马鞍形空间曲线自动焊接设备的研制

对于像马鞍形这样复杂的空间曲线焊缝,一般采用手工方式进行焊接,焊后一致性差,废品率高,对工人技术水平要求也较高。随着工业自动化程度的发展,研制马鞍形空间曲线的自动焊接设备具有较大的实用价值。依据马鞍形焊缝的主要特点和焊接工艺,设计了基于三菱高性能PLC Q02H为主要控制中心,辅以焊机、SSCNETⅢ总线位置控制模块、伺服驱动器及电机、参数设置人机界面、自动焊接机架等单元构成的马鞍形自动焊接设备。经过试验,该系统自动化程度高、控制精度高、焊缝成型良好,在锅炉、石油管道、核电、造船与海洋工程等普遍存在马鞍形焊缝需求的行业中具有较高的实用价值。     

基于角度逼近的马鞍形曲线自动焊接插补算法

介绍了马鞍形曲线自动焊接系统的工作原理、插补算法及软件实现.系统通过x,y,z三轴联动,控制焊枪实现马鞍形曲线焊缝的自动焊接.在基于角度逼近的平面圆弧插补算法的基础上,分析了马鞍形曲线空间几何特点,根据x,y,z三坐标的空间几何关系设计了一个插补决策.算法利用焊枪对马鞍形曲线焊缝在xOz平面内投影轨迹的回转联动y轴运动来拟合马鞍形曲线,从而解决了马鞍形曲线焊缝的自动焊接问题.由该算法实现的程序结构简单,易于实现,而且运行效率高,插补出的曲线均匀且误差小.     

马鞍形曲线自动焊接四轴联动插补算法

介绍了一种马鞍形曲线自动焊接系统的工作原理、系统结构、插补算法和仿真结果.设计了具有τ,γ,ρ,σ四自由度的马鞍形曲线自动焊接系统结构,通过四轴联动控制,控制焊枪运动轨迹和姿态,实现马鞍形曲线焊缝的自动焊接.在对系统运动学模型的分析基础上,利用四轴联动及空间解析几何原理,建立了马鞍形曲线焊接时的轨迹和焊枪姿态控制的数学模型,提出了马鞍形曲线自动焊接四轴联动插补算法.对马鞍形曲线实例进行了算法的仿真分析.结果表明,算法具有理想的轨迹控制精度和姿态控制精度,实现了马鞍形曲线的直接插补.     

双机器人主从协调焊接的路径规划算法

针对空间复杂曲线焊接问题进行了双机器人协调焊接路径规划方法的研究,在保证焊接过程焊缝点熔池处于水平或稍微下坡状态前提下,提出了一种主从协调跟踪的路径规划算法,以实现一台机器人夹持工件不断调整位姿满足船形焊的要求,另外一台机器人跟踪焊缝曲线实施焊接. 建立了协调系统数学模型,时间约束和空间约束,在此基础上规划了焊枪坐标系和工件机器人的位姿;并以马鞍形焊缝的焊接为研究对象进行了两个机器人的协调路径规划. 并对该算法所规划的结果进行试验验证. 结果表明,该算法可实现空间复杂曲线焊缝的连续焊接工作.     

核岛反应堆压力容器大直径接管马鞍形焊缝焊接工艺

国内某核电项目反应堆压力容器大直径大壁厚接管马鞍形焊缝的焊接难度大,制造厂没有成熟的焊接经验。采用ANSYS分析该焊缝的焊接变形趋势,并计算焊接变形量,以选取合适的焊接工位、焊接参数及防变形工装,用于控制焊缝质量和焊接变形。设计并制作马鞍形焊缝模拟件,进一步验证并优化焊接工艺,确保大直径接管马鞍形焊缝焊接顺利完成。     

细丝小马鞍型埋弧焊试验及其在汽包管座角焊缝上的应用

为了实现锅炉汽包骑坐式管座角焊缝的机械化、自动化,达到高效、高质量焊接的目的,从设备选型、焊材匹配试验、接头性能试验、工艺参数的确定等方面进行了系统的工艺试验工作。试样结果表明:选用合理的工艺参数,采用细丝马鞍形埋弧焊工艺方法焊接汽包骑座式管座角焊缝,与焊条电弧焊对比,可以较大幅度提高焊接效率,同时更利于保证焊接质量。     

工程液压油缸外缸筒焊接技术与工装设计

由于液压油缸外缸筒在对焊前已镗孔,内孔精度很高,表面质量好,而外表面却不加工,属毛坯面,设计以内孔为定位基准的工装和焊接止口、坡口,使缸筒合件在旋转中自动对中,定位精度高,无需点焊。根据油管接头与缸筒马鞍形焊缝的数学模型,设计自动焊机,关键是控制焊枪的转动和移动,并在焊接马鞍形环焊缝时作变位和插补,实现自动跟踪控制,焊缝成形好。结果表明:焊接工程液压油缸外缸筒,设计以内孔定位的焊接工装和马鞍形自动焊接机,焊接质量好、效率高,焊缝整齐、均匀、美观。     

