Path planning for MIG surfacing of robot-based remanufacturing system

Robot-based remanufacturing system can scan the worn parts and develop the corresponding models, compare them with the standard model, calculate the weld deposit, implement welding path planning, and repair the worn parts with MIG surfacing automatically. This paper investigates the welding path planning after calibrating, scanning and model rebuilding. The following aspects are contained： introducing the planning principle, selecting the suitable welding process based on welding parameters （current and speed）, calculating welding overlap quantity by the superposition method. Also, it has been verified that good weld profile can be obtained with the optimized parameters.     

磨损失效零件激光增材再制造性神经网络量化评价方法EI北大核心CSCD

针对现有激光增材再制造性评价方法主观性强、效率低等不足,提出一种失效数据驱动的磨损失效退役零件增材再制造性神经网络量化评价方法。根据磨损失效退役零件的激光增材再制造修复难易程度与失效模式相关的特点,以修复路径规划可行性、运动轨迹规划可行性、激光熔覆材料选择、再制造时长、再制造经济性为评价指标,构建磨损失效退役零件激光增材再制造性层次评价模型;通过退役零件失效区域的修复路径规划、修复设备运动轨迹模拟和碰撞检测进行修复路径可行性和运动轨迹可行性指标量化,并定义再制造时长、经济性指标的量化公式。以多个同类零件为对象,通过上述量化评价方法构建样本空间,基于神经网络训练获得再制造性神经网络量化评价模型,实现同类零件的快速激光增材再制造性评估。最后,以碎煤机端盘为例对所提方法进行验证,结果表明了该方法的可行性与有效性。根据失效数据与退役零件再制造性之间的映射关系,可实现磨损失效零件增材再制造性的快速量化评价,为其工程应用提供技术支撑。     

弧焊机器人柔性再制造系统

建立了一个弧焊机器人柔性再制造系统,该系统由测量、建模和离线编程三个子系统组成,可以自动获取废旧零件的表面信息,建立再制造模型,并生成焊接再制造程序,完成废旧零件的再制造过程.介绍了系统的硬件结构和各个子系统的工作原理.系统适用于缺损表面为二次曲面的工件,对不同缺损程度的工件的再制造可以自动进行.对某车辆的扭力轴进行了试验验证,结果表明该系统是可行的.     

柔性再制造增材修复系统

失效零件再制造修复的特点是:待修复形状和位置的随机变化特性,修复件性能不均匀性,修复加工需控制成本。针对性地提出构建满足个性化修复需求的系统构建策略:增材制造系统用于修复,同时配用小热输入量的弧焊电源;构建了由机器人作为承载体、弧焊电源、开发的控制系统和辅助系统组成的柔性增材修复系统;详细介绍系统的设计原则、设备选用和系统集成;选择了库卡机器人,选用具有"冷金属过渡技术"(CMT Advanced)弧焊电源,研发了由工控机为硬件的控制系统。这套系统可以很好地完成修复工作,满足退役零件个性化的修复需求。     

零件再制造中局部损伤的治理方法

局部损伤是零件再制造中常见的一种失效形式,由于损伤情况的多样性,成为企业再制造加工中的一个难点。文中针对零件表面局部损伤的特点和现有修复方法热输入量大、修复效率低和成本高的不足,主要对高能脉冲精密冷补技术、电火花表面强化修复技术和微脉冲电阻焊修复技术的工作原理、应用特点进行了阐述,列举了以上几种技术在金属零件表面修复与再制造中的应用实例。     

基于弧焊机器人的柔性再制造系统

建立了一个基于弧焊机器人的柔性再制造系统,由测量,建模和离线编程3个子系统组成。介绍了系统的硬件结构和各个子系统的工作原理。系统对不同缺损程度的工件的再制造可以自动进行。     

弧焊机器人柔性再制造中破损零件模型的分层算法

针对弧焊机器人分层/堆积成形方法实现破损零件的再制造,深入研究了破损零件模型的分层切片算法.考虑到零件破损形式的多样性、随机性,采用任意平面对破损零件STL模型(standard template library)分层切片的策略.为了省去建立拓扑信息及三角面片排序的时间,采取直接分层的方法.首先推导出了任意平面与STL模型的求交算法,然后将每层交点排序,由三次B样条拟合生成切片曲线,最后采用VC++6.0结合OpenGL实现了该分层算法.典型零件的分层实例验证了该算法的可行性,为机器人柔性再制造后续的机器人路径规划奠定基础.     

