电容传感器是目前应用十分广泛的高精测量传感器,因为其制造成本低、测量范围大、动态响应灵敏度高的特点,现已广泛应用于工业领域,而且电容传感器可以在高温、低温和强磁场环境等恶劣环境下长期工作。随着国家智能制造2025计划的不断推进,以集装箱波纹板为代表的海工装备存在着焊接自动化程度低和焊接质量参差不齐的问题。因此,如何提高波纹板焊接质量和自动化水平,解决因焊接变形、空间狭小等带来的困难,满足波纹板焊接实时焊缝跟踪、焊接起始点自动定位以及焊枪姿态自动调整的要求,达到波纹板焊接自动化和智能化的目的,是海工装备制造过程中亟待解决的问题。本课题针对波纹板焊缝起始点自动定位和焊枪姿态识别的问题进行了深入研究,提出了面阵电容传感器的设计思路,研究了波纹板焊缝起始点自动定位和焊枪姿态识别方法。首先,在分析了传统阵列电容传感器的理论基础上,研究了面阵电极检测原理,并基于电容敏感机理,通过理论分析和有限元建模,设计了新型面阵电容传感器,研究了电极结构参数对测试的影响,对面阵电容传感器结构进行优化设计。其次,本文采用了基于CAV444的电容数据转换电路和阿尔泰USB3100数据采集卡,并针对数据采集及处理模块进行了软硬件设计,开发了NI LabVIEW的电容波形数据可视化上位机,搭建了波纹板焊缝焊接起始点自动定位和焊枪姿态识别试验平台。再次,针对波纹板结构特点,在5种不同的极板激励模式中,采用预测模型方法,解耦了波纹板焊缝偏差角度训练样本和焊枪姿态角度训练样本与电容值训练样本的函数关系,分别建立了5种激励模式下的波纹板焊缝起始点自动定位预测模型和焊枪姿态识别预测模型。最后,在波纹板角度变化的偏差范围内确定波纹板焊缝偏差角度及焊枪姿态角度测试样本,并将采集的对应的电容值代入预测模型,得到响应角度,将测试样本与响应角度进行稳定性误差计算,得到适合波纹板焊缝起始点自动定位和焊枪姿态识别的预测模型,试验结果精度可以满足波纹板焊缝自动定位和焊枪姿态识别精度要求,进而验证了该方法的可行性和有效性。