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輝銳產品介紹 | 08 自適應隨形激光熔覆
來源:
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作者:pmo672b0b
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發布時間: 2019-08-08
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在激光熔覆和激光再制造應用中，待加工對象經常為不規則形狀工件，或者具有起伏不平表面。而激光熔覆噴嘴需要與工件表面保持一定距離恒定不變，才能維持穩定的工藝質量。因此在實際工程應用中，經常需要較長時間的編程工作，影響了工作效率，延長了工期。對于機器人激光熔覆系統，主要體現為的繁重的機器人示教校點工作。通常情況下，機器人示教完全依賴于人工操作，對操作者經驗要求較高，容易出錯，是實現高效率、高精度激光熔覆和修復應用的一個瓶頸。
自適應隨形激光熔覆是解決上述難題一個行之有效的方法，主要包括以下三個基本步驟：
1. 采用傳感器進行在線檢測：傳感器可以是接觸式、機器視覺、激光位移等多種，而且必須要建立起傳感器測量坐標系與機器人激光熔覆工具坐標系間的對應關系；
2. 自動數據處理：包括數據濾波、重構、建模等，一些應用還需要實現自動模型匹配、缺陷辨識等智能算法；
3. 自動路徑生成和工藝參數配置：在自動數據處理所建立模型基礎上，進行分層切片、生成填充軌跡，并根據缺陷類型，自動選擇優化工藝參數。
自適應隨形激光熔覆功能有三個典型的應用場景：
1. 大幅減少人工示教工作，縮短編程時間，提高校點精度；
2. 自動建立工件坐標系或用戶坐標系，使離線編程生成的機器人路徑能夠快速、準確應用到工件上，提高生產節拍；能夠取代常規的找特征點定位方法，也可以解決一些人工無法探測場景定位問題；
3. 具有簡單的三維掃描功能，結合自動辨識算法和切片路徑生成算法，可以實現快速缺陷定位和現場自適應修復；雖然一般測量精度低于常規三維測量系統，但是對于激光修復已經足夠，而且效率高、成本低。
1. 水輪機槳葉隨形激光熔覆
水輪機槳葉具有較為復雜的型線，在修復時通常沒有可用的高精度模型，而且在長期服役以后，葉片會有一定的變形，表面會有不均衡磨損，因此無法通過離線編程方法，而必須采用密集的人工示教來完成機器人編程。以間隔50mm為例，在1平方米范圍內需要完成400個點的人工示教，按照每個點1分鐘計算，耗時接近7個小時，嚴重影響工程效率，而且因為必須人工完成，現場工作勞動強度大，還有可能因為失誤碰撞照成工件和設備損壞。
采用輝銳研發的自適應隨形激光熔覆功能，在實際生產中只需要人工示教熔覆區域4個角點，而中間點通過激光熔覆頭側面安裝的激光位移傳感器進行自動掃描測量，測量得到的數據用于建立葉片待熔覆區域形貌，再由機器人程序和上位機軟件自動完成分區、插補、填充、參數設定等工作，生成可用的機器人激光熔覆路徑。只需要不到20分鐘時間就能完成1平方米曲面范圍內的測量和路徑生成工作，節省人工時間超過95%。而且，經過激光位移測量校正后的機器人路徑，熔覆頭噴嘴到工件表面距離誤差在0.1mm之內，完美貼合葉片復雜、有畸變的表面，工藝一致性非常高。實踐表面，自適應隨形激光熔覆功能非常適合這種大面積曲面熔覆應用需求。
2. 鏈輪組件自適應修復
鏈輪作為刮板輸送機的主要傳動部件，鏈輪鏈窩在和圓環鏈嚙合過程中承受巨大的交變載荷和附加的沖擊載荷，同時工況條件惡劣，充斥煤水混合物，作為一對運動副，每次嚙合都對鏈輪進行一次高強度沖擊，且會產生滑動摩擦以及磨料磨損。想要提高鏈輪使用壽命，就要求強韌性、優良的綜合性能，高的強度和硬度，與良好的耐磨性。
