激光熔覆曲面零件再制造的机器人路径规划

根据激光熔覆工艺特性,针对曲面零件提出了一种路径规划方法,采用三维扫描仪获取熔覆曲面点云数据,应用点云切片法得到熔覆路径上的点集。利用等弓高得到稀疏化轨迹点集,运用非均匀有理B样条(NURBS)曲面拟合得到加工点的法矢量,并按该方向偏置一定距离得到枪头运动轨迹点。通过熔覆实验并对实验样件作定量分析,发现曲面上的熔覆层质量良好,从而验证了该方法的可靠性和实用性,该研究为其他曲面零件的熔覆再制造修复提供了一定的参考。     

自由曲面破损零件激光再制造修复路径生成

针对复杂自由曲面零件激光再制造中在线示教加工路径存在的问题,进行了三维激光熔覆再制造修复路径的研究,提出了基于等距平行截面法的修复轨迹自动生成算法。利用任意等距平行截面与三角网格模型求交确定激光束扫描点位置;估算出三角网格中每个顶点法矢后,通过对交点所在边的两顶点法矢插值得到交点的法矢,确定了在加工点激光束的姿态。应用实例表明,该算法取得了良好的加工效果,能够达到实用化要求。     

激光辅助加工三维功能化零件

采用激光烧结的原理加工三维(3D)功能化零件, 利用高性能的Nd∶YAG激光器(波长1.06 μm)和光学系统, 通过计算机高精度控制的喷嘴送粉、数控平台配合运动, 在光束焦点处烧结粉状颗粒, 层状生长, 加工生长出由二种金属粉末组成的合金钢管零件。此激光辅助加工系统的主要难点在于激光加工头的设计与加工, 给出了激光加工头的机械结构, 送粉喷嘴的结构设计和整个激光辅助加工系统的总体布局。整个加工过程通过友好的人机界面, 由UG软件设计的每个3D部分的界面层依次切片, 然后在加工平台上一层层的堆砌起来。零件通过金相法观测其金属组成分布, 并利用微硬度仪检测钢管垂直方向上的微硬度分布, 结果表明钢管的微硬度分布完全取决于材料组分的分布, 证明了此激光辅助加工系统制造功能化零件的实用性。     

五轴激光加工机器人

这是一种悬臂式5轴激光机器人,用正交系统、高刚性的设计在2,300×900×750mm的工作范围,重复定位精度达到±0.05mm。     

机器人控制的激光加工

在制造系统中激光束传统使用方法有:1)运动激光头;2)运动转台或工件;3)上述两者结合;4)通过运动光学装置运动切割头。第一种方法一般适合于小型或中等尺寸的激光头应用,典型系统如图1所示。这种系统要获得高加速度很困难,但相当简单,复盖面积大。第二种方法一般适合于小而轻的工件应用,其最典型的例子是混合激光冲床。这种混合系统把一般冲床能冲标准的简单形状和激光能切割复杂形状的优点结合起来。有些加工已用工业机器人,这样可以在激光头固定的条件下加工     

五轴激光加工机器人

德国的PRIMA工业公司生产出一台5轴激光机器人,该机为单一整体结构,可以快速完成移位和安装。基本组成部分有:激光发生器、光学系统、气体分配柜和数字控制系统,构成了一个占位最小的单元,这台激光机器人取名为RAOPIDO5,它有一支悬臂结构,带着完全可伸缩的Y轴(操作长度1525mm),该臂可不受限制地在三个面动作。     

用激光对零件进行三维加工

美国Laserdyne公司已把五轴萣位系统与光束旋转控制器相连，使之能对零件进行独立加工。光束导向器使780型激光加工中心的三个标准轴增加两个旋转轴，能对三维或事先画线，已成型金属或塑料零件进行切割、打孔、焊接或标记。     

航天零件的精密激光加工法

众多的航天零件，必须在硬质耐热合金上极其准确地、可反复地加工出数以千计的细微小孔。例如,典型的飞机涡轮发动机为了零件的临界冷却，必须加工直径0.06英寸以下的孔约25000个。     

激光熔覆再制造复杂轴类零件的轨迹规划

对于复杂轴类零件的激光熔覆再制造,实现轨迹规划及自动编程较为困难。针对这种情况,结合逆向工程与轴类零件再制造的特点,完成了基于非均匀有理B样条（NURBS）曲线的复杂轴类零件表面逆向。提出了面向激光熔覆再制造的NURBS曲线等弧长插补方法并设计了一种基于Romberg求积公式的牛顿迭代数值算法。开发了6自由度关节机器人的轨迹规划及辅助编程程序。对实验零件熔覆层金相组织、厚度、显微硬度进行了测试和分析。结果表明,熔覆层与基体形成冶金结合;熔覆层厚度均匀,在光束最大倾斜至水平夹角42时,熔覆层厚度比最厚处减少0。034 mm;显微硬度明显高于基材。证明了这是一种可靠的激光熔覆再制造方法。     

