车辆机器人焊接CAD/CAM系统

为提高车辆自动化焊接的水平,替代目前机器人示教再现的编程方式,自主开发了基于某车辆焊接的弧焊机器人离线编程系统--VWROBCAM.VWROBCAM是基于面向对象的思想,采用图形工具OpenGL在Visual C＋＋环境下开发的离线编程系统.该系统实现了车辆三维焊接零件的参数化自动造型及焊接特征设计,基于COM接口技术实现了焊缝特征信息提取,基于OLE技术实现大型机器人工作站仿真环境与车辆的三维CAD无缝集成及机器人焊接过程计算机图形仿真.     

箱型钢结构环缝焊接的机器人运动学分析与轨迹规划

针对箱型钢结构施工安装现场的环缝焊接问题,设计了一种直-弧组合轨道式焊接机器人系统。对该系统进行了基于标准D-H模型和Craig修正模型的运动学对比分析,总结了各模型的运动学建模和求解过程的区别及适用性。针对箱型钢结构环缝焊接的焊枪运动轨迹规划,提出综合轨迹规划法(CTPM)。该方法使机器人以最少的自由度在箱型钢结构环缝焊接时实现焊枪任意空间位姿调整功能,使得针对箱型钢结构直角焊接的轨迹规划更加简便高效。计算和仿真结果表明:所设计的机器人系统能够满足箱型钢结构环缝焊接的功能要求,综合轨迹规划法能够实现在箱型钢结构环缝焊接时对焊枪空间位姿的有效调整。     

弧焊机器人焊枪姿态的自动规划

针对弧焊机器人离线编程中的关键问题，研究了在焊接过程中焊枪姿态的自动规划技术，提出了焊缝和工艺信息的定义与获取、焊枪所在的最佳工作平面、焊枪可行域及其姿态的自动规划等方面的新概念和方法．通过采用这种方法，将三维问题的焊枪姿态规划转化为焊枪工作平面的二维问题来处理，并方便地得到了满足焊接工艺要求、焊枪与工件无碰撞干涉的可行区域，最后结合焊接工艺专家系统就可以最终确定焊枪在每一焊接位置的空间姿态．     

基于动态链表的混联机器人焊接编程优化

传统示教焊接编程方法具有容易导致频繁编程、示教精度取决于示教者经验、模块顺序执行特征与数据量不确定,机器人无法识别语言指令的弊端。为此,提出一种新的基于动态链表的混联机器人焊接编程优化方法。采用离线焊接编程方式。在起止点关节速度为零的情况下,利用混联机器人逆运动学原理把初始点与终止点位姿转换成对应关节角度值,通过设定各关节变量的角度运动,实现焊接路线规划。在起止点关节速度非零的情况下,将所有路径点看作初始点与终止点,按照预期焊接任务拟合三次多项式差值函数,获取规划线路。通过遗传方法对焊接线路进行优化,保证焊接精度。利用三点标定法对混联机器人坐标进行标定。针对存在顺序同时数量未知的编程执行结果,通过动态链表进行数据保存与语言指令转换,实现对传统方法的优化。实际应用结果表明,所提方法能够有效控制实际工件焊接,焊缝质量高,较为均匀,且偏差小。     

不规则管管相贯曲线的轨迹规划

建立集斜交、偏移于一体的通用相贯曲线的数学模型,提出一种连续控制焊枪位置和姿态的方法.根据管管相贯模型的特点,给出一种在相贯线上示教三点确定相贯线轨迹的焊枪头位置插补算法.采用主法面二分角法确定焊枪头的姿态模型,利用Robotics Toolbox工具箱建立管管相贯线焊缝的数学模型.通过仿真验证了该轨迹规划方法能有效完成焊枪头位置和姿态的控制.该方法操作简单、计算量小,对管管相贯曲线的轨迹规划具有重要的参考价值.     

阀体密封面自动焊接系统方案设计

基于弗莱那-雪列矢量理论,提出了曲线焊缝离散化方法,据此求得了对应于时间序列的离散焊点位姿和焊枪-焊点间相对位姿.基于变位机-机器人主、从运动链末端的耦合约束关系,提出以船型焊为最佳焊位时的协同焊接运动学模型及参数求解流程.变位机-机器人协同焊接阀体密封面的运动仿真和现场试验表明,该系统能够平稳、准确地完成预期的焊接任务,证实了所提出的协同焊接运动学模型及参数求解方法正确可行.     

