摆动焊炬P-GMAW电弧传感测试系统设计

摘要

窄间隙坡口截面积小，可以减少焊丝填充，降低能耗，节约成本，减少焊接时间，明显提高生产效率;窄间隙焊接热输入量小，焊缝组织细小，接头韧性改善，综合力学性能优良。但是窄间隙侧壁与焊丝夹角很小，容易造成电弧对坡口侧壁热输入不足，导致侧壁未熔合缺陷。采用摆动焊炬P-GMAW对窄间隙进行焊接，可以改善窄间隙侧壁未熔合缺陷。为了深入研究摆动焊炬P-GMAW的电弧行为及传感特性，开发基于摆动电弧传感的P-GMAW窄间隙焊缝跟踪技术，有必要对摆动焊炬P-GMAW电弧传感测试系统进行设计，来满足窄间隙摆动焊炬P-GMAW焊接实验功能需求。
　　首先，在研究分析国内外自动化焊接系统的基础上，针对电弧传感特性、焊缝跟踪技术研究的实验需求，对摆动焊炬P-GMAW电弧传感测试系统进行了总体方案设计。
　　其次，分别对电弧传感测试系统中焊枪摆动器、行走机构、数据采集处理模块、焊机通信控制模块进行了设计。选用步进电机和高精度滚珠丝杠驱动焊枪整体摆动和升降，行走机构具有焊枪行走和试件行走两种模式，焊接执行机构控制系统能够实现焊枪摆幅、摆速、侧停时间和焊速等参数的调节;设计了焊接摆动器手动纠偏、横向与高低方向自动纠偏控制方法。设计了AD7606和DSP接口电路，通过软件程序控制，可以实现焊接电流、电压信号的同步采集，系统精度高、误差小、实时性强。通过ROB5000通信接口和DSP控制器，实现了Fronius焊机的通信控制，遥控控制焊接起弧、送丝、调节焊接电流等。针对设计的电弧传感测试系统模块节点多的特点，建立了基于CAN总线的分布式通信网络，编制了系统各个模块之间的CAN总线通信协议，保证各个节点之间数据传递和信息获取及时、有效。
　　最后，在分析摆动焊炬P-GMAW电信号变化规律的基础上，利用设计的电弧传感测试系统完成中厚板窄间隙焊缝跟踪控制实验，进一步验证了测试系统的性能，满足实验功能需求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 焊接电弧信号采集及应用

1．3 窄间隙摆动焊炬的研究现状

1．4 基于摆动电弧传感的自动化焊接技术

1．5 本课题主要研究内容

第二章 电弧传感测试系统总体方案设计及选型

2．1 电弧传感测试系统功能及性能要求

2．2 系统总体方案设计

2．2．1 机械系统模块

2．2．2 控制系统模块

2．2．3 信号采集处理系统模块

2．2．4 焊接系统模块

2．3 DSP的选型

2．4 本章小结

第三章 焊枪摆动器与行走机构的系统设计

3．1 焊枪摆动器结构设计

3．1．1 焊枪横向摆动机构

3．1．2 焊枪升降调节机构

3．1．3 步进电机及驱动器的选型

3．2 行走机构设计

3．3 焊枪摆动器和行走机构控制系统设计

3．3．1 焊枪摆动器和行走机构硬件电路

3．3．2 摆动器控制程序设计

3．3．3 行走机构控制程序设计

3．3．4 焊枪摆动器和行走机构通信控制程序

3．4 本章小结

第四章 基于AD7606的焊接电弧电信号数据采集处理系统

4．1 数据采集系统硬件选型与设计

4．1．1 传感器的选型与计算

4．1．2 AD7606与DSP2812接口电路设计

4．2 系统的软件设计与实现

4．2．1 数据采集软件程序设计

4．2．2 数据采集处理模块的CAN通信控制

4．3 实验测试与误差分析

4．3．1 数据采集系统误差

4．3．2 焊接电弧电信号采集

4．4 本章小结

第五章 基于ROB5000的焊接电源通信控制

5．1 DSP与ROB5000通信硬件电路设计

5．1．1 焊接电源通信接口方式

5．1．2 ROB5000与焊接电源通信信号及接口

5．2 基于ROB5000的焊机通信软件程序控制

5．2．1 焊接电源模拟量信号控制

5．2．2 焊接电源数字量信号控制

5．2．3 焊机通信控制系统CAN通信控制

5．3 本章小结

第六章 电弧传感测试系统综合性能实验

6．1 窄间隙摆动焊炬P-GMAW信号变化规律

6．2 窄间隙焊缝跟踪实验

6．2．1 窄间隙横向跟踪

6．2．2 窄间隙高低跟踪

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