焊接机器人再制造中结构光传感器的标定

在基于焊接机器人的柔性再制造平台中,对零件破损部位的三维测量是获取再制造模型的关键步骤.文中提出了一种结构光传感器系统的快速标定方法,对柔性再制造线结构光三维扫描测量系统进行了标定.标定过程中首先采用平面靶标法标定出 CCD 摄像机线性模型的内外参数,然后通过靶标上的结构光条纹的像求解出光平面方程,确定结构光光平面与摄像机的位置关系.在标定出结构光测量系统的各个参数后,即可以求得零件破损部位特征点的三维坐标,从而获得破损零件的再制造模型.该方法标定过程简单,精度较高,易于实现现场标定.

Abstract：

On the flexible remanufacture platform based on welding robot, 3D ranging of the damage parts is the key step to obtain the remanufacturing data. This paper proposes a rapid calibration approach and calibrates the line structured-light 3D ranging system in the flexible remanufacture platform of the welding robot. The calibration includes the following steps: first, calibrates internal and external parameters of the camera by a planar pattern; second,solves parameters of the light plane by the structured-light strip in the image, which determine the relationship between light plane and camera, and then calculate 3D coordinate of the feature point on the damage parts to establish remanufacture model. The approach is easy, simple and accurate.     

铸件毛坯自动修复机器人设计与实验研究

随着3D打印技术的发展,增材再制造技术也成为各类零件缺陷自动修复的手段之一。针对大型铸件缺陷的修复以人工堆焊为主,存在效率低、对工人伤害大、修复合格率低等缺点。为此,提出了利用3D打印再制造技术对缺陷进行自动修复的工艺方法,即利用视觉系统对工件自动扫描重构工件三维模型,并与标准CAD模型比对,确定缺陷的类型、分布及尺度特征,获取各损伤部位的3D点云数据,根据缺陷模型自动编程并生成机器人程序,驱动执行机构依次完成各缺陷自动焊接修复。实验结果表明:工件缺陷重构模型精度在±0.1 mm以内,扫描速度为1 000 mm/min,自动焊接修复工件无焊接缺陷,各项性能指标满足实际使用要求。     

3D reconstruction of worn parts for flexible remanufacture based on robotic arc welding

3D reconstruction of worn parts is the foundation for remanufacturing system based on robotic arc welding,because it can provide 3D geometric information for robot task plan.In this investigation,a nocwl 3D reconstruction system based on linear structured light vision sensing is developed,This system hardware consists of a MTC368-CB CCD camera,a MLH-645laser projector and a DH-CG300 image grabbing card.This system software is developed to control the image data capture.In order to reconstruct the 3D geometric information from the captured image,a two steps rapid calibration algorithm is proposed.The 3D reconstruction experiment shows a satisfactory result.     

人机交互式机器人弧焊再制造系统设计

在分析失效零件再制造的特点的基础上,提出了基于人机交互技术的机器人熔化极气体保护焊(gas metal arc welding,GMAW)再制造思想.将操作者作为系统的一个因素,构成人机交互式的机器人GMAW再制造系统,人机协作共同完成失效零件的再制造任务.其中操作者主要负责解决再制造过程中的非线性、难建模的复杂问题;机器人主要负责数据计算和运动控制等线性问题.根据上述思想,文中建立了人机交互式机器人GMAW再制造试验系统平台,研究了基于开放式图形库(open graphics library,OpenGL)的再制造系统软件结构和人机交互实现方式,采用模块化方法设计实现了可视化的人机交互界面.     

基于激光熔覆再制造PDC钻头的机器人仿真分析

为了降低PDC钻头维修成本以及钻井周期,基于激光熔覆再制造技术,提出用机器人实现对钻头的再制造. 基于逆向工程,对PDC钻头进行数据采集,再对获取的钻头点云数据进行数据处理、三维重构,构造出与实体PDC钻头相同的三维模型. 利用软件Geomagic布尔运算得出工件缺损部位,在软件NX1899中利用等距平面族Γ与钻头修复部位相交,实现对曲面零件的路径规划. 对机器人末端焊枪修复PDC钻头轨迹进行仿真模拟,利用软件PQart模拟工作环境中工件相对于机器人的位置,实现对机器人的轨迹优化. 调整机器人末端焊枪位姿,提高修复后PDC钻头的表面性能. 验证了所述方法的可行性,为激光熔覆再制造技术修复复杂曲面提供了参考.     

