1.背景
　　焊接是現(xiàn)代制造領(lǐng)域的重要工藝方法之一[1]。在現(xiàn)代社會高速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的手工焊接方法已不能滿足現(xiàn)代高技術(shù)產(chǎn)品制造的質(zhì)量、數(shù)量的要求。因此，保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、提高生產(chǎn)效率和改善勞動條件已成為現(xiàn)代焊接制造工藝發(fā)展亟待解決的問題。隨著電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、數(shù)控及機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展為焊接自動化提供了十分有利的技術(shù)基礎(chǔ)，并已滲透到焊接各領(lǐng)域中。在此基礎(chǔ)上，以焊接機(jī)器人為核心的焊接自動化技術(shù)有了長足的發(fā)展。
2.特種罐體焊接機(jī)控制系統(tǒng)介紹
　　焊接現(xiàn)場由于強(qiáng)烈弧光輻射、高溫、電磁干擾等現(xiàn)象及其嚴(yán)重，本智能焊接機(jī)采用基于工業(yè)控制計算機(jī)（工控機(jī)）的開放式控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，如圖 1所示,主要由傳感器系統(tǒng)、控制單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、干擾信號補(bǔ)償裝置、焊槍和懸浮高度及水平方向設(shè)置等6部分組成。在焊接過程中，首先根據(jù)制造工藝要求設(shè)置好懸浮高度和水平方向初始值，系統(tǒng)上電復(fù)位后，總控制器發(fā)出啟動命令，執(zhí)行電機(jī)開始運(yùn)動，并驅(qū)動工作云臺行走（焊槍和集成化傳感器都安裝在云臺上）。本系統(tǒng)的工作原理是：根據(jù)傳感器系統(tǒng)中輸出電壓值的變化量信息，經(jīng)*處理器處理后發(fā)出控制指令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而適時調(diào)整焊槍和焊縫的水平、垂直方向的相對位置，實(shí)現(xiàn)整個焊接過程的自動跟蹤[2]。
3.智能傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)
　　本智能控制系統(tǒng)中，傳感器系統(tǒng)采用的是基于C8051F020微處理器的三維智能傳感器（ 200520036413.1），該傳感器針對三維焊縫的不同特征和智能傳感器的空間結(jié)構(gòu)，分別采用GMR高度傳感器聯(lián)合檢測算法和焊縫檢測傳感器判別算法來實(shí)現(xiàn)對空間焊縫的實(shí)時跟蹤檢測。該傳感器通過RS-232串口與上位PC機(jī)進(jìn)行通訊，將焊槍與焊縫的空間位置關(guān)系數(shù)據(jù)實(shí)時地傳送給上位機(jī)。
　　針對三維焊縫的空間位置特征，本系統(tǒng)中的焊接裝置采用龍門式機(jī)械結(jié)構(gòu)。該裝置有三個自由度：X、Y、Z。X軸（縱向）和Y軸（橫向） 的運(yùn)動是由直流步進(jìn)電機(jī)、齒輪齒條傳動、直線導(dǎo)軌等組成的驅(qū)動裝置來實(shí)現(xiàn), Z 軸（垂直方向）的運(yùn)動是由直流步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲桿、直線導(dǎo)軌等組成的傳動裝置來實(shí)現(xiàn),X軸、Y 軸和Z軸構(gòu)成笛卡爾直角坐標(biāo)系,保證焊槍可準(zhǔn)確地運(yùn)動到三維空間的任意位置。
　　本系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由運(yùn)動控制卡和相應(yīng)驅(qū)動單元組成。當(dāng)工控機(jī)發(fā)出運(yùn)動命令后， 由運(yùn)動控制發(fā)出電信號給電機(jī)驅(qū)動器或接口控制電路。其中運(yùn)動控制卡選用一款基于PCI總線的.4軸運(yùn)動控制卡，支持脈沖型電機(jī)驅(qū)動器：產(chǎn)生脈沖序列控制伺服電機(jī)驅(qū)動器和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器。該運(yùn)動控制卡 有四組運(yùn)動控制模塊，每組有獨(dú)立的脈沖發(fā)生器、編碼器計數(shù)器、隔離數(shù)字量輸入輸出, 每組均可獨(dú)立地用于某個軸的運(yùn)動控制，互不影響 。提供DOS、WINDOWS95/98/NT/2000/XP開發(fā)庫，可用VC++、VB或BC++開發(fā)自己的應(yīng)用程序。其支持單軸點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動、任意2—3軸直線插補(bǔ)運(yùn)動、任意兩軸圓形插補(bǔ)運(yùn)動。
