【正文】 1 1 2()( ) ( 1 ) ( 1 2 )()f vff affFzG z K z K z zMz ? ? ?? ? ? ? ? ? Notch Filter 陷波濾波器 濾波器廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中，主要用來(lái)消除噪聲、減小諧振、 降低混疊等，其中最常見的濾波器有低通濾波器、陷波濾波器，低通濾波器會(huì)通過(guò)引起增益穿越頻率處的相位滯后給系統(tǒng)帶來(lái)不穩(wěn)定性，相比較而言，陷波濾 波器帶來(lái)的影響小的多，本平臺(tái)采用陷波濾波器來(lái)消除上述影響。 位置環(huán)控制采用 PID + Feedforward + Notch Filter 位置控制技術(shù) 。 下位機(jī) PMAC 運(yùn)動(dòng)控制器的軟件構(gòu)架如圖 的運(yùn)動(dòng)控制部分軟件，功能主要有參數(shù)初始化、狀態(tài)掃描、邏輯控制 (PLC)、多軸運(yùn)動(dòng)控制、 G 代碼解釋。 “ 參數(shù) ” 界面主要用于對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)、電機(jī)參數(shù)、螺距補(bǔ)償參數(shù)、工件坐標(biāo)系偏置數(shù)據(jù)的設(shè)定，以及查看焊接工藝數(shù)據(jù)庫(kù)。 ? 工作模式：系統(tǒng)有“手動(dòng)”、“自動(dòng)”兩種工作模式。 ? 焊縫跟蹤狀態(tài)：顯示焊縫 跟蹤系統(tǒng)是否工作。其主要由以下幾個(gè)部分組成： 圖 1) 軸位置顯示區(qū)，顯示當(dāng)前加工模式下 X X Y、 Z、 A、 B、 C 七個(gè)軸的位置信息、速度信息和剩余進(jìn)給量。 直流 6～ 30V 寬壓電源輸入，具有過(guò)流、過(guò)壓和反接保護(hù)措施 178。工作穩(wěn)定性滿足需求。 坐標(biāo)系電機(jī)寄存器硬件通道輸入接口輸出接口運(yùn)動(dòng)程序在線手動(dòng)指令通訊接口放大器標(biāo)志信號(hào)上位主機(jī)PMAC CP UM o tor o la 56 x x x amp。 (5) 實(shí)現(xiàn)六 聯(lián)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)程序的執(zhí)行 ，支持后置處理運(yùn)動(dòng)學(xué)算法 。光纖轉(zhuǎn)載焊接頭 11 的前端（焊接頭 11 的位置如圖 所示），輸出激光束 5，最終打在 T 型接頭 4 的兩側(cè)。 如圖 方案一所示 。 ⑷ 兩條激光參數(shù)完全相同，激光功率可同時(shí)調(diào)節(jié)，且需與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)配合。 30 度 1:360 無(wú) 10 秒 20 轉(zhuǎn) /分鐘 C 軸 轉(zhuǎn)動(dòng)軸 渦輪蝸桿 177。 ③ 加工件多為航空航天型號(hào)件，精度要求高。 第三章介紹了分光式激光雙路焊接系統(tǒng)的構(gòu)成，分析了 T 型接頭的雙路焊接的約束條件，設(shè)計(jì)了一種三向旋轉(zhuǎn)雙路激光同步焊接運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 項(xiàng)目研究開發(fā)內(nèi)容 （ 1）基于焊縫跟蹤的數(shù)控系統(tǒng)技術(shù) 研究 十軸六聯(lián)動(dòng) 數(shù)控技術(shù)，開發(fā)三維焊縫測(cè)量與跟蹤系統(tǒng)專用的硬件和軟件接口，一方面進(jìn)行三維焊接的位置和姿態(tài)控制，另一方面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)焊縫偏差，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，最終實(shí)現(xiàn)三維激光焊接的高速、高精度控制。 山東大學(xué)的張光先等人，采用專用的伺服控制芯片 FPGA，在焊接過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)的焊接伺服控制，計(jì)算焊點(diǎn)與實(shí)際焊縫之間的距離，保證了焊接控制的實(shí)時(shí)性。 英國(guó) Department of Electrical Engineering and Electronics， The University of Liverpool利物浦大學(xué)的 Jeremy S. Smith 采用視覺(jué)檢測(cè)從上表面實(shí)時(shí)檢測(cè)焊接熔池的系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于 TIG 焊中焊接形貌的檢測(cè)，通過(guò)視覺(jué)的檢測(cè)與實(shí)時(shí)跟蹤，能夠在擾動(dòng)的存在下得到更均勻的熔深 [14]。激光焊接系統(tǒng)是核心部分，用于控制兩側(cè)激光的同時(shí)焊接。 T 型接頭的激光焊接工藝，也存在缺點(diǎn)及難點(diǎn)，例如焊接變形，裂紋，成形等問(wèn)題，針對(duì)以上工藝問(wèn)題， 現(xiàn)在的措施一般是通過(guò)提高裝夾精度、改善焊接環(huán)境、提高焊接前接頭的質(zhì)量的措施來(lái)改進(jìn)，但是這些措施只能針對(duì)小幅度 的焊接變形、小應(yīng)力來(lái)改善，對(duì)大幅度的焊接變形、大的焊接應(yīng)力還不能解決，只能尋求其他方法。在航空領(lǐng)域，飛機(jī)蒙皮壁板的筋板焊接為了減輕重量，已經(jīng)由鉚接的工藝向 激光焊接轉(zhuǎn)變，切使用量越來(lái)越大 。 關(guān)鍵詞 ：三維 T 型接頭 六聯(lián)動(dòng) 雙路焊接 跟蹤補(bǔ)償 華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 II Abstract Laser welding of T joint application is very extensive, occupy a very important position in the field of aerospace, automobile and ship. The quality of T joints often affects the quality of the whole structure. T laser welding joint has a lot of problems in process, for example crack, porosity, welding deviation and other issues. Based on T joint welding has bee an important research direction. Three dimensional T joint in some important occasions, occupy an important position. At the same time, there are some technical difficulties in welding. Threedimensional T joint is often welded by robot teachingposition, which has a low precision. The process of welding one side after another brings some problems, such as distorting and cracks. Welding spot often deviate from welding