，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。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，运动于的直流分量。可以写为改变占空比，即可改变输出电压大小。其电路如图所示，脉宽调制信号有单片机提供，控制开关管的通断。图变换器设计电路数码管显示电路单片机内有个串行端口，通过引脚和可与外部电路进行全双工的串行异步通信，发送数据时由端送出，接收时数据由端输入。串口有四种工作方式，通过编程设置，可以使其工作在任方式以满足不同的场合。其中，方式是位移位寄存器输入输出方式，多用与外接移位寄存器以扩展端口。方式的输出是位串行数据，通过移位寄存器可将位串行数据变成位并行数据输出，也可以将外部的位并行数据变成位串行数据输入。因此外接个移位寄存器就可扩展个位的并行输入输出接口，如果想多扩展几个并口就需要在外部级连几个移位寄存器。图数码管显示电路本设计采用基于串口的数码管静态显示电路，在串口扩展中最常用的就是基于串口的数码管显示电路。在单片机应用系统中，数码管的显示常用两种方法静态显示和动态扫描显示。所谓静态显示，就是每个显示器都要占用单独的具有锁存功能的接口用于笔划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时,再发送新的字形码，因此，使用这种方法单片机中的开销小。可以提供单独锁存的接口电路很多，常用的就是通过串口外接串并转换器，扩展并行的口。需要几个数码管就扩展几个并行接口，数码管直接接在的输出脚上，单片机通过串口将要显示数据的字形码逐的串行移出至的输出脚上数码管就可以显示相应的数字。下面简述的性能与功能。是位串入，并出移位寄存器。它是高速硅门器件，与低功耗肖特基性器件的引脚兼容。是位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端或之串行输入任意输入端可以用作高电平使能端，控制另输入端的数据输入。两个输入端或者连在起，或者把不同输入端接高电平，定不要悬空。时钟每次由低变高时，数据右移位，输入到，是两个数据输入端和的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持个建立时间的长度。主复位输入端上的个低电平将使其它所有输入端都无效，同时非同步地清除寄存器，强制所有的输出为低电平。第三章软件设计系统的总体程序设计框架本设计整体工作主要由单片机程序控制实现，其工作过程为电路启动初始化，电路功能选择，输出选择并确定输出，单片机采集计算输出信号，定时采集数据并处理调节信号占空比等，程序整体框架如图所示。图程序整体框架流程开始初始化电池充电充电子程序电源子程序结束数码管显示子程序开机时，初始化数码管，通过串口将的字形码输出使数码管显示。然后判断口是否有键按下，如果没键按下继续判断。显示子程序首先初始化串口，使串口工作在方式，再读取显示缓冲区内的数据显示缓冲区主要是用来存放即将要显示的数据，然后通过查表的方式找到对应的字形码，最后把字形码写入串口寄存器通过串口方式发送出去。当个时钟脉，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。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