焊接控制器对动停止数据采集关闭程序本章小结华中科技大学硕士学位论文型接头的焊缝实时测量与跟踪闭环控制技术型接头的焊缝偏差测量技术三维型接头的激光焊接质量和效率直接影响航空航天领域的发展速度和激光焊接技术的应用推广。般无约束情况下，高强铝合金型接头结构采用激光焊接时容易出现变形气孔裂纹和焊缝成形等问题，复杂三维型接头还存在加工路径难以确定，路径拟合精度低，变形量大等问题。目前,实现形焊缝焊接的设备存在严重不足维形焊缝复杂多变，必须灵活加工，且精度要求高，现有设备难以加工型接头的双路焊接要求两侧的焊接点必须同时对准焊缝，这在原有的约束条件上增加更大的难度，仅仅靠三维路径规划技术也难于满足要求在实际生产中,由于工件的加工安装误差,以及工件的热变形等,往往使示教路径偏离焊缝,导致工件焊接跑偏加工报废。针对以上三点提出的现有技术水平的不足，本文采用双侧焊接的双路跟踪补偿控制技术，能够实时测量焊接过程中产生的焊接偏差，并控制跟踪轴补偿该偏差。图视觉传感器的结构图三维型接头的焊接偏差测量技术是基于结构光的视觉传感器实现的。，该传感器由个工业用相机和个能够发射结构光的激光器组成，激光器与工业华中科技大学硕士学位论文用相机成个角度安装，该角度保证工件上的结构光在视觉范围之内，相机拍摄下方的结构光条纹，通过光学滤光片其他杂光例如电弧光，进入相机的仅有结构光频率段的光。视觉传感器的结构如图所示。视觉传感器是基于结构光的三角测量原理的传感器，拍摄到的是测量坐标系下的二维平面图像，而实际中的焊缝是机床坐标系下的三维位置信息。利用三角测量原理，可以把三维的空间坐标转换到平面的二维坐标中去，焊缝的测量坐标系与工件坐标系的关系如下图所示图测量坐标系与工件坐标系的关系传感器中的线结构光激光器打出的机构光，打在型接头的两侧，形成条空间折线，其中为三维焊缝上焊接点，机床坐标系下的位置坐标为同时相机将此结构光拍下，在视觉传感器在成像平面上形成的二维图像,根据三角测量原理，测量坐标系中焊接点图像坐标。为这样，把空间折线转化到图像上的平面折线，该转换过程遵循以下数学原理。将焊缝点位信息由三维机床坐标系转化至二维图像坐标系的数学转换模型如下式为华中科技大学硕士学位论文其中为平移矢量，为摄像机焦距，为与传感器安装角度相关的旋转矩阵式中为传感器安装位置在轴向的转角。以上两式中均经过安装位置的精确测量，相机内部的标定得到，将标定完成的参数代入上式，得到三维型接头的焊缝在图像测量坐标系下的位置，实际视觉测量图像如图所示。焊接点焊缝视觉测量区装夹区装夹区图视觉传感器测量图像华中科技大学硕士学位论文基于机器视觉的型接头双路跟踪补偿控制技术通过基于机构光的视觉传感器测量，得到焊接点在测量坐标系中的偏差，焊接偏差可以采用两种方式来实现跟踪补偿，即分解式和独立式，两种控制方式的控制框图如图所示。偏差分解式补偿原理是将测量系统反馈回来的偏差，通过控制算法，将计算结果分解到原有的运动轴上，与轨迹规划的结果叠加，形成新的焊接轨迹。偏差分解式补偿原理的有点是不需要额外的补偿轴，将测量的偏差结果通过分解的方式纠正原有轨迹，简化了机械结构，整个系统相对简单，缺点是需要单独的偏差分解模块，偏差分解的算法控制要求高，实时性高，且与原焊接轨迹的叠加需要额外的接口，对控制系统要求高。独立式偏差补偿原理是建立独立的偏差补偿机构，通过偏差测量技术，设立独立偏差分解式补偿原理焊缝测量反馈伺服驱动运动机构伺服驱动运动机构偏差分解初始焊接轨迹规划运动控制器偏差轨迹输出焊缝变形扰动偏差独立式补偿原理初始焊接轨迹规划运动控制器伺服驱动伺服驱动伺服驱动伺服驱动调节机构调节机构补偿控制器接口电路焊接轨迹输出测量反馈环节焊缝变形扰动图两种偏差补偿方式的控制原理框图华中科技大学硕士学位论文的补偿控制器，由补偿控制器完成对偏差的跟踪补偿，而三维焊接轨迹的执行依然在原有的控制器和机械结构上。