人通常采用示教再现的方法完成工件焊接。为确保这种工作模式能够实施,需要在前工序中采用人工点焊完成工件的定位,这将引起定位误差,使实际轨迹偏离示教轨迹。针对该问题,提出采用条纹式激光传感器作为焊缝离线检测装置。将激光传感器安装于焊接机器人末端,焊接前机器人沿着焊接轨迹运动,传感器检测获取焊缝截面信息并提取焊缝特征点,应用NURBS曲线拟合获得的焊缝轨迹。实验结果表明,该算法具有较高的精度和效率,能满足机器人自动搜索轨迹对实时响应的要求。

V形焊缝特征点提取的算法研究

依据带辅助结构光V形焊缝及其弧光和飞溅干扰图像的特点,尝试结合投影法和曲率法的优势,设计了一种满足实时性要求的焊缝特征点提取的曲线拟合算法。试验结果表明,该算法具有精度高,抗干扰性能力强的特点。

316L不锈钢焊缝腐蚀微电池的形成机理

为了探究316L不锈钢焊缝腐蚀微电池的形成机理,通过微观组织观察及电化学试验进行了分析。采用扫描电镜(SEM)对焊件三区(焊缝区、热影响区、母材区)的形貌及元素组成进行了观察分析,采用金相显微镜观察微观组织,并确定晶粒度及非金属夹杂物及其分布。结果表明:316L不锈钢焊缝形成腐蚀微电池的倾向与元素组成、非金属夹杂物和晶粒度大小等因素紧密相关;焊缝三区腐蚀电位、腐蚀电流不同,耐蚀性能差异较大,因而腐蚀电位最低的热影响区与腐蚀电位最高的母材区在电解液中比较容易形成腐蚀微电池,且热影响区可视为此微电池的阳极,腐蚀进程较快。

基于焊缝跟踪控制系统的机器人FSW实现及表面质量

焊缝跟踪控制系统的应用对机器人搅拌摩擦焊接接头的表面质量具有重要作用。为研究焊缝跟踪系统对机器人搅拌摩擦焊缝的控制效果,设计了一种基于激光视觉传感器和PD纠偏算法的焊缝跟踪控制系统。以3 mm厚2A12-T4铝合金板材为试验材料,进行了斜线焊缝的跟踪引导焊接以及曲线焊缝的纠偏焊接试验,观察分析焊速200mm/min下斜线和曲线焊缝焊接后接头的表面质量。结果表明:两种焊缝接头表面均匀平整,本试验设计的焊缝跟踪控制系统有助于提高机器人搅拌摩擦焊焊缝的表面成形质量。

基于等效结构应力法的起重机箱形结构焊缝疲劳强度分析

采用等效结构应力法计算了起重机箱形主梁的结构疲劳强度。建立了包含焊接细节的箱形梁的有限元计算模型,得到了最恶劣工况下主梁肋板和腹板的间断焊缝的节点力和节点弯矩,通过单元内节点力和节点应力的等效处理,获得相应位置与网格无关的等效结构应力曲线并计算出中值和±σ偏差区间内疲劳寿命,通过与文献试验结果比较,显示预测结果具有较好精度和保守性,验证了建模方法和等效结构应力法在起重机结构疲劳评估领域的适用性。

基于模糊控制器的曲线焊缝视觉跟踪系统

设计了基于激光结构光视觉的机器人曲线焊缝跟踪系统。为了实现大范围高精度跟踪,机器人本体采用宏微运动机构,宏动机构负责大范围跟踪,微动机构负责提高跟踪精度。对曲线焊缝进行分段直线拟合,并采用卡尔曼滤波器预测焊缝上各直线段的斜率,通过相邻直线段的斜率差判断焊缝方向,以指导焊枪提前动作,保证其沿着焊缝轨迹行走。为了提高焊缝跟踪时焊枪位置的调节精度,设计了自调节模糊控制器,其输入输出变量所对应的隶属度函数可以根据跟踪状态进行自适应调整。通过实验验证,表明所提方法具有较高的焊缝跟踪精度,性能优于传统的焊缝跟踪控制器。

基于等效结构应力法的塔吊焊接节点疲劳寿命评估

为了评估塔式起重机焊接节点焊缝处的疲劳性能,以QTZ25塔式起重机为例,利用有限元软件Ansys建立了包含焊缝细节的塔臂焊接节点模型.将模型导入FE-SAFE疲劳分析软件中,通过等效结构应力法完成了网格不敏感结构应力的转换,结合疲劳设计主S-N曲线,对塔臂焊接节点疲劳寿命进行了分析.结果表明:塔臂焊接节点焊缝处所能承受的最大循环次数为104.9459,满足工程需求;等效结构应力法具有网格不敏感性,能够较好地预测塔式起重机焊接节点焊缝处的疲劳寿命.

