文献综述
船舶、港口装备、海洋工程装备和新能源装备等优势产业迅猛发展，成为经济发展的重要支柱。大型结构件的焊接质量是优势产业成果制造质量的关键，但大型结构件焊后残余应力导致的焊接变形、金属腐蚀加快、抗疲劳强度减弱等问题一直是困扰制造业的难题。虽已有振动时效、喷丸、熔修等处理方法，但存在设备复杂、环境污染、处理效率低、自动化程度低等问题。
超声冲击技术是近年来诞生的应力消除新技术，相比其它方法其优点突出。但该技术现完全依靠人工作业，自动化程度低，作业质量受人员经验影响，在环境恶劣、空间狭小的场合无法应用。
目前工程中常使用的焊后残余应力处理方法有锤击、振动时效、喷丸、热时效等。锤击法是目前国内企业使用最普遍的方法，人工锤击存在人力成本高、质量难以控制的缺点。目前国内使用的随焊锤击设备均采用轨道或遥控方式，虽然焊后焊缝识别[2]和跟踪[3]取得了较大进展，但是焊后焊缝由于其几何特征消失、残渣飞溅干扰，识别和跟踪[6]难度很高[7]，且锤击法易造成裂纹等缺陷[8]，目前尚无焊后焊缝自动跟踪和锤击质量反馈功能，更无网络化[9]自学习自适应锤击参数反馈控制系统。振动时效处理方法对工件的结构和焊缝的形式有较高要求，适用于箱、板型工件，不适合需低温韧性的构件，且振动参数不易选择。热时效处理法[11]只能对焊缝周边局部区域加热，不能完全消除残余应力，且时效周期长达20～60小时，还存在着环境污染、能源消耗和稳定性较差等问题。对于喷丸处理法[12]，容易造成工件变形，耗电量大，存在安全防护问题，同时丸粒还需要回收清理，需要消耗大量的人力和物力。
超声冲击技术[14]是近年来诞生的应力消除新技术，相比其它方法其优点突出[17]，是目前国际上公认最有效、最便捷的提高焊接接头疲劳强度，延长疲劳寿命[18]，消除残余应力[19]，抑制焊接裂纹，减小变形的新技术，并且适用于无法进行热时效、材质比较软的各类结构[22]。经超声冲击处理后在焊趾处会产生圆滑过渡，可降低焊趾处的应力集中系数和疲劳缺口的敏感度，大大降低了应力集中程度，同时也减少了疲劳破坏[23]。但现有超声冲击作业完全依靠人工作业，自动化程度低，作业质量受人员经验影响，在环境恶劣、空间狭小、被加工件结构复杂的场合无法应用[26]。
鉴于以上现状，本人选择了“焊后超声冲击及应力处理机器人智能测控系统研究与设计”的课题，该机器人能在三维空间内对焊后焊缝进行自动跟踪和应力处理。本课题创新集成了先进伺服驱动、压电陶瓷堆驱动控制、实时专家系统、物联网、手机APP、机器视觉与图像处理、机器人避障与导航等技术，自行设计加工了移动机器人本体、五轴机械臂、机器人手眼等系统，研制了焊后超声冲击及应力处理机器人。机器人系统分为焊缝冲击作业工况感测、运动控制、压电式超声冲击参数控制、故障识别与自主避障控制、焊缝跟踪冲击作业控制五个模块，并开发了上位机服务器与手机APP相结合的数据管理分析和无线监测控制系统。焊缝冲击作业工况感测模块实现了焊缝中心线识别、冲击作业效果识别和基于涡流传感器焊缝表面厚度识别，解决了焊缝几何特征识别难题；运动控制模块实现了本体驱动控制、冲击枪精度控制、五轴机械臂运动控制、运载平台与机械臂协同控制，解决了协同控制技术难题；压电式超声冲击参数控制模块实现了幅值控制、频率控制、冲击角度控制；故障识别与自主避障控制模块实现了基于超声波传感器的自主避障和传动机构故障识别与诊断，提升了机器人作业自主性与智能化水平；焊缝跟踪冲击作业控制模块使用双摄像头采集冲击前后的焊缝信息，并配合激光测距传感器实现三维焊缝信息获取和跟踪。
参考文献
[1]潘东,王琪,潘旭红. 基于机器视觉的焊接跟踪技术的应用研究[J]. 机械制造,2011,49(11):13-16.
[2]沈鸿源. 铝合金弧焊机器人视觉实时焊缝跟踪与成形控制方法研究[D].上海交通大学,2008.
[3]邢艳荣,秦佳伟,韩素贤,时盛志. 基于纠偏与示教相结合的机器人自动焊接跟踪[J]. 电焊机,2014,44(10):61-64.
