[發(fā)明專利]一種用于模具電弧增材再制造的機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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本發(fā)明涉及一種電弧增材再制造過程中的焊槍姿態(tài)檢測與調(diào)整系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含路徑規(guī)劃與焊槍姿態(tài)初始化系統(tǒng)、焊槍位姿檢測系統(tǒng)和焊槍位姿調(diào)整系統(tǒng)。焊槍位姿檢測系統(tǒng)主要通過激光視覺傳感技術(shù)獲取焊槍和待修復模具的相對位置；焊槍位姿調(diào)整系統(tǒng)主要通過算法對收集數(shù)據(jù)進行處理、反饋和對焊槍的姿態(tài)進行合理調(diào)整。模具電弧增材再制造用機器人焊槍位姿檢測與調(diào)整系統(tǒng)可使模具電弧增材再制造過程中找準焊槍位置、避免干涉與撞槍，使焊接過程連續(xù)、高效；使增材金屬成形美觀，減少成形缺陷；提高焊接質(zhì)量，延長模具使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電弧增材再制造焊接技術(shù)領(lǐng)域，適用于模具電弧增材制造過程中對焊接機器人焊槍姿態(tài)的初始化、識別與調(diào)整，目的是避免焊槍與模具干涉、保證增材金屬的成形和避免產(chǎn)生各類焊接缺陷，以達到提高機器人焊接模具質(zhì)量的目的。

背景技術(shù)

金屬模壓成形因其生產(chǎn)效率高、成本低、質(zhì)量優(yōu)等特點，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、船舶、電子通訊等領(lǐng)域。模具部件市場大，應(yīng)用廣，對制造產(chǎn)品質(zhì)量影響大。但，模具的工作條件十分惡劣，服役過程中，長期在高溫金屬流動的環(huán)境中工作，工作面被加熱、氧化、沖擊和磨損，易產(chǎn)生磨損、開裂、疲勞、變形等形式失效。

采用模具鋼制造模具壽命不能滿足企業(yè)使用要求，用電弧增材再制造方法制造模具，不僅壽命高而且成本低、制造周期短，因此目前國內(nèi)許多企業(yè)都采用增材再制造方法制造模具。所謂電弧增材再制造是以電弧為熱源將具有特殊性能的填充材料熔覆在基體表面恢復模具尺寸及改善或改變表面性能的一種產(chǎn)品制造工藝。傳統(tǒng)模具堆焊采用的是手工操控焊槍熔覆焊材的一種操作工藝。人工堆焊模具，在焊接過程中可規(guī)劃、可檢測、可調(diào)整焊槍，人、腦、手、眼可相互配合，操作靈活、協(xié)調(diào)，焊接過程不會發(fā)生撞槍、干涉而中斷焊接的問題，也較少發(fā)生由此而產(chǎn)生的焊接缺陷。但手工作業(yè)對操作人員的技術(shù)要求高，另外，工作環(huán)境惡劣，勞動強度大，最終還是會影響模具堆焊效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

采用3D打印原理實施的電弧增材再制造技術(shù)，也是以電弧為熱源，焊槍以點-線-面-體的規(guī)劃路徑，在程序的控制下，以機器人操控焊槍實施堆焊制造的方法。該方法無需人為操控，操作者不接近模具，模具堆焊可以隨形焊接，是一種自動化、智能化堆焊制造過程。可見，3D打印的實質(zhì)是機器代替人，機器需具備如人似的規(guī)劃、檢測與調(diào)整能力。本發(fā)明主要解決了該方面的技術(shù)問題。

采用3D打印原理實施的電弧增材再制造工藝流程包括：前處理、分層切片、路徑規(guī)劃、焊接工藝輸入，焊槍姿態(tài)計算，輸出焊槍運行程序和焊接等過程。但工業(yè)生產(chǎn)中，模具尺寸變化大，結(jié)構(gòu)復雜、品種繁多，氣刨質(zhì)量變化較大等問題有可能出現(xiàn)計算出的焊槍姿態(tài)處于怪異現(xiàn)象，出現(xiàn)撞槍現(xiàn)象。因此，電弧增材再制造過程對焊槍姿態(tài)進行實時觀測與合理調(diào)整是保證焊接過程順利進行的重要條件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明內(nèi)容是提供一種模具電弧增材再制造時焊槍姿態(tài)檢測與調(diào)整系統(tǒng)。為達到焊接過程中穩(wěn)定性和保障增材金屬質(zhì)量，本發(fā)明在焊槍位姿初始化基礎(chǔ)上，通過對模具中焊槍與型腔位姿檢測，對比、運算以實現(xiàn)對焊槍姿態(tài)合理調(diào)整的目的。

本發(fā)明，即一種用于模具電弧增材再制造的機器人焊槍姿態(tài)檢測與調(diào)整系統(tǒng)，包括三個子系統(tǒng)：路徑規(guī)劃及焊槍位姿初始化系統(tǒng)；焊槍位姿檢測系統(tǒng)；焊槍姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)(也叫數(shù)據(jù)收集處理與反饋系統(tǒng))。本發(fā)明設(shè)計的各系統(tǒng)特征如下：

(1)路徑規(guī)劃焊槍位姿初始化系統(tǒng)。該系統(tǒng)為自主研發(fā)的已封裝好的路徑規(guī)劃軟件，可以對待修復模具型腔進行分層切片，對層面進行包絡(luò)圈路徑和內(nèi)部的Zigzag型堆積路徑規(guī)劃，同時，還可以對該層面路徑下的焊槍姿態(tài)進行初始化設(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。檢測過程為通過激光視覺傳感器檢測焊槍位姿及焊槍位姿方向模具固有的凸起物、模具型腔的拔模角情況。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。