基于塔式起重機(jī)焊接的等離子自動(dòng)焊接技術(shù)的研究

陳波　葉偉

摘 要：文章研究了等離子焊槍修復(fù)軌跡的生成原理和方法，建立了塔式起重機(jī)的三維模型，根據(jù)塔機(jī)的三維模型獲取STL模型文件，然后對(duì)STL文件進(jìn)行讀取，并且對(duì)其進(jìn)行切片操作，切片后對(duì)交點(diǎn)進(jìn)行連接，形成截面輪廓線，最終生成焊槍的焊接路徑，并且利用UG電子表格運(yùn)動(dòng)仿真對(duì)塔機(jī)工件的焊接軌跡進(jìn)行驗(yàn)證。研究為等離子焊槍的進(jìn)一步研發(fā)提供理論依據(jù)，為塔式起重機(jī)智能焊接奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：等離子焊接；STL模型；焊槍軌跡；運(yùn)動(dòng)仿真

引言

等離子自動(dòng)焊接制造技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，隨著自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的提升，等離子焊接專用設(shè)備以及工業(yè)機(jī)器人的開發(fā)和研究也在不斷的進(jìn)行中，只有高效、高精度、高性價(jià)比的噴涂作業(yè)方式才能滿足各個(gè)行業(yè)的需求。文章探究了在等離子自動(dòng)焊接專用實(shí)驗(yàn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，研究焊接軌跡的生成原理和方法，建立了三維工件模型，并且利用UG電子表格運(yùn)動(dòng)仿真對(duì)工件的噴涂軌跡進(jìn)行驗(yàn)證。

1 噴槍軌跡生成原理

文章的研究載體是塔機(jī)的司機(jī)室，自動(dòng)焊接的關(guān)鍵內(nèi)容就是噴槍在空間的運(yùn)動(dòng)軌跡，研究先根據(jù)塔機(jī)司機(jī)室的三維模型獲取STL模型文件，然后對(duì)STL文件進(jìn)行讀取，并且對(duì)其進(jìn)行切片操作，在切片前要先設(shè)定好切片的間距，進(jìn)行切片之后，對(duì)交點(diǎn)進(jìn)行連接，形成截面輪廓線，最終生成機(jī)器人的焊接路徑。

2 焊接軌跡的STL數(shù)據(jù)模型獲取

將塔式起重機(jī)司機(jī)室的三維模型轉(zhuǎn)換為STL模型，讀取STL模型后利用STL模型切片算法，通過設(shè)定模型切片的方向和層數(shù)，在完成了對(duì)STL模型進(jìn)行切片處理獲取切片平面上的交點(diǎn)之后，就生成焊槍在司機(jī)室表面的焊接路徑。

2.1 讀取三角面片頂點(diǎn)數(shù)據(jù)

文章以STL三維模型文件為數(shù)據(jù)源，利用VC++6.0讀取并存儲(chǔ)其中的頂點(diǎn)信息。

為了確定切片方向與厚度，在切片過程中切平面與三角形面片在相切求交時(shí)會(huì)出現(xiàn)幾種位置情況，因?yàn)楹附榆壽E一般是一組相互平行的路徑，并且待焊件表面的焊接路徑之間的距離是相等的，所以研究采取的切平面是沿著切片方向均勻相等分布的平行平面。

2.2 交點(diǎn)數(shù)據(jù)的處理

切片厚度的確定是STL模型切片中的關(guān)鍵參數(shù)之一，它直接影響切片的質(zhì)量和效率，也影響著焊接路徑線的位置和輪廓。當(dāng)確定了焊槍的移動(dòng)方向與切片方向之后，就可以計(jì)算出切片的厚度。我們假設(shè)STL模型數(shù)據(jù)在切片方向上的最大跨距為Dmax，切片的層數(shù)也就是焊接過程中的往返次數(shù)為n，那么，切片的厚度δ為：

進(jìn)而在求取三角面片與切平面的交點(diǎn)時(shí)，判斷邊線頂點(diǎn)與分層面的相互高低位置將其排序。

2.3 塔機(jī)部件焊接軌跡的生成

在獲取一系列交點(diǎn)坐標(biāo)并且排序之后，就能夠進(jìn)行噴涂軌跡的仿真了。通常，機(jī)器人有兩種固定的軌跡模式：螺旋線形軌跡和Z字形軌跡，如圖2所示。由于Z字形軌跡噴涂應(yīng)用比較廣泛，并且計(jì)算起來也較為方便，所以文章也采取Z字形噴涂模式。也就是噴槍根據(jù)偏移距離d在工件的表面來回往復(fù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行噴涂作業(yè)。

3 結(jié)束語

文章闡述了基于STL模型生成噴槍軌跡的原理，研究了塔機(jī)的STL模型的切片處理算法和切片處理的過程，提出了等離子焊接軌跡生成的工作流程：先對(duì)所獲取的三維STL模型進(jìn)行所需數(shù)據(jù)的讀取，其次進(jìn)行STL模型切片，在此過程中要設(shè)定好切片的方向和切片厚度。最后進(jìn)行交點(diǎn)的求取并對(duì)其進(jìn)行排序，最終生成噴槍的噴涂軌跡。

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