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关于防窜焊接滚轮架的发展现状
方敏
摘要：简述防窜焊接滚轮架的轴向窜动原因，各种窜动检测方式的优缺点，防窜控制系统原理，防窜机械执行机构和未来的发展趋势。
关键词：窜动原因窜动检测控制理论执行机构发展趋势
1.焊件产生轴向窜动的主要原因
影响焊件做轴向窜动的主要原因是滚轮各轴线与焊件轴线的平行度。焊接滚轮架的制造安装误差已有行业标准规定，误差的具体内容有滚轮的跨距、支承距、对角线长度、高度和偏角等允差，最终表现为螺旋角，因此筒体的轴向运动往往是不可避免的。由于制造、安装等原因，滚轮和工件之间存在的螺旋角是工件产生轴向运动的内在因素。因此，在制造和使用焊接滚轮架时，首先要尽量做到：①主、从滚轮架都位于同一中心线上。②各滚轮的轴线都在一个水平面内且相互平行。③滚轮间距相等。
2.焊件轴向窜动的检测
我们的目的是要检测出焊件在轴线方向上的窜动位移，从原理上说，可以采取在焊件筒壁侧面检测方式和在焊件端面检测方式。筒壁侧面检测方式可以不受焊件端面误差的影响，但这种检测方式由于要去除筒壁的垂直旋转分量，再加上打滑、筒体表面粗糙、污物的影响，因此要制造出可靠的传感器来是不容易的。在焊件端面检测方式是目前贯用的检测方式，这种检测方法简单、易行，只要让传感器利用弹簧力顶住筒体端面，跟随焊件的轴向窜动即可。但这种检测方式不可避免地受到焊件端面与其轴心线垂直方向上凹凸不平的影响，因此要求对焊件的受测端面进行加工。但对大型焊件来讲，这种加工要求的精度越高，其困难和费用也就越大。能否降低对端面加工的要求，就显得重要起来。比如，工艺要求焊件的轴向窜动量不大于±2mm，可是焊件的受测端面不平度却大于±2mm，在这种条件下能否做到防止焊件的轴向窜动是衡量防窜滚轮架是否实用的重要指标之一。对滚轮架本身来说，在端面误差很大的情况下，检测装置检测到的数据即使能保证防窜在允许波动的范围以内，但如果使用焊接设备机头部分没有自动跟踪装置的话，最终焊接出来的焊缝是“S”形的，这种结果我们只能判定为不合格，所以我们要尽最大可能消除端面误差。
为此提出了检测工件中心位置的方案。要解决这一问题并不困难，在检测焊件中心位置不变的前提下，只要在检测的过程中能避免如上所说的端面加工误差造成的影响就可以了。因此我们可以采用简单加工固定法，即使用一个小的平板。至于平板面积只需要根据焊件实际情况来定，设法固定在焊件的中心位置即可。当然条件是要使平板和焊件的轴线基本垂直。总的来说，使检测装置检测的是一个基本垂直于焊件轴线的平面，而不是在加工的圆周上就基本可以了。
控制理论
(1)模糊控制
对于一个焊件，尤其对于一个大型焊件来说，要想确切地知道其检测端面相对于其轴心线的垂直度和不平度是比较困难的。硬性规定其端面加工误差不超过某值有时是不太现实的。在这种条件下，如何做到对不同的焊件都能达到防窜目的，甚至是零窜动，是关键之所在。对于像防窜滚轮架这类控制系统来讲，在影响焊件轴向窜动的不确定因素很多的情况下，我们可以借助于模糊控制这种手段来达到控制目的。模糊控制就是利用计算机模拟人的思维方式，按照人的操作规则进行控制，也就是利用计算机来实现人的控制经验。模糊数学可以用来描述过程变量和控制作用量这类模糊概念及它们之间的关系，再根据这些模糊关系及每一时刻过程变量的检测值用模糊逻辑推理的方法得出该时刻的控制量。模糊化和精确的控制是辩证的关系，计算机仿照人的思维进行模糊控制，而人的大脑中的控制经验是由模糊条件语句构成的模糊控制规则。因此，需要把输入信号由精确量转化为模糊量。模糊化首先把输入信号的采样值转化到相应论域上的一个点(量程变换)，然后再把它转化为该论域上的一个模糊子集。与模糊化相反，解模糊化过程就是将推理过程中得到的模糊控制作用转化为精确的控制量。不过，对于受控焊件的检测端面误差大于防窜精度的控制系统来说，要实现焊件的防窜目的，仅用模糊控制论的方法来解决问题显然是不够的。因为焊件的端面误差已经大于防窜精度的要求，由传感器送来的偏移量究竟是由于焊件端面的误差造成的，还是由于焊件的轴向窜动引起的，计算机仅从送来的信号上是无法区别的，况且不同焊件的误差尺寸和形状都是不一样的。为此，在这里我们引入了自适应控制方法。
(2)自适应控制
自适应控制具有修正本身特性参数以适应被对象和扰动的动态特性变化的能力。在自适应系统中，我们采用的算法是“参数追踪算法”。即计算机对送来的信号进行自动追踪和预设动做阀值，这些参数在控制过程中都不是固定不变的。通俗一点说，就是先让计算机记住焊件的端面形状，然后再分辨出真正的窜动量。这样一来问题就简单了，只要做到对窜动量进行控制而对端面误差不与理睬即可。顺着这一思路，经过一段时间的调节，我们就可以做到焊件在其轴向上的“零窜动”自适应过程的时间长短视焊件端面误差而定，对于端面误差在5mm