全位置焊接机器人逆运动学数值求解及轨迹规划方法

针对所设计的新型箱型钢结构现场全位置焊接机器人存在欠自由度和自由度耦合等问题,导出了一种基于实际焊接工艺需求的机器人逆运动学数值解法,解决了采用传统解析法求解机器人逆运动学问题时存在的困难。在数值解的基础上,进一步提出了一种基于递推算法的机器人运动轨迹规划和焊枪空间位姿调整方法,实现了机器人在焊接箱型钢结构直角转角过程中的焊枪空间位姿的平滑过渡和调整。该方法不仅实现了箱型钢全位置焊接的轨迹规划功能,有利于计算机自动求解,而且可有效适应不同型号尺寸的箱型钢结构。     

机器人弧焊专家系统Virtual Arc

为了将机器人离线编程环境与弧焊专家系统结合,得出生成即可用的机器人弧焊程序,引入了一种机器人弧焊专家系统Virtual Arc.分析了Virtual Arc的推理流程与数据共享方法;结合实例使用Virtual进行推理,并把推理出的焊接工艺参数共享到离线编程环境后,离线生成机器人弧焊程序,然后进行实际焊接试验;对比分析了试验所得的与推理所得的焊缝剖面特征及焊接质量.试验结果表明,Virtual Arc能够有效地实现机器人弧焊工艺的控制及与机器人离线编程环境的工艺共享.     

基于旋转电弧传感方式的焊接机器人路径生成方法

介绍了一种空间全位置焊接条件下的焊枪姿态自动规划方法.系统以旋转电弧传感器和工业机器人为平台而采集焊接电流数据,通过对电流处理,提取焊枪的姿态和焊缝的位置信息,据此计算机器人的运动轨迹;使焊枪自动跟踪平滑的三维焊缝,并随焊缝调整焊枪姿态;同时根据不同情况调整焊接参数,在焊缝终点自动结束焊接过程.最后,基于工业机器人的实验数据仿真,验证了所设计方案的可行性和有效性.结果表明:焊枪姿态自动规划方法可以自动跟踪三维焊缝和自动调整参数,且不需要另外附加传感器,使其成本降低和系统的复杂程度简化;焊枪姿态自动规划方法使得生产更加自动化,且前进速度均匀,焊接角度有保证,对提高焊接质量很有益.     

弧焊机器人离线编程的实用化技术

对机器人离线编程的实用化技术进行了研究,针对在弧焊机器人上应用离线编程遇到的如离线系统中的工具坐标系误差大、离线编程所得路径相对于期望路径有偏移等问题,采用机器人在线示教的方式,通过7点法对机器人工具坐标系进行了标定,然后用标定结果修正了离线系统中的工具坐标系.采用最小二乘拟合法,对离线编程所得的路径进行了修正,大大缩小了其与实际期望路径之间的偏差.最后通过试验验证,表明这些方法可以满足焊接典型路径的生产需要.     

弧焊机器人空间焊缝焊接参数与姿态规划研究

针对弧焊机器人空间焊缝焊接工艺参数和焊枪姿态规划问题,提出了焊缝特征坐标系的概念,定义了“立坡焊”和“横坡焊”的概念,采用焊缝特征坐标系来描述各种焊接接头复杂空间焊缝的焊接位置,引用齐次变换技术求解空间焊缝的转角和倾角,将复杂空间焊缝的规划问题分解为“立坡焊”和“横坡焊”2种焊接位置的组合,并运用于马鞍型焊缝机器人焊接。实验结果表明,该方法正确可行。     

带有视觉功能的同轴一体化焊枪设计及其实现

摘要： 针对目前焊接监控系统与焊枪分离引起的结构冗余与干涉,以及取像偏离熔池中心等问题,设计了一种带有视觉功能的同轴一体化焊枪,摄像机与钨极同轴,同时安装在焊枪的内部,可以同步监测焊缝的质量.设计了钨极调节系统,并将冷却和保护系统设计为一个整体,从而使钨极的调节、焊枪的冷却降温以及气体的保护效果更好,优化了焊枪的结构,提高了焊枪的可达性及可操作性.实验表明,本焊枪结构可获得以钨极为中心的熔池图像,可以清晰地定位钨极和焊丝位置,对比传统的视觉结构,该一体化焊枪机构在焊缝跟踪、过程监控等应用上有明显的优势.
     

