目前服役的焊接机器人90%都是以“示教-再现”模式进行工作的,少数以轨迹规划方式工作。焊接过程中,焊枪与焊缝中心都会存在一定误差,并且,焊接过程又是一个复杂、非线性、干扰因素较多的过程,焊接工件热变形、咬边、错边,以及焊缝间隙的变化等是不可预知的,这些因素都会直接影响到焊接质量。在“示教-再现”或轨迹规划应用的基础上,实时焊缝纠偏可以进一步提高焊接精度,尤其适用于辅助工程上焊接易变形、装配复杂等自动焊难以控制的工件生产。本文基于总装“十一五”预研项目,以新型航天器燃料贮箱2mm铝合金薄板的焊接为背景,针对脉冲TIG(钨极惰性气体保护焊)焊接方法,对平板直缝和平板法兰进行焊缝跟踪实验,将传统的“示教-再现”型机器人开发成具有实时焊缝跟踪的弧焊机器人系统。本文先构建了焊接机器人系统平台,包括:1.设计了合适的滤光-减光系统,能够清晰采集到焊接电流基值时的焊接图像,解决了弧光对焊接图像质量影响较大的问题;2.利用PC机、A/D卡、D/A卡、图像卡,在Visual C++环境下,采用多线程技术,同时进行采集图像、处理图像、计算并发送纠偏电压等功能。本文研究了2mm铝合金薄板无坡口脉冲TIG焊接过程中的熔池前端焊缝特征,对小窗口图像的灰度值变化进行了分析,并设计了基于灰度值变化速率的焊缝边缘获取方法。利用图像复原,中值滤波、边缘获取、去除伪边缘、最小二乘法拟合等方法开发出具有较高适应性的图像处理算法。该算法的精度经验证,可以控制在±0.15mm范围内。本文针对首钢MOTOMAN HP6机器人纠偏系统不开放的特性,进行了一系列的随机实验,通过数据对纠偏系统进行了建模与仿真,得到较为准确的纠偏电压与偏差量关系的模型,为控制器的离线设计创造了条件。本文提出了一种实时焊缝跟踪技术,利用视觉传感器从熔池正前方观察焊枪枪尖投影点与焊缝的位置偏差,实时调整焊枪位置。同时在保障焊接稳定性的前提下,基于机器人纠偏卡的模型,设计了模糊PID控制器,保证机器人快速而稳定地调整焊枪位置。将本文提出的实时焊缝跟踪技术分别在平板对接直缝试件、法兰环缝试件上进行试验,跟踪精度分别可以控制在±0.15mm和±0. 2 mm之内。考虑到图像处理的精度问题,其实际误差在±0.3mm和±0.35mm之内。