摘 要：為提升焊接機(jī)器人的焊接效率與柔性水平，本文通過結(jié)合激光視覺模塊與焊接路徑規(guī)劃模塊，將焊接路徑算法融入路徑規(guī)劃系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)焊接零件多規(guī)格、多品種的柔性焊接。

關(guān)鍵詞：紋理特征 焊接路徑規(guī)劃 振動(dòng)擺弧

Abstract：To improve the welding efficiency and flexibility level of welding robot， the welding path algorithm is integrated into the path planning system by combining laser vision module and welding path planning module， so as to achieve multi-specification and multi-variety flexible welding of welding parts.

Key words：texture feature， welding path planning， vibrating pendulum arc

1 引言

弧焊機(jī)器人是焊接機(jī)器人的主要類別之一[1]，對于弧焊機(jī)器人而言，提升機(jī)器人對應(yīng)多類型結(jié)構(gòu)件時(shí)的柔性和易用性具有重大意義。在焊接較寬焊縫或者普通角接焊縫等工件時(shí)，其核心是使用擺弧算法進(jìn)行單道焊接作業(yè)。焊接機(jī)器人優(yōu)化擺弧路徑進(jìn)行焊接作業(yè)與非擺弧路徑焊接相比，可獲取較寬熔寬的焊縫、簡化焊接道次、縮短焊接作業(yè)時(shí)間進(jìn)而提高焊接效率[2，3]，且焊接表面成形效果更佳[4]。對于規(guī)格較厚的焊接零件而言，為提高板材的焊接質(zhì)量與效率，需要在焊接工藝的基礎(chǔ)上，采用多層多道焊接路徑規(guī)劃算法進(jìn)行焊接作業(yè)，同時(shí)考慮到焊槍行走角影響著焊縫成形效果，在多層多道焊接路徑規(guī)劃中引入焊槍行走角，通過改變厚板焊接時(shí)的焊槍姿態(tài)進(jìn)而影響焊縫成形效果[5]。

2 擺弧路徑實(shí)驗(yàn)平臺搭建

為驗(yàn)證本文所提出的空間斜圓圈形擺弧焊接路徑有效性，通過示教模塊獲得起點(diǎn)、終點(diǎn)以及參考點(diǎn)位姿信息并通過上位機(jī)路徑規(guī)劃模塊進(jìn)行計(jì)算插補(bǔ)點(diǎn)同時(shí)下發(fā)插補(bǔ)命令，控制機(jī)器人根據(jù)所下發(fā)的路徑點(diǎn)移動(dòng)。通過弧焊焊槍末端裝配的畫筆繪制擺弧焊接路徑，實(shí)驗(yàn)平臺如圖1所示。

3 不同振動(dòng)擺幅下的弧焊焊接結(jié)果對比

以紙上點(diǎn)A作為直線焊縫的起點(diǎn)、點(diǎn)D作為直線焊縫的終點(diǎn)，點(diǎn)B、C為平面上不與直線AD共線的任意一點(diǎn)并將其作為直線焊縫的參考點(diǎn)，進(jìn)行空間直線斜圓圈形擺弧樣式繪制實(shí)驗(yàn)，圖2為設(shè)定空間斜圓圈形擺動(dòng)幅值A(chǔ)MP為30mm，斜圓圈傾斜角為-45°時(shí)的機(jī)器人末端運(yùn)動(dòng)路徑。圖3設(shè)定空間斜圓圈形擺動(dòng)幅值A(chǔ)MP為20mm，斜圓圈傾斜角為-45°時(shí)的機(jī)器人末端運(yùn)動(dòng)路徑。

4 不同焊接路徑下零件機(jī)械性能測試

本文通過焊縫拉伸試驗(yàn)測試焊縫質(zhì)量機(jī)械性能，對獲得的焊接結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，通過判斷使用不同的焊接路徑獲得不同的焊縫質(zhì)量。

使用萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行焊后的焊接拉伸強(qiáng)度測試，在本節(jié)焊縫機(jī)械性能驗(yàn)證中，使用3.5mm厚度的碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235，進(jìn)行焊縫力學(xué)性能試驗(yàn)檢測。使用不同單道焊接算法在相同焊接工藝參數(shù)條件下（焊接電流110A，焊接電壓20V，焊接速度13mm/s）進(jìn)行對接焊接，所獲得的焊縫圖像如圖4所示。

