中文摘要：

焊缝跟踪是实现焊接自动化、智能化的关键技术之一，但目前常用的焊缝跟踪传感器在实际应用中的效果还不尽人意，或系统复杂且价格昂贵，适用场合有限，缺乏一种低成本、高精度的焊缝跟踪方法。本项目提出一种新型焊缝跟踪传感器- - 磁控电弧传感器，采用磁场精确控制焊接电弧的摆动或旋转，并对电弧信号进行采集和处理，提取焊缝偏差信息，实现焊缝跟踪。这种传感器尺寸小、结构简单、没有机械磨损和噪声，电弧运动灵活、控制精度高，特别符合焊接过程低成本自动化要求。本项目研究磁控电弧传感器的工作原理、结构及传感特性；磁场对电弧运动的控制以及定位的机理；磁控电弧传感器的传感信号采集和处理方法；磁控电弧对焊缝跟踪精度及焊接质量的影响。构建一个磁控电弧传感理论体系，实现对空间复杂轨迹焊缝的实时跟踪。该研究将为智能化焊接系统的开发提供新的理论依据，促进我国制造业的发展。

结论摘要：

焊缝跟踪技术是实现焊接自动化的关键之一，但目前常用的焊缝跟踪传感器在实际应用中的效果还不尽人意。即使采用机器人焊接，一般很难在焊接过程中实时纠偏，缺乏一种低成本、高精度的焊缝跟踪方法。本项目提出了一种新型焊缝跟踪传感器——磁控电弧传感器，采用磁场控制焊接电弧运动，并对电弧信号进行采集和处理，提取焊缝偏差信息，实现焊缝跟踪。在自行研制的磁控电弧传感式焊缝自动跟踪系统平台上，主要研究了磁控电弧传感器的结构设计及参数优化方法；磁控电弧传感器的传感特性；磁场对电弧运动的控制以及定位的机理；磁控电弧传感器的传感信号采集和处理方法；磁控电弧对焊缝跟踪精度及焊接质量的影响规律。研究结果归纳如下 (1)建立了磁控电弧传感器的ANSYS模型，对传感器的磁场分布及强度进行了仿真分析，综合实际焊接试验结果，对其结构及主要参数进行了优化，设计了一种新型磁控电弧传感器。 (2)建立了磁控电弧传感器焊缝跟踪系统的MATLAB仿真模型，采用相关对象回调函数设计了对应的图形用户界面（GUI），并对磁控电弧传感器焊缝跟踪系统的主要参数的影响规律进行了仿真分析。获得了励磁电流 、气隙宽度 、扫描偏移量 等参数对扫描弧长 和电流传感信号 的影响规律。 (3)提出了将电弧弧柱视作圆柱体，其下端面直径近似为焊缝熔宽的假设，建立了磁控电弧埋弧焊熔宽的数学模型。仿真分析了励磁电流和励磁频率对焊缝熔宽的影响规律，并进行了相关焊接试验验证，其结果为研究磁控电弧埋弧焊焊缝跟踪方法打下了理论基础。 (4) 确定信号采样初级采用七阶无漂移Butterworth有源低通滤波器，针对搭接坡口提出了一种小波信号处理方法。试验结果表明原焊接波形与滤波后波形吻合得很好。 (5)根据电弧传感轮式焊接机器人机构的不同控制方法，建立了定步长和变步长两种焊缝跟踪精度模型，并推导出焊缝跟踪精度的估算方法。实际焊接试验结果证明这两种模型的焊缝跟踪精度的估算方法是正确和有效的，为提高焊缝跟踪精度提供指导作用。 (6)提出了一种基于滑动固定数据窗的电弧传感信号实时小波降噪方法。对实际的扫描焊接电流信号进行了在线实时降噪实验。结果表明该方法克服了系统去噪及实时性要求之间的矛盾。 (7)组织了3次国内学术会议，参加了7次国内学术会议。 (8)发表相关学术论文14篇，其中EI收录9篇；公开发明专利8项，授权发明专利4项。