采用激光修復鏈輪組件，可以達到比基材更高的強度、硬度和耐磨性，大幅延長使用壽命。而且采用激光修復精度高，可以實現“近凈成型”修復，在增材后就基本接近原工件尺寸，而不需要費時費力的打磨、機加工等后續工藝，節省了材料更節省了工時，有顯著的經濟效益。而實現“近凈成型”修復的關鍵是自適應激光修復。以下幾張圖片說明自適應激光修復的主要流程。
軟件界面視頻
自適應隨形激光熔覆是解決上述難題一個行之有效的方法，主要包括以下三個基本步驟：
1. 采用傳感器進行在線檢測：傳感器可以是接觸式、機器視覺、激光位移等多種，而且必須要建立起傳感器測量坐標系與機器人激光熔覆工具坐標系間的對應關系；
2. 自動數據處理：包括數據濾波、重構、建模等，一些應用還需要實現自動模型匹配、缺陷辨識等智能算法；
3. 自動路徑生成和工藝參數配置：在自動數據處理所建立模型基礎上，進行分層切片、生成填充軌跡，并根據缺陷類型，自動選擇優化工藝參數。
基于3D掃描的激光熔覆自動修復系統結構圖
自適應隨形激光熔覆功能有三個典型的應用場景：
1. 大幅減少人工示教工作，縮短編程時間，提高校點精度；
2. 自動建立工件坐標系或用戶坐標系，使離線編程生成的機器人路徑能夠快速、準確應用到工件上，提高生產節拍；能夠取代常規的找特征點定位方法，也可以解決一些人工無法探測場景定位問題；
3. 具有簡單的三維掃描功能，結合自動辨識算法和切片路徑生成算法，可以實現快速缺陷定位和現場自適應修復；雖然一般測量精度低于常規三維測量系統，但是對于激光修復已經足夠，而且效率高、成本低。
應用案例
1. 水輪機槳葉隨形激光熔覆
水輪機槳葉具有較為復雜的型線，在修復時通常沒有可用的高精度模型，而且在長期服役以后，葉片會有一定的變形，表面會有不均衡磨損，因此無法通過離線編程方法，而必須采用密集的人工示教來完成機器人編程。以間隔50mm為例，在1平方米范圍內需要完成400個點的人工示教，按照每個點1分鐘計算，耗時接近7個小時，嚴重影響工程效率，而且因為必須人工完成，現場工作勞動強度大，還有可能因為失誤碰撞照成工件和設備損壞。
采用輝銳研發的自適應隨形激光熔覆功能，在實際生產中只需要人工示教熔覆區域4個角點，而中間點通過激光熔覆頭側面安裝的激光位移傳感器進行自動掃描測量，測量得到的數據用于建立葉片待熔覆區域形貌，再由機器人程序和上位機軟件自動完成分區、插補、填充、參數設定等工作，生成可用的機器人激光熔覆路徑。只需要不到20分鐘時間就能完成1平方米曲面范圍內的測量和路徑生成工作，節省人工時間超過95%。而且，經過激光位移測量校正后的機器人路徑，熔覆頭噴嘴到工件表面距離誤差在0.1mm之內，完美貼合葉片復雜、有畸變的表面，工藝一致性非常高。實踐表面，自適應隨形激光熔覆功能非常適合這種大面積曲面熔覆應用需求。
槳葉熔覆視頻
2. 鏈輪組件自適應修復
鏈輪作為刮板輸送機的主要傳動部件，鏈輪鏈窩在和圓環鏈嚙合過程中承受巨大的交變載荷和附加的沖擊載荷，同時工況條件惡劣，充斥煤水混合物，作為一對運動副，每次嚙合都對鏈輪進行一次高強度沖擊，且會產生滑動摩擦以及磨料磨損。想要提高鏈輪使用壽命，就要求強韌性、優良的綜合性能，高的強度和硬度，與良好的耐磨性。
采用激光修復鏈輪組件，可以達到比基材更高的強度、硬度和耐磨性，大幅延長使用壽命。而且采用激光修復精度高，可以實現“近凈成型”修復，在增材后就基本接近原工件尺寸，而不需要費時費力的打磨、機加工等后續工藝，節省了材料更節省了工時，有顯著的經濟效益。而實現“近凈成型”修復的關鍵是自適應激光修復。以下幾張圖片說明自適應激光修復的主要流程。
修復前
三維測量和數模對比
分層切片和填充路徑生成
修復后
鏈輪熔覆視頻
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