三维T型接头激光焊接轨迹控制关键技术

发布时间：2017-09-09 08:48

  本文关键词：三维T型接头激光焊接轨迹控制关键技术

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【摘要】：激光焊接T型接头应用十分广泛,在航空航天、汽车、船舶领域占有十分重要的地位,T型接头的加工质量往往影响着整个结构件的质量。T型接头的激光焊接经常会出现气孔、裂缝、焊接偏斜等问题,工艺性要求很高,因此针对T型接头的激光焊接成为一个重要研究方向。三维T型接头的焊接往往采用机器人示教焊接,不仅加工精度低,而且往往先焊接一侧,再焊接另外一侧,焊接变形大;焊接过程中焊接点往往偏离焊接路径,使得焊件报废;小型机床难于加工大尺寸的整体结构件。针对上述问题,本文搭建了大跨度高架桥式机械结构的焊接平台,满足大尺寸整体件的焊接需求,同时针对T型接头的两侧同时焊接需求,设计了三向旋转结构的焊接加工结构,搭建了双光束焊接系统,并配备双十字滑台,对T型接头的两侧同时实现焊缝测量与跟踪补偿。本文搭建了基于运动控制器+工业用平板电脑的开放数控系统,开发了上下位机结构的软硬件平台,编写了友好的人机交互接口,研究了高速高精控制与多轴联动控制技术。通过机架坐标系到焊接点坐标系的坐标转换,求解了机床模型的运动学矩阵,得到焊接点位置坐标的矢量信息,利用三维焊接路径的轨迹规划技术,在开放运动控制器中实现了运动学算法,做到了对三维焊接轨迹的六联动控制。在三维轨迹控制的同时,在T型接头的两侧安装基于机器视觉的检测传感器,实时检测焊接偏差,实现了对焊接偏差的双路跟踪补偿。实际的跟踪补偿实验验证了跟踪补偿效果,跟踪精度满足要求。通过实际的焊接实验,完成对试验件的焊接,结果表明针对三维T型接头的轨迹控制和跟踪补偿满足加工要求。
【关键词】：三维 T 型接头 激光焊接 轨迹控制 跟踪补偿
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG456.7;TG409
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 课题来源及研究背景8-9
• 1.2 三维激光焊接的国内外研究概况9-14
• 1.3 课题研究内容14-16
• 2 六联动三维焊接及跟踪补偿控制平台16-30
• 2.1 六联动三维焊接及跟踪补偿控制平台的机械结构实施方案16-17
• 2.2 三向旋转结构的双侧激光焊接方案17-21
• 2.3 六联动三维焊接及跟踪补偿控制系统的软硬件平台21-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 三维激光焊接的十轴六联动运动控制策略30-45
• 3.1 高精度PID+Feedforward+Notch Filter位置控制技术30-35
• 3.2 开放式数控系统的多轴运动控制35-39
• 3.3 基于交叉耦合的横梁X轴双电机同步方案39-43
• 3.4 本章小结43-45
• 4 双路激光焊接的三维焊接路径控制技术与运动学算法45-52
• 4.1 双路激光焊接平台轨迹规划的运动学建模分析45-48
• 4.2 三维焊接轨迹的六联动控制48-49
• 4.3 三维焊接路径的运动学算法的实现49-51
• 4.4 本章小结51-52
• 5 T型接头的焊缝实时测量与跟踪闭环控制技术52-63
• 5.1 T型接头的焊接偏差测量技术52-54
• 5.2 基于机器视觉的T型接头双路跟踪补偿控制技术54-58
• 5.3 实时跟踪补偿技术闭环控制性能分析58-59
• 5.4 焊件验证59-63
• 6 总结与展望63-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-69
• 附录 攻读学位期间发表论文69

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本文编号：819463