焊接智能化的发展.pdf

焊接智能化技术现状与发展 上海交通大学焊接工程研究所 陈善本 教授（博导） 哈尔滨工业大学焊接国家重点实验室 吴 林 教授（博导） 由于焊接技术是基于多学科交叉融合的产物，随着现代 科学技术成果的不断涌现， 必将推动焊接技术更新发展。 除了物 理、化学、材料、力学、冶金、机械、电子学等学科的新发展将 会推动焊接新材料、新工艺的不断出现外，计算机、控制理论、 人工智能等信息科学领域的新进展将进一步将焊接工艺实现的 手段推进到自动化、 机器人化和智能化的新阶段， 进而实现几代 焊接人的梦想 -用机器来代替人焊接。 1 焊接智能化技术的学科范畴 本文关于焊接智能化技术的提法含义如下： 利用机器 模拟和实现人的智能行为实施焊接工艺制造的技术。 就 实现技术而言，焊接智能化技术包括采用智能化途径进 行焊接工艺知识、焊接设备、传感与检测、信息处理、 过程建模、过程控制器、机器人机构、复杂系统集成设 计的实施，可见焊接智能化技术是综合的系统集成技术。 2 焊接过程的传感技术 要实现焊接自动化、机器人化及智能化，传感技术是 关键环节之一。焊接过程的传感，是实现焊接过程质量 控制的。焊接传感器按其使用目的可分为测量和检测操 作环境、检测和监控焊接过程两大类。 在传感原理方面， 主要分为声学、力学、电弧、光学传感等。 2.1 焊接区直接视觉信息传感 直接视觉传感在焊接中的应用包括离线确定被焊工 件的位置；在线补偿由于固定精度、机器人各部分的容 差、焊接过程中的焊件变形引起的焊接路径偏差；焊接 过程控制中的焊接接头和熔池几何形状的实时传感；熔 滴过渡形式的监测等。 （1）利用辅助光源的主动式视觉检测方法。 （2）无辅助光源的被动式直接视觉传感。 2.2 脉冲 GTAW 焊熔池正反面视觉图象同时同幅传感 系统 对熔池正反两面视觉图象进行同时同幅传感， 经过图 象处理提取出熔池正反两面的特征信息。实现对焊缝的 熔透状态和反面焊道稳定成形质量控制的目的。 （1）堆焊熔池正反面同时同幅成像。 （2 ）填丝脉冲 GTAW 熔池图象 :焊接过程中填充焊丝 熔池表面凸出和下塌， 部分熔透和全熔透状态下的图象。 （3）由熔池图象恢复熔池表面高度。 在填丝脉冲 GTAW 过程中，为实现熔池形状动态控 制，如熔池反面宽度和正面高度的控制，需要提取出熔 池正面高度参数。根据获得的焊接熔池图象，通常只能 获得关于熔池的二维形状信息。由单目图象恢复物体表 面高度算法 - 由阴影恢复形状算法获取熔池表面高度的 方法是必威体育精装版研究方向。 3 焊接动态过程的建模 本文以脉冲 GTAW 熔池动态过程为例探讨焊接过程 的建模问题。 （1）脉冲 GTAW 熔池几何特征尺寸参数的提取。 （2）脉冲 GTAW 熔池正面尺寸神经网络动态模型。 （3）脉冲 GTAW 熔池反面尺寸神经网络动态模型。 4 焊接动态过程的智能控制技术 4.1 模糊推理与控制在焊接过程中的应用 （1）脉冲 GTAW 对接过程模糊控制规则的提取。 （2）脉冲 GTAW 平板堆焊模糊逻辑控制系统与实验。 4.2 脉冲 GTAW 平板堆焊神经元自学习 PSD控制 （1）脉冲 GTAW 单神经元自学习 PSD控制系统。 （2 ）脉冲 GTAW 平板堆焊神经元自学习