基于传感器阵列技术的铝合金点焊质量检测系统研究

论文摘要

近年来,铝合金点焊被大规模的应用于工业及自动化生产中,成为各行业中的重要加工工艺方法。但是由于铝合金本身物理及化学性质的特殊性,使得传感技术对其质量监控成为当今世界的一大难题。在点焊质量检测过程中,各物理量场在各方位点的信息各异,所处环境也比较复杂,单一传感器检测信息往往具有局限性,应进行多传感器检测,即采用传感器阵列技术。本课题开发出一套以磁场信号为检测对象,采用磁敏传感器阵列技术采集特征信息的点焊质量检测系统。传感阵列由6个传感单元组成,每个传感单元均是以磁敏电阻锑化铟(Insb)作为探头以及其外围电路组成。磁敏传感单元以其排列方式的不同,分别组成以直线形排列的“一”形磁敏传感阵列;以环形排列的“O”形磁敏传感阵列;以交叉方式排列的“十”形磁敏传感阵列。本文分别采用这3种阵列对铝合金点焊过程的磁场信号进行了检测实验。实验中,先固定每种阵列与焊点之间的距离为30mm,然后改变电流参数10kA,14kA及18kA进行点焊实验,每个电流测试5次,将数据通过检测系统存入数据库进行分析。然后改间距为60mm及90mm重复上述步骤进行检测。最后将实验处理数据绘制表格,进行分析。本文中还提出了一种阵列信号提取算法。主分量分析(PCA)法是信号处理的一种算法。本课题中的算法以PCA算法为基础,编制有关传感器阵列数据处理软件提取有关点焊质量特征值,以此判断点焊熔核质量。实验证明,本检测系统不仅能够高速准确采集铝合金点焊过程的磁场特征信号,验证了系统的实用性。此外,实验中利用提出编写的提取算法对阵列信号特征值进行了有效提取,通过对提取的特征值进行分析,得出了不同阵列下的特征值变化规律,最终得出熔核质量与磁场特征值的关系。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 铝合金点焊质量检测的重要意义
• 1.2 点焊质量检测系统
• 1.3 点焊磁场检测
• 1.3.1 磁场检测的国内外现状
• 1.3.2 焊接磁场检测
• 1.3.3 质量检测算法
• 1.4 本文研究的目的和主要内容
• 第二章 磁敏传感器阵列的研究
• 2.1 磁传感检测点焊质量
• 2.2 磁传感器探头的选择
• 2.2.1 选择原则
• 2.2.2 InSb磁敏电阻的工作原理
• 2.2.3 磁敏电阻探头的选择确定
• 2.3 信号传感采集电路设计
• 2.4 外围电路及器件
• 2.5 磁敏传感阵列的研制
• 2.5.1 磁敏传感阵列原理
• 2.5.2 磁敏传感阵列的形式
• 2.5.3 磁敏传感阵列的特点
• 2.6 阵列采集系统硬件和软件构成
• 2.6.1 数据采集卡
• 2.6.2 采集系统软件结构
• 第三章 基于主分量分析法的信号提取算法
• 3.1 主分量分析（PCA）技术
• 3.1.1 PCA基本思想
• 3.1.2 数据主分量的分析表示
• 3.1.3 主分量的定义、性质和求取算法
• 3.1.4 主成分个数的选择
• 3.2 基于PCA算法的信号提取算法模型
• 3.2.1 算法步骤
• 3.2.2 基于Matlab平台的改进PCA算法程序
• 3.3 本章小结
• 第四章 磁敏传感器阵列应用于铝合金点焊的实验
• 4.1 实验方案
• 4.2 研制传感器的标定
• 4.2.1 实验目的
• 4.2.2 实验装置
• 4.2.3 实验内容
• 4.2.4 实验结果
• 4.3 “一”形磁敏传感器阵列检测实验
• 4.3.1 实验装置及材料
• 4.3.2 实验步骤
• 4.3.3 磁阵列信号数据提取处理
• 4.3.4 实验结果与分析
• 4.4 “O”形磁敏传感器阵列检测实验
• 4.4.1 实验装置及材料
• 4.4.2 实验步骤
• 4.4.3 实验结果与分析
• 4.5 “十”形磁敏传感器阵列检测实验
• 4.5.1 实验装置及材料
• 4.5.2 实验步骤
• 4.5.3 实验结果与分析
• 4.6 磁敏传感阵列实验结果
• 4.7 实验结论
• 第五章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