【摘要】：堆焊應(yīng)用于零件表面的修復(fù)以及工件表面的防銹、增強(qiáng)硬度和耐磨性等已經(jīng)有半個(gè)世紀(jì)的歷史,但是目前主要還停留于手工焊接和半自動(dòng)化焊接的階段。盡管各大經(jīng)濟(jì)體已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化時(shí)代、甚至后工業(yè)化時(shí)代,但是對(duì)于堆焊自動(dòng)化、智能化和柔性化的實(shí)現(xiàn)還有很長(zhǎng)的路要走。糾其原因,主要在于焊接是個(gè)復(fù)雜多變的過(guò)程,許多工件需要精確的夾具,相對(duì)于用機(jī)器人實(shí)現(xiàn)焊接人工焊接成本更加低廉。因此,有必要對(duì)如何提高焊接自動(dòng)化程度又能減少生產(chǎn)成本的堆焊焊接方法進(jìn)行深入研究。本文根據(jù)前人對(duì)自動(dòng)化焊接的研究成果,結(jié)合實(shí)際堆焊時(shí)遇到的困難,提出一種基于磁控旋轉(zhuǎn)電弧堆焊的曲面重建與LabVIEW自動(dòng)化控制的方法,用于實(shí)現(xiàn)堆焊焊道的自動(dòng)排布與焊接過(guò)程對(duì)焊縫偏差的實(shí)時(shí)識(shí)別及焊槍位姿的自動(dòng)調(diào)整。具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)首先設(shè)計(jì)了一種機(jī)械式旋轉(zhuǎn)電弧傳感器應(yīng)用于焊接,試驗(yàn)表明機(jī)械式傳感器不僅造價(jià)昂貴,焊接效果與期待的相差太遠(yuǎn)。因此提出了采用磁控式旋轉(zhuǎn)電弧傳感器,并對(duì)磁極間磁場(chǎng)分布做了COMSOL仿真分析,根據(jù)堆焊的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的磁控旋轉(zhuǎn)電弧傳感器。(2)通過(guò)分析LabVIEW作為上位機(jī)與實(shí)現(xiàn)CO_2氣保焊自動(dòng)焊接的特點(diǎn),分別利用LabVIEW與信號(hào)采集卡和運(yùn)動(dòng)控制卡,設(shè)計(jì)了用于霍爾信號(hào)的采集程序和用于焊接過(guò)程的自動(dòng)控制程序,實(shí)現(xiàn)了霍爾信號(hào)的實(shí)時(shí)采集和對(duì)電機(jī)等硬件的準(zhǔn)確控制。(3)通過(guò)對(duì)磁控旋轉(zhuǎn)電弧焊接時(shí)其焊搶位姿變化及所在焊縫位姿變化進(jìn)行分析,建立了電弧采樣點(diǎn)云坐標(biāo)關(guān)系的數(shù)學(xué)模型,通過(guò)提取特征點(diǎn)、擬合特征線的方法來(lái)識(shí)別焊縫偏差,最后與Loop三角細(xì)分算法結(jié)合,提出了一種基于磁控旋轉(zhuǎn)電弧采樣點(diǎn)的加權(quán)漸進(jìn)插值Loop細(xì)分算法進(jìn)行曲面重建,以實(shí)現(xiàn)焊縫偏差識(shí)別與焊槍姿態(tài)調(diào)整。(4)通過(guò)自建試驗(yàn)平臺(tái),將LabVIEW與焊接自動(dòng)化結(jié)合并根據(jù)自由曲面重建算法在搭建的堆焊試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證,結(jié)果表明上述方法可行,準(zhǔn)確識(shí)別了焊縫焊道偏差,精確調(diào)整了焊槍姿態(tài),實(shí)現(xiàn)了堆焊的自動(dòng)化焊接。
【圖文】：

