[00632681]基于多源信息融合的弧焊机器人质量控制技术

(1)课题来源与背景：该课题为天津市应用基础研究计划重点项目(05YFJZJC02100)。弧焊机器人的应用使制造业的焊接质量和生产率得到了很大提高，但是弧焊机器人大多数为示教在现型，不具备自适应能力。而在实际生产中，由于加工和装配的误差，工件受热变形等随机因素干扰会造成焊缝不均和焊缝组织性能变化，为了克服以上问题，提高机器人作业的智能化水平，对该课题立项并展开相关技术研究。(2)研究目的与意义：该项目主要解决弧焊机器人在焊接时由于不确定性因素干扰造成焊缝宏观几何尺寸的变化，解决通过焊接温度场实时控制实现焊缝微观组织控制问题，实现弧焊机器人实时焊缝质量控制。该项目研究将实现焊接质量从宏观集合尺寸到微观组织实时控制。(3)主要论点与论据：①对于电弧干扰测温问题，要结合电弧在不同电流情况下电弧辐射强度和光谱分布，应用兰贝特定律和换热角系数公式，分析测温的信噪比。②对于三维动态温度场，将熔滴热焓的影响考虑在内，得到误差较小的三维温度场解析模型。③将视觉和温度信息进行融合，并辨识三维温度场模型随机参数。④对于温度场与微观组织关系，主要从热循环如加热速度等主要特征参数着手，研究对低碳钢组织性能、硬度的影响。(4)创见与创新：①首次对弧焊过程中电弧光对温度的影响进行了定量分析，为实施温度信号的准确采集提供了理论支持。②首次将熔滴热焓对温度场的影响考虑在内，建立了新型的三维温度场解析模型。③首次将视觉信息和温度信息融合，实现了对焊接过程熔透及微观组织的实时控制。④将蒙特卡罗微观组织模拟和焊接温度场的有限元分析结合，建立了温度场和微观组织的联系。(5)社会经济效益，存在的问题：该项技术可用于弧焊机器人焊接的广泛场合；利用该项技术已实现对普通钢材焊接宏观焊缝和微观组织的有效控制。下一步加强该技术在其他材质焊接中的应用研究。