空间相贯曲线自动焊接中的轨迹控制

论文摘要

焊接在国民经济发展和国防建设中具有非常重要的地位和作用。焊接已经渗透到制造业的各个领域,广泛应用于锅炉、压力容器、核电设施、石油管道、化工冶金、航空航天、建筑、医疗器械、精密仪器和电子等行业中。现在中国已经成为世界主要的焊接大国,但是我国焊接设备制造业起步较晚,焊接设备的自动化程度低,跟英、美、德、法、意和日本等世界工业发达国家之间的差距较大。空间相贯曲线是一种常见的复杂曲线,这类曲线的自动焊接是人们研究的热点和难点。在空间相贯曲线的自动焊接数控技术方面,大多靠引进美、德、奥地利等国的焊接数控设备,我国还没有掌握其关键技术,因此发展具有中国自主知识产权的空间相贯曲线数控自动焊接关键技术与产品是当前的迫切任务。焊缝曲线的准确描述是自动焊接的第一步,对保证焊接精度起着的非常关键的作用。本文在分析了空间解析几何学求焊缝曲线方法的局限性后,提出了采用B样条曲线算法拟合焊缝曲线,得到的是空间相贯线焊缝的参数表达式。采用MATLAB分析了B样条曲线拟合方法的精度。插补算法是数控系统的核心技术之一,高速、高精度的插补算法一直是学者们追求的目标。插补算法的特性直接影响到数控系统的控制精度、速度及加工能力等。本文对焊缝曲线的插补方法进行了研究,在分析了现有插补算法的基础上提出了一种通用的B样条曲线插补算法。本文提出的B样条曲线插补算法可以应用于直角坐标系和非直角坐标系下的运动控制,是一种快速、高精度的插补算法。并且应用MATLAB对本文的焊缝插补算法进行了验证。本文在最后设计了自动焊接控制系统,包括硬件系统设计和软件系统设计两个部分。硬件系统以IPC作为平台,设计的硬件系统体系结构具有开放式、模块化和嵌入式的特点。在软件部分充分考虑算法的复杂度,采用简便快速的算法以提高算法速度,降低内存需求,设计了高效、高质量的VC程序。VC程序采用了分模块的设计思路,对于不同的功能分别设计相应的模块。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外自动化焊接数控系统的发展
• 1.2.1 我国焊接设备制造业的发展与现状
• 1.2.2 自动化焊接装备的发展
• 1.3 空间相贯曲线焊接技术的发展现状
• 1.4 空间相贯曲线自动焊接的关键技术
• 1.5 论文主要内容
• 第二章 空间相贯焊缝曲线的拟合
• 2.1 空间相贯曲线焊缝的形式多样性
• 2.2 获取焊缝表达式的方法简介
• 2.2.1 空间解析几何法
• 2.2.2 曲线拟合方法
• 2.3 B样条曲线拟合原理
• 2.3.1 B样条简介
• 2.3.2 B样条曲线的性质
• 2.3.3 重节点对B样条与B样条曲线的影响
• 2.3.4 B样条曲线的分类
• 2.4 B样条曲线插值的具体应用
• 2.4.1 三次均匀B样条曲线
• 2.4.2 准均匀B样条曲线的边界控制
• 2.4.3 B样条曲线插值
• 2.4.3.1 准均匀B样条曲线插值
• 2.4.3.2 均匀B样条曲线插值
• 2.5 仿真结果
• 第三章 B样条相贯曲线的插补算法
• 3.1 插补算法简介
• 3.1.1 脉冲增量插补法
• 3.1.2 数据采样插补法
• 3.2 现有B样条曲线插补算法
• 3.2.1 B样条曲线插补算法的研究意义
• 3.2.2 现有B样条曲线的插补原理
• 3.2.3 算法1——参数增量恒定插补算法
• 3.2.4 算法2——恒速进给插补算法
• 3.3 具有恒速进给特性的通用B样条曲线插补算法
• 3.3.1 算法思路
• 3.3.2 通用B样条曲线插补算法
• 3.3.3 算法推广
• 3.4 算法仿真结果
• 3.4.1 算法1和算法2的MATLAB仿真结果
• 3.4.2 验证本文提出的算法
• 第四章 自动焊接系统设计
• 4.1 概述
• 4.1.1 焊枪运动控制
• 4.1.2 焊接系统的控制方式
• 4.2 硬件系统设计
• 4.2.1 PC/104总线的优点
• 4.2.2 硬件模块介绍
• 4.3 系统软件设计
• 4.3.1 软件系统的功能设计
• 4.3.2 软件结构
• 4.3.3 软件实现
• 4.4 小结
• 第五章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表