基于薄板搭接的互感式焊缝跟踪传感器的特性研究

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在现代制造工业生产中,焊接作为最关键的加工工艺方法之一,在机械制造、核工业、石油化工、航空航天等行业中得到了越来越广泛的应用。而传统的手工焊技术早已不能满足现代社会各行各业高速快节奏的发展需求。现阶段,发展科技含量、生产效益值高的智能化焊接技术显得尤为重要。但是,针对于工业生产中薄板搭接焊缝的客观要求,目前还没有一种合适的焊缝跟踪用传感器能很好的解决其自动跟踪问题,因此,开发出一种新型的附加式焊缝跟踪传感器来解决此问题具有很大的现实意义。本文的主要内容是对于互感式传感器的基础理论进行详细的研究和分析,设计出一种新型的互感式焊缝跟踪传感器,应用于薄板搭接,并解决一些关键问题,具体的内容如下:(1)对互感式传感器的基础理论进行了研究。结合传统互感式传感器的基本原理和工作过程,设计了一种新型的互感式焊缝跟踪传感器,并利用等效圆形回路法,建立了其互感计算的简化等效模型,通过计算,从理论上分析了影响传感器输出的各种因素。(2)结合优化设计理论和电磁场有限元分析的基本理论,运用ANSYS有限元仿真软件建立了互感式焊缝跟踪传感器的3D模型,为传感器结构的优化设计奠定了基础。(3)对应用于薄板搭接的新型互感式焊缝跟踪传感器进行ANSYS有限元分析,优化了互感式传感器线圈的自身结构参数,包括线圈匝数、线圈长度、线圈厚度、线圈内径、线圈轴线间夹角、线圈末端距离七个参数。通过对这些参数的有限元分析基本确定了传感器的结构,为实现薄板搭接的焊缝跟踪提供了理论依据。(4)利用自行制作的互感式焊缝跟踪传感器分析传感器与钢板距离和钢板厚度两个因素对于传感器输出的影响规律,针对传感器的跟踪特性同样进行了ANSYS仿真分析和实际偏差取样的实验,通过大量数据的对比,论证了互感式传感器应用于薄板搭接焊缝跟踪的可行性。(5)搭建了基于互感式传感器的焊缝跟踪机器人实验平台,超前于焊炬扫描焊缝位置偏差信息。设计了一种微弱交流信号的放大整流电路,采用集成运算放大器UA741,为传感器信号的采样和处理提供了保证。设计了一种焊炬位姿调节速度自适应的执行方式,运用8位CMOS型AVR微处理器Atmega8L的快速PWM波模式基本解决了前置附加式传感器焊缝跟踪时系统产生的时滞误差。
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