【摘要】：堆焊應用于零件表面的修復以及工件表面的防銹、增強硬度和耐磨性等已經(jīng)有半個世紀的歷史,但是目前主要還停留于手工焊接和半自動化焊接的階段。盡管各大經(jīng)濟體已經(jīng)進入工業(yè)化時代、甚至后工業(yè)化時代,但是對于堆焊自動化、智能化和柔性化的實現(xiàn)還有很長的路要走。糾其原因,主要在于焊接是個復雜多變的過程,許多工件需要精確的夾具,相對于用機器人實現(xiàn)焊接人工焊接成本更加低廉。因此,有必要對如何提高焊接自動化程度又能減少生產(chǎn)成本的堆焊焊接方法進行深入研究。本文根據(jù)前人對自動化焊接的研究成果,結(jié)合實際堆焊時遇到的困難,提出一種基于磁控旋轉(zhuǎn)電弧堆焊的曲面重建與LabVIEW自動化控制的方法,用于實現(xiàn)堆焊焊道的自動排布與焊接過程對焊縫偏差的實時識別及焊槍位姿的自動調(diào)整。具體研究內(nèi)容如下:(1)首先設計了一種機械式旋轉(zhuǎn)電弧傳感器應用于焊接,試驗表明機械式傳感器不僅造價昂貴,焊接效果與期待的相差太遠。因此提出了采用磁控式旋轉(zhuǎn)電弧傳感器,并對磁極間磁場分布做了COMSOL仿真分析,根據(jù)堆焊的特點設計了一種簡單實用的磁控旋轉(zhuǎn)電弧傳感器。(2)通過分析LabVIEW作為上位機與實現(xiàn)CO_2氣保焊自動焊接的特點,分別利用LabVIEW與信號采集卡和運動控制卡,設計了用于霍爾信號的采集程序和用于焊接過程的自動控制程序,實現(xiàn)了霍爾信號的實時采集和對電機等硬件的準確控制。(3)通過對磁控旋轉(zhuǎn)電弧焊接時其焊搶位姿變化及所在焊縫位姿變化進行分析,建立了電弧采樣點云坐標關(guān)系的數(shù)學模型,通過提取特征點、擬合特征線的方法來識別焊縫偏差,最后與Loop三角細分算法結(jié)合,提出了一種基于磁控旋轉(zhuǎn)電弧采樣點的加權(quán)漸進插值Loop細分算法進行曲面重建,以實現(xiàn)焊縫偏差識別與焊槍姿態(tài)調(diào)整。(4)通過自建試驗平臺,將LabVIEW與焊接自動化結(jié)合并根據(jù)自由曲面重建算法在搭建的堆焊試驗平臺上進行實際驗證,結(jié)果表明上述方法可行,準確識別了焊縫焊道偏差,精確調(diào)整了焊槍姿態(tài),實現(xiàn)了堆焊的自動化焊接。
【圖文】：

焊接作為一種特殊的連接技術(shù)，在當代科技快速發(fā)展下也在與時俱進，比如利用激光進行熔焊以及依靠激光的穩(wěn)定性作為焊接機器的視覺，把數(shù)控機床與焊接傳感器想連接，，另外把信息處理技術(shù)、運動控制技術(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)造附加價值的同時也對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。隨著我國制造業(yè)的質(zhì)量和占世界制造業(yè)的比重進一步的提升，我國在 2019 年以前，在核電、船舶、重型機械設備、石油化工等行業(yè)對焊接都有迫切的需求。這代表著我國工業(yè)對焊接結(jié)構(gòu)的需求將大幅度增加，而對其所涉及的制造技術(shù)也會提出更高的要求。自動化焊接技術(shù)將會在其扮演越來越重要的角色。在焊接過程中，會遇到許多焊縫是不規(guī)則，或者是任意形狀的。如飛機的表面，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雜而又不可或缺的，由于其豐富的表現(xiàn)力，獨有的力學性能及特有的功能用途，在航空、水力發(fā)電、機械制造等領(lǐng)域有廣闊的應用。但是，其復雜的空間形狀難以實現(xiàn)自動化修復，同時其表面一般深凹，所以需采用堆焊對曲面進行多層修復，另一方面，因為自由曲面無法用解析函數(shù)精確表達，讓焊縫跟蹤的實現(xiàn)變得更加困難。

焊接作為一種特殊的連接技術(shù)，在當代科技快速發(fā)展下也在與時俱進，比如利用激光進行熔焊以及依靠激光的穩(wěn)定性作為焊接機器的視覺，把數(shù)控機床與焊接傳感器想連接，另外把信息處理技術(shù)、運動控制技術(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)造附加價值的同時也對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。隨著我國制造業(yè)的質(zhì)量和占世界制造業(yè)的比重進一步的提升，我國在 2019 年以前，在核電、船舶、重型機械設備、石油化工等行業(yè)對焊接都有迫切的需求。這代表著我國工業(yè)對焊接結(jié)構(gòu)的需求將大幅度增加，而對其所涉及的制造技術(shù)也會提出更高的要求。自動化焊接技術(shù)將會在其扮演越來越重要的角色。在焊接過程中，會遇到許多焊縫是不規(guī)則，或者是任意形狀的。如飛機的表面，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雜而又不可或缺的，由于其豐富的表現(xiàn)力，獨有的力學性能及特有的功能用途，在航空、水力發(fā)電、機械制造等領(lǐng)域有廣闊的應用。但是，其復雜的空間形狀難以實現(xiàn)自動化修復，同時其表面一般深凹，所以需采用堆焊對曲面進行多層修復，另一方面，因為自由曲面無法用解析函數(shù)精確表達，讓焊縫跟蹤的實現(xiàn)變得更加困難。
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP273;TG455

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