高功率激光电弧复合焊接系统智能控制及过程监测技术研究.docx

高功率激光电弧复合焊接系统智能控制及过程监测技术研究基于工艺参数与焊缝成形多元预测模型、焊接热应力和焊接精度控制、智能化焊道排列及焊接参数规划算法等技术研究,结合双面坡口设计、焊道排布规划、工艺参数优化等技术，开发了高功率激光电弧复合焊接系统智能控制及过程监测系统，研究多机器人协同作业智能协同规划、焊接任务空间3D视觉测量和焊缝特征识别、焊接过程智能传感和检测、激光电弧能量匹配与工艺参数智能规划等关键技术，实现了面向船舶大型复杂构件的高功率激光复合焊接装备的双面对称高效低应力焊接，解决了根部熔透不足、侧壁熔合不良、焊接效率低下、成品率低返修次数多等焊接难题，满足高效率、高性能、低能耗的焊接需求。多机器人协同作业智能协同规划激光电弧能量匹配与工艺参数智能规划基于数据驱动的机器人激光电弧复合焊接过程智能控制技术。（专利：“基于QMlX强化学习算法的船舶多机械臂焊点协同焊接方法”（ZL.2）、“基于MADDPG算法的船舶多机械臂弧焊协同焊接方法”（ZL.X）、“一种针对复杂管系的机器人对接焊系统及方法”（ZLl）、“应用于工业机器人的追踪与实时避障反应规划算法”（.1）、“一种工业机器人路径规划的几何最优控制方法”（.9）、一种高速焊接宏微机器人复合焊缝跟踪系统(8)、激光双丝间接电弧复合焊接装置及送丝速度预测计算方法(ZL.1)、软著“机器人控制器人机交互软件VLc)”(2021SR),论文RobotWeldingSeamTrackingSystemResearchBasingOnImageIdentifyhResearchonsmartoperationmethodofindustrialrobotbasedonlasersensor)针对船舶复杂结构机器人激光电弧复合焊接的高效路径和任务规划、焊接过程高精度焊缝跟踪及质量监测，突破多机器人协同作业任务离线规划、激光电弧复合参数智能匹配规划、焊接任务空间3D视觉测量和特征识别等关键技术，实现大跨度空间下的高精度多机器人协作焊接任务智能规划与精准焊接，同时基于自主开放控制器架构研发双激光束波形协同控制器，配合双机器人协同运动控制,实现厚板高能量点密度输入与双侧线能量分布的匹配与优化，行业内首次实现高功率高能量束双侧高熔深、高稳定性协同焊接。3D视觉测量焊缝位姿识别精度0.05mm,焊缝跟踪精度达到0.1mm,多机器人系统作业编程效率提高了4倍，典型结构一次焊接合格率提升20%o提出了基于自主宏微尺度全场景3D视觉测量的焊接空间三维重建和焊缝特征识别技术。针对船舶大尺度分布式焊缝结构工件尺寸误差、装配误差及焊接变形所造成的离线路径规划偏差、焊接过程中焊枪偏离、焊接成形不均匀等问题，自主研发了宏微尺度全场景覆盖的3D激光视觉测量与传感系统，与自主开放架构的机器人控制器配合形成精密焊缝位姿信息数据链，用以驱动焊前路径规划、焊接过程焊缝跟踪及工艺控制、焊后焊缝形貌扫描评估，焊缝位姿识别精度0.05mm,焊缝跟踪精度达到0.1mm,达到了国外同行业同等水平。(2)突破了基于虚实交互的多机器人组群同步作业规划技术。针对船舶大尺度分布式复杂焊接结构的多机器人协同作业任务规划问题,提出并构建了一种虚实映射交互的多机协同离线路径规划和编程系统，实现复杂作业环境和各类焊接任务的自适应智能路径规划，并且能有效规避冗余自由度造成的操作工位耦合现象。进而基于激光视觉传感测量虚实差异以智能修正离线编程轨迹偏差，实现了大尺度分布式复杂焊缝结构的高效高精度示教编程，多机器人系统作业编程效率提高了4倍，达到了国外同行业同等水平。(3)提出了基于大数据推理和机器学习的激光.电弧复合最优任务及工艺规划技术。高功率激光-电弧复合焊接的工艺复杂、参数多，涉及多材料多结构激光电弧能量高效协同耦合控制难题。项目在前期大量焊接工艺的基础上建立完善激光电弧复合焊接工艺参数数据库系统，基于大数据分析和机器学习构建针对特定焊接任务的激光电弧协同策略和参数的智能推理与规划模型，实现高功率激光-电弧复合焊接的参数自动匹配，保障高效、高可靠性的复杂船舶结构的激光-电弧复合焊接过程。本系统具有专用智能工艺数据库，能够针对不同材料与结构形式的构件自适应匹配焊接摆动形式、光束模式、工艺参数等关键过程参量，并能够实时采集熔池图像、焊接电参数、温度场等多类型信息，实现了全制造流程过程监控与制造质量控制，焊接任务及工艺规划时间缩短40%,典型结构一次焊接合格率提升20%o