基于塔式起重機焊接的等離子自動焊接技術的研究

陳波　葉偉

摘 要：文章研究了等離子焊槍修復軌跡的生成原理和方法，建立了塔式起重機的三維模型，根據塔機的三維模型獲取STL模型文件，然后對STL文件進行讀取，并且對其進行切片操作，切片后對交點進行連接，形成截面輪廓線，最終生成焊槍的焊接路徑，并且利用UG電子表格運動仿真對塔機工件的焊接軌跡進行驗證。研究為等離子焊槍的進一步研發提供理論依據，為塔式起重機智能焊接奠定基礎。

關鍵詞：等離子焊接；STL模型；焊槍軌跡；運動仿真

引言

等離子自動焊接制造技術已經廣泛應用于各個行業，隨著自動化產業的提升，等離子焊接專用設備以及工業機器人的開發和研究也在不斷的進行中，只有高效、高精度、高性價比的噴涂作業方式才能滿足各個行業的需求。文章探究了在等離子自動焊接專用實驗設備的基礎上，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電子表格運動仿真對工件的噴涂軌跡進行驗證。

1 噴槍軌跡生成原理

文章的研究載體是塔機的司機室，自動焊接的關鍵內容就是噴槍在空間的運動軌跡，研究先根據塔機司機室的三維模型獲取STL模型文件，然后對STL文件進行讀取，并且對其進行切片操作，在切片前要先設定好切片的間距，進行切片之后，對交點進行連接，形成截面輪廓線，最終生成機器人的焊接路徑。

2 焊接軌跡的STL數據模型獲取

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

2.1 讀取三角面片頂點數據

文章以STL三維模型文件為數據源，利用VC++6.0讀取并存儲其中的頂點信息。

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會出現幾種位置情況，因為焊接軌跡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 交點數據的處理

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

進而在求取三角面片與切平面的交點時，判斷邊線頂點與分層面的相互高低位置將其排序。

2.3 塔機部件焊接軌跡的生成

在獲取一系列交點坐標并且排序之后，就能夠進行噴涂軌跡的仿真了。通常，機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字形軌跡噴涂應用比較廣泛，并且計算起來也較為方便，所以文章也采取Z字形噴涂模式。也就是噴槍根據偏移距離d在工件的表面來回往復運動進行噴涂作業。

3 結束語

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：先對所獲取的三維STL模型進行所需數據的讀取，其次進行STL模型切片，在此過程中要設定好切片的方向和切片厚度。最后進行交點的求取并對其進行排序，最終生成噴槍的噴涂軌跡。

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