[发明专利]一种复杂异形薄板箱型结构机器人高效精准焊接系统

说明书

本发明公开了一种复杂异形薄板箱型结构机器人高效精准焊接系统，属于薄板焊接领域。该系统集成双目视觉与多热源加热装置，结合有限元分析技术，能及时获取焊接薄板应力应变情况，从而准确获得热源加热位置实时施加热源，有效控制薄板焊接过程变形，自动化程度高，提高生产效率。

技术领域

本发明属于薄板焊接变形控制领域，尤其涉及一种复杂异形薄板箱型结构机器人高效精准焊接系统。

背景技术

薄板由于厚度较薄，在焊接过程中由于受到不均匀温度场作用而产生形状尺寸的变化。焊接变形通常是由多种因素共同作用而引起的，而且涉及电弧物理、传热学、冶金学、力学等多门学科，情况复杂而且难于预测。对变形温度场的有效控制，是如今薄板焊接的重要课题。传统的焊接变形控制方法，如施加合理的焊接顺序、焊接方法与工艺、加快散热等方法成效有限，而预置变形与锤击焊缝存在效率差。

传统焊接变形控制方法中，加热法主要是通过控制特定位置的温度，产生局部塑性变形，使金属材料冷却后缩短消除变形。决定加热矫正效果主要因素为：加热位置，加热温度和加热区形状；其中决定成败的关键是加热位置的正确选择。传统方式为：一般简构件凭经验判断；对于复杂构件要反复测试才能找到最佳加热位置。因此通过温度场模拟与分析判断复杂构件焊接过程中加热位置对使用该方法矫正焊接变形具有重要意义。

热弹塑性分析是在焊接热循环过程中逐步计算出热应变和热应力的一种有限元数值模拟方法，更加详尽地了解焊接变形和应力的产生以及发展历程，有助于研究焊接过程的本质以及内部变化关系，实现焊接应力、应变的预测，优化工艺。

随着近年我国制造业的快速发展，靠累积经验来控制焊接中的残余变形的传统方法已经远不能满足实际生产要求。因此，探究一种控制焊接温度场的方法具有重要意义。

申请号为CN 109108554 A公开了一种弧面金属薄板焊接变形控制装置，其采用的是一种机械装置使焊缝处于压紧状态、加快散热以减少变形，但是其只对特定位置进行压紧，不能控制整体变形，且控制变形程度有限。

发明内容

本发明目的在于提供一种复杂异形薄板箱型结构机器人高效精准焊接系统。

实现本发明的目的的解决方案为：

一种复杂异形薄板机器人高效精准焊接系统，该系统包括计算机、焊接系统、CCD测温系统、FPGA装置、多热源加热装置，其中，CCD测温系统、多热源加热装置均与FPGA装置相连；FPGA装置与计算机相连；所述的焊接系统包括：焊接电源、控制柜、焊接机器人、保护气、焊接水冷装置；

所述的CCD测温系统包括CCD相机、滤光片、数据采集卡、夹具；通过夹具固定于焊枪，调节至焊缝前端熔池位于CCD相机视场中心，与焊枪协同运动，获得薄板焊缝周围的图像；

所述的计算机内设置MATLAB软件对CCD测温系统的获得薄板焊缝周围图像进行处理获得薄板温度场；设置ANSYS软件，利用测温系统获得的温度场获得薄板应力应变场，进而获得多热源加热装置作用位置；

所述的FPGA装置获得ANSYS软件分析所得的位置信息，向多热源加热装置的伺服电机发送脉冲串，形成运动指令控制伺服电机运动，使多热源加热装置以运动到相应位置。该装置运算速度高，运动控制同步性强，且具有可编程性，保证了系统的可扩展性。

进一步的，集成FPGA装置与ANSYS软件，用于准确获得焊接热源装置在工件上的加热位置。

进一步的，FPGA装置采用ALTERA公司EP1C20，装置高速运算特性，能够很好实现运动同步性。

进一步的，多热源加热装置以圆周形式均匀分布有17个分热源，该装置通过夹具固定。

进一步的，多热源加热装置的总直径为20cm，可覆盖常见薄板点焊接变形区域。