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焊接机器人焊缝跟踪技术的发展状况及趋势

发布日期:2020-05-07 来源:admin 点击:

  焊缝跟踪作为一门概括性应用技术,具备多学科交叉配备的特点,包含电子技术、计算机、焊接、结构、质料、流体、光学、电磁等学科,国表里浩繁钻研兼职者投入到这一平台进行钻研,从示教型焊接机器人到程序控制焊接系统,再到挪动式自动焊缝跟踪技术,焊接自动化的每一次前进都显著进步了生产效率。焊接技术的自动化、柔性化与智能化是未来焊接技术开展的势必趋向。

  1 焊缝跟踪传感器的开展状况

  传感器是焊缝自动跟踪系统的环节片面。其作用是检验出焊缝的位置和形状消息并转化为电灯号。控制系统才气对灯号进行处理,并凭据检验结果控制自动调治机构调整焊枪位置,从而实现焊缝自动跟踪。

  弧焊用传感器普通可分为直接电弧式、触碰式和非触碰式三大类。按兼职道理可分为机器、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。以下是几种多见的焊缝跟踪传感器:

  触碰式传感器是非常先使用的传感器,其特点为不受电弧搅扰、兼职可靠、成本低,曾在生产中得到宽泛应用,但由于跟踪精度不高、磨损大、易变形,不适用于高速焊接,目前正在被其余传感技巧取代。

  声学传感器尤其是超声波传感器结构简单、精度高、费用便宜。超声波传感器由超声波发生及汲取装置组成。超声波传感器的测量精度要紧取决于超声波的频率,频率越高,误差越小,普通超声波的频率在1.25-2.5 MHz。超声波传感器不怕焊接中的电磁、光、烟尘搅扰,但容易受到噪声搅扰,对噪声相对敏感,如在CO2气体护卫焊等焊接技巧的应用中有一定的限制。

  电弧传感器的兼职道理是在焊接过程中,当焊枪与工件之间的相对位置发生变更时,会引起电弧电压和电流的变更,这些变更都能够作为特性灯号被提掏出来实现焊枪高低和摆布两个方向的跟踪控制。

  电弧传感器以电弧自己为传感器, 结构简单,方便灵活,不受弧光、磁场、飞溅、烟尘等搅扰,具备响应快、精度高、抗搅扰强等特点。但焊枪的摆动或旋转机构相对复杂,电弧各参数间耦合性很强,现实得到的波形未到达预期的效果,故需求对所得的数据进行滤波,并凭据大量的经验来断定控制量。对于无对称侧壁或基础无侧壁的讨论形式,现有的传感器则不能够识别。

  光电传感器精度高、再现性好,能够实现对坡口形状、宽度和截面的检验和焊缝跟踪,为焊接参数的自顺应控制提供依据。光电传感器又能够分为基于分立光电元件的单点式光电传感器和能够获取坡口图像消息的视觉传感器。

  视觉传感器接纳的光电转换器件非常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);应用至多的是结构非常复杂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,代表着目前传感器开展的较新阶段,因而应用日益宽泛。在焊接机器人种种视觉传感器中,CCD传感器因其性能可靠、体积小、费用低、图像清楚直观而受到了普遍重视。凭据焊接机器人视觉焊接系统的兼职方法不同,可将用于焊接机器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技巧,直接拍摄电弧式则属于被动视觉技巧。

  2 智能控制技巧在焊缝跟踪中的开展应用状况

  现代智能控制即是要紧行使人的操纵经验、常识和推理规律,同时行使控制系统所提供的某些消息得出响应的控制动作,以到达预期控制目的的一种控制技巧。在焊缝跟踪系统中, 开展应用状况以下:

  2.1 含混控制技巧在焊缝跟踪中的开展应用状况

  含混控制是吸收了人的头脑具备含混性的特点,使用含混数学中的从属函数、含混关系、含混推理和计划等对象得出控制动作。含混控制非常突出的好处是无需建立控制系统的数学模型,其控制计划表和控制规律是凭据经验预先总结出来的。凭据控制规律,误差及误差变更率的含混子集产生控制计划表,经历计划表的直接盘问,可得到每一时刻应施于控制系统的控制动作,从而到达及时控制的目的。在含混控制中,需求建立含混控制规律表,普通经历总结现实控制经验并经由含混推理得到。

  早在1985年,保加利亚的D.Lakov 提出用含混模型形貌弧焊过程的不断定性,借助于配置的非触碰式激光传感器,它能按示教内容对焊缝进行跟踪,试验结果评释,接纳含混集观点能够进行在线评估、预测和控制。

  日本的S.Murakami等人研制了基于含混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鉴别焊点的程度和垂直位移,凭据语言规律设计了含混滤波器和含混控制器,控制效果非常好。

  国内北京团结大学的曹丽婷设计的系统中应用新一代激光焊缝传感器测量焊缝的位置,并接纳Fuzzy-P双模分段控制进行焊缝的纠偏,获取较好的试验效果。

  2.2 人工神经网络控制技巧在焊缝跟踪中的开展应用状况

  人工神经网络控制是在钻研人脑结构和功效的基础上,经历简化、抽象和模仿,建立神经网络模型,再经历响应的计算机系统,实现反映人脑结构和功效来处理疑问的过程控制。目前,应用非常广、根基头脑非常直观的是误差传播神经网络及BP网络,BP网络的特点是进行误差逆传播,即凭据网络的有望输出与网络现实输出之差的误差灯号,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, 经历样本的频频练习并朝削减偏差的方向点窜权值,直到到达写意的精度为止。

  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取焊缝的形状数据,试验结果评释此系统具备较强的鲁棒性,能有效地进行焊缝跟踪