氩弧焊电弧高度跟踪控制技术(附件)【字数：11295】
摘 要摘 要现如今焊接技术在机械制造业占有着十分总要的地位。随着机械制造业的高速发展，对工件加工精度的要求越来越高，对工作效率的要求也越来越高。焊接自动化已经是国内外发展的趋势，而现在的焊接机床都是预先设定好路径，对形状不规则或是焊接过程中工件产生变形，不能实现自动化焊接。焊接自动化以及智能化的高速发展，焊缝跟踪已经成为焊接自动化技术的关键技术。而电弧高度跟踪就是焊缝跟踪中的重中之中。本文主要对TIG焊电弧高度跟踪系统进行设计与试验。整个系统是基于PLC设计出来的。系统选用的PLC是FX3U-24MT型号作为中心，用型号为LV28-P的霍尔电压传感器测量电弧电压，用GS2107触摸屏作为人机界面，采用TIG焊焊接方法。通过对“TIG焊电弧高度跟踪系统”的设计，介绍了TIG焊电弧高度跟踪系统的基本组成和试验流程。设计了以PLC为中心的跟踪控制系统中的各外围电路，包括信号采集和处理电路、伺服驱动器的驱动电路等，进行了PLC的程序编译和修改。从而实现了TIG焊电弧高度跟踪，具有一定的安全性和稳定性，并能够应用在实际生产中。关键词TIG焊；电弧高度跟踪；电压传感器；PLC
目 录
第一章 绪论 1
1.1 本文研究的背景和目的 1
1.2 电弧跟踪控制的概念 1
1.3 国内外研究现状以及困难 3
1.3.1 国内外发展现状 3
1.3.2 国内研究遇到的困难 3
1.4主要研究内容 4
第二章 基于对电弧长度控制的TIG焊接系统的建立 6
2.1 弧长稳定模型及调节机理研究 6
2.2 弧长控制系统设计 8
2.3 焊接系统的建立 9
2.3.1 焊接电源 9
2.3.2 十字滑架 10
2.3.3 伺服电机以及伺服驱动器 11
2.4 本章小结 13
第三章 基于PLC的电弧长度跟踪系统设计 14
3.1 系统硬件的设计 14
3.1.1 信号采集部分 14
3.1.2 控制部分 15
3.2 PLC的工作原理 17
3.2.1PLC的选型 17
3.2. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
2PLC程序编译软件 18
3.2.3 PLC电弧高度跟踪系统的设计 18
3.3 人机界面的设计 19
3.4 本章小结 20
第四章 TIG焊电弧高度跟踪控制试验及其分析 21
4.1 试验操作步骤及操作注意事项 21
4.2 焊接高度跟踪试验及分析 21
4.2.1 慢速碳钢的直流TIG焊的焊接高度跟踪试验及分析 22
4.2.2 快速碳钢的不规则工件直流TIG的焊接高度跟踪实验 25
4.2.3 直流TIG焊的焊接高度跟踪试验及分析 27
4.3 实验分析 28
4.4 本章小结 29
结论 30
致谢 31
参考文献 32
第一章 绪论
焊接技术在当今的机械制造技术中有着十分重要的地位。如今的机械制造技术突飞猛进，手工电弧焊焊接方法的效率低而且质量无法统一控制，不能满足现代化高精度产品制造高要求。因此，焊接制造也现在首要的任务就是保证焊接产品有稳定的质量同时提高焊接的生产效率。如何改善劳动环境以及减轻工人的劳动强度已成为迫在眉睫的要解决的问题。只提高焊接生产的自动化程度，才能行之有效的解决上述问题。焊接自动化的发展现如今发展迅速，并取得了显著成果，是因为电子计算机技术、数控技术、机器人技术以及控制理论的发展为其提供了技术基础。焊接自动化生产正是顺应了从21世纪以来，先进的机械制造技术的快速发展的要求[1]。焊接技术是一种包含许多其他学科的加工制造技术，典型的有光学、电学、热学以及力学方面的科技。电弧焊接时需要融化母材，需要较高的热输入，这就使焊接温度场的分布不均匀，会使焊接工件产生较大的热变形，从而在焊接时产生错边。为了克服热影响导致的错边对焊接的影响，现在有两种解决的方案。一种是进行夹具加紧固定，但是一般的夹具在较大热变形时作用不大，因此要特别精确的夹具用以维持精度。另一种方法是用传感技术对焊缝进行跟踪，经过一系列的实验发现，选用焊缝跟踪的方法比夹具固定的方法精确性更高，经济预算也更少[2] 。
