焊缝偏差信息提取与跟踪精度测量方法研究

论文摘要

随着现代化生产的发展,对焊接自动化和智能化的要求也越来越高。焊缝跟踪技术是焊接自动化须解决的首要问题。由于性价比较高,电弧传感式焊缝跟踪技术已经成为自动化焊接领域的研究热门。焊缝偏差信息的提取是研究焊缝跟踪系统中的重点和难点之一,偏差信息的好坏直接影响到焊缝跟踪的精度。本文就提取焊缝偏差信息的过程中出现的几个关键问题进行研究。首先,建立了旋转电弧传感式焊缝跟踪系统试验平台。采用新型高速旋转电弧传感器;控制部分选用自带“看门狗”的51芯片,增强系统的稳定性;自学习标称值确定法用来对焊缝进行高低跟踪;采用电子差速法驱动焊接小车,用并行控制法协调滑架和小车运动;硬件电路部分按功能模块化,便于故障的查询和各部分的替换。其次,改进了旋转电弧传感器结构,选用反射式光耦产生定位脉冲,设计出光耦和电路板内置式结构,减小传感器半径,增强了传感器的抗干扰性能和现场焊接的可达性;试验研究了定位脉冲的影响因素;在旋转电弧传感器允许的旋转频率范围内获得了稳定的方波脉冲;为获得良好的焊缝偏差信息提供了较好的原始信号和位置信号。第三,从采样电流波形中分析熔池对电流信号的影响规律,并针对这一影响因素,提出一种电流信号的采样方法——“四分圆周采样法”,熔池金属对采样信号的干扰被削弱。滤波方面,提出“双模拟滤波”,结合“指数平滑数字滤波”,使得采样数据能更真实地反应电弧长度,在此基础上进而计算出焊炬相对于焊缝的偏差信息。试验研究表明,由此得到的焊缝偏差信息准确可靠,用于焊缝跟踪可得到良好的跟踪效果。最后,根据焊缝跟踪精度的定义分析了焊缝跟踪系统的理论跟踪精度的估算方法;采用直角坐标法,建立了焊接机器人实际焊缝跟踪精度的数学模型,此模型直接以焊炬的调节量为变量,参数较少,模型易懂;根据建立的跟踪精度模型,提出新的焊缝跟踪精度的测量方法,并以本系统为例分析了精度测量的试验设计方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究指导思想
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 移动焊接机器人的研究现状
• 1.2.2 焊缝跟踪传感器的分类
• 1.3 本研究的内容
• 第2章 电弧传感式焊缝跟踪系统
• 2.1 引言
• 2.2 机器人机构
• 2.2.1 焊接小车
• 2.2.2 十字滑架
• 2.3 控制系统
• 2.3.1 焊缝偏差信号的提取
• 2.3.2 旋转电弧传感器焊缝跟踪算法
• 2.3.3 焊炬位移调节的控制
• 2.4 控制系统模块化设计
• 2.5 旋转电弧传感式焊缝跟踪基本原理
• 2.5.1 旋转电弧传感原理
• 2.5.2 旋转电弧电流信号的定位与离散
• 2.6 本章小结
• 第3章 新型传感器的结构设计
• 3.1 引言
• 3.2 常用传感器结构
• 3.2.1 齿轮传动式旋转电弧传感器结构
• 3.2.2 空心轴电机驱动式旋转电弧传感器结构
• 3.3 新型传感器结构特点
• 3.3.1 传感器整体结构及特点
• 3.3.2 电弧位置传感器结构
• 3.4 新型电弧位置传感器信号的产生与处理
• 3.4.1 新型电弧位置传感器信号的产生原理
• 3.4.2 新型电弧位置传感信号的影响因素
• 3.4.3 新型电弧位置传感信号的处理
• 3.5 本章小结
• 第4章 空间曲线焊缝偏差信息的提取
• 4.1 引言
• 4.2 焊缝偏差信息提取的基本原理
• 4.3 采样区间划分
• 4.3.1 电流信号低频干扰分析
• 4.3.2 “四分圆周采样法”
• 4.4 信号处理
• 4.4.1 初级电流采样信号杂波分析
• 4.4.2 双模拟滤波
• 4.4.3 指数平滑法数字滤波
• 4.5 焊缝偏差的计算与实验
• 4.5.1 焊缝偏差的计算
• 4.5.2 V 形坡口焊缝偏差信息提取实验
• 4.6 本章小结
• 第5章 焊缝跟踪精度测量方法
• 5.1 引言
• 5.2 焊缝跟踪精度概述
• 5.2.1 焊缝跟踪精度定义
• 5.2.2 旋转电弧传感式焊缝跟踪系统精度分析
• 5.3 跟踪精度的数学建模
• 5.4 跟踪精度测量方法
• 5.4.1 已有跟踪精度测量方法的简介
• 5.4.2 滑阻测量法
• 5.4.3 测量跟踪精度的试验设计方法
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录（个人简历、攻读硕士学位期间的论文及获奖情况）