机器人制造陶瓷原型系统的研究

提出了采用工业机器人快速制造陶瓷熔射原型的方法。利用建立的数字化检测平台,测试机器人的点位置重复精度、直线轨迹位置精度和轨迹重复精度,找到其精度特性;建立NC代码与机器人代码的转换公式,得到了生成合适的机器人铣削路径代码的算法和CAM软件;根据机器人的精度特性和合适的加工路径,实际加工了用于熔射制模的陶瓷型熔射原型,验证了机器人制造系统的可行性。     

机器人精加工陶瓷原型技术的路径规划研究

研究了机器人精加工陶瓷原型技术的路径规划方法.生成四种加工路径方案,对比分析了采用这些加工路径得到的精度和效率,提出一种合理的机器人精加工陶瓷原型路径设计方案.根据此方案生成加工路径,实际加工了用于熔射制模的陶瓷原型,其精度及表面质量均满足熔射要求,验证了该加工路径方案的可行性.     

基于游离磨料的机器人抛光工艺实验研究

建立了基于游离磨料和软质抛光工具的工业机器人抛光系统,研究了机器人抛光轨迹的生成方法,并研究了主要工艺参数如主轴转速、轨迹间距和机器人行走速度对表面抛光质量的影响,为确定合理的机器人抛光工艺参数提供了依据。在此基础上对等离子熔射快速制造的金属模具型腔进行了表面抛光实验验证。     

等离子熔射制模过程中皮膜温度场实验研究

开展了等离子熔射制模过程中环行向外、环行向内两种熔射路径的皮膜温度场的实验研究，得出前者的温度低于后者的实验结果，该实验结果与模拟结果一致；对三维汽车覆盖件基体等离子熔射过程中的温度分布规律进行探讨，得到三维熔射基体不同形状特征处的温度分布规律，从而为建立合理的熔射制模工艺提供了依据。     

面向熔射快速制模的机器人自动研磨系统的开发

为解决熔射制造大中型汽车覆盖件模具过程中人工研磨时间长、劳动强度大等问题,建立了面向熔射快速制模的机器人自动研磨系统.在该系统上进行机器人研磨工艺参数实验研究,得到了研磨角度、机器人行走速度和路径对研磨表面质量的影响规律;在此基础上选择合适的研磨条件,在通过等离子熔射制造的模具表面皮膜上进行了研磨实验.实验研究结果表明,保持适当的研磨压力,选取合理的机器人行走速度、研磨角度、进给量,可得到较好的研磨效果.该机器人自动研磨系统适用于熔射制造的模具及一般模具的研磨过程.     

带矢量的STL切片处理的实现

采用机器人携带喷枪进行表面喷涂时，喷枪的运行轨迹（位置和角度）是决定喷涂质量的关键，为此需要快速而准确地获得待喷涂零件表面上各点的位置和该点处的法向矢量。本文提出了一种由程序直接获取机器人运行轨迹的方法：首先在普通CAD软件中对待喷涂零件三维建模并转换为STL文件，然后对STL文件的数据格式进行矢量扩展和切片处理，得到一系列带有方向的点系，最后按照一定规律排序形成机器人的运行轨迹。该方法将快速成形的切片技术用于表面喷涂工艺的机器人轨迹规划，从而精确地控制喷枪的运行位置、角度以及喷枪与待喷涂工件之间距离。最后还对得到的轨迹进行了模拟运行和机器人实际喷涂试验，证明了其准确性和有效性。     

缠绕机器人CAD/CAM系统设计及应用

针对复杂异形复合材料制品纤维缠绕成形装备缠绕不适应的问题,研究了基于工业机器人的纤维缠绕CAD/CAM系统。采用局部曲面缠绕法,对复杂异形复合材料制品进行了缠绕线型设计。基于机器人关节轨迹高阶多项式规划法,对多种运动形式的机器人缠绕轨迹进行规划,开发了一套可实现异形件缠绕线型设计、缠绕轨迹规划、可执行代码文件自动生成及缠绕设计过程可视化的机器人缠绕CAD/CAM系统。组合回转体缠绕实验验证了该系统的实用性。     

复杂曲面加工工业机器人轨迹生成算法

提出了一种面向复杂曲面加工的工业机器人轨迹生成算法。该算法可用在工业机器人离线编程系统中;通过CAD/CAM技术完成复杂曲面的建模,并提取其STL文件格式数据;根据三角面片各点坐标在切片方向上投影的最大和最小值反求与此三角面片相交的切平面,并对三角面片分组,然后推导出三角面片边上相邻交点的增量公式,最后通过机器人编程得到复杂曲面的加工运动轨迹。仿真结果表明,该算法稳定可靠,而且可以生成任意复杂曲面的加工运动轨迹。     