马鞍形焊缝焊接机器人运动学分析及MATLAB仿真

运用Denavit-Hartenberg方法建立了以关节角为变量的马鞍形焊缝焊接机器人运动学模型,对马鞍形焊缝焊接机器人正运动学和逆运动学问题进行了求解分析;采用三次多项式插值的方法对焊接机器人进行了轨迹规划,通过MATLAB Robotics Toolbox工具箱对马鞍形焊缝焊接机器人进行了运动学仿真,得到了焊枪末端轨迹图以及关节角、角速度、角加速度与时间的变化曲线,验证了所设计参数的合理性,达到了良好的效果。     

基于极线约束与激光标识的空间焊缝的立体视觉检测

针对安装在焊接机器人末端的双目立体视觉系统,建立了左右图像坐标的极线约束方程.采用极线约束和激光标识相结合的立体视觉匹配方法,完成了相交圆管马鞍形空间焊缝的立体视觉检测.结果表明,含激光条纹的焊缝图像,经细化、去毛刺处理后,可以得到分段光滑的曲线,通过曲线奇变点检测与曲线—极线相交点检测两种方法的融合,实现了空间焊缝检测点在左右图像中的可靠匹配,从而提高了焊缝及周边结构立体视觉检测的准确性.对检测的马鞍形焊缝及周边圆管的三维数据进行了重建,与实际结构尺寸比较误差小,满足一般机器人自动焊接过程中的焊缝检测要求.     

重型压力容器马鞍形焊缝自动焊机插补算法与仿真

根据重型压力容器接管马鞍形窄坡口焊缝的焊接工艺要求,介绍了马鞍形自动焊机的总体结构和工作原理,给出了马鞍形焊道轨迹的数学模型和简化插补算法.该插补算法采用两轴协调拟合形成空间马鞍形焊道,将三维曲线插补转换成二维问题进行插补运算,并进行了计算机仿真.结果证明,两轴协作拟合算法能够很好地满足自动焊机的使用要求.     

马鞍形焊缝焊接机器人设计与建模分析

针对目前马鞍形焊缝焊接装备灵活性差,自动化程度低,接头质量稳定性不足等问题,开发了一种新型的管外锚固式四轴焊接机器人. 通过对机器人机构合理简化建立了D-H连杆坐标系,推导了机器人的正逆运动学表达式,并结合机器人关节变量的限位值确定了逆运动学解的唯一性. 通过MATLAB软件对机器人运动学进行了仿真,仿真结果表明,推导的正逆运动学方程模型完全正确. 通过制作样机进行焊接试验,结果表明,焊缝成形致密美观,机器人焊枪末端在x,y,z方向的误差均在±0.35 mm以内,完全满足工程上自动化焊接的需要,为马鞍形焊缝焊接机器人的连续轨迹控制和离线规划提供了依据和算法支持.     

机器人自动脉冲TIG焊J形坡口焊缝填充策略

核电压力容器封头由半球形封头和多个圆管相贯构成,连接的焊缝为J形坡口,轨迹是球管相贯的空间曲线,位于封头内部.由于该焊缝的特殊性,目前普遍采用手工焊接,质量与效率不佳.文中针对核电压力容器封头J形坡口的机器人自动焊接技术提出了一种多层多道焊填充策略.通过焊接结构分析,确定了J形坡口的焊接工艺分区,提出了设定焊接层数、道数的焊接轨迹规划方法,进而提出了焊接工艺参数的设定规则并据此对焊缝形状进行控制.结果表明,应用文中提出的焊缝填充策略及焊缝形状控制方法可获得良好的焊缝成形.     

肋板封头三面焊缝自动化连续焊接工艺的开发

文中以B型地铁转向架中托板肋板的自动化焊接为例,针对IGM机械手在连续焊接肋板两侧焊缝加封头结构时遇到焊枪变化角度大、变化空间小、焊接工艺参数难以控制等难点,开发了新的自动化连续焊接肋板三面焊缝的工艺方式,即通过采用机械手外部轴联动调整恰当的焊接位置、规划焊接轨迹、试验焊枪倾角和改变焊接工艺参数来实现肋板封头加肋板两侧三面连续焊缝的自动化焊接。采用新自动焊接工艺后,外观成形和焊缝金属熔合情况良好,未发现宏观裂纹、未熔合等焊接缺陷,提高了焊接质量,减少了日产返修量,同时降低了生产成本,提升了市场竞争力,为自动化连续焊接转向架中肋板类焊缝三面连续提供借鉴和参考。     

基于焊件三维装配体的机器人焊接离线编程

机器人离线编程焊接成为焊接自动化技术现代化的主要标志.基于RobotStudio焊接机器人工作站,通过导入SolidWorks软件创建的焊件三维装配体,可实现三维装配体复杂空间曲线焊缝程序的自动创建,并对程序进行解析、测试和模拟.该离线编程系统以度生成的焊缝程序可加载至车间的生产机器人真实控制器内,提高焊接质量和降低生产成本.     

