文档介绍：湘潭大学
硕士学位论文
光电传感器式焊缝自动跟踪系统的研究
姓名:尹懿
申请学位级别:硕士
专业:材料加工工程
指导教师:洪波
20040601
摘要论文设计并研制了一套光电传感器式焊缝自动跟踪系统,该制造业的不断发展,对自动化焊接与机器人焊接技术提出了更高的要求。作为焊接自动化的重要内容,焊缝自动跟踪在焊接生产中具有非常重要的作用。系统由光电传感器、控制系统和执行机构等组成,并根据系统的要求开发了基于テ母傧低橙砑本文通过大量的实验,针对光电传感器在材料表面状态不同时输出信号相差较大而导致跟踪失败的现象,提出采用加权比较的信号处理方法,提高了传感器的精度。在分析前人工作的基础上,本文提出了一种传感器旋转摆动模型。经过理论分析,建立了相应的数学模型,并在此基础上设计了符合系统要求的模糊控制系统。仿真研究表明,该模型不仪简单可靠,而且跟踪精度高。采用模糊控制技术,进一步提高了系统的稳定性与精度。在传感器前置的条件妇嬷葱卸鞯难邮笔且桓龈丛拥难题。本文提出的一种定义状态数据存储空间的方法有效地解决了该问题。通过采用该方法,不仅大大简化了控制程序,而且提高了系统精度。实际焊接实验表明,作者研制的光电传感器式焊缝自动跟踪系统达到了设计要求,成本低、性价比高,具有较高的实际应用价值。关键词:焊缝跟踪;光电传感器;模糊控制;单片机
甌.,..瓵,猻瓵琹瓵.,,..
篠;;
引言第一节课题指导思想在金属制造业中,焊接是仅次于装配和机械加工的第三大产转化为最终的产品。自现代焊接技术问世以来,焊接生产的机械减少~半,而实心焊丝和药芯焊丝的用量则显著增加了。这些数缝的问题。由此可见,随着现代焊接生产的自动化程度越来越高以及机器人焊接技术的发展,对焊缝自动跟踪技术的需求也越来⑻岣吆附又柿的变形事先也难以预料,因此给定轨迹的目标控制虺绦蚩刂首选目标。一代示教再现式机器入!埃淙徽庵只魅四芄煌瓿纱罅康闹馗性的工作,具有简单、直观、易予操作和重复定位精度高等优点,但当变更工件的种类时,必须更换工装,这在小批量、多品种的业。在工业发达国家,每年钢铁产量的%以上要通过焊接才能化、自动化和机器人化一直在不断发展之中。据统计,日本在年共有焊接工人名,而年减少为名,年则为名,大约每年减少~%的焊接工人数“‘。而日本工业机器人协会的统计表明,至年,在日本生产和销售的弧焊机器人已达到台,点焊机器人为台。对焊接材料用量的统计也显示,过去大约每年手工药皮焊条的用量据表明,在过去的二多年中,焊接工作不断地由手工操作转为自动、半自动焊接乃至机器人焊接。手工焊接的场合依靠人的眼睛和手的配合来跟踪焊缝,而在自动焊接的场合则需要解决焊接熔池虻缁始终对准待焊焊越迫切,这主要表现在三个方面拒由于待焊工件存在下料加工及装配的误差,焊接热过程引起方式己无能为力,具有焊缝自动跟踪能力的自适应系统自然成为在机器人焊接领域,国内外使用的弧焊机器人大多数仍是第
生产中必然会造成成本过高的。司题。而且,由于焊接是一种热加过程中很可能会产生热变形,或者由于大型焊件的焊缝开口一致性不好,可能会导致实际的焊道偏离了预先示教的轨迹,此时,示教再现法就难以保证焊接质量。因此,虽然示教反馈式的传统型机器人己经有所应用,但是在精度要求更高和产品经常变化的场合是不合适的。因此需要研究开发能灵活移动,具有一定智能的焊接机械,以适应不同结构、不同的地点的焊接任务“。。所以有必要加入自动跟踪装置以增强它们的适应性,发展配带传感器、智能化更加灵活的制造系统的需求非常迫切。⒏纳坪附庸と斯ぷ魈跫由于焊接过程产生强烈的热、烟尘和弧光,导致现场工作环境非常恶劣,对工人的体能消耗很大,而且焊接现场的空气污染、电磁污染和强烈的弧光辐射会对工人的健康造成危害。采用自动化、机器人化的焊接系统是将人从手工焊接的恶劣环境中解放出来的根本途径。在发达国家,手工焊接仍占%左右,而在我国则高达%以上。未来这一部分由手工操作的焊接工作将由自动化焊接装置来完成。由此可见,自动焊接装置和工业机器人在焊接领域的应用有着非常广阔的前景,进而催生了对焊缝自动跟踪⑻岣呱手工焊接的效率很低。据统计,工人实际焊接的时间不足其工作时间的%“。,而且手工焊接质量受操作者人为因素的影响很大,不能维持产品质量的稳定。毫无疑问,自动焊接系统的生产效率远远高于手工焊接,而采用焊缝自动跟踪系统的自动焊接系统又可大大提高焊接生产效率。这是因为与示教型和程序控制焊接系统相比,它省去了繁重的示教工作或事先的编程工作,也降低了对工件加工精度和装配精度的要求,从而降低了焊接准备时间,提高了整个系统的生产效率。特别是对于曲线焊缝,示教型焊接机器人为了保证示教轨迹的精度,示教的点数要求较多,为工工艺过程,一些尺寸较大、刚性较差绫“的工件在焊接系统的需求。