CAD/CAM/Robotic集成技术及其在石材产品加工中的应用

与数控加工技术相比,机器人加工具有成本低、工作空间大、可扩展外轴、加工和上下料一体化的特点,能完成数控加工无法完成的产品制造,但其缺乏CAD/CAM集成系统,阻碍了机器人加工的应用。利用数控加工的CAM软件生成机器人的位置刀轨迹,利用自主研发的软件将位置刀轨迹转换成机器人位置轨迹。借助于相邻三点的机器人位置刀轨迹点生成机器人刀轨迹点姿态,组合机器人刀轨迹点的位置和姿态,形成机器人的加工轨迹。将机器人加工轨迹下载到机器人控制器后,可以对产品进行加工。利用CAD/CAM/Robotic集成技术生成的机器人加工轨迹对石材产品进行加工,对比产品的CAD模型和实际加工的产品,证明方法的有效性。     

金属陶瓷零件近净成形技术

等离子熔射成形技术在金属陶瓷复合材料的近净成形中具有明显的技术优势。通过金属陶瓷零件熔射近净成形实验，详细分析熔射工艺过程和工艺参数对成形件质量的影响。研究表明等离子熔射成形技术可快速制造金属陶瓷零件，实现成形与加工一体化，且工艺简单、成本低，是金属陶瓷复合材料成形技术中很有发展潜力的方法。     

面向RPST的氩氮等离子射流温度分布的测量

在假定等离子体处于局域热力学平衡与光学薄条件下 ,用谱线绝对强度法测量了在等离子熔射快速制模(RPST)过程中氩氮等离子射流的温度分布。实验由CCD装置采集等离子射流图像 ,通过标定实验建立射流图像灰度和辐射强度之间的函数关系并应用Abel变换最终得到射流的温度场分布。获取的温度场将为RPST熔射工艺的合理设计提供科学依据     

等离子体熔射粉末颗粒飞行特性研究

分别采用7速正六边形Lattice Boltzmann方法计算等离子体射流和随机算法计算颗粒运动,对等离子体射流中铁铬镍合金单个颗粒及颗粒群的热运动状态进行了较为详细的模拟研究,并采用芬兰Oseir公司热喷涂在线监测及诊断设备Spraywatch对不同电压下距射流出口200mm处颗粒平均速度和温度进行了实验测量。结果表明:模拟与实验符合较好,本模型计算速度比传统的方法快;颗粒直径大小、入口位置和运动轨迹决定颗粒的速度和温度变化,其他条件相同时,中心入射的大颗粒粉末可以比半径处入射的小颗粒粉末获得更高的速度和温度;通过计算得到了铁铬镍合金粉末颗粒在等离子体射流中稳定高速高温飞行的位置区间。     

等离子熔射涂层导热性能的数值模拟

等离子熔射快速制模中 ,由于熔射工艺本身的特点 ,熔射涂层具有一定的孔隙。本文中 ,作者采用基于元胞(U nit Cell)的有限元数值方法 ,直接计算涂层宏观等效热传导系数与细观球形多孔结构的联系 ,计算了不同孔隙率下材料等效热传导系数的变化。并与基于匀质化理论 (Homogenization Theory)和多孔材料理论计算公式得到的等效热传导系数作了对比 ,分析了计算结果。这对于找到影响熔射层质量的基本规律 ,为熔射快速制模工艺参数的合理设计和熔射质量的诊断分析提供了科学依据     

A novel arc-spraying robot for rapid tooling

In order to reduce the process uncertainty and the labor intensity in manual metal arc spraying for rapid tooling, this paper presents a robot wrist design and a robot motion control method based on the cross-sectional contours and related surface normal vectors extracted from STL model, a de facto standard for representing a 3D part geometry in rapid prototyping (RP) industry. A computer controlled five-axis robot for the rapid tooling was built by using the wrist, which drives the spraying gun. The wrist comprises a linkage that can maintain the working position of the gun while changing its spraying orientation freely. Such a design ensures that adjusting the gun along the normal of the master surface to satisfy the process requirement will not result in any position change of the spraying point. A kinematic analysis on the wrist indicates this kinematic decoupling between the positioning mechanism and the orientating mechanism. The working trajectory of the gun is generated off-line by slicing the STL model of the master pattern. To bypass the need for any teaching or NC programming, the arc-spraying robot can carry out the tooling process automatically and efficiently fully based on the sliced data of the master pattern. In addition, a case study on the production of automobile body panel dies using this robotic tooling system is introduced.     

Real-time image processing for vision-based weld seam tracking in robotic GMAW

Image capturing and processing is important in using vision sensor to effectively track the weld seam and control the weld quality in robotic gas metal arc welding (GMAW). Using vision techniques to track weld seam, the key is to acquire clear weld images and process them accurately. In this paper, a method for real-time image capturing and processing is presented for the application in robotic seam tracking. By analyzing the characteristic of robotic GMAW, the real-time weld images are captured clearly by the passive vision sensor. Utilizing the main characteristics of the gray gradient in the weld image, a new improved Canny edge detection algorithm was proposed to detect the edges of weld image and extract the seam and pool characteristic parameters. The image processing precision was further verified by using the random welding experiments. Results showed that the precision range of the image processing can be controlled to be within ±0.3 mm in robotic GMAW, which can meet the requirement of real-time seam tracking.