本文關鍵詞：基于柔性臂的焊接接頭超聲波檢測方法研究

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【摘要】：焊接是材料的一種永久性連接方法,一般要求焊接接頭達到一定的強度,同時它可能服役于腐蝕性強,高、低溫等惡劣壞境下,因此,還要具有較強的耐腐蝕,耐高、低溫等性能。為了防止焊接接頭在其使用壽命內失效,可以通過焊接過程質量的實時控制,焊接接頭外觀或內在質量的檢測等,以控制焊接質量。超聲波檢測應用范圍廣、靈敏度高,且對人體無害,輔以超聲成像技術,能直觀的顯示出材料內部情況。本文為焊接接頭質量的定位或定量檢測提出了一種新方法,將柔性臂測量系統(tǒng)測量空間位置的方法應用到超聲波檢測中,起到定位的作用,并進而達到定量檢測的目的。該檢測系統(tǒng)無電機驅動裝置,純手動操作柔性臂測量系統(tǒng)端部的探頭,可以對不同位置表面和含空腔材料內部的焊接接頭進行超聲波檢測,與電機驅動探頭的檢測方法相比,具有便攜靈活,檢測范圍廣等優(yōu)勢。本文首先設計了焊接接頭的柔性臂超聲波定位或定量檢測的基本原理,從自由度選擇、桿件長度設計、關節(jié)設計出發(fā)設計了柔性臂測量系統(tǒng)的機械結構,選擇了一種合適的角度編碼器,利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取柔性臂測量系統(tǒng)中各桿件的轉角信息,并采用了一種最優(yōu)的轉角計算方法;建立了柔性臂測量系統(tǒng)獲取空間位置的理想數(shù)學模型,并對其正確性進行了驗證,得到了以六個轉角為自變量,空間位置為變量的矩陣方程。詳細分析了空間位置測量的誤差來源,在此基礎上建立了獲取空間位置的誤差模型;研究了各結構參數(shù)誤差對柔性臂測量系統(tǒng)空間位置測量精度的具體影響和權重,為提高柔性臂測量系統(tǒng)的測量精度研究了一種在最小二乘法的L-M算法的基礎上的結構參數(shù)標定算法,建立了單點標定模型和距離標定模型,并對這兩種標定模型分別進行了仿真實驗。實驗結果表明:當柔性臂測量系統(tǒng)的偶然誤差很小以及結構參數(shù)誤差在10%以內時,能準確標定大部分結構參數(shù);制定了標定試驗方案,應用單點標定模型對柔性臂測量系統(tǒng)的結構參數(shù)進行了三組標定試驗,用標定后的結構參數(shù)修正理想結構參數(shù)后,對標定紙內任意兩端點間距離進行十組試驗,選擇產生距離誤差最小的一組作為最佳結構參數(shù)。試驗結果表明:柔性臂測量系統(tǒng)的測量誤差基本在0.5mm以內,滿足精度要求;以點焊接頭的超聲波檢測為例,應用該柔性臂超聲波檢測系統(tǒng)對三組點焊接頭進行檢測,獲得了該檢測方法下點焊接頭的C掃描圖像及帶網(wǎng)格的C掃描圖像,最后對比點焊接頭的熔核直徑的測量值與實際值的差距。試驗結果表明:利用該柔性臂超聲波檢測系統(tǒng)可以用于檢測點焊接頭熔核直徑。
【關鍵詞】：焊接接頭 超聲波檢測 柔性臂測量系統(tǒng)
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG441.7
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 選題背景及意義11-12
• 1.2 焊接接頭超聲波檢測的發(fā)展概況12-16
• 1.3 空間位置測量技術的發(fā)展概況16-20
• 1.4 本文主要研究內容20-21
• 第2章 基于柔性臂的焊接接頭超聲波檢測方法21-33
• 2.1 檢測系統(tǒng)原理設計21-22
• 2.2 柔性臂系統(tǒng)機械結構設計22-27
• 2.2.1 柔性臂自由度選擇23-24
• 2.2.2 桿件長度設計24-26
• 2.2.3 關節(jié)設計26-27
• 2.3 角度信號采集及處理27-31
• 2.3.1 角度編碼器選擇27-29
• 2.3.2 信號采集系統(tǒng)及處理29-31
• 2.4 本章小結31-33
• 第3章 柔性臂末端空間位置計算的數(shù)學模型33-47
• 3.1 數(shù)學模型的理論基礎33-36
• 3.1.1 共原點坐標變換33-35
• 3.1.2 不共原點坐標變換35-36
• 3.2 柔性臂末端空間位置計算的理想數(shù)學模型36-42
• 3.2.1 Denavit -Hartenberg法基本理論36-38
• 3.2.2 理想數(shù)學模型38-42
• 3.3 柔性臂測量系統(tǒng)末端空間位置的誤差模型42-45
• 3.3.1 柔性臂測量系統(tǒng)的誤差分析42-43
• 3.3.2 帶誤差的數(shù)學模型43-45
• 3.4 本章小節(jié)45-47
• 第4章 提高柔性臂測量系統(tǒng)測量精度的研究47-71
• 4.1 結構參數(shù)誤差對柔性測量系統(tǒng)測量精度的影響47-55
• 4.1.1 關節(jié)轉角誤差對精度的影響48-51
• 4.1.2 關節(jié)扭角誤差對精度的影響51-53
• 4.1.3 桿長誤差對精度的影響53-54
• 4.1.4 偏距誤差對精度的影響54-55
• 4.1.5 探頭末端距離誤差對測量精度的影響55
• 4.2 結構參數(shù)標定及仿真55-69
• 4.2.1 非線性最小二乘法原理56-60
• 4.2.2 單點標定模型及其仿真60-65
• 4.2.3 距離標定模型及仿真65-69
• 4.3 本章小結69-71
• 第5章 試驗及分析71-81
• 5.1 標定試驗及分析71-75
• 5.1.1 標定試驗過程71-73
• 5.1.2 標定試驗結果分析73-75
• 5.2 焊接接頭超聲波檢測試驗及分析75-79
• 5.2.1 焊接接頭超聲波檢測試驗過程75-77
• 5.2.2 焊接接頭超聲波檢測結果分析77-79
• 5.3 本章小結79-81
• 第6章 結論81-83
• 參考文獻83-89
• 致謝89

【參考文獻】

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本文編號：556693