基于旋转电弧传感器的cnc焊缝跟踪系统研究

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1、学校代码10530学号201510161686分类号TG409密级公开硕士学位论文基于旋转电弧传感器的CNC焊缝跟踪系统研究学位申请人钟勇指导教师洪波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五月ResearchonCNCSeamTrackingSystemBasedonRotatingArcSensorCandidateZhongYongSupervisorProf.HongBoCollegeSchoolofMechanicalEngineeringProgramMaterial

2、sScienceandEngineeringSpecializationWeldingRobotsandAutomationDegreeMasterofAcademicUniversityXiangtanUniversityDateMay,2018摘要摘要随着工业4.0以及中国特色的智能制造创新战略的全面落实，传统的焊接制造业在升级转型的过程中面临的问题与挑战是不言而喻的，自动化焊接装备的发展也越来越智能化。目前由于众多焊接设备结构繁杂、经济成本高、实用性差以及跟踪不稳定等问题，导致在工业应用中的效果差强人意，针对空间曲

3、线焊缝和焊缝实时跟踪两大技术难题，本文以旋转电弧传感器与数控焊接机相结合的CNC焊缝跟踪系统为基础，采用B样条算法对空间曲线焊缝进行轨迹规划，通过Matlab仿真分析验证轨迹模型的可靠性，并提出了一种修正型EKF滤波算法对焊缝偏差进行预测，最后通过试验表明该方法可以有效提高焊缝跟踪的精度，提供了一种空间曲线焊缝偏差识别的新方法。本文的主要研究内容如下：1、设计基于旋转电弧传感器的CNC焊缝跟踪系统。根据旋转电弧传感器与CNC焊接机各自的优点，建立以旋转电弧为基础的CNC焊缝跟踪系统，详细论述了基于旋转电弧传感器的CNC焊

4、缝跟踪系统结构，并对CNC焊缝跟踪系统的工作原理进行了深入研究和分析，设计出了满足工业应用要求的CNC焊缝跟踪系统。2、提出一种基于时间参数的B样条空间曲线焊缝轨迹规划方法。采用基于B样条算法对空间曲线焊缝建立样条模型，以时间参数为基础对焊缝轨迹进行插补，最后通过Matlab仿真分析可知基于时间参数的B样条空间曲线焊缝轨迹规划效果好，同时还能实现速度的规划，表明了该轨迹规划方法应用于CNC焊缝跟踪系统的可行性。3、提出一种基于修正型EKF滤波算法的焊缝跟踪偏差预测方法。基于旋转电弧传感器焊缝跟踪偏差预测控制系统为基础，将

5、焊缝非线性偏差状态估计问题转化为线性估计问题，利用EKF滤波算法次优估计解，通过引入偏差修正因子，重新估计得到最优估计解，针对旋转电弧传感的信号处理问题，采用前半周期去极值加权积分比较法，最后通过试验结果表明了该预测方法的可靠性。4、搭建基于旋转电弧传感器的CNC焊缝跟踪系统试验平台，通过试验结果表明焊缝轨迹规划的准确性，焊接速度规划效果好，同时表明了偏差预测方法应用于CNC焊缝跟踪系统的可靠性，提高了焊缝跟踪的精度，为空间曲线焊缝偏差预测提供了一种新方法。关键词：焊缝跟踪；CNC；旋转电弧传感器；B样条曲线；偏差预测I

6、AbstractAbstractWiththecomprehensiveimplementationoftheindustrial4.0andtheintelligentmanufacturinginnovationstrategywithChinesecharacteristics,theproblemsandchallengesfacedbythetraditionalweldingmanufacturingindustryintheprocessofupgradingandtransformationareself

7、-evident,andthedevelopmentofautomaticweldingequipmentismoreandmoreintelligent.Atpresent,duetonumerousweldingequipmentstructurecomplex,theproblemsofhigheconomiccost,poorpracticabilityandtrackinginstabilityleadtounsatisfactoryresultsinindustrialapplications,basedon

8、theCNCseamtrackingsystemcombinedwiththerotaryarcsensorandtheCNCweldingmachine,theB-splinealgorithmisusedtotracktheweldtrajectoryofthespacecurve,thereliabilityo