本發明屬于機械設備技術領域，特別是涉及一種采用機器視覺進行焊槍校準和焊接軌跡規劃的焊接設備。

技術背景

壓氣機葉片是民用航空發動機的關鍵部件，在使用過程中，經常因氣流沖刷和外來物沖擊等原因造成葉尖、前后緣等部位材料缺失，從而引起發動機喘振、燃油利用率下降等問題。采用多層堆焊方法補足葉片缺失部分的材料，然后加工成所需外形后重新裝配使用，可以降低發動機全壽命費用。

由于葉片外形是復雜的三維曲面，尺寸跨度大，損傷部位離散性強，要求焊接軌跡定位精度高，堆焊前對非熔化極焊槍的姿態和送絲位置進行精確校準，采用傳統目視示教焊接軌跡和校準焊槍的方法工作效率低下，定位精度和校準精度都無法保證葉片堆焊修復的質量要求。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種民用航空發動機壓氣機葉片堆焊修復裝置。

為了達到上述目的，本發明提供的民用航空發動機壓氣機葉片堆焊修復裝置包括底座、臺架、葉片柔性夾具、第一CCD相機、第二CCD相機、第一電控X軸直線導軌、第三電控Z軸直線導軌、第一電控W軸旋轉臺、多功能焊接機頭、非熔化極焊槍、第三CCD相機、第二電控T軸旋轉臺、第二電控Y軸直線導軌和控制器；

所述的底座為水平設置的板狀結構；臺架為由左支撐臂、右支撐臂和連接在兩個支撐臂上端的橫梁構成的門字形結構，兩個支撐臂的下端分別固定在底座的后端兩側部位；

第一電控X軸直線導軌以能夠左右移動的方式安裝在臺架的橫梁前端面上，水平設置；第二電控Y軸直線導軌以能夠前后移動的方式安裝在底座的表面中部，水平設置；第三電控Z軸直線導軌以能夠上下移動的方式安裝在第一電控X軸直線導軌的中部，垂直設置；第一電控X軸直線導軌、第二電控Y軸直線導軌、第三電控Z軸直線導軌三個導軌運動方向互相垂直，實現非熔化極焊槍和葉片柔性夾具在三維空間上的相對運動；

所述的第一電控W軸旋轉臺為中空管狀結構，后端通過支架固定在第三電控Z軸直線導軌的下端前側；多功能焊接機頭安裝在第一電控W軸旋轉臺的下端；非熔化極焊槍夾持在多功能焊接機頭的下部，并且非熔化極焊槍上的槍纜向上穿過第一電控W軸旋轉臺的中心，使非熔化極焊槍能夠隨第一電控W軸旋轉臺在水平方向進行360°旋轉；第二電控T軸旋轉臺的底面固定在第二電控Y軸直線導軌的表面中部；葉片柔性夾具安裝在轉接板上，能夠隨第二電控T軸旋轉臺沿前后方向旋轉；

第一CCD相機安裝在臺架的右支撐臂中部，第三CCD相機安裝在臺架的左支撐臂中部，并且第一CCD相機和第三CCD相機的光軸呈直角設置且焦點重合于第一電控W軸旋轉臺軸心的正下方；第二CCD相機安裝在第三電控Z軸直線導軌的下端一側，且鏡頭朝下；控制器分別與第一CCD相機、第二CCD相機、第一電控X軸直線導軌、第三電控Z軸直線導軌、第一電控W軸旋轉臺、非熔化極焊槍、第三CCD相機、第二電控T軸旋轉臺、第二電控Y軸直線導軌電連接。

所述的多功能焊接機頭包括安裝板、第一手動平移臺、第二手動平移臺、第一角度調節器、第一連接板、第二角度調節器、防撞器、第二連接板、夾持塊、第三連接板、手動升降臺、焊縫保護氣罩、送絲桿和微調螺釘；

