基于视觉传感的焊缝跟踪系统的研究

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精确的焊缝跟踪是保证焊接质量的关键。在实际焊接中,焊接环境非常恶劣,焊接条件经常发生变化,会使焊炬偏离焊缝,影响焊接质量。因此,需要寻找一种可靠性高、适应性强的传感手段以适应各种不同的焊接条件和环境。  目前,成功应用于焊缝跟踪的传感技术主要有接触式传感、电弧传感和视觉传感。与其他传感相比,视觉传感具有诸多优点,基于视觉传感的焊缝跟踪技术是目前国内外在焊接自动化领域内的研究热点之一。  本文基于激光结构光三角测量原理,利用激光视觉传感器、微控制器、执行机构建立了一套三轴并带有辅助轴的焊缝跟踪控制系统,以实现实时、精确的焊缝跟踪功能为目标对跟踪系统进行了相关研究。  本文利用Servo-Robot MINI-i/60激光视觉传感器搭建了基于激光结构光的焊缝位置信息获取平台,从跟踪系统的实时性需求、传感系统和控制器之间信息传输的正确可靠性角度,设计完成了二者之间的通讯方案,试验表明,系统能够准确可靠的获取焊缝中心位置信息,为系统实现正确跟踪提供了基础性保障。基于弧焊作业对焊接运动控制的基本要求、结合本系统的特点,本文采用了位置控制模式和半闭环控制方式,并对系统坐标系进行了设定。本文根据弧焊应用的特点,采取了传感器前置式安装方式,焊枪与传感器存在前视距离,通过对前视距离下跟踪过程分析的基础上,本文采用了定距离跟踪算法,即焊枪每经过固定距离进行一次调整。基于获取的焊缝中心位置信息,利用跟踪算法,计算出焊枪当前位置与坡口中心的偏差量,利用PWM产生相应的脉冲量,根据跟踪轨迹的生成原理,伺服机构带动焊枪完成纠偏动作。根据系统跟踪过程流程需要,本文还开发了焊枪调整和TCP复位等辅助功能。  本文通过对纠偏过程中系统任务处理过程的具体分析,提出了保证系统正确跟踪的条件,从而进一步分析得出制约跟踪系统的最大焊接速度的因素;通过对影响系统实时性因素的分析,本系统的传输速率和传感器的处理速度能够满足焊枪调整的实时性需求;通过对影响跟踪精度的因素分析,将误差分为积累性误差和非积累性误差,利用MATLAB软件对积累性误差进行了仿真,由仿真结果可得:在保证调整距离满足实时性要求且传感器采集坡口中心位置信息不受弧光干扰的前提下,减小前视距离可以提高焊缝跟踪精度。  通过对影响跟踪精度的因素分析和实验验证表明,系统跟踪精度可控制在±0.5mm以内。  
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