التقاط الهندسة الأوتوماتيكي القائم على الليزر لتحليل العناصر المحدودة لخرز اللحام

يستخدم اللحام الآلي على نطاق واسع وقادر على إنشاء لحامات موحدة وقابلة للتكرار. ومع ذلك ، فإنه يفتقر حاليا إلى القدرة على التكيف أثناء عمليات اللحام متعدد الممرات ، وهو أمر يفعله فني ماهر بشكل طبيعي أثناء اللحام اليدوي. باستخدام ماسح ضوئي بالليزر ، يسمح بروتوكولنا بمراقبة التقدم دون التسبب في تأخير على عكس الالتقاط اليدوي لهندسة اللحام باستخدام المقاييس المادية.

كما أنه ينتج سجلا رقميا للترسيب ، والذي يمكن استخدامه للتحليل المستقبلي. يتم تمكين هذا البروتوكول بواسطة Meta one ، وهو القطار الرقمي لخلية اللحام. تم تطويرها في جامعة مانشستر.

يسمح القطار الرقمي بالتسجيل والتشغيل في مساحة رقمية ليس فقط لهندسة البناء ، ولكن أيضا لتعليمات الروبوت ، وحركة الروبوت الفعلية ، ولقطات الكاميرا لخلية اللحام وحوض الذوبان المحلي. يجب معايرة الماسح الضوئي بالليزر لتصحيح أي انحراف أو إمالة بينه وبين لوحة البناء. كجزء من عملية المعايرة هذه ، يتم إحضار بيانات الماسح الضوئي بالليزر إلى نظام الإحداثيات لروبوت اللحام.

يمكن أن يؤدي الالتقاط السريع لهندسة اللحام إلى تسهيل اتخاذ القرار بين التمريرات ، وربما التحسين من خلال التعلم الآلي ، والسماح بملء نماذج العناصر المحدودة بهندسة الترسيب الحقيقية. للبدء ، ضع مكون المعايرة داخل خلية اللحام في نفس الاتجاه بالنسبة إلى الأصل في آلة قياس الإحداثيات. قم بإعداد مسح مكون المعايرة باستخدام نظام الماسح الضوئي بالليزر وسجل إخراج المسح الضوئي في ملف الإحداثيات الذي يحتوي على قيم X و Y و Z.

قم بقياس كل كرة ائتمانية باستخدام الماسح الضوئي بالليزر. امسح ضوئيا عبر كل كرة لقياس مكون المعايرة. اقتطاع بيانات مسح الخط عن طريق استبعاد النقاط الناشئة من الركيزة ، باستخدام أقنعة دائرية في X و Y حول المواضع المعروفة ، وتطبيق العتبات في Z. استخدم مجموعة النقاط التي تمت تصفيتها لإجراء تركيب كرة مربعة على الأقل وتحديد الإحداثيات المركزية.

حدد الآن موقع مكون المعايرة باستخدام روبوت اللحام المجهز بطرف معدني بأبعاد معروفة. باستخدام روتين استشعار اللمس ، اجعل الطرف ملامسا سطح كل كرة ائتمانية في عدة مواقع. اسمح لدائرة الجهد المنخفض بالاكتمال عند الاتصال وسجل موضع الروبوت من خلال برنامج النظام.

ثم ضع الركيزة أو المادة الأم التي ستتلقى الترسيب في خلية اللحام. بعد ذلك ، ابدأ تمرير اللحام باستخدام روبوت اللحام لإيداع حبة من المواد على طول سطح الركيزة. قم ببرمجة روبوت المسح لاتباع مسار محاذاة لموقع الخرزة.

بالنسبة للحبات الخطية البسيطة ، استخدم نفس نقاط البداية والنهاية مثل روبوت اللحام وقم بمسح منطقة اللوحة بأكملها باستخدام روبوت المسح لتحسين التغطية. قم بإجراء القياسات أثناء تحريك الماسحة الضوئية فوق قطعة العمل. سجل نقاط البداية والنهاية لمسار المسح وسرعة حركة الروبوت وتردد الاستحواذ.

تأكد من أن التردد يقابل فاصلا زمنيا لا يقل عن الحد الأدنى لحجم العنصر المخطط له لتحليل العناصر المحدودة. قم بتركيب ملف تعريف الخرزة الممسوحة ضوئيا بوظيفة تحليلية مناسبة باستخدام كود Python. بالنسبة لترسبات حبة واحدة ، استخدم وظيفة مكافئة لتركيب المنحنى.

