【摘 要】
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高铁闸机因为焊接轨迹复杂,市场需求大,对焊接精度要求高等特点,目前并未找到一种生产效率高且良品率高的加工方法。本文基于高铁闸机的焊接难点与需求,设计了一套光纤激光焊接机器人系统,针对高铁闸机激光焊接进行可行性焊接实验,并优化了高铁闸机的焊接工艺。本文的主要研究内容如下:（1）完成基于高铁闸机焊接的光纤激光焊接机器人系统整体结构设计。系统采用华数六轴机器人、光纤激光器以及视觉传感器做为整个系统的核心
【基金项目】
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广东省佛山市的项目,项目名称为激光智能装备关键技术研究及产业化,编号为2017IT100112
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高铁闸机因为焊接轨迹复杂,市场需求大,对焊接精度要求高等特点,目前并未找到一种生产效率高且良品率高的加工方法。本文基于高铁闸机的焊接难点与需求,设计了一套光纤激光焊接机器人系统,针对高铁闸机激光焊接进行可行性焊接实验,并优化了高铁闸机的焊接工艺。本文的主要研究内容如下:（1）完成基于高铁闸机焊接的光纤激光焊接机器人系统整体结构设计。系统采用华数六轴机器人、光纤激光器以及视觉传感器做为整个系统的核心部件进行集成。光纤激光器的额定功率为1000W,焦距300mm,聚焦光斑直径为0.2mm;华数六轴机器人的可搭载6KG负载,最大工作半径为1550mm;视觉传感器的工作距离为52～63mm,检测宽度为10mm,采样频率为50Hz,使用蓝色线结构光补充光源;高铁闸机外壳长1000mm,宽28mm,高60mm,焊缝为一条三维复杂焊缝,其中包含3种角度不同的角接焊缝,高铁闸机外壳由SUS 304不锈钢拼接成型,材料厚度为1.5mm。整个系统重复精度可达0.06mm,提高了高铁闸机焊缝的焊接精度。（2）完成了高铁闸机激光焊接机器人系统的控制设计。选用工控机作为整个激光焊接系统的上位机,设计以I/O通讯方式实现上位机与辅助系统之间的通信,使用RS-232串口通信模式完成上位机与激光器之间的通讯,以以太网口通讯实现上位机与智能工业机器人以及视觉传感器之间的控制,实现了整个激光焊接机器人的集成联动,可用于高铁闸机的生产过程。（3）设计了用于高铁闸机焊接的焊接位置跟踪系统,使用非接触式的测量方法检测目标的位置与轮廓,传感器长86mm,宽50mm,高120mm,内部COMS相机与蓝光激光器以以一定的角度固定,方便对焊缝进行补光,以及对焊缝图像进行抓取,系统在高度上的分辨率为0.003mm,宽度上的分辨率为0.005mm,增加了取点的精度;搭建了神经网络模型可完成对闸机焊缝的识别与定位。（4）进行了高铁闸机外壳材料的光纤激光焊接实验及工艺优化。确定高铁闸机材料激光拼焊的最佳激光焊接工艺参数,焊接功率为600W,焊接速度16mm/s,离焦量为1mm,此工艺下得到焊缝的抗拉伸强度为632MPa。对选定不同焊接工艺参数分别设计了控制变量焊接实验,由实验结果得到了激光功率、焊接速度、离焦量分别对高铁闸机焊接质量的影响,利用ANSYS对高铁闸机进行了模拟焊接实验,并进行实际焊接实验得到高铁闸机的焊接工艺为激光功率1000W,焊接速度24mm/s,离焦量为0mm,最后建立BP神经网络模型来优化闸机焊缝的焊接工艺,优化后的参数为激光功率1000W,焊接速度20mm/s,离焦量0mm。
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