1.1 本文研究的背景和目的
焊缝自动跟踪实现的前提是条件焊接传感技术[3]。经过多年来前人的研究焊接自动化技术，得出一个结论，确保焊接质量的最主要的前提条件就是确保焊接路径与焊缝重合。焊接自动化技术高速发展的今天，对焊缝的识别并且实现跟踪变得越来越重要。因为焊接质量会受到许多外界因素的影响，热输入过大产生的热变形，实际加工工件时产生的工件形状和尺寸误差，利用夹具固定的精度不能满足要求。基于这些影响因素，使得焊缝识别及自动跟踪成为世界焊接研究人员的研究重点 [4]。
增加焊接自动化程度的两个方法分别是焊缝的跟踪以及焊接质量及时监控，其中想要确保焊接的质量就必须进行焊缝跟踪。目前视觉传感器和电弧传感器是应用在焊缝识别和自动跟踪控制中最普遍的传感器。其中视觉传感器作为附加装置，增加焊接系统重量，使系统变复杂，并且视觉传感器的可达性不好，成本偏高，很少应用在生产中。电弧传感器所检测的信号的位置就是的电弧本身，不会因为传感器的位置而导致测量的误差，并且电弧传感器测量时，不会受到电弧的飞溅、烟尘、弧光等的干扰，现如今电弧传感器已成功的在弧焊机器人及自动焊接设备的焊缝识别和自动跟踪应用[5]。
电弧相对与焊缝的相对位置可以从电弧电压以及电弧电流的参数变化中得到，当电弧在焊缝上产生贯穿运动时，与电弧电压和电弧电流产生能够测量的较大的变化，用可以依据这些变化判断电弧是否在焊缝中心，以此作为信号控制驱动系统调节电弧移向焊缝中心，减少偏离，直到调节完成，实现焊缝跟踪[6]。
1.2 电弧跟踪控制的概念
基于电弧现象的焊缝跟踪控制:这种控制方法是以电弧等多种因素的综合为基础的。图11所示的是V形坡口的焊接，焊枪摆动的示意图，根据摆动过程中焊接电流I的变化，可以得出焊抢相应的高度H。跟踪焊缝就可以根据电弧在坡口两侧摆动时的焊接电流变化来实现。图11所示的检测焊接电流的方法外，这种检测原理还包含多种方法，由此研制了多种不同的控制系统及原理。使电弧摆动的方法有很多，可以利用机械装置对焊枪施力进行摆动，也可以通过电磁力或者电弧周围的保护气体来控制电弧使电弧弯曲，这种方式焊枪不需摆动。线性摆动、环线摆动和旋转摆动是电弧摆动的三种方式[7]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 本文研究的背景和目的 1
1.2 电弧跟踪控制的概念 1
1.3 国内外研究现状以及困难 3
1.3.1 国内外发展现状 3
1.3.2 国内研究遇到的困难 3
1.4主要研究内容 4
第二章 基于对电弧长度控制的TIG焊接系统的建立 6
2.1 弧长稳定模型及调节机理研究 6
2.2 弧长控制系统设计 8
2.3 焊接系统的建立 9
2.3.1 焊接电源 9
2.3.2 十字滑架 10
2.3.3 伺服电机以及伺服驱动器 11
2.4 本章小结 13
第三章 基于PLC的电弧长度跟踪系统设计 14
3.1 系统硬件的设计 14
3.1.1 信号采集部分 14
3.1.2 控制部分 15
3.2 PLC的工作原理 17
3.2.1PLC的选型 17
3.2. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
2PLC程序编译软件 18
3.2.3 PLC电弧高度跟踪系统的设计 18
3.3 人机界面的设计 19
3.4 本章小结 20
第四章 TIG焊电弧高度跟踪控制试验及其分析 21
4.1 试验操作步骤及操作注意事项 21
4.2 焊接高度跟踪试验及分析 21
4.2.1 慢速碳钢的直流TIG焊的焊接高度跟踪试验及分析 22
