双探头涡流传感器焊缝跟踪系统的研究

摘要

随着社会现代化的发展，焊接自动化和智能化已经成为现代化发展的必然要求，其中焊缝自动跟踪是关键问题。而传感器技术是实现焊缝跟踪的核心问题之一。本文设计一种弥补传统涡流传感器缺点的双探头涡流传感器，这种传感器能同时检测高度和面积的变化,并将两者的影响分离开来。本文将此传感器与焊缝跟踪技术相结合，实现了薄板窄间隙对接和搭接的焊缝跟踪，并可以克服错边问题。同时设计阻抗归一化法，消除焊接母材对涡流传感器输出的影响，为异种材料焊接的焊缝跟踪提供新方法。
　　首先根据传统涡流传感器的优缺点提出一种双探头涡流传感器，分析传感器的检测原理，通过分析得到涡流传感器线圈阻抗计算公式和其影响因素，并初步研究了它们之间的影响关系，分析了双探头涡流传感器如何同时对距离和面积变化进行检测并提取信号。
　　根据涡流传感器特性分析和线圈阻抗公式可知，焊接母材的电性能和磁性能对涡流传感器的输出有较大影响，并验证了这一影响，这种影响限制了涡流传感器的应用，特别是在自动焊缝跟踪领域的应用，难以利用涡流传感器来实现不同电性能和磁性能材料之间焊接的自动跟踪。为解决这一问题提出阻抗归一化法来消除材料电性能和磁性能对涡流传感器的影响，扩大涡流传感器的应用，为异种材料焊接的自动跟踪提供方法。
　　由涡流传感器焊缝跟踪系统可知，影响传感器输出信号的主要有两个因素，高度和面积。通过BBD试验设计分析实验数据模型，验证了两因素的显著性，传统涡流传感器不能同时检测到两个因素引起的信号变化，需要引入双探头涡流传感器。再通过响应面法分析，得到响应曲面，拟合响应曲面得到响应方程，为同时检测两个变量的变化，进行变量分离，来实现双探头涡流传感器焊缝跟踪。
　　最后对介绍了双探头涡流传感器焊缝跟踪系统的跟踪控制方法，对系统进行了软硬件设计，并将理论分析用于实际焊缝跟踪实验，实验结果表明该系统可以较好的实现焊缝跟踪。

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第1章 绪论

1.1 本课题的研究背景及意义

1.2焊接机器人的应用现状与发展趋势

1.3焊缝跟踪传感器的研究现状及其分类

1.4电涡流传感器的研究和应用现状

1.5选题的意义及其价值

1.6论文的主要研究内容及其安排

第2章 双探头涡流传感器的原理分析

2.1涡流检测的基本原理

2.2 涡流检测面积的原理

2.3双探头涡流传感器的电感计算

2.4 双探头涡流传感器的等效分析

2.5双探头涡流传感器在焊缝跟踪中的应用

2.6本章小结

第3章 焊接母材电磁特性对涡流传感器的影响

3.1涡流传感器的磁场分布与焊接母材之间的影响关系

3.2理论分析

3.3 消除电涡流传感器与焊接母材相关性的方法

3.4有限元验证

3.5实验方法分析验证

3.6 验证结果

3.7 本章小结

第4章 焊缝跟踪信号的响应面法分析

4.1 引言

4.2涡流传感器的实验数据

4.3 响应曲面设计法

4.4 BBD实验设计

4.4 响应面分析与变量分离

4.5 本章小结

第5章焊缝跟踪控制方法与系统的实现

5.1 前置附加式焊缝跟踪系统概述

5.2焊缝跟踪控制方法

5.3硬件系统

5.4系统软件CPLD模糊控制设计

5.5 焊缝跟踪实验

5.6本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录（个人简历、攻读硕士学位期间的研究成果）