HUIRUI Group products |08 adaptive form-following laser cladding
来源:辉锐集团
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作者:pmof4ce8f
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发布时间: 2019-08-08
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In laser cladding and laser remanufacturing applications, the objects to be machined are often irregularly shaped workpieces or have undulating surfaces. The laser cladding nozzle needs to maintain a certain distance from the workpiece surface to maintain stable process quality. Therefore, in practical engineering applications, it often takes a long time to program work, which affects the work efficiency and prolongs the construction period. For the robot laser cladding system, it is mainly reflected in the heavy work of robot teaching and teaching. Under normal circumstances, robot teaching completely relies on manual operation, requires high experience of the operator, and is prone to error, which is a bottleneck to achieve high efficiency and high precision laser cladding and repair applications.
在激光熔覆和激光再制造应用中，待加工对象经常为不规则形状工件，或者具有起伏不平表面。而激光熔覆喷嘴需要与工件表面保持一定距离恒定不变，才能维持稳定的工艺质量。因此在实际工程应用中，经常需要较长时间的编程工作，影响了工作效率，延长了工期。对于机器人激光熔覆系统，主要体现为的繁重的机器人示教校点工作。通常情况下，机器人示教完全依赖于人工操作，对操作者经验要求较高，容易出错，是实现高效率、高精度激光熔覆和修复应用的一个瓶颈。
软件界面视频
自适应随形激光熔覆是解决上述难题一个行之有效的方法，主要包括以下三个基本步骤：
1. 采用传感器进行在线检测：传感器可以是接触式、机器视觉、激光位移等多种，而且必须要建立起传感器测量坐标系与机器人激光熔覆工具坐标系间的对应关系；
2. 自动数据处理：包括数据滤波、重构、建模等，一些应用还需要实现自动模型匹配、缺陷辨识等智能算法；
3. 自动路径生成和工艺参数配置：在自动数据处理所建立模型基础上，进行分层切片、生成填充轨迹，并根据缺陷类型，自动选择优化工艺参数。
基于3D扫描的激光熔覆自动修复系统结构图
自适应随形激光熔覆功能有三个典型的应用场景：
1. 大幅减少人工示教工作，缩短编程时间，提高校点精度；
2. 自动建立工件坐标系或用户坐标系，使离线编程生成的机器人路径能够快速、准确应用到工件上，提高生产节拍；能够取代常规的找特征点定位方法，也可以解决一些人工无法探测场景定位问题；
3. 具有简单的三维扫描功能，结合自动辨识算法和切片路径生成算法，可以实现快速缺陷定位和现场自适应修复；虽然一般测量精度低于常规三维测量系统，但是对于激光修复已经足够，而且效率高、成本低。
应用案例
1. 水轮机桨叶随形激光熔覆
水轮机桨叶具有较为复杂的型线，在修复时通常没有可用的高精度模型，而且在长期服役以后，叶片会有一定的变形，表面会有不均衡磨损，因此无法通过离线编程方法，而必须采用密集的人工示教来完成机器人编程。以间隔50mm为例，在1平方米范围内需要完成400个点的人工示教，按照每个点1分钟计算，耗时接近7个小时，严重影响工程效率，而且因为必须人工完成，现场工作劳动强度大，还有可能因为失误碰撞照成工件和设备损坏。
采用辉锐研发的自适应随形激光熔覆功能，在实际生产中只需要人工示教熔覆区域4个角点，而中间点通过激光熔覆头侧面安装的激光位移传感器进行自动扫描测量，测量得到的数据用于建立叶片待熔覆区域形貌，再由机器人程序和上位机软件自动完成分区、插补、填充、参数设定等工作，生成可用的机器人激光熔覆路径。只需要不到20分钟时间就能完成1平方米曲面范围内的测量和路径生成工作，节省人工时间超过95%。而且，经过激光位移测量校正后的机器人路径，熔覆头喷嘴到工件表面距离误差在0.1mm之内，完美贴合叶片复杂、有畸变的表面，工艺一致性非常高。实践表面，自适应随形激光熔覆功能非常适合这种大面积曲面熔覆应用需求。
桨叶熔覆视频
2. 链轮组件自适应修复
链轮作为刮板输送机的主要传动部件，链轮链窝在和圆环链啮合过程中承受巨大的交变载荷和附加的冲击载荷，同时工况条件恶劣，充斥煤水混合物，作为一对运动副，每次啮合都对链轮进行一次高强度冲击，且会产生滑动摩擦以及磨料磨损。想要提高链轮使用寿命，就要求强韧性、优良的综合性能，高的强度和硬度，与良好的耐磨性。
采用激光修复链轮组件，可以达到比基材更高的强度、硬度和耐磨性，大幅延长使用寿命。而且采用激光修复精度高，可以实现“近净成型”修复，在增材后就基本接近原工件尺寸，而不需要费时费力的打磨、机加工等后续工艺，节省了材料更节省了工时，有显著的经济效益。而实现“近净成型”修复的关键是自适应激光修复。以下几张图片说明自适应激光修复的主要流程。
修复前
三维测量和数模对比
分层切片和填充路径生成
修复后
链轮熔覆视频
