数字化旋转电弧焊缝跟踪系统的研究

• 作 者: 李湘文
• 机 构: 湘潭大学
• 出 处: 湘潭大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 焊缝跟踪 电弧传感器 特征向量 小波变换

我国当前的焊接行业大多是采用传统的手工焊、半自动焊,它们都存在着生产劳动强度大、焊接质量不稳定、劳动效率低、对熟练工人的依赖性强,特别是对焊缝工件进行大批量焊接生产,自动化水平低,焊缝跟踪效果差。针对这些缺点,引入旋转电弧作为焊缝跟踪的传感器,经过运算处理从中提取具有实际电流本质特性的信号,从而达到焊缝的识别,最终实现高精度的焊缝跟踪系统。本文首先在现有轮式机器人实体结构基础上,根据不同的建模思想建立焊缝切线法、机构简化法和通用运动学模型三种运动学模型,为轮式机器人控制方法研究提供不同的模型方案。其次,利用MATLAB/Simulink仿真功能对轮式机器人的运动件和旋转电弧传感器的电机分别进行控制仿真,理想的仿真结果为后续软硬件控制实现提供参考。然后,在电弧信号的处理上,通过分析多种不同的软硬件滤波方案,选择最适合轮式机器人系统的方案,同时为信号的横纵向特征向量提取提供去除噪声干扰的波形。在焊缝的识别方面,利用傅立叶变换对电弧信号的横向偏差进行识别,实现扫描电弧传感信号的频域分析,并提取反应坡口横向偏差信号的特征向量;对纵向偏差识别方面,本文首次采用小波的变换,提取小波的谐波幅值作为表征焊炬干伸长的大小,从而判断坡口纵向偏差的方向。最后,本课题设计并实现了组合式软件硬件滤波、电弧信号的傅立叶和小波的处理、基于CPLD的模糊控制方法、并开发出以DSP和CPLD控制为核心、单片机为控制面板的数字化弧焊机器人焊缝跟踪系统。通过实验,实现多种焊接坡口、多种焊接方法的焊缝自动跟踪,对本文设计的数字化旋转电弧焊缝跟踪系统的可行性进行验证。