环形焊缝自动跟踪控制系统的研究

论文摘要

我国当前的焊接行业大多是采用传统的手工焊、半自动焊,它们都存在着生产劳动强度大、焊接质量不稳定、劳动效率低、对熟练工人的依赖性强,特别是对环形焊缝工件进行的大批量焊接生产,自动化水平低,焊缝跟踪效果差。针对这些缺点,本文重点分析了影响工件回转式环形焊缝自动跟踪效果的两个主要因素:一个是进给伺服系统的性能对系统稳定性和快速响应性的影响,另一个是信号采集与控制算法的设计方案。通过对上述问题的深入研究,总结出“多幅波形面积平均法”,把旋转电弧传感器所采集到的混有大量随机干扰信息的焊接电流,经过运算处理从中获得具有实际电流本质特性的信号。从在控制系统设计中,在保证焊接精度满足要求的前提下,设计出由3块单片机芯片组成核心的控制系统,其中主控单片机AT89C51负责对传感器所采集的信号按照预定算法进行分析处理,得到控制信号传送给从控单片机;两片从控单片机C8051分别对横向驱动机构和纵向驱动机构进行控制,从控单片机一方面接收来自主控单片机的控制指令,再一方面控制进给伺服系统动作实现焊缝跟踪。该控制系统不仅能实现本文所设计的算法,而且也使系统输出响应进一步加快,提高了时效性。该系统由于采用了技术先进的体积小、转动频率快的高性能旋转电弧传感器,一方面大大提高了焊缝跟踪效果,另一方面也提高了系统的抗干扰能力,尤其是对于大弧度的焊缝,效果更为明显。通过模型试验证明,本文设计方案是正确可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 焊接自动化技术的发展现状
• 1.2.1 国外焊接自动化技术的发展现状
• 1.2.2 国内焊接自动化技术的发展现状
• 1.2.3 焊缝自动跟踪技术现状
• 1.3 课题来源及主要研究内容
• 2 环形焊缝自动跟踪系统组成与分析
• 2.1 环形焊缝自动跟踪系统组成
• 2.2 自动跟踪系统机械传动机构设计
• 2.3 自动跟踪系统对进给伺服系统的设计要求
• 2.4 自动跟踪系统中进给伺服系统的组成及其数学模型建立
• 2.4.1 自动跟踪系统中进给伺服系统的组成
• 2.4.2 自动跟踪系统中进给伺服系统数学的模型建立
• 2.5 系统稳定性分析与研究
• 2.6 系统快速性分析与研究
• 2.7 本章小结
• 3 焊缝自动跟踪传感器及其控制原理研究
• 3.1 电弧传感器的现状
• 3.2 旋转电弧传感器理论模型的建立
• 3.2.1 旋转电弧传感器静态数学模型的建立
• 3.2.2 旋转电弧传感器动态模型的建立
• 3.3 旋转电弧传感器的信息处理及焊缝跟踪方法研究
• 3.3.1 旋转电弧传感器的信息处理分析
• 3.3.2 焊炬相对焊缝横向偏差信息处理
• 3.3.3 焊炬相对焊缝纵向偏差信息处理
• 3.4 本章小结
• 4 自动跟踪控制系统硬件设计
• 4.1 自动跟踪控制系统核心芯片选择
• 4.2 自动跟踪系统的单片机控制器设计
• 4.2.1 自动焊接系统控制器的工作原理分析
• 4.2.2 自动焊接系统中各芯片的选用
• 4.3 本章小结
• 5 自动跟踪控制系统软件设计
• 5.1 自动焊缝跟踪控制算法设计
• 5.1.1 焊枪水平跟踪调整的算法设计
• 5.1.2 焊枪高度跟踪调整的算法设计
• 5.2 自动跟踪控制系统软件设计
• 5.2.1 自动跟踪控制软件系统功能设置
• 5.2.2 自动跟踪控制系统软件编制
• 5.3 系统模拟试验
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录