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多约束条件下三维拼缝测量及焊接轨迹生成技术

作　者: 王宝山
导　师: 杨建中
学　校: 华中科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 三维拼缝 激光焊接 轨迹生成 动态补偿 多轴数控机床
分类号: V261.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


激光焊接是一种先进的高速、高精、高效、高品质的焊接方式,已广泛应用于航空航天、汽车、船舶、石油化工、电子等尖端工业,是21世纪最具发展潜力的高能束流焊接技术之一。焊接轨迹生成技术作为激光焊接技术的重要组成部分,一直是该领域的研究热点。本文在总结国内外最新研究及应用成果的基础上,针对激光焊接与测量轨迹生成中存在的主要问题,对大型航空航天薄壁结构件三维拼缝的测量、焊接轨迹生成和拼缝变形动态补偿等方面的相关理论和关键技术进行了系统研究与实践。针对航空航天件三维拼缝的几何特性,研究了三维拼缝的焊接策略,分析了5+2轴激光焊接测量机床的运动方案。采用齐次坐标变换方法,建立机床运动学模型,并分别对测量头和焊接头的运动学方程进行求解,为拼缝几何建模和运动轨迹生成提供技术支撑。针对人工示教精度和效率较低的问题,提出了基于视觉传感器的快速自动示教方法。通过建立机床关节空间与笛卡尔空间的映射关系,进行测量头运动学正解与反解,实现了三维拼缝的快速自动示教测量。基于示教测量建立的三维拼缝粗略模型,研究了多几何约束条件下的连续测量轨迹生成方法。通过曲线离散和控制点位姿插值,规划连续测量轨迹;在保证精度的前提下兼顾效率,规划连续测量速度。最终建立满足实时焊接要求的精确拼缝模型。为了适应实时焊接边焊边测的功能需求,对多约束条件耦合下的焊接轨迹生成方法进行研究。通过构造焊点测点匹配的控制点序列,控制焊接头和测量头同时位于拼缝中心,实现了两者多几何约束之间的解耦,达到了焊测同步进行目的。针对实时焊接时的拼缝变形问题,研究了焊接轨迹参数及工艺参数的动态补偿方法。基于拼缝中心偏差,进行测量头运动学正解和焊接头运动学反解,计算机床各轴所需补偿量,动态补偿轨迹参数;基于拼缝间隙变化,在线查询激光焊接工艺数据库,动态补偿工艺参数。最后,基于上述研究工作,开发一款激光焊接CAM原型系统,成功实现了多约束条件下的激光焊接与测量轨迹生成。

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空制造工艺 > 制造工艺过程及设备 > 激光加工
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