吸烟焊枪在药芯焊丝CO2气保焊中的作用

采用吸烟焊枪进行药芯焊丝CO₂气保焊,通过记录烟尘扩散形态和焊接电流电压变化,采用高速摄像分析熔滴过渡过程,以及对比焊缝表面成形和采用X射线探伤揭示焊缝缺陷,并与未吸烟时对比,研究了不同吸烟功率和焊枪倾角下吸烟焊枪的吸烟行为及其对焊接过程和焊接质量的影响. 结果表明:焊接烟尘被有效吸入吸烟焊枪,其烟尘扩散形态整体呈锥形,并随吸烟功率的增加,其气流挺度增加,吸尘效果增强. 熔滴过渡仍表现为大滴排斥过渡,吸烟只是使熔滴过渡频率稍有增加. 采用不同功率以及焊枪倾角,均能得到表面成形良好和无缺陷的焊缝.     

基于SVR的旋转电弧焊接形态预测模型

本文提出了SVR算法建立旋转电弧焊接形态的算法。旋转电弧焊接过程是一个多因素耦合的过程,有必要建立关于旋转电弧焊接的焊缝形态预测模型。选择旋转频率,旋转半径,焊枪高度和焊接电流的四个主要变量作为模型的输入,焊缝的宽度和深度作为输出。试验结果表明,基于SVR建立的焊缝形态预测模型在小样本训练数据的情况下具有较高的精度。     

地磁场对焊枪高度跟踪的影响及减小方法

应用地球磁场理论对GMR磁传感器在焊接过程中焊枪的高度跟踪问题进行系统分析与研究.实验结果表明,采用模拟实验方法,对GMR和放大电路分别采用屏蔽和非屏蔽措施,在正常的工作电压、焊枪与工件的垂直高度为5.0 mm以及地磁场Z分量为26971 nT时,测得地磁场分量Z引起焊枪的高度变化高达5%,即0.3 mm;此外,结合不同纬度地区的地磁分布情况,得出了桂林与满归两地之间因地磁场影响造成的焊枪高度误差也可高达5.5%即0.3 mm以上.从而证明了这种焊枪高度跟踪检测传感器明显地受地磁地影响.为了减小其影响,采用磁法勘探中磁场补偿原理进行补偿,为电弧焊接非接触检测提供了一种新的方法.     

窄坡口MAG焊摆动参数对焊缝成形的影响

为了解决窄坡口侧壁熔合问题,改善焊缝成形,采用窄坡口高速摆动MAG焊枪,进行了不同摆动宽度和摆动频率的焊接试验。通过测量焊缝宏观金相获得焊缝截面尺寸,对焊缝截面尺寸随摆动宽度、摆动频率的变化趋势进行曲线拟合,研究了高速摆动电弧窄坡口MAG焊摆动参数对焊缝成形的影响规律。结果表明,增加摆动宽度和频率都能减小焊缝熔深,增加侧壁熔深,当焊枪摆动宽度使侧间距大于-0.5mm、小于1mm时会获得好的焊缝成形,摆动频率增加到5Hz以上时,能消除焊缝指状熔深,但是当摆动频率高于9Hz时,增加摆动频率,焊缝截面尺寸的变化不明显。获得的这些摆动参数对焊缝成形的影响规律能够为焊接工艺参数的选择提供指导。     

LIMAERT280型机器人焊接编程方法

对LIMATRT280型机器人专用于焊接的V6．70编程方法进行了探讨,包括直线和圆弧等基本类型焊缝的编程,子程序调用和程序平移方法的使用,给出了焊缝寻找及跟踪实例框图．本文可作为使用或选择弧焊机器人及科研部门开发研制弧焊机器人参考．