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基于焊槍與熔池耦合模型的焊工調控行為研究
張剛; 石玗; 樊丁; 張偉杰 蘭州理工大學省部共建有色金屬先進加工與再利用國家重點實驗室; 蘭州730050; 肯塔基大學先進焊接制造加工中心; 美國列克星敦40506
關鍵詞：焊工經驗 熔池流動 焊槍姿態 三維傳感 耦合模型
摘要：模擬解析有經驗高級焊工焊接行為并實現抽象焊接行為的程序化無疑是快速發展機器人智能化焊接的優選路徑之一。而同步傳感測量焊工焊槍姿態和熔池狀態是實現焊接行為程序化的關鍵。針對現有焊槍姿態和熔池特征測量系統的獨立性及焊工與熔池交互過程的同步耦合分析需求,建立了傳感器-萬向節-焊槍鎢極尖端三坐標系間的數學轉換模型和熔池與焊槍鎢極尖端運動坐標的雙向耦合模型。通過預設機器人焊槍姿態擺動試驗驗證了雙向耦合模型的有效性和準確性。在時空同一坐標下對比分析了不同焊接水平焊工對熔池狀態的調控行為和焊縫成形質量的控制能力。結果表明,利用熔池-焊槍雙向耦合模型可以獲得能夠表征焊工操控焊槍空間運動的較準確姿態樣本數據;經模型轉換的焊工操控焊槍α、β角與機器人擺動預定值的誤差均小于1.2°,γ角誤差約為1.5°;未經實操培訓焊工操控焊槍規范性差,調控熔池動態平衡表現出調節時刻和規律的高隨機性,對熔池狀態動態評估能力極其匱乏,無法保證焊接過程穩定和高的焊接質量;經長期實訓焊工運槍動作規范、規律性強,對熔池狀態動態評估能力豐富和強的交互意識,全焊接過程能夠保持熔池形態的穩定和焊縫的全熔透。
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