焊缝跟踪的实时跟踪控制算法

焊缝跟踪的控制算法
（一）理论模型
虚线 Y( t )为焊炬的跟踪调节曲线, 可视作系统执行机构的输出量,即 ：
()()t
Y t S t dt =⎰
传感器在焊缝坡口 B 点的偏移量e1（t ）实际上是 R ( t )曲线上B 点相对于 Y( t )上 A 点的偏差量,即
1()()()()()t e t R t Y t R t S t dt τ
τ-=--=-⎰
设焊接速度V ( mm/ s)，则焊接点 A 滞后检测点B 时间为：V
λ
τ= （s ）
再设()S τ是焊炬从t τ-时刻到t 时刻的调节量,即: ()()t
t S S t dt τ
τ-=⎰
则焊炬行走 时间后与坡口中心的实际误差应为:
()1()()1()()t
t e t e t S e t S t dt τ
τ-=-=-⎰
理论上 ,只要知道机械系统的传递函数,
()S τS 便可 知道 ,但实际系统 的传输 函数
往往很难准确得到,因此△S 直接求解比较困难
焊接起始点
实际焊缝的坡口中心曲线
焊枪的跟踪曲线
（二）由模型得出的简易控制算法
实际的焊缝跟踪过程中，视觉系统提供的位置偏差是经过传感器经过一帧一帧的图像采
集后，再经过一系列的图像处理，最终得出位置偏差信息提供给控制器。

因此，需做以下设定：
(1) 位置请求指令发送时间间隔和执行机构调整时间间隔同步； (2) 在每次位置请求时，在上一调整周期内焊枪已完成所需的调整量； (3) λ为采样间隔点的整数倍。

设O 点为初始参考点，O 0为焊枪开始纠正起始点，从O 点到O 0点，视觉传感器只做图像采集，焊枪并不进行跟踪，这一段距离属于“盲区”。

i e 为每次识别的坡口中心点与初始参考点之间的差值，i m 为每一步的焊枪实际跟踪量。

系统焊枪实时跟踪量m i 的算法为： 1
()
i i
i a i i a
m e
m ---=-∑ （ i=a ，a+1，
···，n ）
焊接方向
（三）根据简易控制算法得出的两种方案
第一种方案：焊接过程中，在焊接速度方向上，焊枪相对工件每移动固定的距离，完成一次调整，或者说，每移动固定的距离，控制器向传感系统发出一次位置请求指令。

设固定距离为L ，焊接速度为V ，T 为控制器向传感系统发出一次位置请求指令的间隔时间，则： L T V
=
1
()
i i
i a i i a
m e
m ---=-∑ （ i=a ，a+1，
···，n ） 此种算法优点：在焊接过程中，无论是低速还是高速，焊枪每次纠偏动作均是在X 方
向上固定距离内发生的，所以，对焊缝成形和焊接质量有较好的保证。

缺点：若焊接速度过高，则在单位时间内焊枪纠偏动作次数增大，即焊枪纠偏频率变高，不利于焊接机械设备的稳定甚至会损坏设备。

第二种方案：在焊接过程中，以固定的时间间隔控制器向传感系统发位置请求指令，设T 间隔时间为，T1为传感器处理每帧图像时间，T2为传感器与处理器之间数据传输时间及控制器处理数据时间之和；T3为伺服电机响应时间。

则满足123T T T T ≥++ 时，焊枪在T 时间内完成一次纠偏动作。

在前视距离λ内，焊枪滞后检测点时间V
λ
τ=（s ），根据请求时间间隔T ，可得请求次
数为:N T
τ
=
,即前视距离下，焊枪调整的次数a=N T
τ
=。

系统焊枪实时跟踪量m i 算法为：
1
()i i i a i i a m e m ---=-∑ （ i=a ，a+1，
···，n ； a=N T
τ
= ）
分析：
此种发方案缺点：跟踪精度受焊接速度影响较大，在高速焊接时，会影响焊接质量； 优点：焊枪纠偏动作频率固定，有利于系统稳定。