4.2.2 快速碳钢的不规则工件直流TIG的焊接高度跟踪实验 25
4.2.3 直流TIG焊的焊接高度跟踪试验及分析 27
4.3 实验分析 28
4.4 本章小结 29
结论 30
致谢 31
参考文献 32
第一章 绪论
焊接技术在当今的机械制造技术中有着十分重要的地位。如今的机械制造技术突飞猛进，手工电弧焊焊接方法的效率低而且质量无法统一控制，不能满足现代化高精度产品制造高要求。因此，焊接制造也现在首要的任务就是保证焊接产品有稳定的质量同时提高焊接的生产效率。如何改善劳动环境以及减轻工人的劳动强度已成为迫在眉睫的要解决的问题。只提高焊接生产的自动化程度，才能行之有效的解决上述问题。焊接自动化的发展现如今发展迅速，并取得了显著成果，是因为电子计算机技术、数控技术、机器人技术以及控制理论的发展为其提供了技术基础。焊接自动化生产正是顺应了从21世纪以来，先进的机械制造技术的快速发展的要求[1]。焊接技术是一种包含许多其他学科的加工制造技术，典型的有光学、电学、热学以及力学方面的科技。电弧焊接时需要融化母材，需要较高的热输入，这就使焊接温度场的分布不均匀，会使焊接工件产生较大的热变形，从而在焊接时产生错边。为了克服热影响导致的错边对焊接的影响，现在有两种解决的方案。一种是进行夹具加紧固定，但是一般的夹具在较大热变形时作用不大，因此要特别精确的夹具用以维持精度。另一种方法是用传感技术对焊缝进行跟踪，经过一系列的实验发现，选用焊缝跟踪的方法比夹具固定的方法精确性更高，经济预算也更少[2] 。
1.1 本文研究的背景和目的
焊缝自动跟踪实现的前提是条件焊接传感技术[3]。经过多年来前人的研究焊接自动化技术，得出一个结论，确保焊接质量的最主要的前提条件就是确保焊接路径与焊缝重合。焊接自动化技术高速发展的今天，对焊缝的识别并且实现跟踪变得越来越重要。因为焊接质量会受到许多外界因素的影响，热输入过大产生的热变形，实际加工工件时产生的工件形状和尺寸误差，利用夹具固定的精度不能满足要求。基于这些影响因素，使得焊缝识别及自动跟踪成为世界焊接研究人员的研究重点 [4]。
增加焊接自动化程度的两个方法分别是焊缝的跟踪以及焊接质量及时监控，其中想要确保焊接的质量就必须进行焊缝跟踪。目前视觉传感器和电弧传感器是应用在焊缝识别和自动跟踪控制中最普遍的传感器。其中视觉传感器作为附加装置，增加焊接系统重量，使系统变复杂，并且视觉传感器的可达性不好，成本偏高，很少应用在生产中。电弧传感器所检测的信号的位置就是的电弧本身，不会因为传感器的位置而导致测量的误差，并且电弧传感器测量时，不会受到电弧的飞溅、烟尘、弧光等的干扰，现如今电弧传感器已成功的在弧焊机器人及自动焊接设备的焊缝识别和自动跟踪应用[5]。
电弧相对与焊缝的相对位置可以从电弧电压以及电弧电流的参数变化中得到，当电弧在焊缝上产生贯穿运动时，与电弧电压和电弧电流产生能够测量的较大的变化，用可以依据这些变化判断电弧是否在焊缝中心，以此作为信号控制驱动系统调节电弧移向焊缝中心，减少偏离，直到调节完成，实现焊缝跟踪[6]。
1.2 电弧跟踪控制的概念
基于电弧现象的焊缝跟踪控制:这种控制方法是以电弧等多种因素的综合为基础的。图11所示的是V形坡口的焊接，焊枪摆动的示意图，根据摆动过程中焊接电流I的变化，可以得出焊抢相应的高度H。跟踪焊缝就可以根据电弧在坡口两侧摆动时的焊接电流变化来实现。图11所示的检测焊接电流的方法外，这种检测原理还包含多种方法，由此研制了多种不同的控制系统及原理。使电弧摆动的方法有很多，可以利用机械装置对焊枪施力进行摆动，也可以通过电磁力或者电弧周围的保护气体来控制电弧使电弧弯曲，这种方式焊枪不需摆动。线性摆动、环线摆动和旋转摆动是电弧摆动的三种方式[7]。
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