光學(xué)式跟蹤系統(tǒng)

1、前言第1頁(yè)共34頁(yè)石油管道焊接成形光學(xué)式跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)石油管道焊接成形光學(xué)式跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1前言前言1.1研究指導(dǎo)思想研究指導(dǎo)思想在金屬制造業(yè)中，焊接是僅次于裝配和機(jī)械加工的第三大產(chǎn)業(yè)。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，每年鋼鐵產(chǎn)量的40%以上要通過(guò)焊接才能轉(zhuǎn)化為最終的產(chǎn)品。自現(xiàn)代焊接技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，焊接生產(chǎn)的機(jī)械化、自動(dòng)化和機(jī)器人化一直在不斷發(fā)展之中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(jī)器人協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)表明，至1990年，在日本生產(chǎn)和銷售的弧焊機(jī)器人已達(dá)到9563臺(tái)，點(diǎn)焊機(jī)器人為5378臺(tái)。對(duì)焊接材料用量的統(tǒng)計(jì)也顯示，過(guò)去大約每10年手工藥皮焊條的用量減少一半，而實(shí)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(guò)去的二十多年中，焊接工作不斷地由手工操作轉(zhuǎn)為自動(dòng)、半自動(dòng)焊接乃至機(jī)器人焊接。手工焊接的場(chǎng)合依靠人的眼睛和手的配合來(lái)跟蹤焊縫，而在自動(dòng)焊

3、接的場(chǎng)合則需要解決焊接熔池（或電弧）始終對(duì)準(zhǔn)待焊焊縫的問(wèn)題。由此可見，隨著現(xiàn)代焊接生產(chǎn)的自動(dòng)化程度越來(lái)越高以及機(jī)器人焊接技術(shù)的發(fā)展，對(duì)焊縫自動(dòng)跟蹤技術(shù)的需求也越來(lái)越迫切，這主要表現(xiàn)在三個(gè)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(guò)程引起的變形事先也難以預(yù)料，因此給定軌跡的目標(biāo)控制（或程序控制）方式己無(wú)能為力，具有焊縫自動(dòng)跟蹤能力的自適應(yīng)系統(tǒng)自然成為首選目標(biāo)。在機(jī)器人焊接領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外使用的弧焊

4、機(jī)器人大多數(shù)仍是第一代示教再現(xiàn)式機(jī)器人，雖然這種機(jī)器人能夠完成大量的重復(fù)性的工作，具有簡(jiǎn)單、直觀、易于操作和重復(fù)定位精度高等優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)變更工件的種類時(shí)，必須更換工裝，這在小批量、多品種的生產(chǎn)中必然會(huì)造成成本過(guò)高的問(wèn)題。而且，由于焊接是一種熱加工工藝過(guò)程，一些尺寸較大、剛性較差（如薄板）的工件在焊接過(guò)程中很可能會(huì)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(huì)導(dǎo)致實(shí)際的焊道偏離了預(yù)先示教的軌跡，此時(shí)，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(jī)器人己經(jīng)有所應(yīng)用，但是在精度要求更高前言第3頁(yè)共34頁(yè)圖11焊接傳感器用途的感器用途的調(diào)查統(tǒng)計(jì)調(diào)查統(tǒng)計(jì)焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)研究中首要解決的問(wèn)題是焊縫位置的實(shí)時(shí)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(gè)系統(tǒng)跟蹤精度的首要因素。最近十年來(lái)，焊縫跟蹤技術(shù)的研究、應(yīng)用得到了飛速的發(fā)展，尤其是焊縫傳感技術(shù)己從簡(jiǎn)單的機(jī)械接觸、電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒘扛蟆⒕_度更高的電弧傳感、光電（視覺(jué)）傳感等

6、方式，同時(shí)計(jì)算機(jī)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。按其作原理通常可分為接觸式和非接觸式。具體來(lái)說(shuō)，常用的焊縫跟蹤傳感器有機(jī)械（電子）式、電弧傳感式、超聲波、電磁式和光電（視覺(jué)）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(hào)來(lái)檢測(cè)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