[發(fā)明專利]一種用于模具電弧增材再制造的機(jī)器人焊槍位姿檢測與調(diào)整系統(tǒng)

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202111139248.2
• 申請日: 2021-09-27
• 公開（公告）號: CN114406402A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉帥旗;劉蔚航;魏艷紅;沈泳華;劉仁培
• 申請（專利權(quán)）人: 南京江聯(lián)焊接技術(shù)有限公司
• 主分類號: B23K9/00
• 分類號: B23K9/00;B23K9/013;B23K9/04;B23K9/235;B23K9/28;B23K9/32;G06T17/00
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1.一種用于模具電弧增材再制造用機(jī)器人焊槍位姿檢測與調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于，具體包括以下系統(tǒng)：

(1)路徑規(guī)劃焊槍位姿初始化系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以對待修復(fù)模具型腔進(jìn)行分層切片，對分層面進(jìn)行路徑規(guī)劃，對焊槍姿態(tài)進(jìn)行初始化設(shè)置，即焊槍軸向方向的設(shè)置。

(2)焊槍位姿檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實時監(jiān)測焊槍位姿。檢測的信息包括：焊槍處于的位置是在包絡(luò)圈上，還是在填充焊道上；焊槍與模具側(cè)面或底面的夾角；模具拔模角角度、模具型腔表面突起物的直徑與高度尺寸等信息。

(3)數(shù)據(jù)收集處理與反饋系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過對(1)和(2)兩個系統(tǒng)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與處理，對焊槍姿態(tài)的初始位姿、前進(jìn)方向進(jìn)行判定；對前進(jìn)方向的焊槍姿態(tài)與模具各表面的干涉情況進(jìn)行分別判斷。如果判斷結(jié)果發(fā)現(xiàn)存在干涉，則加大焊槍與側(cè)面的傾角，加大后再進(jìn)行判斷，以此類推，直至不干涉為止。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于模具電弧增材再制造用機(jī)器人焊槍位姿檢測與調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于具體有以下步驟：

步驟1：對待修復(fù)模具進(jìn)行焊前預(yù)處理，去除表面油污、銹蝕、疲勞層及裂紋等，并對其進(jìn)行掃描獲得其3D模型；

步驟2：將處理好的模具模型與滿足服役要求的原始模型進(jìn)行布爾運(yùn)算，導(dǎo)入軟件進(jìn)行分層切片處理；

步驟3：利用激光視覺傳感技術(shù)確定焊槍位姿是否合理，并分別進(jìn)行不同的實施方案；

步驟4：焊槍位姿不合理時，將其反饋到數(shù)據(jù)收集處理與反饋系統(tǒng)，并根據(jù)模具型腔進(jìn)行焊槍位姿調(diào)整；

步驟5：對模具進(jìn)行堆焊以及后處理。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于模具電弧增材再制造用機(jī)器人焊槍位姿檢測與調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于步驟2所述對模具進(jìn)行分層切片的方法為：

考慮到模具的復(fù)雜性，該系統(tǒng)采用的是等厚分層切片，由此最終產(chǎn)生的分型面規(guī)格過大的情況，可用機(jī)加工切削掉多余的材料；采用的是沿外輪廓向內(nèi)偏置和輪廓內(nèi)部型腔Zigzag復(fù)合型路徑規(guī)劃，這樣的組合可以充分發(fā)揮兩種算法在實際應(yīng)用中的優(yōu)勢，并且減少了堆積過程中出現(xiàn)的未熔合、臺階效應(yīng)等缺陷。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于模具電弧增材再制造用機(jī)器人焊槍位姿檢測與調(diào)整系統(tǒng)，其特征在于步驟4所述根據(jù)模具型腔進(jìn)行焊槍位姿調(diào)整的算法為：

1)對待修復(fù)模具從最底層開始，假設(shè)焊槍初始位姿為豎直態(tài)，其三維向量為記為并假定焊槍前進(jìn)方向為沿x軸正向移動，記為執(zhí)行下一步；

2)利用激光視覺傳感器獲取焊槍與模具型腔實際相對位置，若某層堆焊路徑全部焊槍位姿都合理，則執(zhí)行步驟6)；否則，進(jìn)行模具型腔的判斷，若為淺型腔，執(zhí)行步驟3)，若為深型腔，執(zhí)行步驟5)；

3)取模具型腔側(cè)壁指向型腔內(nèi)部的單位向量，假設(shè)為記焊槍調(diào)整時的變換為：其中i＝1，2，3......理論上i的值不應(yīng)大于8，將焊槍位姿變換后執(zhí)行步驟2)，并做i+1的運(yùn)算。若焊槍在方向有頂料棒等凸起物，執(zhí)行步驟4)；

4)為了避免焊槍與凸起物相撞，取該凸起物曲面在焊槍處的單位法向量，假設(shè)為記焊槍調(diào)整時的變換為：其中j為1，2，3......理論上j的值不應(yīng)大于8，將焊槍位姿變換后執(zhí)行步驟2)，并做j+1的運(yùn)算；

5)取模具型腔側(cè)壁指向型腔內(nèi)部的單位向量，假設(shè)為記焊槍調(diào)整時的變換為：其中k＝1，2，3......理論上k的值不應(yīng)大于8，將焊槍位姿變換后執(zhí)行步驟2)，并做k-1的運(yùn)算；

6)對當(dāng)前層所有合理的焊槍位姿進(jìn)行保存，并沿層厚方向進(jìn)行偏置，設(shè)置下一層的焊槍位姿，重復(fù)步驟1)-5)，直到所有層下的焊槍位姿都完成調(diào)整。