基于焊槍三維姿態(tài)傳感的焊工經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及參數(shù)化研究.pdf

1、有經(jīng)驗(yàn)的焊工通過(guò)觀察熔池表面變化、進(jìn)而調(diào)整焊槍的姿態(tài)，來(lái)實(shí)現(xiàn)熔池流態(tài)的最優(yōu)控制，從而保證在復(fù)雜工況條件下的焊縫成型及焊接質(zhì)量。由此可以說(shuō)明，焊工對(duì)焊槍三維姿態(tài)控制蘊(yùn)含著豐富的焊工經(jīng)驗(yàn)與技能。但是，目前這種焊工經(jīng)驗(yàn)與技能從未實(shí)現(xiàn)參數(shù)化提取并應(yīng)用于自動(dòng)焊接過(guò)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(dòng)狀態(tài)，而熔池流態(tài)與焊接過(guò)程中的傳熱、受力作用具有直接的作用關(guān)系，其流態(tài)變化影響著焊接質(zhì)量和焊縫成型。因此，針對(duì)焊工焊槍三維姿態(tài)控制這一

2、問(wèn)題，本文采用動(dòng)態(tài)傾角傳感器來(lái)測(cè)量焊槍三維姿態(tài)這一全新的研究方法，同時(shí)對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行了研究，獲得了相應(yīng)的結(jié)果;
　　(1)為表征獲得焊工經(jīng)驗(yàn)與技能的特征參數(shù)，試驗(yàn)采用動(dòng)態(tài)三軸傾角傳感器SST810來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)焊槍姿態(tài)。本文對(duì)傳感器的精度做了標(biāo)定，驗(yàn)證該傳感器基本可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)檢測(cè)焊工焊槍姿態(tài)。給定焊接參數(shù)的條件下，分別對(duì)熟練焊工和初級(jí)焊工的TIG焊接過(guò)程的中焊槍姿態(tài)進(jìn)行了實(shí)時(shí)采集，分析了熟練焊工和初級(jí)焊工在焊接過(guò)程中對(duì)焊槍姿態(tài)控

3、制的區(qū)別性。
　　(2)為了實(shí)時(shí)提取焊工焊槍三維姿態(tài)和相關(guān)熔池形貌變化規(guī)律，本文依據(jù)焊工經(jīng)驗(yàn)原理及激光視覺(jué)原理，設(shè)計(jì)了一套同時(shí)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(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成功，初步實(shí)現(xiàn)了焊工焊槍姿態(tài)與熔池之間的交互行為可視化。試驗(yàn)中熔池表面特征采用熔池寬度(W)，熔池長(zhǎng)度(L)和表面曲率(C)這三個(gè)參數(shù)來(lái)反應(yīng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)焊槍三維姿態(tài)與熔池形貌變換的實(shí)時(shí)提取。
　　(3)由于試驗(yàn)中

4、焊工焊槍姿態(tài)的變換主要體現(xiàn)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(guān)系，鎢極尖端的姿態(tài)變換導(dǎo)致熔池流態(tài)的變換，所以焊槍姿態(tài)影響焊接質(zhì)量，焊槍姿態(tài)的變化可以考慮成一個(gè)剛體的運(yùn)動(dòng)。而實(shí)際采集到的焊槍姿態(tài)并非焊槍尖端姿態(tài)變化，針對(duì)這一問(wèn)題本文主要采用齊次變換法將傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)到的焊槍姿態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殒u極尖端的姿態(tài)變換。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證該算法基本可以實(shí)現(xiàn)對(duì)焊槍鎢極尖端姿態(tài)的實(shí)時(shí)恢復(fù)。
　　(4)最后通過(guò)所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)系統(tǒng)，針對(duì)不同焊槍姿

5、態(tài)對(duì)熔池形貌變化及焊縫成型這一問(wèn)題，分別對(duì)橫滾角和俯仰角做了單一的焊槍姿態(tài)變化對(duì)熔池特征參數(shù)影響等相關(guān)試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)所采集到的焊槍姿態(tài)和熔池形貌相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，不同的焊槍姿態(tài)變化對(duì)熔池的影響規(guī)律有明顯的不同，對(duì)焊縫成型影響也比較明顯。
　　以上研究對(duì)更深層次從物理模型層面理解熔池動(dòng)態(tài)行為與焊接質(zhì)量之間的內(nèi)在聯(lián)系并將熟練焊工對(duì)熔池控制的經(jīng)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)參數(shù)化具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值。研究工作形成的理論體系對(duì)大幅度提高焊接機(jī)器人的智能化水平具有重要的