基于薄板搭接摆动式相邻电容焊缝跟踪传感器的研究

摘要

如今传感器技术发展迅速，工业控制与测量中随处可见各式各样的传感器，其中电容传感器由于其高灵敏度、高动态频率响应特性、结构及原理简单等特点，其广泛应用于工业生产制造中，目前国内外学者对电容传感器的研究与应用，很多都集中在利用传感器对被测物进行平面位置内的检测与测量等方面。这得益于近年来科技的快速发展，使得其在测量领域的应用得到了突飞猛进的发展，但是对于利用相邻电容传感器检测焊枪偏差实现焊缝跟踪的方法还未见相关报道。同时薄板搭接焊缝的自动跟踪技术一直以来都是焊接领域的一个难点，所以本课题的研究旨在为薄板搭接焊缝跟踪提供一种可参考的新技术。
　　本文首先分析了相邻电容传感器理论，提出了应用该类型传感器应用于薄板搭接焊缝的自动跟踪技术，同时提出对相邻电容传感器采用角度摆动的方式采集焊缝信息的方法，并且对其机理进行了深入的分析，从理论角度上阐述了其可行性及优点。建立了相邻电容传感器输出电容值相对于被测工件距离变化的数学模型；
　　其次，建立相邻电容传感器相对薄板搭接焊缝摆动扫描的两个数学模型，并且通过对比得出了最优的摆动模型。利用 MATLAB仿真软件对两个模型进行了仿真分析，从仿真结果上看：摆动式相邻电容传感器应用于薄板搭接焊缝的自动跟踪是完全可行的；
　　再次，针对目前测量微小电容的传统方法存在的弊端，提出了应用AD7150电容数字转换器测量电容值的方法，设计了基于芯片AD7150和单片机 dsPIC30f3012的信号采集及处理系统。同时对系统的软件部分和测量系统的硬件电路部分进行了设计，并通过试验验证了该系统的稳定性。
　　文章最后进行了模型仿真结果的对比试验以及焊接影响试验，试验结果通过MATLAB小波滤波后与模型的仿真结果进行对比，其中试验与仿真结果变化规律整体一致，这进一步证明了摆动式相邻电容传感器应用于薄板搭接焊缝的自动跟踪可行性。

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第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 几种焊缝跟踪传感技术的概述

1.3 电容传感器的原理和应用

1.4 课题研究的指导思想及其意义

1.5 课题研究的主要内容

第2章 摆动式相邻电容传感器数学模型

2.1 相邻电容传感器基本原理概述

2.2 相邻电容传感器数学模型

2.3 摆动式相邻电容传感器原理

2.4 摆动式相邻电容传感器的数学模型

2.5 本章小结

第3章 数学模型的Matlab仿真

3.1 引言

3.2 相邻电容式传感器模型Matlab仿真试验

3.3 薄板搭接焊缝扫描单元的模型仿真

3.4 传感器模型与坡口扫描单元联立仿真

3.5 本章小结

第4章 摆动式相邻电容传感器试验平台

4.1 系统概述

4.2 电容信号采集及处理模块

4.3 软件设计

4.4 平台搭建

4.5 本章小结

第5章 模型的试验对比分析

5.1 试验结果及分析

5.2 信号滤波处理

5.3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A(攻读硕士学位期间发表的论文)

附录B(发明专利以及校级奖励)

附录C(参与项目情况)