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横向埋弧自动焊摆动跟踪系统研究

作　者: 张晓明
导　师: 王刚
学　校: 沈阳大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 横向埋弧自动焊 焊枪摆动 焊缝跟踪 伺服控制技术 可编程控制技术
分类号: TG409
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着我国石油储备和冶金工程建设的快速发展,以储油罐和冶金高炉为代表的大型钢结构的需求日益增长。大型钢结构的自动化焊接技术已经成为工业发展过程中不可缺少的重要研究课题。经过十几年的发展,国产自动化焊接设备已经可以取代同类进口设备,但仍然有许多的技术不够成熟,焊枪摆动技术与焊缝跟踪技术就是该领域亟待解决的课题。本文对横向埋弧焊自动焊的应用背景做了深入的研究以作为后面焊枪摆动和焊缝跟踪系统的设计依据。并对国内外关于焊枪摆动与焊缝跟踪的设计成果进行了分析,作为后续设计的参考。根据横向埋弧焊焊枪摆动的技术要求,应用伺服控制技术,可编程控制技术,设计了焊枪摆动自动数字控制系统。解决了焊枪摆动系统在实际工作中可能遇到的问题和难点,如摆动波形控制,摆动速度自适应等。在了解了大型钢结构横向焊缝的结构特点和埋弧横向焊接的工作特点和跟踪难点的前提下,总结前人的设计经验并加入创新性设计,结合激光测距传感技术设计完成了横向埋弧自动焊接机焊缝跟踪系统的设计。通过反复试验调试解决了诸如提高检测信号精度,实时检测延时偏差补偿等跟踪难点。在前几部分的设计成果的基础上,在对所设计硬件和软件的复杂程度以及设计的实用性和经济效益的综合考虑下,提出了三种横向埋弧自动焊摆动跟踪一体机的设计方案,并最终选择一套最优方案,设计出了一台样机,将前几部分的设计成果有机地结合起来。对所设计的横向埋弧焊机摆动跟踪一体机进行了全面的模拟试验和实际焊接试验,证明了所设计的系统可以应用于实际的工程作业。最后,针对本文的研究内容和工作进行了总结,并提出了其中的不足之处和今后改进的方向。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-23
  1.1 横向埋弧自动焊简介  11-13
  1.2 焊枪摆动系统的国内外发展现状  13-17
  1.3 焊缝跟踪系统的国内外发展现状  17-20
  1.4 主要研究任务及意义  20-22
  1.5 本章小结  22-23
2 横向埋弧自动焊焊枪摆动系统设计  23-45
  2.1 焊接结构及工艺特点  23-24
  2.2 焊枪摆动技术及工艺  24-28
    2.2.1 横缝焊接工艺参数  25
    2.2.2 横缝焊接存在问题  25-26
    2.2.3 焊枪摆动技术工艺要求  26-28
  2.3 焊枪摆动波形控制  28-30
  2.4 摆动中心回原点控制  30-31
  2.5 摆动速度自适应控制  31-35
  2.6 焊枪摆动系统的硬件设计  35-41
    2.6.1 行车电机及控制器的设计  36-37
    2.6.2 摆动电机及控制器的设计  37-38
    2.6.3 A/D,D/A 转换模块的设计  38
    2.6.4 人机交互界面设计  38-41
  2.7 焊枪摆动系统的软件设计  41-44
  2.8 本章小结  44-45
3 横向埋弧自动焊焊缝跟踪系统设计  45-63
  3.1 焊缝跟踪的技术要求  45-46
  3.2 焊缝偏差信号检测及数字滤波方法  46-49
  3.3 焊缝跟踪模糊控制算法设计  49-56
    3.3.1 焊缝偏差输入量模糊化  50-52
    3.3.2 模糊推理  52-55
    3.3.3 解模糊化  55-56
  3.4 偏差补偿延时计算  56-58
  3.5 焊缝跟踪伺服控制系统软件流程设计  58-60
  3.6 焊缝跟踪伺服控制系统控制模式设置  60-62
  3.7 本章小结  62-63
4 横向埋弧自动焊摆动跟踪一体机设计  63-69
  4.1 摆动跟踪一体机设计方案论证  63-67
    4.1.1 摆动跟踪一体机设计方案一  63-64
    4.1.2 摆动跟踪一体机设计方案二  64-65
    4.1.3 摆动跟踪一体机设计方案三  65-67
  4.2 一体机样机设计  67-68
  4.3 本章小结  68-69
5 横向埋弧自动焊摆动跟踪一体机实验与结果分析  69-81
  5.1 模拟焊接实验  69-78
    5.1.1 焊枪摆动模拟实验  70-73
    5.1.2 焊缝跟踪模拟实验  73-78
  5.2 现场焊接实验  78-80
  5.3 本章小结  80-81
6 总结与展望  81-83
参考文献  83-89
附录 横向埋弧自动焊摆动跟踪一体机PLC 程序设计梯形图  89-101
在校期间研究成果  101-103
致谢  103-104

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接一般性问题 > 焊接自动化技术
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