path, making the welding scrap. Small machine tools are difficult to process large size structure. In view of the above problems, this paper built a large span overhead welding platform mechanical structure, meeting the demand of large size welding and both sides welding at the same time for T joints. We design a three rotating structure of the welding structure, which is equipped with dual cross slide for both sides of the weld T joint measurement and pensation. We build a motion controller + industrial tablet puter open CNC system and build software and hardware platform of the upper and lower machine structure. Then we developed a friendly manmachine interactive interface. The study on the control system of a single axis high speed high precision control technology and the ten axis six linkage control technology is showed in detail. Based on the coordinate system, we solve the kinematics model of the welding machine and the coordinates of the vector information, using the technology of 3D trajectory planning of welding path, achieving the high precision control technology of threedimensional welding path. Both welding sides using detecting sensor based on machine vision, to realtime detect the weld deviation, realize the realtime pensation technology of welding deviation. By tracking the pensation experiments verify the pensation effect and the tracking accuracy. Through the actual welding experiments, we plete welding test, results show that the double way for three dimensional T joints can meet the processing requirements and tracking pensation. 華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 III Keywords: 3D Tjoint, Axis Simultaneous Control, Dualbeam Laser Welding, Tracking control 華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 IV 目錄 摘 要 ......................................................................................................... I Abstract ......................................................................................................... II 1 緒論 ........................................................................................................... 1 課題來(lái)源及研究背景 .......................................1 三維激光焊接的國(guó)內(nèi)外研究概況 .............................3 課題研究?jī)?nèi)容 ............................................7 2 六聯(lián)動(dòng)三維焊接及跟蹤補(bǔ)償控制平臺(tái) ....................................................... 9 .........9 三向旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的雙側(cè)激光焊接方案 ..........................10 ..............14 本章小結(jié) ...............................................22 3 三維激光焊接的十軸六聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制策略與運(yùn)動(dòng)學(xué)算法 ....................... 23 高精度 PID+Feedforward+Notch Filter 位置控制技術(shù) ..........23 .............................28 基于交叉耦合的橫梁 X 軸雙電機(jī)同步方案 .....................32 4 雙路激光焊接的三維焊接路徑控制技術(shù)與實(shí)現(xiàn) ....................................... 37 雙路激光焊接平臺(tái)軌跡規(guī)劃的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模分析 .................37 三維 T 型接頭的三維焊接路徑和參 數(shù)控制 .....................40 三維焊接路徑的運(yùn)動(dòng)學(xué)算法的實(shí)現(xiàn) ..........................41 本章小結(jié) ...............................................43 5 T 型接頭的焊縫實(shí)時(shí)測(cè)量與跟蹤閉環(huán)控制技 術(shù) ..................................... 44 T型接頭的焊接偏差測(cè)量技術(shù) ..............................44 基于機(jī)器視覺(jué)的 T 型接頭雙路跟蹤補(bǔ)償控制技術(shù) ..............47 華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 V 實(shí)時(shí) 跟蹤補(bǔ)償技術(shù)閉環(huán)控制性能分析 .......................50 焊件驗(yàn)證 ..............................................51 6