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铝合金脉冲MIG机器人焊接智能控制系统研究

石玗  
【摘要】:近年来,随着汽车、列车等运输装置向轻量化发展,铝合金焊接结构生产的自动化、智能化和信息化成为日益重要的研究课题,本文针对其中的一些关键问题进行了深入研究。 弧焊机器人用数控焊接变位机的研制对弧焊机器人柔性加工单元(WFMC)的设计具有重要的意义。本文设计了基于模糊规则的智能双模协调控制器,即采用PID控制器和模糊控制器的加权合成算法,控制过程中模糊控制器和PID控制器同时输出控制量,当控制误差较大时模糊控制器的输出权重较大,而当控制误差较小时PID控制器的输出权重较大,有效避免了变结构控制器切换过程中的震荡,实现了焊接变位机的高精度位置控制。论文对实时控制软件的结构设计和实时性要求进行了详细的理论分析,提出了基于DOS系统下的高精度数控焊接变位机多任务实时控制软件的设计与实现方法。利用工业控制计算机和单片机实现了示教盒、操纵杆和计算机键盘等三种示教装置,同时设计了一套包括程序控制指令、轨迹描述指令和I/O通讯指令的数控焊接变位机控制指令系统。进行了多种工件的焊接试验,试验表明该控制系统工作可靠,效果良好。 由于铝合金焊接过程中存在很多不确定因素,实时的检测和控制熔池动态过程是保证焊接质量的一种重要方法。本文建立了铝合金熔池图像检测视觉系统。通过窄带滤光结构,有效地克服了弧光干扰,并获得了比较清晰的铝合金MIG焊熔池图像。分析了铝合金MIG焊熔池图像特征,并提出了相应的熔池图像处理算法。针对传统图像处理算法的不足,提出利用形态学方法去除图像信号中的噪声、阴极雾化区等影响熔池特征提取的部分,获得了满意的熔池边缘图像,可以对熔池形状信息进行动态检测。在此基础上,设计了阶跃响应试验,利用曲线拟合法对基值电流、送丝速度、脉冲电流占空比、焊接速度与熔宽的模型分别进行了辨识,分析了它们对熔宽的影响规律,为铝合金脉冲MIG焊过程控制提供了理论依据。设计了适于铝合金脉冲MIG焊过程控制的模糊—专家控制系统,利用此系统成功实现了铝合金机器人脉冲MIG焊熔宽实时控制,通过控制焊接脉冲电流占空比和送丝速度获得理想的焊缝宽度。实验表明,利用建立的熔池图像检测和控制系统,通过提出的图像处理和控制算法,能够实现在铝合金MIG焊过程中实时、精确的控制熔池变化并获得一致的熔宽。 利用嵌入式网关结合单片机控制系统实现了数字电焊机的以太网接入,可以使作为现场生产单元的电焊机与目前基于以太网和TCP/IP协议的企业信息系统无缝集成。同时设计了网络电焊机管理系统,并利用SQL SERVER构建了基于web的焊接规范数据库和焊接生产过程监测数据库。整个系统可以实现焊接规范参数数据库的维护、电焊机参数远程监控和焊接规范的远程设置与网络化管理。


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