分解式偏差补偿原理的优点是针对焊接偏差，独立设置的跟踪补偿系统能够在高实时性高控制精度下完成补偿，能满足高精度，大型系统的控制要求。鉴于以上原理说明，本系统采用分解式补偿原理，针对测量出的偏差独立设置补偿控制系统。在三向旋转头上安装两套十字滑台，两套十字滑台分别对型接头的两侧进行跟踪，十字滑台的两个轴即为轴轴，分别补偿焊缝偏差的偏差。补偿结构的机械结构如图所示。轴轴轴轴弧板十字滑台十字滑台三向旋转头图两侧跟踪补偿结构的机械结构图对补偿结构的控制系统，本平台采用跟踪补偿独立控制器，方面在对轴的控制上，与运动控制器分离，运动控制器负责三维路径的拟合，补偿控制器负责跟踪补偿控制，各自对相关电机进行控制另方面采用运动控制器的接口进行通信，使三维路径拟合和焊缝跟踪补偿结合起来，拟合路径的基础上增加补偿，提高精度，整个平台的跟踪补偿控制系统如图所示。华中科技大学硕士学位论文工控机运动控制器数字量模块进给轴伺服驱动单元双光束焊接机床本体位置检测装置进给电机十字滑台电机组跟踪补偿控制器输入输出装置焊缝位置检测传感器工控机多轴控制模块模拟量模块通信模块十字滑台电机组二焊缝位置检测传感器跟踪补偿轴驱动单元图跟踪补偿控制系统图两套焊缝位置检测传感器分别装在两路十字滑台上，两个激光焊头分别分布在两侧，激光束与筋板成定的角度。传感器的摄像机拍到条纹图像后，将图像信息发送给焊缝跟踪控制系统处理，经系统内部的图像处理算法，可输出两组每组十字滑台电机由两个电机控制，每个电机由路信号控制，共四路速度偏差模拟量信号，此信号送予运动控制器的模拟量模块，经用户设定参数后，修正多轴控制模块输出的电机速度信号，实现高精度焊缝跟踪。焊缝跟踪系统同焊缝位置检测传感器配合使用，最大的跟踪速度可以达到米分钟，路径的跟随精度可达。跟踪补偿系统的控制流程图如图所示。华中科技大学硕士学位论文焊接开始判断焊缝位置是否偏离是焊缝跟踪控制接口接受监测信号否输出十字滑台运动纠正信号双光束运动业集群在中国是个新现象。在世纪年代，只有少数研究开始关注产业集群这现象。王缉慈年描述了中国沿海地区的些集群的发展，并讨论了各自的特点，包括他们的本地化网络。他特别研究了偶然因素对集群形成的影响，并指出影响的强度取决于偶然因素导致的产业选择的致性，以及该地区的天然优势，和当地政府行之有效的政策。因此，政府的重要性得到了强调。第波产业集群起源于中国第次对外开放的世纪年代末和年代初。凭借者邻近港口和低廉的劳动力成本优势，许多香港纺织及服装公司在珠江三角洲的投资，并出现几个集群的纺织服装公司。这些集群快速增长，吸引了台湾的资本家，许多当地企业家也出现了。这些集群包括深圳它是目前中国最大的城市之，东莞类似深圳，但程度较低，虎门沙溪等。值得关注的是，长江三角洲的经济快速发展，活力四射。许多集体和私人所有企业逐渐建立，增长迅速。很多都是纺织和服装公司，它们的聚集成为种典型。以下是集群企业快速增长的原因首先，在资金和技术方面，纺织和服装行业的进入壁垒非常低。例如，在开始时，只需要个手动操作装置来针织袜或几台缝纫机。与此同时，急于离开土地的农民为纺织行业的发展提供了源源不断的廉价劳动力。随着企业的扩大，些精明的企业家雇用从国企退休的技术人员和熟练劳动力。这些企业大部分位于城镇。政府对这些企业的发展和运作采取非常灵活的政策。他们比国有企业少受笨拙规则和法规的限制，例如，他们并不需要和国企样必须给自己的员工提供所谓的铁碗，他们没有支付离退休职工的负担。另方面，这些企业对市场的变化非常敏感。因此，显得非常有竞争力。其次，当时中国处于计划经济时代，几乎所有的供应都不足。因此，纺织品和服装等消费品的需求强劲。同时，配合定的营销手段和营销技巧来销售产品。第三，因为这些企业都是城镇甚至乡村的农民企业家建立起来的，他们以身作则，成为了他人学习的榜样。后来的企业家纷纷开始效仿，用相同的方法，同样的产品，在同市场上出售。