基于交变磁场测量（ACFM）技术的焊缝跟踪系统的研究

论文摘要

焊接是一种对技术要求高、劳动强度大、工作环境恶劣的工作。因此,实现焊接过程的自动化和智能化是提高焊接产品质量和生产效率的关键,而焊缝自动跟踪是焊接自动化的重要环节。因此,研制性能优良、经济实用的焊缝跟踪系统是一个急待解决的问题。本文主要研究基于交变磁场测量(ACFM)技术的焊缝自动跟踪技术。首先对焊接自动化和焊缝自动跟踪技术的国内、国际动态作了简要介绍,同时对交变磁场测量(ACFM)技术的发展和应用现状进行了阐述,然后根据交变磁场测量(ACFM)技术的原理及特点,分析了此技术用于焊缝跟踪的可行性。本文详细阐述了交变磁场测量技术的理论基础和基本原理,并对焊缝跟踪系统进行了整体结构设计,其中包括:系统的总体设计、激励线圈和感应线圈的设计、激励信号源设计、前级电路设计和系统相应的抗干扰措施。为检测系统提供了稳定可靠的信号,并为下一步的信号处理奠定了良好的基础。由于本系统感应信号比较弱,而在现有的微弱信号测量技术中,相关检测技术是一种成熟并且对微弱信号有很好的放大和对噪声有良好的抑制作用的检测技术。利用该技术能把信号的幅值和相位分别检测出来,以直流的形式输出,可以大大减小对A/D采样器的采样频率要求。本系统设计了相应的硬件电路,完成了对信号的采集工作。针对感应信号本身的特点,设计了采样保持电路,并采用最大值采样法对信号进行采样,利用PID算法使偏差量趋于最小,使焊枪始终对中焊缝,实现跟踪。最后,在以上设计基础上完成整个系统的调试,实现了焊缝自动跟踪,并对焊缝自动跟踪实验结果进行分析和评价。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 焊缝跟踪系统的国内外研究现状
• 1.1.1 焊缝跟踪系统控制方法的应用
• 1.1.2 焊缝跟踪传感器的发展及其分类
• 1.1.3 国内外焊缝跟踪技术研究的发展现状及趋势
• 1.2 交变磁场测量法（ACFM）的国内外研究现状
• 1.2.1 无损检测技术的发展
• 1.2.2 电磁无损检测技术的研究现状和发展
• 1.2.3 交变磁场测量法（ACFM）国内外现状及发展趋势
• 1.2.4 交变磁场测量技术的基本原理
• 1.3 课题研究的指导思想及其意义
• 1.4 论文的主要研究内容及其安排
• 1.5 本章小结
• 第二章 基于交变磁场测量（ACFM）技术的焊缝跟踪系统的设计
• 2.1 系统的总体设计
• 2.2 激励信号源设计
• 2.2.1 ICL8038的管脚功能和性能特点
• 2.2.2 ICL8038基本电路的工作原理
• 2.2.3 实际工作电路
• 2.3 传感器的设计
• 2.3.1 激励线圈的设计
• 2.3.2 感应线圈的设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 信号硬件处理系统
• 3.1 概述
• 3.2 信号的相关检测技术
• 3.2.1 相关原理与相关函数
• 3.2.2 相关接收技术
• 3.3 锁定放大器的工作原理
• 3.4 相敏检测原理
• 3.5 信号的前级放大与滤波
• 3.6 实际相敏检测电路和波形
• 3.7 本章小结
• 第四章 信号软件处理系统
• 4.1 最大值采样法
• 4.2 采样数据分析
• 4.3 偏差信号的PID算法处理
• 4.3.1 PID控制算法原理
• 4.3.2 PID算法的程序设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统的抗干扰措施和跟踪实验结果
• 5.1 抗干扰措施概述
• 5.2 硬件抗干扰措施
• 5.2.1 电源滤波器
• 5.2.2 过程通道干扰的抑制
• 5.2.3 数字电路的抗干扰措施
• 5.3 软件抗干扰措施
• 5.3.1 设置软件陷阱
• 5.3.2 设立时间监视器
• 5.3.3 软件容错技术
• 5.4 抑制干扰的其它措施
• 5.5 跟踪实验结果
• 5.5.1 跟踪实验方法和结果
• 5.5.2 跟踪误差分析
• 5.6 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读学位期间发表论文目录）