基于面阵电容传感器的波纹板焊枪姿态识别方法研究

发布时间：2020-08-23 18:00

【摘要】：电容传感器是目前应用十分广泛的高精测量传感器,因为其制造成本低、测量范围大、动态响应灵敏度高的特点,现已广泛应用于工业领域,而且电容传感器可以在高温、低温和强磁场环境等恶劣环境下长期工作。随着国家智能制造2025计划的不断推进,以集装箱波纹板为代表的海工装备存在着焊接自动化程度低和焊接质量参差不齐的问题。因此,如何提高波纹板焊接质量和自动化水平,解决因焊接变形、空间狭小等带来的困难,满足波纹板焊接实时焊缝跟踪、焊接起始点自动定位以及焊枪姿态自动调整的要求,达到波纹板焊接自动化和智能化的目的,是海工装备制造过程中亟待解决的问题。本课题针对波纹板焊缝起始点自动定位和焊枪姿态识别的问题进行了深入研究,提出了面阵电容传感器的设计思路,研究了波纹板焊缝起始点自动定位和焊枪姿态识别方法。首先,在分析了传统阵列电容传感器的理论基础上,研究了面阵电极检测原理,并基于电容敏感机理,通过理论分析和有限元建模,设计了新型面阵电容传感器,研究了电极结构参数对测试的影响,对面阵电容传感器结构进行优化设计。其次,本文采用了基于CAV444的电容数据转换电路和阿尔泰USB3100数据采集卡,并针对数据采集及处理模块进行了软硬件设计,开发了NI LabVIEW的电容波形数据可视化上位机,搭建了波纹板焊缝焊接起始点自动定位和焊枪姿态识别试验平台。再次,针对波纹板结构特点,在5种不同的极板激励模式中,采用预测模型方法,解耦了波纹板焊缝偏差角度训练样本和焊枪姿态角度训练样本与电容值训练样本的函数关系,分别建立了5种激励模式下的波纹板焊缝起始点自动定位预测模型和焊枪姿态识别预测模型。最后,在波纹板角度变化的偏差范围内确定波纹板焊缝偏差角度及焊枪姿态角度测试样本,并将采集的对应的电容值代入预测模型,得到响应角度,将测试样本与响应角度进行稳定性误差计算,得到适合波纹板焊缝起始点自动定位和焊枪姿态识别的预测模型,试验结果精度可以满足波纹板焊缝自动定位和焊枪姿态识别精度要求,进而验证了该方法的可行性和有效性。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG409;TP212
【图文】：

示意图,波纹板,示意图

板焊接自动化研究现状年来我国工业的极速发展，国内基础设施的不断完善，地道对钢材的需求越来越多，异形板及波纹板的用途越来越 10 年轨道交通行业、重工行业和建筑行业对大件制造有接作为钢材成型、组装的重要加工手段，同样发挥着不可国内高校对波纹板的焊接自动化已经做了大量的研究。学田松亚、史如森[8]等采用了超声波传感器对如图 1-1 所交接处的折弯位置进行了传感信号采样，主要采用了轨道搭载 Banner 公司生产的传感器，在数据采集过程中采用TI 试验板，通过分析有效信号和干扰信号，最终采用快速数字滤波器进行数据处理，并最终得到了能够反映跟踪对，但是由于波纹板的折弯处一般是冲压而成，造成在折弯超声波信号由于遵循反射定律，在检测斜边时容易出现检过度位置的信号不是很明显。

坡口焊缝,焊丝,坐标系,端部

态识别技术研究现状[13]院士首次提出利用空心轴电机驱动的旋转电弧传的方法实现电弧焊等熔焊焊枪位置识别；焦向东[14]等器，并建立了电弧传感焊枪跟踪控制系统；王加友[1焊接，完成了一种窄间隙焊枪识别和跟踪的电弧传工程学院毛志伟，陈斌[16]等人采用旋转电弧传感技术间进行焊接并进行了关于焊炬空间姿态的信息分析内容是通过建立焊炬高度数学模型，其坐标系如图要包含了固定坐标系、熔池坐标系、焊炬跟踪角坐标工作角坐标系等，通过在 matlab 中建立焊炬高度模作角、焊炬行走角、焊缝左右横向偏差等对焊炬高度精度的影响，但是该数学模型很容易受到焊炬高度变且工件的安装结构和不同的接头类型会影响焊炬工作难保证结构和接头类型保持不变。

示意图,角焊缝,位姿,示意图

第 1 章绪论机械工程学院尹力、洪波[19]等人，采用了激光位移传装夹过程中产生的位移和角度偏差进行了检测，并建弧长模型，工件在拼装和装夹过程中会产生位移和角，该焊缝位姿弧长模型主要是利用线阵激光位移传感立板的平面法向量以及坡口角度，并通过傅里叶变换域信号进行变换域，在正交线性空间中进行了焊缝的而利用线阵激光位移传感器采集的数据容易受到焊缝期望达到理想的位姿检测效果，则要提高工件的装配在箱梁的生产过程中难以实现。

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