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在实际焊接过程中,因为各类不定因素的影响,导致焊接轨迹偏离焊缝,即形成焊缝偏差,从而对焊接质量产生影响。焊缝跟踪作为焊接自动化领域一项具有关键意义的技术,就是针对这个问题通过优化系统设备实现实时提取轨迹偏差并调节焊接轨迹。通常焊缝跟踪过程中,各轴根据各自偏差进行调节,可以很好地解决单轴的跟踪精度,然而焊缝位姿跟踪是多轴协调控制的结果,每个调节轴的跟踪误差不协调会直接体现到焊缝轮廓上。因此进一步研究以轮廓误差作为控制目标的焊缝位姿跟踪对提高焊接自动化水平有着重要意义。本文针对基于复合传感技术的GTAW过程,进行焊缝位姿跟踪的多轴耦合控制研究。设计了一套由被动视觉传感器和弧压传感器组成的复合传感系统实时获取全面可靠、清晰稳定的焊缝特征信息,及其对应的一套完整的图像和弧压信息的处理算法提取焊缝位姿偏差。另外基于固高平台设计了一套焊缝位姿调节系统及相关焊接件夹具。最后在Visual C++软件系统环境下采用多线程技术开发了一套焊缝跟踪系统软件,实现包含纵向、竖向位置及焊枪行走角的姿态的焊缝位姿的跟踪。首先针对焊缝跟踪系统的误差来源进行分析之后,建立了只有平动轴的焊缝位置跟踪和带转动轴的焊缝位姿跟踪情况下的轮廓误差计算模型。设计了一套针对轮廓误差的多轴耦合控制的焊缝位姿跟踪系统,由于轮廓误差不能直接进行控制,所以提出了相应的焊缝跟踪误差补偿量的成比例分配模型。此外设计了一套Fuzzy-P控制器,并通过MATLAB仿真试验验证其具有优良的性能。最后对两平动轴和带转动轴两种情况分别基于所开发的系统软件进行优化,得到含多轴耦合控制的焊缝位姿跟踪的系统软件。为验证焊缝跟踪系统及多轴耦合控制系统的实效性,分别利用有无所设计的多轴耦合控制系统在GTAW焊缝位姿跟踪系统进行薄板对接跟踪试验对比。试验结果表明,设计的焊缝位姿跟踪系统能够有效保证焊接质量,多轴耦合控制系统的应用使得焊缝位姿跟踪精度得到稳定提高,达到预期目标。