基于双目视觉技术的激光再制造机器人跟踪系统

为提高激光再制造机器人跟踪性能,研究了一种基于双目视觉技术的激光再制造机器人跟踪系统。首先分析环境信息,再利用激光器采集机器人环境信息,设计机器人跟踪控制单元,然后对机器人的运动进行控制,最后设计机器人跟踪程序。至此,完成机器人跟踪系统的设计。实验结果表明,本系统不仅缩小了激光再制造机器人跟踪误差,左右偏差均为0.12 cm,还具有更好的激光再制造机器人避障精度,最高可达到97%,具有更高的实际应用价值。     

激光加工机器人技术及工业应用

激光加工机器人是国际上面向21世纪的先进制造技术.综述了激光机器人的原理、构成、种类和若干重大工业应用.重点研究讨论了激光加工机器人的某些关键单元技术--光纤传输的高功率激光技术、机器人本体技术、机器人编程技术、机器人智能化和网络化技术及反求工程重建修复区三维(3D)形貌技术.提出了激光加工机器人未来发展的一些重要方向--高功率激光远程加工和柔性制造技术、具有机器视觉和听觉功能的智能控制技术和远程监控功能的网络化管理技术.     

用机器人-激光系统加工材料

9月11日在西德埃森召开的第十一届国际煌接展览会上，奥格斯堡的KUKA焊接设备和机器人公司展出了在双操作台激光系统中的两台IR100系列机器人。     

激光加工熔池自由表面形貌的理论研究

报道了激光加工的包含熔池自由表面的准稳态有限元模型。研究表明:Marangoni力和蒸气压力是决定自由表面形貌的内在因素,当熔池温度低于沸点时,前者是主要原因,并且重力方向变化对表面形貌有明显的影响;气流是主要的外在因素,它的分布和大小能明显影响熔池自由表面形貌。     

基于激光再制造机器人的表面浅斑缺陷识别研究

机器视觉系统对于提高激光机器人再制造质量有重要作用。针对浅斑类缺陷无法在点云数据中定位的问题,开发了专用识别系统,将二维图片和三维点云结合起来实现该类缺陷的三维检测。对灰度图片进行处理,包括图像频域增强、区域标记和区域合并等,实现了二维图片中的缺陷定位;利用双目立体视觉系统对再制造零件表面进行扫描,获取零件表面三维点云数据,同时将二维缺陷边界转换为三维缺陷边界,实现了点云数据中缺陷的定位。实验结果表明,该系统能有效识别浅斑类缺陷,并且再制造精度高。     

基于激光定位的机器人加工轨迹规划

随着机械化生产的逐渐实现,加工机器人的应用范围越来越广泛。在此背景下,为提高机器人加工精度,针对基于机器视觉、COMS工业相机以及CAM的三种机器人加工轨迹规划方法无法准确跟踪给定轨迹,导致规划轨迹与期望轨迹存在较大误差的问题,提出一种基于激光定位的机器人加工轨迹规划方法。该方法首先利用激光雷达方法测量机器人与待加工目标之间的相关信息,然后利用激光跟踪仪进行误差标定,最后将误差标定结果作为改进蚁群算法迭代条件,通过多次迭代生成机器人加工轨迹。实验测试结果表明:与基于机器视觉的规划方法、基于COMS工业相机的规划方法以及基于CAM的规划方法相比,基于激光定位的机器人加工轨迹规划方法应用下,规划轨迹与期望轨迹拟合优度提高0. 07、0. 05、0. 08,轨迹定位误差较小,基本达到预期目标。     

发动机气缸表面规则微观形貌的激光加工研究

摩擦副表面存在着与其润滑性能要求优化匹配的微观几何形貌。本文以发动机的气缸/活塞环为具体研究对象,基于气缸的摩擦磨损特征和润滑理论,对其表面的微观几何形貌进行了初步设计。采用半导体泵浦YAG固体激光器,在硼铸铁试样上进行了激光微造型加工工艺试验,系统研究了激光波长、激光功率、脉冲宽度、重复频率、扫描速度、重叠系数及辅助气体等,对金属材料激光微加工质量和效率的影响规律。并首次提出了“单脉冲同点间隔多次”激光微加工新工艺。最后,采用优化的激光参数组合,成功地在实际缸套内表面,加工出所设计的高质量表面微观几何形貌。     

轧辊表面球冠状微凸形貌的激光加工

随着汽车工业的飞速发展,对冷轧薄板表面质量特别是表面微观形貌提出了更加严格的要求。本文针对从摩擦学角度优化设计的轧辊表面球冠状微凸新形貌,依据脉冲激光参数特性及快速熔凝理论,提出了脉冲激光毛化处理的新机制。试验中,采用500W脉冲Nd:YAG固体激光器对轧辊表面进行毛化处理,通过对激光毛化新机制的分析和研究,很好的选取和匹配了激光加工工艺过程和脉冲激光参数,最终成功获得了预先设计的形貌及尺寸。并进一步对其表面硬度状况进行了测量和分析。研究表明,辊面形貌和粗糙度能够得到精确的控制;微凸的激光毛化新形貌具有高于材料基体的表面硬度。此外还对脉冲激光参数对轧辊主要形貌参数的影响规律作了进一步的分析和研究。