قم بتطبيق نفس مصفوفة تحويل affine على بيانات المسح الضوئي بالليزر كما هو مستخدم أثناء المعايرة. اقتصاص بيانات المسح الضوئي إلى منطقة تغطي الخرزة وتتضمن هامشا حولها. قم بإزالة أي عناصر مسح ناتجة عن الانعكاسات باستخدام المرشحات المستندة إلى الارتفاع.

ثم قم بتسطيح المنطقة المحلية من اللوحة في المسح الضوئي المقطوع عن طريق حل اللوحة العادية وتطبيق مصفوفة دوران لمحاذاة اللوحة بشكل طبيعي مع المحور الرأسي. قم بتدوير الخرزة بحيث تتماشى مع المحور Y لتبسيط المزيد من المعالجة. اكتشف اتجاه الخرزة عن طريق تطبيق مرشح ارتفاع أعلى مستوى لوحة القاعدة مباشرة وقم باحتواء البيانات الناتجة مع متعدد الحدود من الدرجة الأولى لإنشاء متجه يمثل اتجاه الخرزة.

إذا لم تكن الخرزة مستقيمة ، فقم بتقسيمها إلى أجزاء أصغر تقترب من الخطوط المستقيمة. الآن قم بقص القسم المستدير لإزالة مساحة اللوحة الزائدة مع الاحتفاظ بحوالي خمسة ملليمترات من المواد على جانبي الخرزة. اختر المنطقة المركزية لمصادرة الخرزة وقم بتنفيذ منحنى مكافئ يتناسب مع المقطع العرضي للبيانات في هذا الموقع.

ثم باستخدام منحنى القطع المكافئ المناسب ، حدد الامتدادات الجانبية للحبة عن طريق تقييم المنحنى عند إحداثيات X حيث تلتقي الخرزة بلوحة القاعدة عند أقصى ارتفاع لها. بعد ذلك ، قم بتقييم إحداثيات Y ، والتي تشير إلى ممتد الخرزة باستخدام تقنيات عتبة الارتفاع المماثلة. قم بإنشاء ملفات تعريف إنهاء على طرفي الخرزة باستخدام نفس شكل القطع المكافئ الذي تم نقله إلى مستوى XY.

الآن احسب المخطط الكامل للحبة من خلال تقييم جميع القطع المكافئ عند إحداثيات X و Y متعددة تغطي امتداد الخرزة بالكامل. ثم أضف هندسة الركيزة الأساسية عن طريق تحديد نطاقها الفعلي أو باستخدام أبعاد محددة مسبقا. ثم استخدم أدوات الربط في FreeCAD لتحويل مجموعة المقاطع العرضية المكافئة إلى هندسة صلبة ثلاثية الأبعاد واحدة.

يجب أن يكون هذا السطح مناسبا للاستيراد إلى بيئة تحليل العناصر المحدودة. ترجمة نقاط المخطط التفصيلي إلى نظام إحداثيات روبوت اللحام الأصلي. أولا ، أعد ضبط الخرزة إلى أصل نظام إحداثيات جديد.

ثم قم بتطبيق التحويل لاستعادة موضعه في الإطار الأصلي. استخدم وحدات الماكرو لتصدير الخرزة والركيزة كملفات STL وخطوات باستخدام النقاط الهندسية المحسوبة مسبقا. أخيرا ، قم بتصدير الهندسة الكاملة إلى تنسيق ملف مناسب لتحليل العناصر المحدودة ، مثل تنسيق INP.

اختياريا ، استخدم أداة NETGEN mesh FEM في FreeCAD لإنشاء الشبكة باستخدام دقة معتدلة بحد أقصى لحجم العنصر يبلغ 0.5 ملم و0.1 ملليمتر كحد أدنى. أدت مصفوفة التحويل المطبقة على مواقع المجال الائتماني إلى مجموعات نقاط متداخلة ومتميزة بشكل واضح بين أنظمة الإحداثيات. أظهرت أنصاف الأقطار المقاسة للمجالات الإيمانية باستخدام الماسح الضوئي بالليزر تقلل من التقدير الطفيف المتسق مقارنة بتقنيات آلة قياس البحث والإحداثيات.

تراوح الخطأ الموضعي للماسح الضوئي بالليزر في تحديد المسافات بين الكرات الإيمانية من 1.30 ملم إلى 2.05 ملم ، بينما ظلت أخطاء العثور على الحواف الإلكترونية وCMM أقل من 0.1 ملم. تم استيراد هندسة حبة اللحام الكاملة المتشابكة النهائية بنجاح إلى برنامج تحليل العناصر المحدودة.