基于焊槍三維姿態(tài)傳感的焊工經驗數據分析及參數化研究.pdf

1、有經驗的焊工通過觀察熔池表面變化、進而調整焊槍的姿態(tài)，來實現熔池流態(tài)的最優(yōu)控制，從而保證在復雜工況條件下的焊縫成型及焊接質量。由此可以說明，焊工對焊槍三維姿態(tài)控制蘊含著豐富的焊工經驗與技能。但是，目前這種焊工經驗與技能從未實現參數化提取并應用于自動焊接過程中。焊槍三維姿態(tài)的變化影響著熔池表面液態(tài)金屬的流動狀態(tài)，而熔池流態(tài)與焊接過程中的傳熱、受力作用具有直接的作用關系，其流態(tài)變化影響著焊接質量和焊縫成型。因此，針對焊工焊槍三維姿態(tài)控制這一

2、問題，本文采用動態(tài)傾角傳感器來測量焊槍三維姿態(tài)這一全新的研究方法，同時對以下內容進行了研究，獲得了相應的結果;
　　(1)為表征獲得焊工經驗與技能的特征參數，試驗采用動態(tài)三軸傾角傳感器SST810來實時檢測焊槍姿態(tài)。本文對傳感器的精度做了標定，驗證該傳感器基本可以實現準確的實時檢測焊工焊槍姿態(tài)。給定焊接參數的條件下，分別對熟練焊工和初級焊工的TIG焊接過程的中焊槍姿態(tài)進行了實時采集，分析了熟練焊工和初級焊工在焊接過程中對焊槍姿態(tài)控

3、制的區(qū)別性。
　　(2)為了實時提取焊工焊槍三維姿態(tài)和相關熔池形貌變化規(guī)律，本文依據焊工經驗原理及激光視覺原理，設計了一套同時可以采集焊工焊槍三維姿態(tài)和三維傳感熔池表面形貌裝置試驗系統。該系統的設計成功，初步實現了焊工焊槍姿態(tài)與熔池之間的交互行為可視化。試驗中熔池表面特征采用熔池寬度(W)，熔池長度(L)和表面曲率(C)這三個參數來反應。試驗結果表明，該系統可以實現焊槍三維姿態(tài)與熔池形貌變換的實時提取。
　　(3)由于試驗中

4、焊工焊槍姿態(tài)的變換主要體現在焊槍鎢極尖端的姿態(tài)變換，鎢極尖端與熔池流態(tài)有直接接觸關系，鎢極尖端的姿態(tài)變換導致熔池流態(tài)的變換，所以焊槍姿態(tài)影響焊接質量，焊槍姿態(tài)的變化可以考慮成一個剛體的運動。而實際采集到的焊槍姿態(tài)并非焊槍尖端姿態(tài)變化，針對這一問題本文主要采用齊次變換法將傳感器實時檢測到的焊槍姿態(tài)轉變?yōu)殒u極尖端的姿態(tài)變換。通過試驗驗證該算法基本可以實現對焊槍鎢極尖端姿態(tài)的實時恢復。
　　(4)最后通過所設計的試驗系統，針對不同焊槍姿

5、態(tài)對熔池形貌變化及焊縫成型這一問題，分別對橫滾角和俯仰角做了單一的焊槍姿態(tài)變化對熔池特征參數影響等相關試驗。通過對所采集到的焊槍姿態(tài)和熔池形貌相關性分析發(fā)現，不同的焊槍姿態(tài)變化對熔池的影響規(guī)律有明顯的不同，對焊縫成型影響也比較明顯。
　　以上研究對更深層次從物理模型層面理解熔池動態(tài)行為與焊接質量之間的內在聯系并將熟練焊工對熔池控制的經驗實現參數化具有重要的學術價值。研究工作形成的理論體系對大幅度提高焊接機器人的智能化水平具有重要的