埋弧自动焊远程调节及焊接参数采集研究

摘要

埋弧自动焊是大型压力容器生产中的主要焊接方法，其电弧埋在焊剂层下面进行燃烧，具有焊接生产率高、焊接质量稳定的优点。但大部分压力容器制造工厂中埋弧自动焊机焊枪位置调节工作需要人工完成，存在劳动强度高、危险性大、劳动条件差、效率低等缺点。埋弧自动焊焊接过程中电流、电压的稳定性是影响焊接质量的重要因素，焊接线能量过大造成的过热区晶粒粗大是压力容器过早产生裂纹的主要原因。　　本文针对自动埋弧焊机在压力容器制造的焊接过程中存在的问题，以现有埋弧焊机为基础，研究设计埋弧自动焊远程控制及焊接参数采集装置。焊枪远程调节装置由机械结构和控制系统组成。机械结构分为视觉机构、执行机构、焊接机构和控制箱。视觉机构利用工业摄像头采集焊接过程的图像信息，通过云台来调节摄像头的位姿；执行机构是两个直线丝杠滑台模组组成的十字型结构，模组的滚珠丝杠结构将步进电机转动转化为滑台直线运动；焊接机构包括焊机机头、焊接电源、送丝机构等；控制箱由箱体和各类电气元件组成，是装置运动的保障。控制系统包括焊枪位置调节控制、云台舵机控制和视频监测三个模块。视频监测模块软件显示摄像头采集的图像信息；焊枪位置调节控制模块软件发送控制指令到运动控制卡，运动控制卡发送脉冲和方向信号到驱动器，驱动器驱动步进电机运动；云台舵机控制模块软件发送控制指令到Arduino驱动板，Arduino驱动程序驱动舵机转动。机械结构与控制系统相互协作完成焊枪位置调节工作。焊接参数采集装置对焊接电流电压参数进行采集处理，具备预警功能。该装置电量变送器将电信号转换为模拟信号输入到数据采集卡，数据采集卡对模拟信号进行放大、滤波等处理并将其转化为电信号输入到上位机端，上位机软件显示和记录电压电流数据，若参数出现异常波动，软件报警提醒。　　利用虚拟样机技术，使用ADAMS软件对埋弧自动焊远程调节装置进行运动学仿真。得到焊枪的速度曲线和步进电机的驱动力矩曲线。制作装置样机，模拟远程调节焊枪位置运动和采集焊接电流电压参数工作，为优化装置的机械结构和软硬件设计提供基础。　　该埋弧自动焊远程调节装置及焊接参数采集装置解决了人工调节焊枪位置效率低、劳动环境差和人工记录焊接参数数据不准确、易遗漏的问题，减轻了工人的负担。此装置在实际生产中，可大幅提高生产效率和经济效益，具备很好的应用前景。

目录

声明

变量注释表

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 焊接自动化与智能化发展现状

1.2.1 焊接自动化与智能化的意义

1.2.2 国外发展现状

1.2.3 国内发展现状

1.3.1 课题研究内容

1.3.2 论文组织结构

2 埋弧自动焊远程调节装置机械结构设计

2.1 引言

2.2.1 埋弧焊焊接过程及工作原理

2.2.2 埋弧焊的应用及特点

2.2.3 埋弧自动焊机的组成及功能

2.3 装置机械结构工作方案及技术要求

2.3.1 机械结构的工作方案

2.3.2 机械结构的技术要求

2.4 装置机械结构设计

2.4.1 视觉机构

2.4.2 执行机构

2.4.3 焊接机构

2.4.4 控制箱

2.5 本章小结

3 埋弧自动焊远程调节装置控制系统

3.1 引言

3.2 控制系统的设计要求

3.3 控制系统硬件设计

3.3.1 控制系统硬件组织框图

3.3.2 控制系统硬件组成

3.3.3 运动控制卡电路设计

3.3.4 抗干扰设计

3.4 控制系统软件设计

3.4.1 软件开发环境

3.4.2 控制系统程序流程设计

3.4.3 步进电机加减速设计

3.4.4 上位机软件设计

3.5 本章小结

4 焊接参数采集装置

4.1 引言

4.2 焊接参数采集装置的意义及工作方案

4.2.1 焊接参数采集的意义

4.2.2 焊接参数采集装置工作方案

4.3 数据采样理论

4.3.1 数据采样过程概述

4.3.2 采样定理

4.3.3 量化过程

4.3.4 编码过程

4.4.1 电流变送器

4.4.2 电压变送器

4.4.3 数据采集卡

4.4.4 硬件接线介绍

4.5 焊接参数采集装置上位机软件

4.5.1 采集卡与上位机通信

4.5.2 上位机软件界面与功能

4.6 焊接参数采集装置抗干扰设计

4.6.1 焊接参数采集装置常见的干扰

4.6.2 焊接参数采集装置抗干扰设计

4.7 本章小结

5 运动仿真与样机调试

5.1 引言

5.2.1 虚拟样机技术

5.2.2 建模与仿真前处理

5.2.3 仿真分析与结果后处理

5.3 样机装配调试

5.3.1 埋弧自动焊远程调节装置试验

5.3.2 焊接参数采集装置试验

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 本文总结

6.2 工作展望

参考文献

附录1

作者简历

致谢

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