焊接机械人焊缝跟踪技术的生长状况及趋势
宣布日期：2017-07-27 作者： 点击：
焊接机械人焊缝跟踪技术的生长状况及趋势
[时间：2010-04-15]
焊缝跟踪作为一门综合性应用技术，具有多学科交叉融合的特点，包括电子技术、盘算机、焊接、结构、质料、流体、光学、电磁等学科，海内外众多研究事情者投入到这一领域进行研究，从示教型焊接机械人到程序控制焊接系统，再到移动式自动焊缝跟踪技术，焊接自动化的每一次进步都显著提高了生产效率。焊接技术的自动化、柔性化与智能化是未来焊接技术生长的一定趋势。
1 焊缝跟踪传感器的生长状况
传感器是焊缝自动跟踪系统的要害部分。其作用是精确检测出焊缝的位置和形状信息并转化为电信号�？刂葡低巢呕孕藕沤写�，并凭据检测结果控制自动调理机构调解焊枪位置，从而实现焊缝自动跟踪。
弧焊用传感器一般可分为直接电弧式、接触式和非接触式三大类。按事情原理可分为机械、机电、电磁、电容、射流、超声、红外、光电、激光、视觉、电弧、光谱及光纤式等。以下是几种常见的焊缝跟踪传感器：
接触式传感器是最早使用的传感器，其特点为不受电弧滋扰、事情可靠、本钱低，曾在生产中获得广泛应用，但由于跟踪精度不高、磨损大、易变形，不适用于高速焊接，目前正在被其他传感要领取代。
声学传感器尤其是超声波传感器结构简单、精度高、价格自制。超声波传感器由超声波爆发及接收装置组成。超声波传感器的丈量精度主要取决于超声波的频率，频率越高，误差越小，一般超声波的频率在1.25-2.5 MHz。超声波传感器不怕焊接中的电磁、光、烟尘滋扰，但容易受到噪声滋扰，对噪声比较敏感，如在CO2气体�；ず傅群附右斓挠τ弥杏幸欢ǖ南拗�。
电弧传感器的事情原理是在焊接历程中，当焊枪与工件之间的相对位置爆发变革时，会引起电弧电压和电流的变革，这些变革都可以作为特征信号被提取出来实现焊枪崎岖和左右两个偏向的跟踪控制。
电弧传感器以电弧自己为传感器, 结构简单，便当灵活，不受弧光、磁场、飞溅、烟尘等滋扰，具有响应快、精度高、抗滋扰强等特点。但焊枪的摆动或旋转机构比较庞大，电弧各参数间耦合性很强，实际获得的波形未抵达预期的效果，故需要对所得的数据进行滤波，并凭据大宗的经验来确定控制量。关于无对称侧壁或基础无侧壁的接头形式，现有的传感器则不可识别。
光电传感器精度高、再现性好，可以实现对坡口形状、宽度和截面的检测和焊缝跟踪，为焊接参数的自适应控制提供依据。光电传感器又可以分为基于分立光电元件的单点式光电传感器和能够获得坡口图像信息的视觉传感器。
视觉传感器接纳的光电转换器件最简单的是单位感光器件，如光电二极管等；其次是一维的感光单位线阵, 如线阵CCD（电荷耦合器件）；应用最多的是结构最庞大的二维感光单位面阵，如线阵CCD是二维图像的通例感光器件，代表着目前传感器生长的最新阶段，因而应用日益广泛。在焊接机械人种种视觉传感器中，CCD传感器因其性能可靠、体积小、价格低、图像清晰直观而受到了普遍重视。凭据焊接机械人视觉焊接系统的事情方法差别，可将用于焊接机械人视觉焊缝跟踪系统的视觉传感器分为3种：结构光式、激光扫描式和直接拍摄电弧式。其中，结构光式和激光扫描式属于主动视觉要领，直接拍摄电弧式则属于被动视觉要领。
2 智能控制要领在焊缝跟踪中的生长应用状况
现代智能控制就是主要利用人的操作经验、知识和推理规则，同时利用控制系统所提供的某些信息得出相应的控制行动，以抵达预期控制目的的一种控制要领。在焊缝跟踪系统中, 生长应用状况如下：
2.1 模糊控制要领在焊缝跟踪中的生长应用状况
模糊控制是吸收了人的思维具有模糊性的特点，使用模糊数学中的隶属函数、模糊关系、模糊推理和决策等工具得出控制行动。模糊控制最突出的优点是无需建立控制系统的数学模型，其控制决策表和控制规则是凭据经验预先总结出来的。凭据控制规则，误差及误差变换率的模糊子集爆发控制决策表，通过决策表的直接盘问，可获得每一时刻应施于控制系统的控制行动，从而抵达实时控制的目的。在模糊控制中，需要建立模糊控制规则表，一般通过总结实际控制经验并经过模糊推理获得。
早在1985年，保加利亚的D.Lakov 提出用模糊模型描述弧焊历程的不确定性，借助于配置的非接触式激光传感器，它能按示教内容对焊缝进行跟踪，实验结果标明，接纳模糊集看法可以进行在线评估、预测和控制。
日本的S.Murakami等人研制了基于模糊控制的焊缝跟踪系统，该控制系统凭据焊枪的振幅位置同焊丝与工件的距离关系判别焊点的水平和笔直位移，凭据语言规则设计了模糊滤波器和模糊控制器，控制效果很好。
海内北京联合大学的曹丽婷设计的系统中应用新一代激光焊缝传感器丈量焊缝的位置，并接纳Fuzzy-P双模分段控制进行焊缝的纠偏，获得较好的实验效果。
2.2 人工神经网络控制要领在焊缝跟踪中的生长应用状况
人工神经网络控制是在研究人脑结构和功效的基础上，通过简化、笼统和模拟，建立神经网络模型，再通过相应的盘算机系统，实现反应人脑结构和功效来处理问题的历程控制。目前，应用最广、基本思想最直观的是误差流逼真经网络及BP网络，BP网络的特点是进行误差逆流传，即凭据网络的希望输出与网络实际输出之差的误差信号，由输出层经中间层向输入层逐层修正连接权及各单位的输出阈值，BP算法再求误差函数的极小值, 通过样本的重复训练并朝减少偏差的偏向修改权值，直到抵达满意的精度为止。
日本的Y.Suga等人将神经网络运用到焊缝跟踪中，在该系统中接纳了视觉传感器并用神经网络进行图像处理以获得焊缝的形状数据，实验结果标明此系统具有较强的鲁棒性，能有效地进行焊缝跟踪。
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