柔性再制造修复系统及标定技术

介绍了一种柔性再制造修复系统原型,利用基于立体视觉技术与结构光技术的手持式扫描仪和基于6自由度机器人技术的焊接修复机器人,搭建系统工作平台。介绍了现场两步法标定步骤,通过至少3个不同姿态和辅助平面来标定焊枪位姿。利用扫描过程中使用的定位标记点的固定特性完成了扫描系统坐标系与焊枪修复机器人坐标系之间的标定。在标定完毕的系统上,对A3钢板进行等离子焊接修复,得到其多层多道的快速修复成形表面平整度低于0.5 mm,从而验证了系统的可靠性和有效性。     

基于冷金属过渡技术快速成形工艺

为了拓宽快速成形技术,采用冷金属过渡焊接快速成形方法以及建立的机器人快速成形系统,研究了焊接电流、焊接速度和不同焊接方法对焊缝的宽高比λ的影响,进一步研究了焊接电流、提升高度和焊接方法对多层柱体焊缝成形的影响,总结得出合适的焊接工艺参数并分析测试了快速成形试样的力学性能.结果表明,焊缝宽高比λ较大的焊接工艺参数有利于获得表面平整和尺寸精度较高的快速成形试样,合适的焊接工艺参数和焊接方法能够控制尺寸精度,获得性能优异的成形试样.     

HT250冷焊表面残余应力试验

利用亚激光瞬间熔冷焊机对柴油发动机缸体所用材料HT250表面缺陷进行修复,并用x射线法测定焊缝两侧表面残余应力,以此研究冷焊残余应力分布规律以及与不同工艺参数间的关系．结果表明,靠近焊缝处为拉应力,远离焊缝处为压应力：冷焊残余应力范围很小,峰值主要分布在离焊缝中心5mm的范围内,离焊缝中心20mm处,残余应力接近为零;时间参数对残余应力峰值的影响较小,而能量参数对残余应力峰值的影响较大;通过改变时间与能量参数组合,可以得到较小的残余应力峰值,满足发动机再制造零部件表面损伤的修复要求．     

老旧机床数控化再制造技术研究与应用

大量老旧机床的报废将造成严重的资源浪费和环境污染。采用再制造技术可将废旧机床改造为新的数控机床。再制造的主要内容包括采用表面技术修复机床的磨损、划伤表面，恢复并提高机床的机械精度；采用滚珠丝杠、步进电机直接驱动提高机床的运动精度；采用数控系统替代原机床的电气系统，提高其控制精度。机床再制造最大限度地利用了原机床零部件的剩余价值，提升了机床性能，为老旧机床的升级换代找到了新途径。使再制造技术成为建立节约型社会的重要技术手段。本文介绍了老旧机床再制造的过程和表面工程技术在机床再制造中的应用。     

零件的焊补与热喷涂修复技术

焊补与电弧喷涂是常用的表面修复技术,焊补可以利用焊材与母材的熔合进行较大表面缺陷的修复,电弧喷涂则利用制备特殊的表面涂层进行一定尺寸磨损表面的修复.两者结合起来修复零件不仅可以取得更好的零件修复效果,还具有较好的经济性.以履带式拖拉机主传动轴的修复为例,详细说明了应用焊补和热喷涂相结合的方法对其进行修复的工艺过程.     

老旧机床数控化再制造技术研究与应用

大量老旧机床的报废将造成严重的资源浪费和环境污染.采用再制造技术可将废旧机床改造为新的数控机床.再制造的主要内容包括采用表面技术修复机床的磨损、划伤表面,恢复并提高机床的机械精度;采用滚珠丝杠、步进电机直接驱动提高机床的运动精度;采用数控系统替代原机床的电气系统,提高其控制精度.机床再制造最大限度地利用了原机床零部件的剩余价值,提升了机床性能,为老旧机床的升级换代找到了新途径.使再制造技术成为建立节约型社会的重要技术手段.本文介绍了老旧机床再制造的过程和表面工程技术在机床再制造中的应用.     

基于纳米复合电刷镀的汽车转向器再制造技术研究

纳米复合电刷镀技术是一项先进的汽车零部件再制造工程技术。应用纳米复合电刷镀技术对汽车转向器磨损表面进行修复,获得了性能稳定的纳米颗粒复合镀层,镀层的硬度、耐磨性、抗接触疲劳及抗高温氧化性等得到了显著的提高。     

弧焊机器人系统协调焊接的路径放置规划

以RHJD4－1九自由度弧焊机器人系统协调焊接情况为研究对象，提出了以变位机冗余自由度为变量、以保证焊接路径规划成功为约束、以变位机运动变化最小为目标的路径旋转规划问题的规划模型，并以1200mm长直对接焊缝为例进行了仿真试验，结果证明该规划模型可以有效地实现由机器人和变位机组成的复杂系统的最优路径旋转规划。