紅外熱成像監(jiān)控技術在焊接機器人中的應用，通過實時分析焊縫溫度場，為避免未熔合缺陷提供了一種高效、非接觸的解決方案。以下從技術原理、系統(tǒng)架構(gòu)、實際應用及案例等方面展開分析：
一、未熔合缺陷的成因與紅外熱成像的檢測邏輯
未熔合是焊接過程中母材與填充材料未完全熔合的典型缺陷，主要由熱輸入不足、電弧偏吹、坡口清潔度不足等因素導致。紅外熱成像技術通過捕捉焊縫區(qū)域的溫度分布異常，可實時識別未熔合風險：
溫度場特征：未熔合區(qū)域通常表現(xiàn)為局部低溫區(qū)或溫度梯度突變，例如焊縫邊緣溫度低于母材熔點。
動態(tài)分析：結(jié)合焊接參數(shù)(如電流、電壓、焊接速度)，紅外熱成像可判斷溫度異常是否由熱輸入不足引起，例如激光焊接中通過調(diào)整激光功率和掃描速度優(yōu)化溫度場分布。
二、紅外熱成像系統(tǒng)的關鍵技術
1. 硬件選型與集成
傳感器類型：
短波紅外(SWIR)：適用于高溫焊接(如激光焊)，可穿透火焰和飛濺，典型型號如 MIKRON MCS640。
長波紅外(LWIR)：適用于中低溫焊接(如 TIG 焊)，對微小溫度差異敏感。
抗干擾設計：
加裝帶通濾光片(如 850nm 或 940nm)過濾弧光干擾。
采用石英玻璃保護罩抵御金屬飛濺。
2. 實時溫度場分析算法
數(shù)據(jù)融合：
結(jié)合光學圖像(如熔池形態(tài))和超聲波數(shù)據(jù)(如熔深)，通過多模態(tài)特征提取提升缺陷識別精度。
深度學習模型：
視覺變換器(ViT)：用于多層次特征提取，生成綜合特征圖檢測缺陷。
DeepONet 神經(jīng)算子：結(jié)合物理機理(如雙橢球體熱源模型)與數(shù)據(jù)驅(qū)動，實現(xiàn)溫度場實時預測。
閉環(huán)控制：通過自適應模糊算法動態(tài)調(diào)整焊接參數(shù)(如電流、電壓)，確保溫度場穩(wěn)定。
3. 校準與穩(wěn)定性
實驗室校準：使用黑體輻射源(發(fā)射率≥0.99)建立溫度 - 信號映射關系，校準精度可達 ±0.5℃。
現(xiàn)場驗證：通過 沸水(100℃)和融冰(0℃) 快速檢查設備偏移，確保長期穩(wěn)定性。
三、實際應用與案例
1. 激光焊接中的閉環(huán)控制
汽車制造業(yè)：
紅外熱成像實時監(jiān)測激光焊接車身結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整激光功率和掃描速度，將未熔合缺陷率從 5% 降至 0.3%。
例如，MIKRON MCS640 短波紅外熱成像儀可捕捉焊縫區(qū)域溫度分布，優(yōu)化參數(shù)后焊接強度提升 15%。
航空航天領域：
用于鈦合金部件焊接，通過溫度場分析減少熱應力，避免裂紋和未熔合，檢測效率提升 5 倍。
2. 多材料焊接的適應性
鋁 - 鋼異種材料焊接：
采用紅外飛秒激光焊接，通過溫度場模擬(如有限元分析)確定最佳激光參數(shù)(單脈沖能量 5.6 μJ，掃描速度 60 mm/s)，剪切強度達 13 MPa。
塑料焊接：
使用940nm 紅外 LED加熱，結(jié)合溫度場反饋控制，確保焊縫均勻性，適用于 PE 管道焊接。
3. 成本效益分析
國產(chǎn)紅外芯片：非制冷紅外探測器價格從萬元降至數(shù)百元，使中小型企業(yè)可負擔實時監(jiān)控系統(tǒng)。
缺陷減少：某汽車工廠引入紅外熱成像后，焊后返工率下降 70%，年節(jié)省成本超百萬元。
四、標準與規(guī)范
國際標準：ASTM F2928-18(聚乙烯管道熔合檢測)、ASTM E1648-20(鋁焊接射線檢查)。
行業(yè)實踐：航空航天領域采用超聲紅外熱像法檢測奧氏體不銹鋼焊縫，缺陷識別精度達 0.1mm。
五、未來發(fā)展趨勢
AI 深度融合：結(jié)合數(shù)字孿生技術，構(gòu)建虛擬焊接環(huán)境，實現(xiàn)缺陷預測與工藝預演。
多模態(tài)集成：融合高光譜成像和聲波檢測，提升復雜環(huán)境下的缺陷識別能力。
低成本普及：國產(chǎn)非制冷紅外芯片(如武漢高德紅外產(chǎn)品)推動技術下沉，降低中小企業(yè)應用門檻。
紅外熱成像監(jiān)控技術通過實時溫度場分析，為焊接機器人提供了一種高效、精準的未熔合缺陷預防手段。其核心在于硬件選型的針對性、算法模型的適應性及閉環(huán)控制的實時性。隨著國產(chǎn)技術的突破和成本下降，該技術將在更多行業(yè)實現(xiàn)規(guī)?；瘧茫苿雍附庸に囅蛑悄芑?、高精度方向發(fā)展。