高速动车组转臂定位座焊接质量控制

针对动车组转向架转臂定位座焊缝出现焊缝未熔合、焊缝咬边、焊接变形难控制及生产效率低等问题,通过分析转臂定位座的结构特点,优化了焊接工艺参数及焊接顺序。结果表明,优化后的焊接工艺有效解决了焊缝质量问题,焊后无需进行返修、调修。该方法节省了大量的劳动成本和生产成本,显著提高了生产效率。     

焊接机器人焊接工艺参数与空间轨迹联合规划

为提高焊接效率,改善焊接质量,对焊接机器人焊接工艺参数与空间轨迹进行联合规划,提出一种实时性高、可控性强、焊接误差小的轨迹规划方法。通过在执行器末端增加虚拟关节,建立合适的虚拟关节模型,并将焊接工艺参数用虚拟关节的关节变量表示,在机器人关节空间进行轨迹规划,使得焊接工艺参数的控制更加直观、便捷。利用虚拟关节模型结合B样条曲线仿射不变的特性,通过控制真实关节的运动曲线,来对焊接工艺参数进行间接控制。以求解最优时间解为目标,进行焊接工艺参数与关节空间轨迹的联合规划。采用ABB Robotstudio工具软件进行仿真,编写焊接机器人作业程序,以平面直线型焊缝为例进行试焊,结果显示该方法是可行的,有效的。     

阀门球芯316L不锈钢小空间TIG焊接工艺

采用填丝的TIG焊接方法对不锈钢球芯流道口进行小空间全位置自动焊接。通过设计可进行小空间作业的TIG焊枪,配合送丝机气保托罩紫铜散热夹与小车行走装置,搭建自动化焊接平台。在阀门球芯的小空间内多重氩气保护下,开展不锈钢球芯流道口V形焊缝的焊接。焊前清理焊缝及周围区域的杂质油污,焊接时使用高纯氩进行严格的惰性气氛保护,获得各项性能均符合技术要求的焊缝。焊后对焊缝区域进行微观组织和力学性能的测试评定,分析缺陷的产生及原因,并改善焊接工艺参数。测试焊缝、热影响区附近及母材位置的硬度,绘制相应的工艺曲线,获得最佳的工艺参数组合。     

弧焊机器人焊接姿态与工艺参数联合规划

在现有Motoman UP20弧焊机器人系统上进行二次开发,将人工神经网络技术成功地应用于弧焊机器人焊接姿态与焊接工艺参数的联合规划中.利用MATLAB神经网络工具箱对试验数据进行训练和仿真.凭借人工神经网络自学习功能,建立了焊接姿态与焊接工艺参数联合规划数据表.利用MATLAB软件编制程序,自动提取典型的马鞍形焊缝几何位姿,结合已有数据表编制机器人作业程序,进行马鞍形焊缝工件试焊.所得的马鞍形焊缝成形良好,与人工神经网络的仿真结果相吻合.     

管内锚固式相贯线专用焊接机器人

管道插接相贯线焊缝是典型的、复杂的空问焊缝.针对管道插接焊缝的特殊焊接工艺要求,采用串并联混合方式设计了一种新型的5自由度焊接机器人.机器人以管道内壁为锚固对象,实现了机器人锚固、运动机构、焊枪姿态调节机构和送丝机构的一体化设计.机器人利用3个关节对焊枪位置进行控制,利用2自由度的自动定心手腕机构对焊枪进行姿态控制,实现了焊枪位置和焊枪姿态的独立控制.针对该专用焊接机器人,建立了焊接机器人的运动学模型,给出了机器人运动学模型解法.实际焊接试验表明,该焊接机器人锚固牢固、定位准确,焊接过程可控性好,控制模型能够满足空间相贯线焊缝的焊接工艺要求.     

空间折线焊缝实施平焊的路径规划

在科学技术日益发达的今天,焊接技术的自动化程度也越来越高,其中,在进行焊接任务时采用多个机器人来进行协调已成为自动化焊接领域的研究热点。针对一种固定的空间复杂折线型焊缝的焊接任务展开研究,建立了双机器人协调焊接坐标系,在整个焊接过程采用船型焊缝约束,从而保证焊枪与焊缝的相对位置在作业过程中始终保持良好,最终得出机器人在作业过程中的轨迹规划驱动矩阵,并通过机器人关节变化曲线证明了该方法的有效性。