电弧传感器焊缝跟踪系统

　　图3 PID控制器仿真结果图

　　3、电弧传感焊缝跟踪技术

　　3.1 焊缝跟踪的实现

　　以旋转电弧传感器为例，旋转电弧传感器将一周的焊炬运动离散为64个点，经过霍尔传感器的采集之后送给A/D转换器件以提取各点的电流值。对这些电流值的分析得到当前焊枪下的焊道的信息，当焊缝的左右偏差和高低变化的数值计算出来后，通过固高公司生产的四轴运动控制器来控制小车车体和十字滑块的协调运动，运动器的核心是ADSP2181数字信号处理器，实现高性能的控制计算，包括实时轨迹规划，位置，速度或加速度控制，主机命令处理和本身I/O管理，实现焊缝的精确跟踪。

　　3.2 控制设计

　　3.2.1控制方法

　　整个控制系统采用模糊控制、PI控制、bang-bang控制相结合的方法：设置两个不同的阈值，在误差超过大阈值时用bang-bang控制;小于大阈值而大于小阈值时用FUZZY，在误差接近0时用PI方法，加入积分以消除最终误差。

　　a 模糊控制

　　当大于大阈值值而大于小阈值的时候，采用模糊控制，取偏差e和偏差的变化ec作为作为模糊控制的输入量，经模糊推理后得到输出的控制量。根据模糊控制规则表，制定出合适的论域，然后我们就可以用重心法解模糊求出控制量U。

　　b PI控制

　　当系统偏差很小时采用PI控制，取偏差e作为输入量，则根据PI控制算法得到控制量U的计算公式如下：

　　U(k)=U(k-1)+Kp*(e(k)-e(k-1))+Ki*e(k)　(3)

　　c bang-bang控制

　　当系统的偏差很大时采用bang-bang控制，取偏差e和偏差的变化ec作为输入量，根据bang-bang控制的算法，我们可以得到控制量U。

　　3.2.2控制器结构

　　图4 控制器结构图

　　设计了FUZZY、FUZZY-P及FUZZY-PI等多种控制方法在水平直线V字焊缝上进行多次实验。旋转电弧能够进行弯曲焊缝的跟踪。

　　4、电弧传感器技术的应用状况

　　电弧传感器已经成为近些年来焊接自动跟踪发展的热点,同时随着计算机技术及模糊数学等相关学科的发展，旋转电弧传感器已经步入实用的阶段，如清华大学研制的旋转电弧传感器应用于东风汽车公司的汽车贮气筒环缝的自动焊中。南昌大学将高速旋转电弧传感器安装在焊接机器人上实现了焊缝的自动跟踪。而国外电弧传感器的应用较为成熟和广泛，如德国CLOOS的ROMAT 76SW型机器人和日本松下的Pana—Robo型机器人就安装了摆动式电弧传感器,韩国的HANGIL Autowelding公司生产的旋转电弧传感器可用于弧焊机器人和自动焊中。以上说明电弧传感器是有着广泛的应用前景的。

　　5、结束语

　　随着电子技术、智能技术、网络技术、机器人技术等的进一步发展，焊缝跟踪技术将要沿着网络化、智能化的方向发展。电弧传感器术将在焊缝跟踪技术中得到更加广泛的应用。