所述的安裝板為水平設置的環形板，安裝在第一電控W軸旋轉臺的底面上，內徑與第一電控W軸旋轉臺的內徑相同且位置相對同軸，用于設置非熔化極焊槍的槍纜；第一手動平移臺水平設置由固定塊和滑塊以及調節螺栓組成，其中固定塊的頂面安裝在安裝板的底面上，滑塊與固定塊的底面滑動配合，手動旋擰調節螺栓能夠實現滑塊的水平運動；第二手動平移臺垂直設置，由固定塊和滑塊以及調節螺栓組成，其中固定塊的頂面安裝在第一手動平移臺的滑塊底面上，滑塊與固定塊的側面滑動配合，手動旋擰調節螺栓能夠實現滑塊水平運動，并且第一手動平移臺上滑塊和第二手動平移臺上滑塊的運動方向垂直，由此能夠實現非熔化極焊槍在水平方向上兩個維度的手動水平調節；第一角度調節器由固定塊和滑塊以及調節螺栓組成，其中固定塊的側面安裝在第二手動平移臺上滑塊的外側面上，滑塊與固定塊以轉動的方式配合，通過手動旋擰調節螺栓能夠實現滑塊在垂直平面上的角度調節，且調節方向與第一手動平移臺上滑塊的運動方向垂直；第一連接板的上端一側面連接在第一角度調節器的滑塊上；第二角度調節器由固定塊和滑塊以及調節螺栓組成，其中固定塊連接在第一連接板下端的另一側面上，滑塊與固定塊以轉動的方式配合，手動旋擰調節螺栓能夠實現滑塊在垂直平面上的角度調節，調節方向與第二手動平移臺上滑塊的運動方向垂直，并且第一角度調節器和第二角度調節器的滑塊角度調節方向互相垂直，由此實現非熔化極焊槍在垂直方向上兩個維度的手動角度調節；防撞器安裝在第二角度調節器的滑塊上；第二連接板水平設置，一端表面連接在防撞器的下端；手動升降臺由固定塊和滑塊以及調節螺栓組成，其中固定塊垂直設置，連接在第二連接板的另一端，滑塊與固定塊的側面滑動配合且通過第三連接板與焊縫保護氣罩的側面相連接；非熔化極焊槍通過焊槍夾持塊固定在第二連接板上，且下端的槍嘴貫穿焊縫保護氣罩后位于焊縫保護氣罩的中心部位，通過手動旋擰手動升降臺上的調節螺栓能夠實現非熔化極焊槍和焊縫保護氣罩在垂直方向的相對運動；送絲桿的中部傾斜貫穿安裝在焊縫保護氣罩的上，尾部位于焊縫保護氣罩內，且送絲口指向非熔化極焊槍的槍嘴，后端安裝有微調螺釘且微調螺釘的外部位于焊縫保護氣罩外，利用手動旋擰微調螺釘的方式能夠實現送絲桿的尾部在水平方向的擺動，由此來調節位于送絲桿內的焊絲與非熔化極焊槍上槍嘴的相對位置。

所述的第二電控T軸旋轉臺由支撐架、兩個旋轉盤和轉接板構成，支撐架為U形板狀結構，底面固定在第二電控Y軸直線導軌的表面中部，并且底面與第二電控Y軸直線導軌相垂直；兩個旋轉盤分別以可轉動的方式設置在支撐架的兩側壁內表面上；轉接板兩端分別通過一連接軸設置在旋轉盤軸心處。

本發明提供的民用航空發動機壓氣機葉片堆焊修復裝置采用機器視覺校準非熔化極焊槍的姿態和送絲位置，進行焊接軌跡規劃，排除了人為因素對修復葉片質量的影響，提高了堆焊工作效率，保證了焊接精度。

附圖說明

圖1為本發明提供的民用航空發動機壓氣機葉片堆焊修復裝置結構主視圖。

圖2為本發明提供的民用航空發動機壓氣機葉片堆焊修復裝置結構側視圖。

圖3為本發明提供的民用航空發動機壓氣機葉片堆焊修復裝置中多功能焊接機頭結構

圖4為本發明提供的民用航空發動機壓氣機葉片堆焊修復裝置中非熔化極焊槍垂直校準原理圖。

圖5為本發明提供的民用航空發動機壓氣機葉片堆焊修復裝置中非熔化極焊槍送絲距離校準原理圖。

圖6為本發明提供的民用航空發動機壓氣機葉片堆焊修復裝置中非熔化極焊槍送絲位置校準原理圖。

圖7為本發明提供的民用航空發動機壓氣機葉片堆焊修復裝置中焊槍相對于第一電控W軸旋轉臺同軸校準原理圖。

圖8為民用航空發動機壓氣機葉片堆焊修復裝置焊接軌跡規劃原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明提供的民用航空發動機壓氣機葉片堆焊修復裝置進行詳細說明。

