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基于摆动电弧传感器的焊缝跟踪技术研究

吴金锋  
【摘要】:焊接是现代工业中的一种重要的加工手段,随着现代工业的不断发展,对焊接质量及焊接效率提出了越来越高的要求,而焊接过程自动化则是提高焊接质量及焊接生产效率的关键,焊缝自动跟踪是焊接自动化的一个重要环节。 基于摆动电弧传感器的焊缝跟踪系统利用焊接电流信号来进行焊缝跟踪。它通过电弧的摆动来扫描焊接坡口,从而引起焊接电流伴随着弧长有规律的变化而变化,然后通过分析焊接电流的变化规律来获得焊缝偏差的信息。摆动电弧传感器结构简单,空间可达性好,是焊接界研究焊缝跟踪的热点。 本文首先分别建立了摆动电弧传感器在射流过渡及短路过渡下的数学模型,然后在数学模型的基础上,应用MATLAB的Simulink工具箱建立起了该系统的仿真模型。并对摆动频率、摆动宽度、水平方向偏差等对焊接电流波形的影响进行了仿真研究。通过对摆动电弧传感器的数学模型和仿真模型的研究,为后续从电流波形中提取偏差信息提供了理论指导。 因为在焊接过程中短路过渡、飞溅、烟尘、弧光等都会影响采集到的焊接电流信号,使得信号中带有许多噪声。因此结合该系统中对焊接电流滤波的要求,选择了贝塞尔滤波器进行了滤波,经过滤波后的电流信号波形清晰,为后续提取偏差信息创造了条件。 根据对摆动电弧传感器在短路过渡下的仿真研究,结合获得的经过处理后的焊接电流波形,提出了左右极限区域积分法来实现焊缝偏差信息的提取。该方法可以在一定程度上抑制随机噪声,而且需要处理的数据较少,加快了程序的循环速度,提高了焊接的跟踪精度。 最后建立了一套基于摆动电弧传感器的焊缝跟踪系统硬件平台,并利用该平台进行了焊缝跟踪试验,取得了比较令人满意的跟踪效果。试验结果表明,本文开发的实时焊缝跟踪系统是可行的。


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