由于村民往往来自同个家庭，因而他们并没有把对方作为竞争对手，并在资金，技术方面帮助对方，甚至可以通过强烈的人脉关系为对方扩大客源。这些企业是纺织服装产业集群的根源。现在大部分的产业集群主要分布在这两个地区珠江三角洲和长江三角洲。前者是广东省，后者是浙江省和江苏省的南部地区。这些发生在中国最先进的地区在沿海，具具备完善的信息，通信和运输等方面的基础设施。事实上，大多数集群位于公路旁或非常靠近港口。同时，这些集群也很接近主要城市，特别是香港，广州和上海。目前，中国纺织和服装行业的结构发展特点表现为两个方向个是基于大城市的大型企业集团，具有营销和产品开发能力，往往能提供经营区域，甚至全球的供应链另种是许多基于小城镇的中小型企业集群，具有特色产品并发展迅速。中国技术进出口总公司，年。因此，产业集群现已成为在中国的纺织和服装行业发展的两翼之。案例分析我们对位于中国东部的江苏省吴江县的小镇盛泽进行了产业集群的行业调查。盛泽的丝绸生产的历史悠久，其农业兴起于中国开始经济改革的世纪年代末焊接控制器对动停止数据采集关闭程序本章小结华中科技大学硕士学位论文型接头的焊缝实时测量与跟踪闭环控制技术型接头的焊缝偏差测量技术三维型接头的激光焊接质量和效率直接影响航空航天领域的发展速度和激光焊接技术的应用推广。般无约束情况下，高强铝合金型接头结构采用激光焊接时容易出现变形气孔裂纹和焊缝成形等问题，复杂三维型接头还存在加工路径难以确定，路径拟合精度低，变形量大等问题。目前,实现形焊缝焊接的设备存在严重不足维形焊缝复杂多变，必须灵活加工，且精度要求高，现有设备难以加工型接头的双路焊接要求两侧的焊接点必须同时对准焊缝，这在原有的约束条件上增加更大的难度，仅仅靠三维路径规划技术也难于满足要求在实际生产中,由于工件的加工安装误差,以及工件的热变形等,往往使示教路径偏离焊缝,导致工件焊接跑偏加工报废。针对以上三点提出的现有技术水平的不足，本文采用双侧焊接的双路跟踪补偿控制技术，能够实时测量焊接过程中产生的焊接偏差，并控制跟踪轴补偿该偏差。图视觉传感器的结构图三维型接头的焊接偏差测量技术是基于结构光的视觉传感器实现的。，该传感器由个工业用相机和个能够发射结构光的激光器组成，激光器与工业华中科技大学硕士学位论文用相机成个角度安装，该角度保证工件上的结构光在视觉范围之内，相机拍摄下方的结构光条纹，通过光学滤光片其他杂光例如电弧光，进入相机的仅有结构光频率段的光。视觉传感器的结构如图所示。视觉传感器是基于结构光的三角测量原理的传感器，拍摄到的是测量坐标系下的二维平面图像，而实际中的焊缝是机床坐标系下的三维位置信息。利用三角测量原理，可以把三维的空间坐标转换到平面的二维坐标中去，焊缝的测量坐标系与工件坐标系的关系如下图所示图测量坐标系与工件坐标系的关系传感器中的线结构光激光器打出的机构光，打在型接头的两侧，形成条空间折线，其中为三维焊缝上焊接点，机床坐标系下的位置坐标为同时相机将此结构光拍下，在视觉传感器在成像平面上形成的二维图像,根据三角测量原理，测量坐标系中焊接点图像坐标。为这样，把空间折线转化到图像上的平面折线，该转换过程遵循以下数学原理。将焊缝点位信息由三维机床坐标系转化至二维图像坐标系的数学转换模型如下式为华中科技大学硕士学位论文其中为平移矢量，为摄像机焦距，为与传感器安装角度相关的旋转矩阵式中为传感器安装位置在轴向的转角。以上两式中均经过安装位置的精确测量，相机内部的标定得到，将标定完成的参数代入上式，得到三维型接头的焊缝在图像测量坐标系下的位置，实际视觉测量图像如图所示。焊接点焊缝视觉测量区装夹区装夹区图视觉传感器测量图像华中科技大学硕士学位论文基于机器视觉的型接头双路跟踪补偿控制技术通过基于机构光的视觉传感器测量，得到焊接点在测量坐标系中的偏差，焊接偏差可以采用两种方式来实现跟踪补偿，即分解式和独立式，两种控制方式的控制框图如图所示。偏差分解式补偿原理是将