根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 2651-2008 焊接接頭拉伸實(shí)驗(yàn)方法》中的試樣尺寸作為標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)前需要對焊接件形狀進(jìn)行機(jī)加工處理，同時(shí)需要將超出表面的熔敷金屬使用機(jī)加工的方式除去。經(jīng)機(jī)加工并將焊縫表面進(jìn)行打磨后的對接標(biāo)準(zhǔn)試件，如圖5所示，其中焊縫軸線位于標(biāo)準(zhǔn)試件對稱中心位置。

將標(biāo)準(zhǔn)件使用萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，設(shè)定拉伸速度為4mm/min，在持續(xù)增加的外載荷的作用下，拉伸試樣發(fā)生變形，直至試件斷裂，其中斜圓圈形擺弧焊接焊縫擺弧焊接焊縫以及直線焊接焊縫的拉伸結(jié)果分別如圖6，7所示。

在相同的焊接工藝參數(shù)下，圖6為使用直線斜圓圈形擺弧拉伸試驗(yàn)結(jié)果圖，。從圖a可以看出使用直線斜圓圈形焊接和使用直線焊接，焊縫試件焊接位置均在母材處發(fā)生斷裂，且斷裂部位離焊縫和熱影響區(qū)（即圖中b處）較遠(yuǎn)，由此可推斷焊縫熱影響區(qū)的抗拉強(qiáng)度高于母材強(qiáng)度。圖7所示為直線焊接焊縫擺弧焊接拉伸試驗(yàn)結(jié)果圖，由圖7可知焊接試件從焊縫位置處斷裂，說明焊縫抗拉強(qiáng)度低于母材強(qiáng)度。

5 結(jié)語

本文首先搭建激光視覺示教的弧焊機(jī)器人焊接實(shí)驗(yàn)平臺，其次進(jìn)行弧焊機(jī)器人末端運(yùn)動(dòng)繪制，如圖2設(shè)定空間斜圓圈形擺動(dòng)幅值A(chǔ)MP為30mm，斜圓圈傾斜角為-45°時(shí)的機(jī)器人末端運(yùn)動(dòng)路徑。圖3設(shè)定空間斜圓圈形擺動(dòng)幅值A(chǔ)MP為20mm，斜圓圈傾斜角為-45°時(shí)的機(jī)器人末端運(yùn)動(dòng)路徑。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證擺弧路徑算法的正確性，同時(shí)驗(yàn)證所提出焊接路徑算法的有效性。通過對比圖6直線斜圓圈形擺弧焊接焊縫拉伸結(jié)果和圖7直線焊接焊縫拉伸結(jié)果可知，在相同的焊接工藝參數(shù)下，使用不同的焊接路徑算法進(jìn)行實(shí)際焊接所獲得的焊縫質(zhì)量不同。最后通過焊縫機(jī)械性能驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證使用所提出的焊接路徑算法進(jìn)行實(shí)際焊接可獲得較好的焊縫拉伸性能。直線斜圓圈形擺弧焊縫與直線焊接所得焊縫相比具有較好的焊縫質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]何廣忠.機(jī)器人弧焊離線編程系統(tǒng)及其自動(dòng)編程技術(shù)的研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2006.

[2]張華軍，張廣軍，蔡春波，等.擺動(dòng)焊接動(dòng)態(tài)過程溫度場數(shù)值模擬[J].焊接學(xué)報(bào)，2008，（02）：69-72.

[3]熊爍.弧焊機(jī)器人控制技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].華中科技大學(xué)，2012.

[4]楊海濤.基于WinCE的弧焊機(jī)器人控制系統(tǒng)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2011.

[5]高明，曾曉雁，胡乾午.低碳鋼CO2激光-脈沖MAG電弧復(fù)合焊接工藝研究[J].激光技術(shù)，2006，（05）：498-500.

作者簡介

田沙沙：（1989.09—），女，貴州德江人，本科，中級工程師。研究方向：樣車試制、總裝制造。