基于摆动电弧传感器的焊缝跟踪技术研究

摘要

焊接是现代工业中的一种重要的加工手段，随着现代工业的不断发展，对焊接质量及焊接效率提出了越来越高的要求，而焊接过程自动化则是提高焊接质量及焊接生产效率的关键，焊缝自动跟踪是焊接自动化的一个重要环节。
　　 基于摆动电弧传感器的焊缝跟踪系统利用焊接电流信号来进行焊缝跟踪。它通过电弧的摆动来扫描焊接坡口，从而引起焊接电流伴随着弧长有规律的变化而变化，然后通过分析焊接电流的变化规律来获得焊缝偏差的信息。摆动电弧传感器结构简单，空间可达性好，是焊接界研究焊缝跟踪的热点。
　　 本文首先分别建立了摆动电弧传感器在射流过渡及短路过渡下的数学模型，然后在数学模型的基础上，应用MATLAB的Simulink工具箱建立起了该系统的仿真模型。并对摆动频率、摆动宽度、水平方向偏差等对焊接电流波形的影响进行了仿真研究。通过对摆动电弧传感器的数学模型和仿真模型的研究，为后续从电流波形中提取偏差信息提供了理论指导。
　　 因为在焊接过程中短路过渡、飞溅、烟尘、弧光等都会影响采集到的焊接电流信号，使得信号中带有许多噪声。因此结合该系统中对焊接电流滤波的要求，选择了贝塞尔滤波器进行了滤波，经过滤波后的电流信号波形清晰，为后续提取偏差信息创造了条件。
　　 根据对摆动电弧传感器在短路过渡下的仿真研究，结合获得的经过处理后的焊接电流波形，提出了左右极限区域积分法来实现焊缝偏差信息的提取。该方法可以在一定程度上抑制随机噪声，而且需要处理的数据较少，加快了程序的循环速度，提高了焊接的跟踪精度。
　　 最后建立了一套基于摆动电弧传感器的焊缝跟踪系统硬件平台，并利用该平台进行了焊缝跟踪试验，取得了比较令人满意的跟踪效果。试验结果表明，本文开发的实时焊缝跟踪系统是可行的。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 国内外焊缝跟踪技术研究现状

1．2．1 焊缝跟踪传感器的研究现状

1．2．2 焊缝偏差信号提取方法的研究现状

1．3 本课题研究的主要内容及意义

第二章 摆动电弧传感焊缝跟踪实验系统的硬件组成

2．1 焊接子系统的设计

2．1．1 焊接电源

2．1．2 高速摆动电弧传感器

2．2 信号采集系统

2．2．1 霍尔电流传感器

2．2．2 霍尔电压传感器

2．2．3 数据采集卡

2．3 跟踪控制子系统

2．4 本章小结

第三章 摆动电弧传感器的建模及仿真

3．1 摆动电弧传感器的焊缝跟踪系统的数学模型

3．1．1 干伸长与传感器摆动位置的数学关系

3．1．2 在射流过渡下电弧电流与干伸长关系模型

3．1．3 在短路过渡下电弧电流与干伸长关系模型

3．2 摆动电弧传感器的焊缝跟踪系统的仿真模型

3．2．1 摆动电弧传感器与焊接干伸长关系建模

3．2．2 射流过渡下摆动电弧传感器位置与焊接电流信号关系建模

3．2．3 短路过渡下摆动电弧传感器位置与焊接电流信号关系建模

3．3 摆动电弧传感器的仿真研究

3．3．1 射流过渡下摆动频率的影响

3．3．2 射流过渡下偏差的影响

3．3．3 短路过渡下摆动频率和偏差的影响

3．4 本章小结

第四章 信号处理及偏差提取

4．1 焊接电流信号滤波处理

4．1．1 高低跟踪滤波器的选择

4．1．2 左右跟踪滤波器的选择

4．2 焊缝偏差信号的提取

4．2．1 高低焊缝偏差信号的提取

4．2．2 左右焊缝偏差信号的提取

4．3 本章小结

第五章 焊缝跟踪系统平台搭建及跟踪试验

5．1 基于摆动电弧传感焊缝跟踪系统的平台搭建

5．2 焊接实验工件及焊接参数的确定

5．3 焊缝跟踪试验及分析

5．4 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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