基于多极阵列电容传感器的波纹板焊缝跟踪方法研究

发布时间：2021-04-21 09:59

　　电容传感器技术作为高精度测量的核心技术,现已应用于工业自动化领域的检测控制系统之中。应用电容传感器进行微距检测的技术已经非常的成熟,并且其具备生产成本低廉、测量范围大、动态响应灵敏等优点,可以在高温、低温、强磁场、强辐射等众多恶劣的环境下长期工作。波纹板焊接还存在众多困难,因焊接变形引起的下波板变形给实时焊缝跟踪带来了困难。实现波纹板焊接自动化的关键是实现波纹板折线焊缝的实时精确跟踪。为能够实现波纹板焊缝跟踪的焊接工艺,设计结构简单、高灵敏度、动态响应灵敏、传感范围大、抗干扰能力强传感器结构是实现波纹板焊缝跟踪的重要前提。本课题主要针对波纹板焊缝跟踪,提出了利用电容传感器实现波纹焊缝跟踪的方法,设计了一种利用多极阵列电容散射场进行波纹板焊缝跟踪的传感器结构。通过建立多极阵列电容传感器的数学物理模型,分析多极阵列电容传感器的边缘电容的计算方法,并分析了影响电容传感器穿透性和灵敏性的因素。通过COMSOL仿真软件对电容传感器的几何参数进行有限元仿真,并对边缘电场的穿透性和灵敏度性能参数进行了仿真分析。对波纹板焊缝跟踪系统的工作原理和系统的组成进行详细介绍,系统软硬件电路设计,数据采集与转换... 

【文章来源】：湘潭大学湖南省

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景及意义
    1.2 波纹板焊接跟踪传感器的研究现状
        1.2.1 机械式电弧传感器
        1.2.2 激光视觉传感器
    1.3 电容传感器的研究现状与应用
    1.4 课题研究的指导思想及其意义
    1.5 课题研究的主要内容
第2章 多极阵列电容传感器理论研究
    2.1 多极阵列电容传感器边缘效应基本原理概述
        2.1.1 边缘效应场的分布
        2.1.2 边缘效应的软场特性
    2.2 多极阵列电容传感器数学模型
    2.3 焊缝跟踪可行性分析
        2.3.1 焊缝跟踪的基本理论分析与求解方法
        2.3.2 焊缝跟踪方法的分析
    2.4 本章小结
第3章 多极阵列电容传感器有限元结构优化
    3.1 阵列电容传感器有限元理论分析
    3.2 阵列电容传感器关键参数分析
        3.2.1 极板材料选择
        3.2.2 电容极板结构几何参数分析
        3.2.3 屏蔽层对电场性能的影响
    3.3 电容传感器性能参数的有限元分析
        3.3.1 穿透性分析
        3.3.2 灵敏度分析
    3.4 本章小结
第4章 多极阵列电容传感器焊缝跟踪系统
    4.1 焊缝跟踪系统概述
        4.1.1 焊缝跟踪系统的工作原理
        4.1.2 焊缝跟踪系统的特点
    4.2 系统硬件电路的设计
        4.2.1 数据采集模块
        4.2.2 数据转换传输模块
        4.2.3 系统控制模块
    4.3 系统软件的设计
        4.3.1 数据采集与传输
        4.3.2 EM模块执行调节
    4.4 试验平台搭建
    4.5 本章小结
第5章 焊缝跟踪的试验对比分析
    5.1 信号采集系统的稳定性试验
        5.1.1 信号采集系统的噪声试验
        5.1.2 阵列电容传感器的线性度试验
    5.2 焊缝偏差信号提取
        5.2.1 左右偏差试验
        5.2.2 高低偏差试验
        5.2.3 波纹板特征点信号提取
    5.3 信号滤波处理
        5.3.1 信号滤波处理方法及分析
        5.3.2 偏差信号滤波处理结果
    5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
附录（攻读硕士学位期间的研究成果）


【参考文献】：
期刊论文
[1]新自适应阈值的小波滤波在被动声源定位中应用[J]. 阚阅,查富生,王鹏飞,李满天,宋宝玉.  机械与电子. 2017(02)
[2]阵列式静电-电容传感器灵敏度特性研究[J]. 王胜南,许传龙,李健,王式民.  仪器仪表学报. 2016(09)
[3]全柔性电容式触觉传感阵列设计与实验[J]. 郭小辉,黄英,腾珂,汪卫华,刘彩霞,刘平.  电子测量与仪器学报. 2015(09)
[4]波纹板焊缝跟踪激光传感器的性能研究[J]. 崔筱玮,田松亚,熊忆明,牛大力.  电焊机. 2015(05)
[5]基于正交试验方法的相邻电容传感器优化设计[J]. 龚裕,朱海业,李楠.  北京工业大学学报. 2015(01)
[6]双阵列式电容传感器特性研究[J]. 杨道业,徐锌锋,李鹏.  传感技术学报. 2014(10)
[7]基于COMSOL多物理场耦合仿真建模方法研究[J]. 李淑君,王惠泉,赵文玉,孟文俊,文豪.  机械工程与自动化. 2014(04)
[8]几何参数设计对相邻电容传感器性能的影响[J]. 李楠,韩颖.  西南交通大学学报. 2014(02)
[9]焊接自动化技术研究[J]. 李京,杨建东,田春林.  机械工程师. 2013(12)
[10]一种电容阵列结构的10位8通道1MS/s逐次逼近AD转换器[J]. 陈宏铭,许升睿,曾玉光.  中国集成电路. 2013(10)

博士论文
[1]相邻电容传感器设计及ECT技术研究[D]. 李楠.西安电子科技大学 2010

硕士论文
[1]一种基于电容边缘效应的玻璃表面水量测试系统设计及实现[D]. 周健.东北大学 2013
[2]电容层析成像技术中电容传感器的设计[D]. 李晟.西安电子科技大学 2012
[3]气固两相流流动参数检测方法研究[D]. 张文景.内蒙古科技大学 2011



本文编号：3151548