基于多极阵列电容传感器的波纹板焊缝跟踪方法研究

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1、学校代码10530学号201510161671分类号TG409密级公开硕士学位论文基于多极阵列电容传感器的波纹板焊缝跟踪方法研究学位申请人李文强指导教师李湘文副教授学院名称机械工程学院学科专业材料科学与工程研究方向焊接机器人及自动化二〇一八年六月ResearchonCorrugatedWeldTrackingMethodBasedonMulti-poleArrayCapacitanceSensorsCandidateLiWenqiangSupervisorA.PLiXiangwenCollegeSchoolofMechanicalEngineeringProgramMaterialProc

2、essingEngineeringSpecializationWeldingRobotsandAutomationDegreeMasterofAcademicUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018摘要摘要电容传感器技术作为高精度测量的核心技术，现已应用于工业自动化领域的检测控制系统之中。应用电容传感器进行微距检测的技术已经非常的成熟，并且其具备生产成本低廉、测量范围大、动态响应灵敏等优点，可以在高温、低温、强磁场、强辐射等众多恶劣的环境下长期工作。波纹板焊接还存在众多困难，因焊接变形引起的下波板变形给实时焊缝跟踪带来了困难。实现波纹板焊接自动化的

3、关键是实现波纹板折线焊缝的实时精确跟踪。为能够实现波纹板焊缝跟踪的焊接工艺，设计结构简单、高灵敏度、动态响应灵敏、传感范围大、抗干扰能力强传感器结构是实现波纹板焊缝跟踪的重要前提。本课题主要针对波纹板焊缝跟踪，提出了利用电容传感器实现波纹焊缝跟踪的方法，设计了一种利用多极阵列电容散射场进行波纹板焊缝跟踪的传感器结构。通过建立多极阵列电容传感器的数学物理模型，分析多极阵列电容传感器的边缘电容的计算方法，并分析了影响电容传感器穿透性和灵敏性的因素。通过COMSOL仿真软件对电容传感器的几何参数进行有限元仿真，并对边缘电场的穿透性和灵敏度性能参数进行了仿真分析。对波纹板焊缝跟踪系统的工作原理和系

4、统的组成进行详细介绍，系统软硬件电路设计，数据采集与转换模块主要是基于AD7746电容数字转换器进行的设计，对PIC18F452与AD7746之间的通讯流程及相关设置进行了介绍。搭建了多极阵列电容传感器波纹板焊缝跟踪试验平台。通过搭建的波纹板焊缝偏差试验平台，进行了电容传感器的灵敏场的试验验证分析和波纹板焊缝偏差量的对比试验分析。试验结果表明，噪声干扰对信号采集系统的影响在焊缝跟踪系统的允许范围内，验证了信号采集系统的稳定性。并对边缘电场的线性度试验结果与仿真结果进行分析对比，其结果与仿真结果的变化规律整体一致。对比分析不同方向和大小的偏差试验和波纹板的特征点信号的特征，并通过MATLAB

5、中的Daubechies小波滤波函数进行处理，其偏差试验结果与实际焊缝偏差变化结果基本一致。最终证明多极阵列电容传感器用于波纹板焊缝实时跟踪的可行性。关键词：多极阵列电容传感器；波纹板焊缝跟踪；COMSOL仿真；信号采集系统；AD7746IAbstractAbstractAsthecoretechnologyofhigh-precisionmeasurement,capacitivesensortechnologyhasbeenappliedinthedetectionandcontrolsystemofindustrialautomation.Theuseofcapacitivesens

6、orsformacrodetectiontechnologyhasbeenverymature,andithastheadvantagesoflowproductioncost,largemeasuringrange,anddynamicresponse,andcanworklong-terminmanyharshenvironmentssuchashightemperature,lowtemperaturestrongmagneticfield,strongradiationandsoon.Thecorrugatedplateweldingstillhasmanydifficulties

7、.Thedeformationofthewaveplatecausedbytheweldingdeformationbringsdifficultiestoreal-timeweldseamtracking.Thekeytorealizingtheautomationofcorrugatedplateweldingistoachievereal-timeaccuratetrackingofthecorrugatedpla