基于力觉遥示教曲线焊缝位置辨识方法

在遥控焊接环境中,时常碰到具有一定曲率的曲线焊缝,曲线焊缝精确辨识是保证遥示教精度前提条件之一。针对曲线焊缝的特点,提出了焊缝拐点和方向系数概念,并建立了曲线焊缝辨识方向系数智能控制模型,结合焊缝拐点识别算法,进行曲线焊缝辨识试验。结果表明,实现了曲线焊缝拐点自动识别,为遥示教曲线焊缝拐点识别提供了一种新方法。将力觉曲线焊缝辩识试验曲线上传给离线编程系统,由离线编程系统对焊缝拐点进行优化处理后,非常接近实际焊缝曲线,最大误差不超过±0.5mm,能够满足遥控焊接遥示教要求。

具有随动功能的激光-电弧复合焊接装置研制

为满足激光-电弧复合焊接曲线焊缝的要求,研制了一种具有随动功能的焊接装置。该装置通过伺服电机驱动精密齿轮机构,带动电弧焊炬绕激光束中心旋转,从而实现焊接过程中电弧焊炬相对于激光焊炬的实时调整。为满足装置高刚性、轻量化的要求,进一步对装置进行了动态特性分析和结构优化。采用研制的装置进行了激光-电弧复合焊接试验,达到了预期功能,为曲线焊缝,特别是封闭曲线焊缝的复合焊接提供了新的思路和手段。

管道焊接展开曲线的计算机辅助设计

在管道铺设或大型梁架焊接过程中，往往会遇到两个或多个不同轴线的大直径管件相交的情况。工程上，为了管件的相交处焊缝均匀，焊接可靠，需要将相交管件的焊缝处准确切割成型。由于相交管件的直径变化，位置及方向的不同，其焊缝的形状也不相同。因而需要根据具体的相交情况，作出管件接缝处的展开曲线，按曲线制作样板，按样板切割成型，应用ＣＡＤ手段，可以方便快捷地解决这一问题。

厚壁管连接自动焊接机床的设计及控制凸轮的计算

本文介绍了厚壁管连接自动焊接机床的结构、组成、工作原理及设计中解决的几个主要问题。并给出了控制焊轮运动轨迹的关键零件一凸轮设计中主要的计算公式。

三维曲线焊缝两种建模方法的比较

三维曲线焊缝建模是实现空间焊缝跟踪的关键问题之一。三维焊缝模型有利于减弱噪声干扰,提高系统的稳定性和鲁棒性,使得系统具有容错能力。采用三次参数曲线函数表示空间焊缝,使用最小二乘法建立焊缝的参数函数位置模型,接着使用三次B样条函数建立焊缝位置模型。使用位置模型和其它的特征点坐标之后得到了姿态模型中的方向矢量。分析了两种建模方法的性能,仿真试验证实在同类型和幅度的噪声干扰下,B样条函数模型优于参数曲线函数模型,能够很好地逼近原始三维曲线焊缝。

316L钢内衬复合管焊接接头的耐点蚀性能

采用FeCl3溶液点蚀试验和点蚀电位测量,结合化学成分、显微组织分析,腐蚀形貌观察和失重试验,对采用三种工艺焊接的316L钢内衬复合管焊接接头的焊缝和热影响区的耐点蚀性能进行了研究。结果表明:用三种焊接工艺焊接的接头耐点蚀性能依次为:端部堆焊+625合金焊丝+钨极氩气保护焊工艺>端部封焊+625合金焊丝+钨极氩气保护焊工艺>端部封焊+药芯焊丝对焊工艺;采用端部堆焊+625合金焊丝+钨极氩气保护焊接工艺焊接的焊缝及热影响区耐点蚀性能最好。

焊接质量热态控制系统在窄搭接焊机中的应用

阐述焊接热态控制系统的原理,重点介绍此系统在窄搭接焊机中的应用,通过热态控制系统可以快速判断焊接质量,从而进步确保焊接质量,减少断带次数。