如圖1、圖2所示，本發明提供的民用航空發動機壓氣機葉片堆焊修復裝置包括底座1、臺架2、葉片柔性夾具3、第一CCD相機4、第二CCD相機5、第一電控X軸直線導軌6、第三電控Z軸直線導軌7、第一電控W軸旋轉臺9、多功能焊接機頭10、非熔化極焊槍11、第三CCD相機12、第二電控T軸旋轉臺14、第二電控Y軸直線導軌15；

所述的底座1為水平設置的板狀結構；臺架2為由左支撐臂、右支撐臂和連接在兩個支撐臂上端的橫梁構成的門字形結構，兩個支撐臂的下端分別固定在底座1的后端兩側部位；

第一電控X軸直線導軌6以能夠左右移動的方式安裝在臺架2的橫梁前端面上，水平設置；第二電控Y軸直線導軌15以能夠前后移動的方式安裝在底座1的表面中部，水平設置；第三電控Z軸直線導軌7以能夠上下移動的方式安裝在第一電控X軸直線導軌6的中部，垂直設置；第一電控X軸直線導軌6、第二電控Y軸直線導軌15、第三電控Z軸直線導軌7三個導軌運動方向互相垂直，實現非熔化極焊槍11和葉片柔性夾具3在三維空間上的相對運動；

所述的第一電控W軸旋轉臺9為中空管狀結構，后端通過支架8固定在第三電控Z軸直線導軌7的下端前側；多功能焊接機頭10安裝在第一電控W軸旋轉臺9的下端；非熔化極焊槍11夾持在多功能焊接機頭10的下部，并且非熔化極焊槍11上的槍纜向上穿過第一電控W軸旋轉臺9的中心，使非熔化極焊槍11能夠隨第一電控W軸旋轉臺9在水平方向進行360°旋轉；第二電控T軸旋轉臺14的底面固定在第二電控Y軸直線導軌15的表面中部；葉片柔性夾具3安裝在轉接板13上，能夠隨第二電控T軸旋轉臺14沿前后方向旋轉；由第一電控X軸直線導軌6、第三電控Z軸直線導軌7、第一電控W軸旋轉臺9、多功能焊接機頭10、非熔化極焊槍11、第二電控T軸旋轉臺14、第二電控Y軸直線導軌15構成機械手系統；

第一CCD相機4安裝在臺架2的右支撐臂中部；第三CCD相機12安裝在臺架2的左支撐臂中部，并且第一CCD相機4和第三CCD相機12的光軸呈直角設置且焦點重合于第一電控W軸旋轉臺9軸心的正下方；第二CCD相機5安裝在第三電控Z軸直線導軌7的下端一側，且鏡頭朝下；由第一CCD相機4、第二CCD相機5、第三CCD相機12構成機器視覺系統；控制器分別與第一CCD相機4、第二CCD相機5、第一電控X軸直線導軌6、第三電控Z軸直線導軌7、第一電控W軸旋轉臺9、非熔化極焊槍11、第三CCD相機12、第二電控T軸旋轉臺14、第二電控Y軸直線導軌15電連接。

如圖3所示，所述的多功能焊接機頭10包括安裝板10-1、第一手動平移臺10-2、第二手動平移臺10-3、第一角度調節器10-4、第一連接板10-5、第二角度調節器10-6、防撞器10-7、第二連接板10-8、夾持塊10-9、第三連接板10-10、手動升降臺10-11、焊縫保護氣罩10-12、送絲桿10-13和微調螺釘10-14；

