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《天津工业大学》 2019年
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基于无线传输的焊接监测系统设计与实时数据压缩算法研究

常晓明  
【摘要】:焊接过程中焊接电弧变化直接影响到焊接质量,为了减轻焊接现场电弧光、烟尘等恶劣环境对设备操作人员身体健康的不利影响,通过高速无线数据传输技术实现焊接信号的远距离监测是一种有效的解决方案。基于上述工程需求,本文提出一种基于无线传输的焊接监测系统并针对硬件系统带宽受限、不能满足数据无线高速传输的问题设计开发了一种实时数据压缩算法。首先,在对在线监测和数据压缩的国内外发展现状进行调研分析的基础上,针对高速、实时的传输需求对焊接无线监测系统进行总体方案设计并确定了数据压缩算法的设计思路。对监测系统总体功能进行模块化设计,系统包括数据采集模块、无线传输模块及组网模块。为了满足焊接信号的高精度实时同步采集,设计了基于AD7606和DSP的接口电路与软件控制程序。为了实现数据无线收发功能,开发了基于nRF24L01的无线传输模块并设计了其与DSP的接口电路与软件程序。针对焊接车间多焊机分布零散的问题,通过CAN总线建立分布式通信网络并通过以太网控制器W5500将信息汇总传输至上位机实现了焊接过程信息无线实时监测。对上述模块进行调试,验证了各功能模块的工作精度与工作范围可以满足监测要求。为了满足硬件系统无线高速数据传输的需要,本文针对焊接过程信号具有周期性的数据特点,提出一种基于提升小波分段常值-邻段拷贝的压缩算法。通过小波阈值压缩、分段常值压缩和邻段拷贝三步法对信号数据完成了深度压缩,在MATLAB环境下进行了算法仿真,分析了影响算法压缩性能的小波阈值u、分段阈值v和相似度阈值s分布规律并完成3个参数的优化,最大压缩比达到了4.5222相对于现有算法在压缩效果上有较大提升,并在不同焊接条件下进行了多组实际焊接试验,通过对比原始信号与压缩还原信号证明本算法可满足焊接过程信息的实时高效压缩。最后,将系统应用于窄间隙焊接焊缝跟踪的焊枪与焊缝中心偏离预测中,分析产生偏离的原因并根据采集的大量焊接信号建立焊枪与焊缝中心偏离量估测的神经网络模型,对神经网络训练达到对焊缝偏离趋势与偏离量的准确估计。实际焊接试验证明:本系统针对窄间隙焊接的焊缝偏离可进行较为准确的偏离判断与偏离量预测,这为后续的基于电弧信号的焊缝跟踪研究提供了技术支持。
【学位授予单位】:天津工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TP274.2;TG409

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