基于柔性臂的焊接接头超声波检测方法研究

发布时间：2017-07-18 08:01

  本文关键词：基于柔性臂的焊接接头超声波检测方法研究

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【摘要】：焊接是材料的一种永久性连接方法,一般要求焊接接头达到一定的强度,同时它可能服役于腐蚀性强,高、低温等恶劣坏境下,因此,还要具有较强的耐腐蚀,耐高、低温等性能。为了防止焊接接头在其使用寿命内失效,可以通过焊接过程质量的实时控制,焊接接头外观或内在质量的检测等,以控制焊接质量。超声波检测应用范围广、灵敏度高,且对人体无害,辅以超声成像技术,能直观的显示出材料内部情况。本文为焊接接头质量的定位或定量检测提出了一种新方法,将柔性臂测量系统测量空间位置的方法应用到超声波检测中,起到定位的作用,并进而达到定量检测的目的。该检测系统无电机驱动装置,纯手动操作柔性臂测量系统端部的探头,可以对不同位置表面和含空腔材料内部的焊接接头进行超声波检测,与电机驱动探头的检测方法相比,具有便携灵活,检测范围广等优势。本文首先设计了焊接接头的柔性臂超声波定位或定量检测的基本原理,从自由度选择、杆件长度设计、关节设计出发设计了柔性臂测量系统的机械结构,选择了一种合适的角度编码器,利用数据采集系统获取柔性臂测量系统中各杆件的转角信息,并采用了一种最优的转角计算方法;建立了柔性臂测量系统获取空间位置的理想数学模型,并对其正确性进行了验证,得到了以六个转角为自变量,空间位置为变量的矩阵方程。详细分析了空间位置测量的误差来源,在此基础上建立了获取空间位置的误差模型;研究了各结构参数误差对柔性臂测量系统空间位置测量精度的具体影响和权重,为提高柔性臂测量系统的测量精度研究了一种在最小二乘法的L-M算法的基础上的结构参数标定算法,建立了单点标定模型和距离标定模型,并对这两种标定模型分别进行了仿真实验。实验结果表明:当柔性臂测量系统的偶然误差很小以及结构参数误差在10%以内时,能准确标定大部分结构参数;制定了标定试验方案,应用单点标定模型对柔性臂测量系统的结构参数进行了三组标定试验,用标定后的结构参数修正理想结构参数后,对标定纸内任意两端点间距离进行十组试验,选择产生距离误差最小的一组作为最佳结构参数。试验结果表明:柔性臂测量系统的测量误差基本在0.5mm以内,满足精度要求;以点焊接头的超声波检测为例,应用该柔性臂超声波检测系统对三组点焊接头进行检测,获得了该检测方法下点焊接头的C扫描图像及带网格的C扫描图像,最后对比点焊接头的熔核直径的测量值与实际值的差距。试验结果表明:利用该柔性臂超声波检测系统可以用于检测点焊接头熔核直径。
【关键词】：焊接接头 超声波检测 柔性臂测量系统
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG441.7
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 选题背景及意义11-12
• 1.2 焊接接头超声波检测的发展概况12-16
• 1.3 空间位置测量技术的发展概况16-20
• 1.4 本文主要研究内容20-21
• 第2章 基于柔性臂的焊接接头超声波检测方法21-33
• 2.1 检测系统原理设计21-22
• 2.2 柔性臂系统机械结构设计22-27
• 2.2.1 柔性臂自由度选择23-24
• 2.2.2 杆件长度设计24-26
• 2.2.3 关节设计26-27
• 2.3 角度信号采集及处理27-31
• 2.3.1 角度编码器选择27-29
• 2.3.2 信号采集系统及处理29-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第3章 柔性臂末端空间位置计算的数学模型33-47
• 3.1 数学模型的理论基础33-36
• 3.1.1 共原点坐标变换33-35
• 3.1.2 不共原点坐标变换35-36
• 3.2 柔性臂末端空间位置计算的理想数学模型36-42
• 3.2.1 Denavit -Hartenberg法基本理论36-38
• 3.2.2 理想数学模型38-42
• 3.3 柔性臂测量系统末端空间位置的误差模型42-45
• 3.3.1 柔性臂测量系统的误差分析42-43
• 3.3.2 带误差的数学模型43-45
• 3.4 本章小节45-47
• 第4章 提高柔性臂测量系统测量精度的研究47-71
• 4.1 结构参数误差对柔性测量系统测量精度的影响47-55
• 4.1.1 关节转角误差对精度的影响48-51
• 4.1.2 关节扭角误差对精度的影响51-53
• 4.1.3 杆长误差对精度的影响53-54
• 4.1.4 偏距误差对精度的影响54-55
• 4.1.5 探头末端距离误差对测量精度的影响55
• 4.2 结构参数标定及仿真55-69
• 4.2.1 非线性最小二乘法原理56-60
• 4.2.2 单点标定模型及其仿真60-65
• 4.2.3 距离标定模型及仿真65-69
• 4.3 本章小结69-71
• 第5章 试验及分析71-81
• 5.1 标定试验及分析71-75
• 5.1.1 标定试验过程71-73
• 5.1.2 标定试验结果分析73-75
• 5.2 焊接接头超声波检测试验及分析75-79
• 5.2.1 焊接接头超声波检测试验过程75-77
• 5.2.2 焊接接头超声波检测结果分析77-79
• 5.3 本章小结79-81
• 第6章 结论81-83
• 参考文献83-89
• 致谢89

【参考文献】

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本文编号：556693