所述的安裝板10-1為水平設置的環形板，安裝在第一電控W軸旋轉臺9的底面上，內徑與第一電控W軸旋轉臺9的內徑相同且位置相對同軸，用于安裝非熔化極焊槍11的槍纜；第一手動平移臺10-2水平設置，由固定塊和滑塊以及調節螺栓組成，其中固定塊的頂面安裝在安裝板10-1的底面上，滑塊與固定塊的底面滑動配合，手動旋擰調節螺栓能夠實現滑塊的水平運動；第二手動平移臺10-3垂直設置，由固定塊和滑塊以及調節螺栓組成，其中固定塊的頂面安裝在第一手動平移臺10-2的滑塊底面上，滑塊與固定塊的側面滑動配合，手動旋擰調節螺栓能夠實現滑塊水平運動，并且第一手動平移臺10-2上滑塊和第二手動平移臺10-3上滑塊的運動方向垂直，由此能夠實現非熔化極焊槍11在水平方向上兩個維度的手動水平調節；第一角度調節器10-4由固定塊和滑塊以及調節螺栓組成，其中固定塊的側面安裝在第二手動平移臺10-3上滑塊的外側面上，滑塊與固定塊以轉動的方式配合，通過手動旋擰調節螺栓能夠實現滑塊在垂直平面上的角度調節，且調節方向與第一手動平移臺10-2上滑塊的運動方向垂直；第一連接板10-5的上端一側面連接在第一角度調節器10-4的滑塊上；第二角度調節器10-6由固定塊和滑塊以及調節螺栓組成，其中固定塊連接在第一連接板10-5下端的另一側面上，滑塊與固定塊以轉動的方式配合，手動旋擰調節螺栓能夠實現滑塊在垂直平面上的角度調節，調節方向與第二手動平移臺10-3上滑塊的運動方向垂直，并且第一角度調節器10-4和第二角度調節器10-6的滑塊角度調節方向互相垂直，由此實現非熔化極焊槍11在垂直方向上兩個維度的手動角度調節；防撞器10-7安裝在第二角度調節器10-6的滑塊上；第二連接板10-8水平設置，一端表面連接在防撞器10-7的下端；手動升降臺10-11由固定塊和滑塊以及調節螺栓組成，其中固定塊垂直設置，連接在第二連接板10-8的另一端，滑塊與固定塊的側面滑動配合且通過第三連接板10-10與焊縫保護氣罩10-12的側面相連接；非熔化極焊槍11通過焊槍夾持塊10-9固定在第二連接板10-8上，且下端的槍嘴貫穿焊縫保護氣罩10-12后位于焊縫保護氣罩10-12的中心部位，通過手動旋擰手動升降臺10-11上的調節螺栓能夠實現非熔化極焊槍11和焊縫保護氣罩10-12在垂直方向的相對運動；送絲桿10-13的中部傾斜安裝在焊縫保護氣罩10-12的一側面上，尾部位于焊縫保護氣罩10-12內，且下端口指向非熔化極焊槍11的槍嘴，后端安裝有微調螺釘10-14且微調螺釘10-14的外部位于焊縫保護氣罩10-12外，利用手動旋擰微調螺釘10-14的方式能夠實現送絲桿10-14的尾部在水平方向的擺動，由此來調節位于送絲桿10-13內的焊絲與非熔化極焊槍11上槍嘴的相對位置。

所述的第二電控T軸旋轉臺14由支撐架16、兩個旋轉盤17和轉接板13構成，支撐架16為U形板狀結構，底面固定在第二電控Y軸直線導軌15的表面中部，并且底面與第二電控Y軸直線導軌15相垂直；兩個旋轉盤17分別以可轉動的方式設置在支撐架16的兩側壁內表面上；轉接板13兩端分別通過一連接軸設置在旋轉盤17軸心處。

在利用本發明提供的民用航空發動機壓氣機葉片堆焊修復裝置進行葉片堆焊修復前，需要先對其上非熔化極焊槍11的姿態和送絲位置進行校準，校準步驟如下：

(1)如圖4所示，所述的非熔化極焊槍11垂直校準步驟如下：將非熔化極焊槍11上的槍嘴卸下，安裝上焊槍延長桿，在控制器的控制下使第一電控X軸直線導軌6左右移動，第二電控Y軸直線導軌15前后移動，第三電控Z軸直線導軌7上下移動，直至焊槍延長桿位于第一CCD相機4和第三CCD相機12的焦點處，旋轉第一電控W軸旋轉臺9，將第一角度調節器10-4的角度調節方向調整到與第三CCD相機12的光軸相垂直的位置；開啟第三CCD相機12，通過灰度變化提取焊槍延長桿的邊界，測量焊槍延長桿上兩個位置中心點的坐標值，如果兩個位置中心點的Z軸坐標值不重合，旋擰第一角度調節器10-4上的調節螺栓直至Z軸坐標值重合；開啟第一CCD相機4，通過灰度變化提取焊槍延長桿的邊界，測量焊槍延長桿上兩個位置中心點的坐標值，如果兩個位置中心點的Z軸坐標值不重合，旋擰第二角度調節器10-6的調節螺栓直至與Z軸坐標值重合。

