1.背景
焊接是现代制造领域的重要工艺方法之一[1]。在现代社会高速发展的今天，传统的手工焊接方法已不能满足现代高技术产品制造的质量、数量的要求。因此，保证焊接产品质量的稳定性、提高生产效率和改善劳动条件已成为现代焊接制造工艺发展亟待解决的问题。随着电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展为焊接自动化提供了十分有利的技术基础，并已渗透到焊接各领域中。在此基础上，以焊接机器人为核心的焊接自动化技术有了长足的发展。
2.特种罐体焊接机控制系统介绍
焊接现场由于强烈弧光辐射、高温、电磁干扰等现象及其严重，本智能焊接机采用基于工业控制计算机（工控机）的开放式控制系统体系结构，如图 1所示,主要由传感器系统、控制单元、执行机构、干扰信号补偿装置、焊枪和悬浮高度及水平方向设置等6部分组成。在焊接过程中，首先根据制造工艺要求设置好悬浮高度和水平方向初始值，系统上电复位后，总控制器发出启动命令，执行电机开始运动，并驱动工作云台行走（焊枪和集成化传感器都安装在云台上）。本系统的工作原理是：根据传感器系统中输出电压值的变化量信息，经中央处理器处理后发出控制指令给执行机构，从而适时调整焊枪和焊缝的水平、垂直方向的相对位置，实现整个焊接过程的自动跟踪[2]。
3.智能传感器及执行机构
本智能控制系统中，传感器系统采用的是基于C8051F020微处理器的三维智能传感器（专利号：ZL 200520036413.1），该传感器针对三维焊缝的不同特征和智能传感器的空间结构，分别采用GMR高度传感器联合检测算法和焊缝检测传感器判别算法来实现对空间焊缝的实时跟踪检测。该传感器通过RS-232串口与上位PC机进行通讯，将焊枪与焊缝的空间位置关系数据实时地传送给上位机。
针对三维焊缝的空间位置特征，本系统中的焊接装置采用龙门式机械结构。该装置有三个自由度：X、Y、Z。X轴（纵向）和Y轴（横向） 的运动是由直流步进电机、齿轮齿条传动、直线导轨等组成的驱动装置来实现, Z 轴（垂直方向）的运动是由直流步进电机、滚珠丝杆、直线导轨等组成的传动装置来实现,X轴、Y 轴和Z轴构成笛卡尔直角坐标系,保证焊枪可准确地运动到三维空间的任意位置。
本系统的执行机构由运动控制卡和相应驱动单元组成。当工控机发出运动命令后， 由运动控制发出电信号给电机驱动器或接口控制电路。其中运动控制卡选用一款基于PCI总线的.4轴运动控制卡，支持脉冲型电机驱动器：产生脉冲序列控制伺服电机驱动器和步进电机驱动器。该运动控制卡 有四组运动控制模块，每组有独立的脉冲发生器、编码器计数器、隔离数字量输入输出, 每组均可独立地用于某个轴的运动控制，互不影响 。提供DOS、WINDOWS95/98/NT/2000/XP开发库，可用VC++、VB或BC++开发自己的应用程序。其支持单轴点到点运动、任意2—3轴直线插补运动、任意两轴圆形插补运动。
4.系统控制单元
作为工业应用越来越广泛的工业PC机,除了具有一般通用计算机的特点外,还由于在可靠性、抗干扰能力及结构设计等方面采取了相应措施,因而可以长期稳定可靠地运行于各种恶劣环境,具有模块化、开放化、高可靠性等特点[3]。
通常工业PC的主板做成插卡的形式，插在无源底板（passive backplane）上。无源底板上只有ISA, PCI总线接插件以及电容电阻等无源器件，因此无源底板损坏的概率非常低，通常无更换之忧。如果主板损坏，只需要将主板拔出即.可，此外系统的主板和外围卡有专门的固定压条，防止板卡跳出。同时硬盘驱动器具有硬盘避振架和减震橡胶垫，能减轻振动对硬盘的损坏。为了使工业PC能 可靠工作在高粉尘环境下，在工业PC的前面入风口，具有可更换的防尘网和风扇。
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