活性剂示踪磁控电弧摆动焊缝跟踪信号分析与处理

论文摘要

随着自动化焊接技术的发展,焊缝跟踪技术的要求也越来越高,国内外焊接研究工作者对此进行了大量研究并提出了很多新的方法,但由于焊接过程的复杂性及不确定性,目前并不存在普遍适用的方法,仍然有许多待研究的问题。电弧作为带电流体,在磁场中会受到洛伦茨力的作用而运动,其运动参数受到磁场强度、方向的影响；表面活性剂应用于焊接中可以起到增加熔深的作用,同时存在电弧电压升高的现象；结合以上两种现象并使用检测点和焊接点位置统一,实时性好的电弧传感器,通过励磁电路加以控制,使电弧在垂直于焊接方向的方向摆动,来回扫描涂覆有活性剂的焊缝并采集过程信号,通过提取由涂覆活性剂产生的电压升高所得的焊缝特征信号并通过计算得出焊缝焊炬的相对位置通过计算,设计制作了励磁系统及其控制电路；根据实验需求搭建了由前置处理系统和信号采集硬件组成的信号采集系统；基于NILabview软件平台,结合DAQ硬件建立了励磁控制、信号有效性判断、信号采集存储与示波、工作台运动控制等模块相结合并统一控制的软件系统。通过对所采信号特征的离线分析,选用了Butterworth数字滤波器并设计了信号处理方法,提取了焊缝特征信号并对焊缝偏移量进行了判别。针对本课题信号与控制特点,选用了模糊逻辑控制器作为在线焊缝跟踪控制器,设定了模糊逻辑语言变量和模糊规则库,并对设计好的控制器进行了调试,其输入输出曲线符合实验要求。根据在线处理要求在信号采集系统与离线分析系统相结合的基础上以周期为单位对所采信号进行了在线分析与处理。通过实验,分析了当前实验方案中的问题并提出了改进方案,证明此方法是一种结合活性剂与电弧传感器优点,具有一定可行性与研究价值的焊缝跟踪方法,但需解决其间存在的问题方可进一步研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 焊缝自动跟踪概述
• 1.2.1 焊缝跟踪传感技术的研究现状
• 1.2.2 TIG焊电弧传感的原理
• 1.2.3 焊缝跟踪控制的国内外研究现状
• 1.3 磁控电弧焊接工艺与其在焊缝跟踪中的应用
• 1.3.1 磁偏弧工艺
• 1.3.2 磁摆弧工艺
• 1.3.3 磁旋弧工艺
• 1.3.4 磁再压缩技术
• 1.3.5 磁控电弧用于焊缝跟踪
• 1.4 活性化钨极氩弧焊（A-TIG焊）概述
• 1.5 本文的研究内容和意义
• 第2章 实验系统
• 2.1 硬件系统
• 2.2 硬件设备的选择与设置
• 2.2.1 焊接电源
• 2.2.2 运动平台
• 2.2.3 数据采集前置处理
• 2.2.4 数据采集卡
• 2.2.5 工控机
• 2.2.6 励磁电路与磁场发生装置
• 2.2.7 视频设备
• 2.3 软件系统
• 2.3.1 主软件平台Labview
• 2.3.2 调用动态链接库（DLL）实现运动控制
• 2.3.3 数据采集与运动控制程序
• 2.4 本章小结
• 第3章 信号处理与算法设计
• 3.1 磁场中电弧的运动与电弧电压的相应变化
• 3.2 活性剂及焊接参数对电弧电压的影响
• 3.2.1 活性剂涂覆量与涂覆方法对电弧电压的影响
• 3.2.2 焊接参数对电弧电压的影响
• 3.2.3 电弧形态对电弧电压的影响
• 3.3 电压波形特征与分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 在线处理程序与控制器设计
• 4.1 控制方法选定与调试
• 4.1.1 模糊逻辑控制
• 4.1.2 Labview模糊逻辑工具包
• 4.1.3 模糊逻辑控制器的建立
• 4.1.4 模糊控制器的调试
• 4.2 在线信号处理与位置修正系统
• 4.3 实验信号分析
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A:攻读学位期间所发表的学术论文目录