摘要
镇压辊是播种机核心部件之一，其需求量十分巨大，其稳定的性能是保证播种时高效镇压作业的关键。镇压辊主要由镇压辊筒和轴组成，目前在新疆农机制造企业中，镇压辊筒主要采用手工焊接的作业方式，这种作业方式焊接效率低、劳动强度大，致使产能和质量难以满足市场需求。如今的半自动化焊接装备，由于不具备焊缝跟踪功能，在实际焊接中会导致焊枪运动轨迹在Y轴方向与实际待焊焊缝出现偏差，以及焊枪的焊丝在距离辊筒的高度上产生偏差，导致镇压辊的实地作业稳定性无法得到保证。为了解决手工焊接以及半自动装备焊接带来的效率低、智能化程度低以及焊接质量不稳定等问题，本文设计了一套具备焊缝跟踪功能的镇压辊筒焊接机器人，以下是本文的主要研究内容和研究结果： （1）设计了两种焊缝识别跟踪方案进行比较，即基于机器视觉和基于激光位移传感器。根据制作成本、识别精度等方面的综合性能对比确定了基于激光位移传感器焊缝识别跟踪方案。利用Simufactwelding软件对比分析了三角形焊接路径、圆圈形焊接路径和锯齿形焊接路径以及2种不同焊接速度的工艺参数下对焊缝熔池形貌和温度场分布的影响规律，得出工艺参数分别在三角形焊接路径和焊接速度为15mm/s时，焊接仿真效果最佳。依据15mm/s和30mm/s焊接速度下的t8/5，并结合Q235钢的焊接CCT图可知，在焊接速度为15mm/s下，镇压辊筒硬度为195HV，组织成分为铁素体、珠光体和贝氏体的混合物，性能较好。焊接仿真结果为镇压辊筒焊接机器人在制造过程中工艺措施的控制提供了技术支持。 （2）设计了镇压辊筒焊接机器人的整机结构，主要包括机架、三轴位移补偿机构、焊枪及激光位移传感器夹具等关键部件。针对X、Y、Z三轴位移补偿机构进行动力学理论分析，并进行多边形效应分析，通过对X、Y、Z三轴的直线传动移动误差计算，得出X轴方向的直线运动误差为35.4μm，Y轴方向的直线运动误差为19.2μm，Z轴方向的直线运动误差为27.7μm。 （3）进行了镇压辊筒焊接机器人电气系统的设计研究，通过分析确定了PLC、通信模块、激光位移传感器和执行元件等关键元件的型号参数，根据焊缝跟踪需求，设计了焊缝实时跟踪的方案，基于激光位移传感器自带软件LJ-Navigator进行了相应条件配置，完成了对控制程序的设计，主要包括控制主程序的设计、通讯程序的设计、手动操作程序的设计、自动控制程序的设计和HMI人机界面的设计。 （4）依据设计方案，进行样机研制，并开展焊缝跟踪试验和焊接性能试验。根据焊缝跟踪试验得出：焊接机器人焊枪末端始终沿着S型焊缝轨迹运动，在整个焊缝跟踪过程中焊接机器人在激光位移传感器的引导下稳定运行，没有抖动现象的发生，该系统能够稳定高效地完成焊缝跟踪任务。依据国家标准DL/T868-2004焊接工艺评定规程对镇压辊筒焊接后的焊缝进行外观分析，并与手工焊接和半自动焊接装备进行工作性能对比得出：带焊缝跟踪功能的镇压辊筒焊接机器人焊接镇压辊筒效率能达到手工焊接的2-3倍，每小时可焊接镇压辊筒25-30个，焊缝成形良好，能够满足实际工程的需要。
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