8 2012年8月
焊接学报
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDINGINSTITUTION
Vol.33 August
No.8 2012
基于ACFM技术的焊缝跟踪传感器空间磁场建模
洪波，汤迪铭，李湘文，洪宇翔
（湘潭大学机械工程学院，湘潭411105）
摘要：针对牵间隙1形坡口对接焊缝因其结构特殊性而缺乏直接有效的跟踪方法这-难题，设计了一种基于交流电磁场检测（ACFM）技术的新型焊缝跟踪传感器，建立了传感器焊缝表面感应电流的三维空间简化磁场模型，推导出了空间磁场磁感应强度计算解析式，利用MATLAB软件分析了三维方向的磁感应强度分布规律，重点分析工件焊缝引起的磁场略变信号与焊缝位置之间的内在联系，采用近似二次多项式曲线拟合表征垂直焊缝方向磁感应强度B，与焊缝左右偏离距离两者的数学关系，提出了一种新
的焊缝偏差检测方法，为1形对接坡口焊缝自动跟踪系统的设计提供理论依据，关键词：窄间障I形坡口：交流电磁场检测：焊缝跟踪传感器：磁场建模
中图分类号：TG409 0序言
文献标识码：A
文章编号：0253360X(2012)08001304
洪波
面感应出交变电流，当表面无缺陷或检测线圈远离缺陷时，空间感应磁场呈均勾分布；当工件存在缺陷
焊缝自动跟踪技术是焊接自动化研究的一个重要方面，目前传感器技术的迅猛发展为解决这一间题提供了比较充裕的技术基础，但对窄间照1形坡口对接焊缝一直缺乏直接有效的跟踪方法，文中设计的新型传感器作为ACFM技术在不同工业领域的探索实践，可以应用于1形对接坡口的焊缝自动跟踪
焊缝自动跟踪过程中影响跟踪效果和精度的关键在于沿焊缝方向各点位置信息能否作为焊缝纠偏行为的准确参考！，文中的研究重点是通过垂直焊缝方间空间磁场的数学建模，利用MATLAB软件的数值分析功能，独创性地提出离开焊缝中心线左右垂直距离与空间磁场磁感应强度大小和方向之间的内在函数关系，为交变磁场焊缝跟踪传感的实现提
供理论指导， 1
ACFM技术感应电流数学模型简化 1.1交流电磁场的感应电流分布
图1为ACFM技术缺陷检测工作示意图， ACFM技术的基本原理为由激励线圈在待测工件表收稿日期：2011-06-14
基金项目：国家自然科学基金资助项目（50975243）潮南省教育厅
重点资助项目（11A114）：潮南省研究生科研创新资助项目(CX2010B260)
万方数据
时，电流线从缺陷底部和两侧流过，从而引起工件表面电磁场扰动，通过检测线圈收集电磁场畸变信息并送人后续的信号处理单元分析处理，可获得能够反映缺陷的尺寸和位置信息，实现缺陷的定量检测[23]
B, t
逆时针电流线与B负蜂值相对应
顺时针电流线与 B的正峰值对应
在缺陷远处电流呈均匀分布
密集的电通线与B的波
蜂值相对应 B.t
移疏的电流线与B的波谷值相对应
图1ACFM技术缺陷检测工作示意图
Fig.1Schematic diagram of defect detection
当交变电流通过导体时，电流由于趋肤效应将集中在导体表面流过，频率越高，趋肤效应越显著，电流在导体中的深度可表示为
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