Desarrollo de un sistema inteligente para la asistencia en la soldadura multipasada

Esta Tesis Doctoral , cuyo objetivo principal es el desarrollo de un sistema inteligente para fabricar soldadura multipasada automatizada mediante un sistema robótico, pretende sustituir los procesos de unión de chapas de gran espesor por medio de soldadura tanto monopasada como multipasada que han sido obtenidos mediante procesos de soldadura manual o parcialmente automática para, a través de aplicaciones de técnicas de automatización, como la inteligencia artificial o sistemas inteligentes 4.0, conseguir las máximas prestaciones por medio de un algoritmo inteligente de reconstrucción de junta y generación de trayectoria; todo ello va a permitir dar grandes pasos en cuanto a innovación en fabricación de piezas para sectores en auge como el Oil&Gas, automoción, naval... Este nuevo proceso de producción automatizado con inteligencia artificial sustituirá a la fabricación actual más lenta, donde el operario sufre riesgos y esfuerzo físico innecesario; además, se conseguirá una soldadura con calidad excelente (reduciendo defectos), lo más simétrica y perfecta posible, optimizando tiempos en los procesos de fabricación, materiales, consumos de energía, aumento de productividad (menos operaciones a realizar por la mano de obra)… para reducir costes y generar los mayores beneficios económicos posibles. Para conseguir este nuevo modelo de soldadura multipasada gracias a sistemas inteligentes, se han desarrollado en esta tesis métodos para caracterizar dichas uniones soldadas, optimizar los parámetros de soldadura, estrategias para la estimación de la calidad de la unión soldada, análisis de diferentes técnicas de inteligencia artificial y métodos para seleccionar y definir la correcta trayectoria de la antorcha. Para ello, se ha definido el procesado y preparación de los perfiles a soldar y se ha establecido un control preciso de los parámetros de soldadura para que se seleccione automáticamente los puntos de soldadura óptimos, tanto en la primera capa de la junta, como en las sucesivas capas del proceso de soldeo. Para la realización de estos métodos y estrategias, se han adoptado algoritmos para clasificar las juntas de las chapas y para realizar búsquedas de posición para optimizar el movimiento del robot. Además, se han utilizado sistemas de reconstrucción de la junta y distintos tipos de sensores para asegurar el sistema automático de digitalización del entorno de trabajo para monitorizar las posiciones de los ejes del robot, los ángulos de la su muñeca y los diferentes parámetros del proceso de soldadura y, con todo ello, gracias a la inspección en línea de todo este proceso, se permita verificar el resultado del cordón de soldadura para que la definición de la trayectoria entre capas sea la correcta.

This Doctoral Thesis, whose main objective is the development of an intelligent system to manufacture automated multipass welding by means of a robotic system, aims to replace the joining processes of thick sheets by means of both single-pass and multipass welding that have been obtained by means of manual or partially automatic welding processes in order to, through the application of automation techniques, such as artificial intelligence or intelligent systems 4. 0 intelligent systems, to achieve maximum performance by means of an intelligent algorithm for joint reconstruction and trajectory generation; all of this will allow us to make great strides in terms of innovation in the manufacture of parts for booming sectors such as Oil&Gas, automotive, naval... This new automated production process with artificial intelligence will replace the current slower manufacturing process, where the operator suffers risks and unnecessary physical effort; in addition, a welding with excellent quality will be achieved (reducing defects), as symmetrical and perfect as possible, optimising times in manufacturing processes, materials, energy consumption, increased productivity (fewer operations to be carried out by the workforce)... to reduce costs and generate the greatest possible economic benefits. To achieve this new model of multipass welding thanks to intelligent systems, methods have been developed in this thesis to characterise these welded joints, optimise the welding parameters, strategies for estimating the quality of the welded joint, analysis of different artificial intelligence techniques and methods for selecting and defining the correct trajectory of the torch. To this end, the processing and preparation of the profiles to be welded has been defined and a precise control of the welding parameters has been established so that the optimum welding points are automatically selected, both in the first layer of the joint and in the successive layers of the welding process. For the realisation of these methods and strategies, algorithms have been adopted to classify the joints of the sheets and to perform position searches to optimise the movement of the robot. Furthermore, joint reconstruction systems and different types of sensors have been used to ensure the automatic digitalisation system of the work environment to monitor the positions of the robot axes, the angles of the wrist and the different parameters of the welding process and, with all this, thanks to the on-line inspection of the whole process, the result of the welding seam can be verified so that the definition of the trajectory between layers is correct.