4.系統(tǒng)控制單元
　　作為工業(yè)應(yīng)用越來越廣泛的工業(yè)PC機(jī),除了具有一般通用計算機(jī)的特點(diǎn)外,還由于在可靠性、抗*力及結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面采取了相應(yīng)措施,因而可以長期穩(wěn)定可靠地運(yùn)行于各種惡劣環(huán)境,具有模塊化、開放化、高可靠性等特點(diǎn)[3]。
　　通常工業(yè)PC的主板做成插卡的形式，插在無源底板（passive backplane）上。無源底板上只有ISA, PCI總線接插件以及電容電阻等無源器件，因此無源底板損壞的概率非常低，通常無更換之憂。如果主板損壞，只需要將主板拔出即.可，此外系統(tǒng)的主板和外圍卡有專門的固定壓條，防止板卡跳出。同時硬盤驅(qū)動器具有硬盤避振架和減震橡膠墊，能減輕振動對硬盤的損壞。為了使工業(yè)PC能 可靠工作在高粉塵環(huán)境下，在工業(yè)PC的前面入風(fēng)口，具有可更換的防塵網(wǎng)和風(fēng)扇。
　　由于焊接機(jī)的工作環(huán)境較差，各種干擾極其嚴(yán)重，連續(xù)工作時間長，要求整個焊接控制系統(tǒng)具有較高的可靠性，因此選用了研祥智能EPI總線技術(shù)（號：200820093243.4）的全長卡EPI-1711VNA，作為工業(yè)PC機(jī)的核心主板，同時配套研祥EPI-6113LP4底板一起構(gòu)成整個系統(tǒng)的控制平臺。該總線標(biāo)準(zhǔn)采用針孔式板卡結(jié)構(gòu)和歐式插座代替金手指的連接方式, 極大地克服了工業(yè)傳統(tǒng)金手指全長卡抗氧化、抗震功能不好的缺點(diǎn),增強(qiáng)了連接方式的可靠性。如圖4和圖5所示，研祥新一代工業(yè)計算機(jī)EPI總線采用歐式針孔連接器，插槽與針腳相互配合電連接。同時在底板上設(shè)置有多組針孔式插槽，可以插入多個功能板，從而擴(kuò)展整個工控平臺的功能。這些插槽包括96針的PCI槽、120針的ISA槽、以及同時具有96針的PCI槽和120針的ISA槽的全長槽。功能主板的信號針腳也與底板的PCI、ISA擴(kuò)展一一對應(yīng)。
　　該系列產(chǎn)品配置齊全，內(nèi)部配置兩個RS-232串口，一個10M/100Mbps以太網(wǎng)控制器，四個SATA硬盤接口，一個機(jī)箱IPC-8422，冷風(fēng)扇，防塵、，非常適合焊接機(jī)的工作環(huán)境。外部配接了顯示器和一個標(biāo)準(zhǔn)鍵盤，構(gòu)成了整個焊接控制系統(tǒng)的輸人、輸出監(jiān)視裝置。
　　在電磁兼容性和擴(kuò)展性方面，該型號工業(yè)PC針對電源方面的干擾、傳輸信道的干擾、空間干擾、地電流的干擾等方面均采取了相應(yīng)的抑制措施，并在國家電磁測試中心達(dá)到FCC *標(biāo)準(zhǔn)。EPI-1711VNA工業(yè)全長卡帶有一個以太網(wǎng)控制器，為該焊接控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程Internet在線診斷提供了硬件支持。同時研祥底板EPI-6113LP4具有4個PCI槽和7個ISA槽，除其中一個PCI槽用于連接運(yùn)動控制卡外，其它*可以滿足以后系統(tǒng)功能的擴(kuò)展要求。
5.結(jié)束語
　　本文介紹了以研祥EPI總線工業(yè)全長卡EPI-1711VNA為控制核心的焊接控制系統(tǒng)平臺，該多維智能控制系統(tǒng)已在焊接生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用，得到企業(yè)認(rèn)同，整個控制系統(tǒng)具有工作穩(wěn)定可靠、控制精度高、人機(jī)界面友好等特點(diǎn)，通過軟件、硬件的重新配置，可以迅速實(shí)現(xiàn)其他焊接方法的控制過程。該控制系統(tǒng)的開放性保證了系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)和升級的能力。