光學式跟蹤系統(tǒng)

1、前言第1頁共34頁石油管道焊接成形光學式跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計石油管道焊接成形光學式跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計1前言前言1.1研究指導思想研究指導思想在金屬制造業(yè)中，焊接是僅次于裝配和機械加工的第三大產(chǎn)業(yè)。在工業(yè)發(fā)達國家，每年鋼鐵產(chǎn)量的40%以上要通過焊接才能轉(zhuǎn)化為最終的產(chǎn)品。自現(xiàn)代焊接技術(shù)問世以來，焊接生產(chǎn)的機械化、自動化和機器人化一直在不斷發(fā)展之中。據(jù)統(tǒng)計，日本在1975年共有焊接工人460930名，而1985年減少為335600名，1990年則為21

2、0800名，大約每10年減少27～37%的焊接工人數(shù)[1]。而日本工業(yè)機器人協(xié)會的統(tǒng)計表明，至1990年，在日本生產(chǎn)和銷售的弧焊機器人已達到9563臺，點焊機器人為5378臺。對焊接材料用量的統(tǒng)計也顯示，過去大約每10年手工藥皮焊條的用量減少一半，而實心焊絲和藥芯焊絲的用量則顯著增加了。這些數(shù)據(jù)表明，在過去的二十多年中，焊接工作不斷地由手工操作轉(zhuǎn)為自動、半自動焊接乃至機器人焊接。手工焊接的場合依靠人的眼睛和手的配合來跟蹤焊縫，而在自動焊

3、接的場合則需要解決焊接熔池（或電?。┦冀K對準待焊焊縫的問題。由此可見，隨著現(xiàn)代焊接生產(chǎn)的自動化程度越來越高以及機器人焊接技術(shù)的發(fā)展，對焊縫自動跟蹤技術(shù)的需求也越來越迫切，這主要表現(xiàn)在三個方面：1.1.1、提高焊接質(zhì)量、提高焊接質(zhì)量由于待焊工件存在下料加工及裝配的誤差，焊接熱過程引起的變形事先也難以預料，因此給定軌跡的目標控制（或程序控制）方式己無能為力，具有焊縫自動跟蹤能力的自適應系統(tǒng)自然成為首選目標。在機器人焊接領(lǐng)域，國內(nèi)外使用的弧焊

4、機器人大多數(shù)仍是第一代示教再現(xiàn)式機器人，雖然這種機器人能夠完成大量的重復性的工作，具有簡單、直觀、易于操作和重復定位精度高等優(yōu)點，但當變更工件的種類時，必須更換工裝，這在小批量、多品種的生產(chǎn)中必然會造成成本過高的問題。而且，由于焊接是一種熱加工工藝過程，一些尺寸較大、剛性較差（如薄板）的工件在焊接過程中很可能會產(chǎn)生熱變形，或者由于大型焊件的焊縫開口一致性不好，可能會導致實際的焊道偏離了預先示教的軌跡，此時，示教再現(xiàn)法就難以保證焊接質(zhì)量。

5、因此，雖然示教反饋式的傳統(tǒng)型機器人己經(jīng)有所應用，但是在精度要求更高前言第3頁共34頁圖11焊接傳感器用途的感器用途的調(diào)查統(tǒng)計調(diào)查統(tǒng)計焊縫自動跟蹤系統(tǒng)研究中首要解決的問題是焊縫位置的實時傳感，而這種位置信息的獲得很大程度上取決于傳感方式。因此，傳感器是決定整個系統(tǒng)跟蹤精度的首要因素。最近十年來，焊縫跟蹤技術(shù)的研究、應用得到了飛速的發(fā)展，尤其是焊縫傳感技術(shù)己從簡單的機械接觸、電磁感應轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒘扛?、精確度更高的電弧傳感、光電（視覺）傳感等

6、方式，同時計算機信息處理也成為必不可少的輔助手段。焊縫跟蹤的傳感器的分類如圖12所示。按其作原理通?？煞譃榻佑|式和非接觸式。具體來說，常用的焊縫跟蹤傳感器有機械（電子）式、電弧傳感式、超聲波、電磁式和光電（視覺）式等多種。圖12焊縫焊縫跟蹤的跟蹤的傳感器的分感器的分類電弧傳感器是直接利用焊接電弧的電流、電壓信號來檢測坡口位置，不需要附加傳感裝置，因此又稱為直接式傳感器；而其他的傳感方式均需要外加的傳感器件，稱為間接式傳感器。在各種傳感方