(2)如圖5、圖6所示，所述的非熔化極焊槍11送絲位置校準步驟如下：將非熔化極焊槍11上的焊槍延長桿卸下，安裝上槍嘴，在控制器的控制下使第一電控X軸直線導軌6左右移動，第二電控Y軸直線導軌15前后移動，第三電控Z軸直線導軌7上下移動，直至非熔化極焊槍11的槍嘴位于第三CCD相機12的焦點處；旋轉第一電控W軸旋轉臺9，使送絲桿10-13與第三CCD相機12垂直，開啟第三CCD相機12，測量非熔化極焊槍11的槍嘴下沿軸心的坐標，然后測量軸心正下方焊絲上沿的坐標，兩個測量點Z軸坐標值相減，即為送絲距離，旋擰手動升降臺10-11的調節螺栓至送絲距離達到設定值；旋轉第一電控W軸旋轉臺9，使第三CCD相機12、送絲桿10-13、非熔化極焊槍11的槍嘴位于一條直線上，測量非熔化極焊槍11的槍嘴軸心正下方的焊絲上沿坐標，然后使第一電控W軸旋轉臺9旋轉180°，再次測量焊絲上沿坐標，兩次測量得到的坐標點X軸坐標值相減，即為焊絲熔化點與焊槍軸心之間的距離偏差，調整微調旋鈕10-14，使兩次測量的X軸坐標值重合，即可保證焊接過程中焊絲在非熔化極焊槍11的槍嘴軸心正下方熔化。

(3)如圖7所示，所述的非熔化極焊槍11上槍嘴與第一電控W軸旋轉臺9同軸校準步驟如下：在控制器的控制下使第一電控X軸直線導軌6左右移動，第二電控Y軸直線導軌15前后移動，第三電控Z軸直線導軌7上下移動，直至非熔化極焊槍11的槍嘴位于第三CCD相機12的焦點處；旋轉第一電控W軸旋轉臺9，使第一手動平移臺10-2運動方向與第一電控X軸直線導軌6運動方向平行，開啟第三CCD相機12，測量非熔化極焊槍11的槍嘴下沿軸心的坐標，然后使第一電控W軸旋轉臺9旋轉180°，開啟第三CCD相機12，再次測量非熔化極焊槍11的槍嘴下沿軸心的坐標，兩次測量得到X軸坐標值相減再除以2，即為焊槍在第一手動平移臺10-2運動方向上的偏移量，旋擰第一手動平移臺10-2的調節螺栓修正該偏移量；旋轉第一電控W軸旋轉臺9，使第二手動平移臺10-3運動方向與第一電控X軸直線導軌6運動方向平行，開啟第三CCD相機12，測量非熔化極焊槍11的槍嘴下沿軸心的坐標，然后使第一電控W軸旋轉臺9旋轉180°，開啟第三CCD相機12，再次測量非熔化極焊槍11的槍嘴下沿軸心的坐標，兩次測量得到的X軸坐標值相減再除以2，即為非熔化極焊槍11在第二手動平移臺10-3運動方向上的偏移量，旋擰第二手動平移臺10-3的調節螺栓修正該偏移量。

(4)如圖8所示，所述的焊接軌跡規劃步驟如下：校準視覺坐標系和機械手坐標系完畢后，將損傷葉片的待焊接修復部位表面打磨平整，安裝在葉片柔性夾具3上，在控制器的控制下使第一電控X軸直線導軌6左右移動，第二電控Y軸直線導軌15前后移動，第三電控Z軸直線導軌7上下移動，使第二CCD相機5位于葉片上待焊接修復部位的正上方，開啟第二CCD相機5，通過灰度變化提取葉片待焊接修復部位的輪廓，得到葉片前緣、后緣、中間典型厚度部位的視覺坐標，轉化為機械手坐標后自動擬合焊接軌跡，調用焊接數據庫的相關焊接參數，完成焊接軌跡自動規劃。

在非熔化極焊槍11的周圍形成均勻的惰性氣體保護氣氛，第一電控X軸直線導軌6、第二電控Y軸直線導軌15、第三電控Z軸直線導軌7、第一電控W軸旋轉臺9、第二電控T軸旋轉臺14配合運動，引導非熔化極焊槍11沿規劃的焊接軌跡運動，完成損傷葉片堆焊修復。