PLC在埋弧焊焊缝激光视觉跟踪系统中的应用

　　0前言

　　焊缝跟踪是实现焊接自动化的一个重要组成部分。焊机安装焊缝跟踪系统是为了在焊接过程中使焊枪始终对中焊缝，以保证焊接质量。实现焊缝轨迹跟踪可以采用通用计算机、单片机和PLC(可编程序控制器)等控制设备来完成，但焊接现场环境恶劣，限制了通用计算机和单片机的应用。PLC作为现代控制技术的重要支柱之一，具有控制能力强、通信速度快、接口能力强、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、适应性好、体积小和性价比高等优点，在各行业的控制中得到广泛的应用，因此，笔者在焊缝跟踪系统中采用PLC作为控制器。

　　文中介绍了埋弧焊焊缝结构光视觉跟踪系统结构及系统工作过程，据此设计了PIE的控制I/O接口，并结合所提出的焊缝轨迹跟踪原理设计了PLC的程序，在实际应用中，取得良好效果。

　　1 系统结构、原理及工作过程

　　1.1系统结构及原理

　　系统由埋弧焊机小车、激光视觉系统、西门子PLC、步迸电机及其驱动器、光电编码器、十字导轨、焊枪等组成，如图1所示。

　　系统中，激光视觉传感器与焊枪同定在一起，距离工件表面90 mm，其发出的激光束超前焊枪100 mm的距离投射到工件上，形成表征焊缝三维位置图像信息，采集该图像并进行实时图像处理，计算出焊缝中心位置偏差信息，通过PPI串口通信方式发送给PLC，由PLC完成纠偏控制算法，纠偏信息以脉冲信号的形式输出给电机驱动器，驱动步进电动机旋转，使焊枪在十字型导轨机构的水平方向和高度方向上移动，实现焊接过程焊枪始终对中焊缝。在进行多层多道焊接时，每层每道焊接速度可能不同，而速度影响纠偏控制参数，为了实现控制参数的自调整，通过光电编码器检测小车速度并反馈至PLC，作为参数调整的依据。

　　1.2系统工作过程

　　系统工作时分两步进行，第一步为手动操作过程，二步为自动跟踪过程，如图2所示。

　　由于激光条纹超前焊枪距离较大，焊接小车静止采用自动跟踪方式不一定使得焊枪对准焊缝(如焊缝为斜线或曲线时)，因此，开始时，系统切换为手动操作方式，通过点动方式使焊枪对准焊缝，并调整至合适的高度;然后，根据焊接小车的行驶速度(焊接速度)通过人机界面设置控制参数，或者设置为控制参数自调整方式。上述过程为系统的手动操作过程。

　　将系统切换至自动跟踪方式，则系统进入自动跟踪过程。此时，操作焊机控制板，启动焊接并使小车行走。焊接过程中，系统自动完成焊缝轨迹的跟踪及焊接过程的监控，当系统出现异常时，焊接将会暂停，由操作者进行错误处理或故障排除完毕后，再进人系统工作状态。当焊接完毕，将系统切换回手动操作方式以停止跟踪。