焊接作為一種特殊的連接技術(shù)，在當(dāng)代科技快速發(fā)展下也在與時(shí)俱進(jìn)，比如利用激光進(jìn)行熔焊以及依靠激光的穩(wěn)定性作為焊接機(jī)器的視覺(jué)，把數(shù)控機(jī)床與焊接傳感器想連接，，另外把信息處理技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)等融入焊接智能化中。這些前沿的高新技術(shù)為焊接創(chuàng)造附加價(jià)值的同時(shí)也對(duì)焊接提出了更高的要求[1]，高效化、智能化、柔性化和信息化是今后焊接發(fā)展的主流方向。隨著我國(guó)制造業(yè)的質(zhì)量和占世界制造業(yè)的比重進(jìn)一步的提升，我國(guó)在 2019 年以前，在核電、船舶、重型機(jī)械設(shè)備、石油化工等行業(yè)對(duì)焊接都有迫切的需求。這代表著我國(guó)工業(yè)對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的需求將大幅度增加，而對(duì)其所涉及的制造技術(shù)也會(huì)提出更高的要求。自動(dòng)化焊接技術(shù)將會(huì)在其扮演越來(lái)越重要的角色。在焊接過(guò)程中，會(huì)遇到許多焊縫是不規(guī)則，或者是任意形狀的。如飛機(jī)的表面，火車的彎凹處，螺旋槳葉片等等，這些可以統(tǒng)稱為自由曲面。自由曲面是工程中復(fù)雜而又不可或缺的，由于其豐富的表現(xiàn)力，獨(dú)有的力學(xué)性能及特有的功能用途，在航空、水力發(fā)電、機(jī)械制造等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用。但是，其復(fù)雜的空間形狀難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化修復(fù)，同時(shí)其表面一般深凹，所以需采用堆焊對(duì)曲面進(jìn)行多層修復(fù)，另一方面，因?yàn)樽杂汕鏌o(wú)法用解析函數(shù)精確表達(dá)，讓焊縫跟蹤的實(shí)現(xiàn)變得更加困難。

焊接作為一種特殊的連接技術(shù)，在當(dāng)代科技快速發(fā)展下也在與時(shí)俱進(jìn)，比如利用激光進(jìn)行熔焊以及依靠激光的穩(wěn)定性作為焊接機(jī)器的視覺(jué)，把數(shù)控機(jī)床與焊接傳感器想連接，另外把信息處理技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)等融入焊接智能化中。這些前沿的高新技術(shù)為焊接創(chuàng)造附加價(jià)值的同時(shí)也對(duì)焊接提出了更高的要求[1]，高效化、智能化、柔性化和信息化是今后焊接發(fā)展的主流方向。隨著我國(guó)制造業(yè)的質(zhì)量和占世界制造業(yè)的比重進(jìn)一步的提升，我國(guó)在 2019 年以前，在核電、船舶、重型機(jī)械設(shè)備、石油化工等行業(yè)對(duì)焊接都有迫切的需求。這代表著我國(guó)工業(yè)對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的需求將大幅度增加，而對(duì)其所涉及的制造技術(shù)也會(huì)提出更高的要求。自動(dòng)化焊接技術(shù)將會(huì)在其扮演越來(lái)越重要的角色。在焊接過(guò)程中，會(huì)遇到許多焊縫是不規(guī)則，或者是任意形狀的。如飛機(jī)的表面，火車的彎凹處，螺旋槳葉片等等，這些可以統(tǒng)稱為自由曲面。自由曲面是工程中復(fù)雜而又不可或缺的，由于其豐富的表現(xiàn)力，獨(dú)有的力學(xué)性能及特有的功能用途，在航空、水力發(fā)電、機(jī)械制造等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用。但是，其復(fù)雜的空間形狀難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化修復(fù)，同時(shí)其表面一般深凹，所以需采用堆焊對(duì)曲面進(jìn)行多層修復(fù)，另一方面，因?yàn)樽杂汕鏌o(wú)法用解析函數(shù)精確表達(dá)，讓焊縫跟蹤的實(shí)現(xiàn)變得更加困難。
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP273;TG455

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