Development of an automated system for adaptive post-weld treatment and quality inspection of linear welds

Abstract

High-frequency mechanical impact (HFMI) treatment is a well-documented post-weld treatment to improve the fatigue life of welds. Treatment of the weld toe must be performed by a skilled operator due to the curved and inconsistent nature of the weld toe to ensure an acceptable quality. However, the process is characterised by noise and vibrations; hence, manual treatment should be avoided for extended periods of time. This work proposes an automated system for applying robotised 3D scanning to perform post-weld treatment and quality inspection of linear welds. A 3D scan of the weld is applied to locally determine the gradient and curvature across the weld surface to locate the weld toe. Based on the weld toe position, an adaptive robotic treatment trajectory is generated that accurately follows the curvature of the weld toe and adapts tool orientation to the weld profile. The 3D scan is reiterated after the treatment, and the surface gradient and curvature are further applied to extract the quantitative measures of the treatment, such as weld toe radius, indentation depth, and groove deviation and width. The adaptive robotic treatment is compared experimentally to manual and linear robotic treatment. This is done by treating 600-mm weld toe of each treatment type and evaluating the quantitative measures using the developed system. The results showed that the developed system reduced the overall treatment variance by respectively 26.6% and 31.9%. Additionally, a mean weld toe deviation of 0.09 mm was achieved; thus, improving process stability yet minimising human involvement.

Automatisierte Schweißnahtnachbehandlung durch höherfrequentes Hämmern

“…Sowohl in [12] als auch in [13] wurde bei automatisierter HFH‐Behandlung eine im Vergleich zur manuellen Nachbehandlung höhere Streuung der geometrischen Abmessungen der Eindruckgeometrie festgestellt. Dies wurde auf die fehlende Anpassung der Roboterbewegung an den tatsächlichen Verlauf des Nahtübergangs zurückgeführt [11]. Um ein optimales Nachbehandlungsergebnis zu erzielen, muss der Pin dem ermüdungskritischen Nahtübergang jedoch möglichst genau folgen [11].…”

“…Dies wurde auf die fehlende Anpassung der Roboterbewegung an den tatsächlichen Verlauf des Nahtübergangs zurückgeführt [11]. Um ein optimales Nachbehandlungsergebnis zu erzielen, muss der Pin dem ermüdungskritischen Nahtübergang jedoch möglichst genau folgen [11]. Die Schwierigkeit einer automatisierten HFH‐Behandlung besteht somit darin, den Verlauf des Nahtübergangs möglichst genau durch den Roboter zu erfassen [11].…”

“…Um ein optimales Nachbehandlungsergebnis zu erzielen, muss der Pin dem ermüdungskritischen Nahtübergang jedoch möglichst genau folgen [11]. Die Schwierigkeit einer automatisierten HFH‐Behandlung besteht somit darin, den Verlauf des Nahtübergangs möglichst genau durch den Roboter zu erfassen [11]. An der Universität Aalborg wurden bereits Untersuchungen an automatisiert nachbehandelten Probekörpern durchgeführt und die Ergebnisse anhand der erzeugten Eindruckgeometrie in [11] bewertet.…”

“…Untersuchungen zur Automatisierung der HFH-Nachbehandlung wurden in [11][12][13] durchgeführt. Sowohl in [12] als auch in [13] wurde bei automatisierter HFH-Behandlung eine im Vergleich zur manuellen Nachbehandlung höhere Streuung der geometrischen Abmessungen der Eindruckgeometrie festgestellt.…”

“…Voraussetzung für die erfolgreiche Automatisierung der HFH-Behandlung ist ein möglichst genaues Erfassen des Nahtübergangs, um diesem mit dem Hammer zu folgen [11].…”