[發明專利]一種采用變徑調節的旋轉等離子弧傳感自由曲面識別方法

有效

• 申請號: 202010009264.9
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN111151852B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 洪波;向垂悅;劉錦;郭韜;張智勇;揭光奇;秦子濠
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B23K10/02
• 分類號: B23K10/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種采用變徑調節的旋轉等離子弧傳感自由曲面識別方法，該方法通過變徑調節機構控制等離子電弧對零件表面進行變徑掃描采樣，信號采樣系統對采樣區間按照相鄰等差值的旋轉半徑R_i、R_i+1圍成同心環形進行區間劃分，并按等角度α定義采樣點組，曲面識別系統利用鏈表數據排序算法處理離散點得到動態平面Q_i及其法向量n_i，再利用RANSAC算法擬合動態平面Q_i中的有效離散點，得到零件表面的有效擬合曲線，當動態法向量n_i與設定的正常零件表面的法向量m_i共線時，代表曲線擬合完畢，完成自由曲面的識別。本發明能加速自由曲面的識別，對零件的自動化修復具有重要的促進作用。

技術領域

本發明涉及焊接自動化控制領域，具體涉及到一種采用變徑調節的旋轉等離子弧傳感自由曲面識別方法。

背景技術：

目前我國零件修復當中的自由曲面識別過程，主要是通過旋轉電弧對零件表面進行不間斷的掃描采樣，將采樣信息經過轉化處理后得到零件表面的特征信息，進而完成零件自由曲面的識別，該方法的優點在于旋轉電弧掃描頻率高、機械振動小。但由于普通旋轉電弧在進行掃描采樣時，其電弧旋轉半徑不能根據零件表面狀況而實時改變，導致旋轉電弧采樣效率受限，而且需要配合高度復雜的算法對采樣數據進行處理才能完成對零件自由曲面的識別。因此需要開發一種電弧旋轉半徑可實時調節、數據處理算法較為簡單的方法來提高數據采樣和數據處理的效率，實現自由曲面的快速識別，進而加快對復雜零件的曲面修復。

在近些年焊接技術的發展中，中國專利CN103264212公開了一種用于旋轉電弧焊接的可調配焊炬及其調配方法，通過選用折彎導電桿和直型導電嘴分別粗調和微調電弧旋轉半徑，使得電弧旋轉半徑調整范圍更大、調節精度更高，可顯著降低旋轉電弧的焊接成本。但該焊炬電弧旋轉半徑的調整需要更換不同型號的折彎導電桿和直型導電嘴，不能做到實時調節電弧旋轉半徑，限制了旋轉電弧的掃描采樣效率。

中國專利CN201815782公開了一種TIG焊旋轉電弧傳感器，通過設計一種空心軸電機驅動的旋轉掃描結構，采用空心馬達結構設計，使得結構更加簡單，該結構省去了傳動齒輪，從而減少傳動損耗，振動減小許多，提高了該旋轉電弧傳感器實用性。但該傳感器的電弧旋轉半徑調節仍需要更換通過不同偏心距的導電嘴來實現，也不能在焊接過程中實時調節電弧旋轉半徑。

中國專利CN103264212公開了一種基于多目標優化的曲面重構方法，采用逐點插入法對采樣數據進行Delaunay三角剖分，構建多目標優化模型對網格點進行插值完成曲面重構，能夠很好的保證重構曲面的光滑程度和準確性。但利用Delaunay三角剖分算法對采樣數據點進行處理，此算法的精度很大程度上依賴于采樣數據點的數量，而且此算法的復雜度較高，這會造成采樣數據的處理時間較長，進而影響零件自由曲面識別的速度。

基于以上不足之處，為了有效解決復雜零件自由曲面識別中電弧旋轉半徑不可實時調節、數據處理算法復雜的問題，本發明設計了一種采用變徑調節的旋轉等離子弧傳感自由曲面識別方法。該方法利用變徑旋轉等離子電弧對零件表面進行變徑掃描采樣，同時利用運算較為簡便的鏈表數據排序算法提高數據采樣和數據處理的效率，實現自由曲面的快速識別，對零件的自動化修復技術具有重要的促進作用。

發明內容：

為了解決復雜零件自由曲面識別中電弧旋轉半徑不可調節、數據處理算法復雜的問題，本發明設計了一種采用變徑調節的旋轉等離子弧傳感自由曲面識別方法，該方法將變徑旋轉等離子弧掃描采樣與鏈表數據排序算法結合起來用于自由曲面的識別，進而保證零件自由曲面修復的快速、精準。