Поиск по сайту
Авторизация
Логин:
Пароль:
Забыли свой пароль?

Метод передачи интеллекта опытного сварщика в роботизированную систему сварки

Skilled Human Welder Intelligence Modeling and Control: Part II —Analysis and Control Applications

BY Y. K. LIU, Y. M. ZHANG, AND L. KVIDAHL

Welding Journal  – 2014

 

Передача опыта и навыков квалифицированного человека сварщика является важным шагом в развитии следующего поколения умных сварочных машин. В первой части данного исследования, был смоделирован ответов опытного человека сварщика на 3D поверхности металла и бассейн. В этой второй части статьи, предлагаемой квалифицированными модель человеческого сварщика является первым по сравнению с начинающим модель сварщик. Модель затем реализован как интеллектуальный контроллер для управления с обратной связью процесс газ вольфрама дуговой сварки, что позволяет поддерживать постоянный, полный совместной проникновения. После начальной разомкнутой период регулирования, Сварочный ток регулируется квалифицированных модель сварочный аппарат на основе в реальном времени измеряемые поверхности сварочной ванны характеристик, а также Предыдущий ответ сварщика. Результирующей Кривой тока, переднее-боковой шов, характерный бассейн параметров, и задней стороне Ширина шва фиксируются/измерены и проанализированы. Установлено, что опытные модели человека сварщик может надлежащим образом регулировать ток для управления процессом сварки к пожеланному уровню проникновения, несмотря на разные стартовые токи. Контроллер устойчив против различных нарушений процесса сварки, в том числе сварочного тока, длина дуги и скорость сварки помехи. По сравнению с начинающим сварщиком, опытный модель человеческого сварщик имеет более быстрое время конвергенции. Кроме того, без заметного перерегулирования наблюдается. Таким образом, фонд создан для изучения механизма и передачи опытного человека сварщика интеллект в системе роботизированной сварки.

Целью данного исследования является модель ответ опытного сварщика на 3D поверхности шва бассейн, сравнивать модель с начинающего сварщика, и использовать модель непосредственно в качестве интеллектуального контроллера для управления процессом сварки, а квалифицированные сварщики делают. В первой части этой статьи (реф. 1) моделирование опытный сварщик построена. Однако, полученные квалифицированных модель реагирования человека сварщика должна быть больше по сравнению с начинающим модели сварщика и замкнутой контрольные эксперименты должны быть проведены для проверки эффективности модели.

В газовой вольфрамовой дуговой сварки (аргонодуговая сварка), используемых в данном исследовании, дуга устанавливается между неплавящимся вольфрамовым электродом и основным металлом. Основной металл расплавляется дугой, образуя жидкую сварочную ванну, которая соединяет две части металла вместе после затвердевания. Процесс является относительно медленным по сравнению с другими методов дуговой сварки, таких как газовая дуговая сварка металлическим электродом (gmaw), на такие сварщики, что может постепенно развивать свои способности, чтобы наблюдать за процессом и регулировать параметры сварки в эйд - соответствующие скорости. Особенно для корневых швов аргонодуговая как рассматриваются в данном исследовании, после желаемого завершения совместного проникновения установлено, нижней поверхности заготовки становится свободным. Таким образом, на поверхности металла и бассейн бы уменьшить ее выпуклости, потому что часть расплавленного металла в сварочной ванне выходит за пределы нижней поверхности заготовки. Процесс аргонодуговой таким образом подходит для вступления в точности, где точный контроль в режиме реального времени требуются, такие как корневых швов, где полным совместное проникновение, как правило, должна быть обеспечена.

Хотя сварщики могут наблюдать на поверхности металла и бассейн и регулировать параметры сварки таким образом, модели, производные от корректировки начинающего сварщика страдает от большого перерегулирования и колебаний. При добавлении низкочастотного фильтра, заметно проскакивание по-прежнему наблюдается (реф. 2). С другой стороны, поправки, внесенные квалифицированные сварщики не должна иметь перерегулирование, ни колебаний, как это делают начинающие сварщики. Как показала практика, опытные модели сварщика полученные в данном исследовании результаты лучше, чем у начинающего сварщика с более быстрое время конвергенции и без заметного перерегулирования. Сравнение модели не только помогут нам лучше понять, почему менее квалифицированные сварщики не работают, а также квалифицированных сварщиков и обучение сварщиков быстрее для того, чтобы устранить недостаток квалифицированного сварщика в обрабатывающей отрасли (Арт. 3), а также поможет нам лучше контролировать процесс сварки.

Во втором разделе данной статьи под названием "анализ данных" и Частотный диапазон, содержащий данные как начинающим, так и квалифицированные ответы человека сварщик впервые проанализированы во времени и в частотной области. Тогда линейные модели сравниваются в третьем разделе. В четвертом разделе, нелинейных нейро-нечетких моделей для новичков, так и опытных сварщиков сравниваются и результаты будут детально проанализированы. Квалифицированные модель человека сварщик и далее использоваться в качестве интеллектуального регулятора и замкнутой системы управления разработан для управления с обратной связью процесса аргонодуговой для поддержания постоянной полной совместное проникновение в пятом разделе, который называется эксперименты, контроль и анализ. Контроллер тестируется с разных начальных токах сварки и различных сварочных технологических нарушений, в том числе сварочного тока, длина дуги и скорость сварки помехи. Наконец, выводы.

Анализ данных и Частотный диапазон

В этом разделе, данные, используемые для построения как новичкам, так и опытных моделей человека сварщика представлены/проанализированы, и частотные характеристики опытного сварщика модель (реф. 1) и начинающего сварщика модель (реф. 2) сравниваются.


На рисунке 1 показана сварочная ванна характеристические параметры и сварщика корректировки, сделанные как новичкам (Рис. 1А) и квалифицированного сварщика (фиг. 1Б). Было показано (Рефов. 1, 2), что как новички, так и квалифицированные сварщики могут реагировать на колебания поверхности шва бассейн и контроля процесса сварки до определенной степени. Замечено, что нынешние поправки, внесенные начинающего сварщика были отфильтрованы до моделирования, поскольку часто наблюдаются резкие изменения в Сварочный ток. Это понятно из-за ограниченности начинающего мастерства сварщиков обладают. Для опытного сварщика, с другой стороны, текущие корректировки рассматриваются как правильные ответы к изменяющимся процессом сварки и моделируются непосредственно. Вместо того, переднее-боковой шов, характерный бассейн параметров в несколько раз дискретизации и отфильтрованного ширина, длина и выпуклость, затем используются в качестве входных параметров модели (реф. 1).

Сравнивая изменения, которые были сделаны для начинающих и опытных сварщиков, следует отметить, что начинающему корректировки сварочный аппарат, как правило, крупнее, чем у опытного сварщика. Максимальный ток регулировка начинающего сварщика составляет около 5 С, а максимальная регулировка опытного сварщика составляет около 3 А. чтобы лучше проиллюстрировать диф ферент поведения начинающих и опытных сварщиков, Частотный анализ был выполнен, и результат показан на рис. 2. 


Это наблюдается из фиг. 2 что я plitude начинающего сварщика частота повторного ответа (перед фильтрацией), как правило, больше, чем у умелого welder. Это совпадает с наблюдениями из данных графически на фиг. 1. Начинающего сварщика имеет больший и более энергичный ответ на всех частотах, что указывает частая недооценка начинающего сварщика и тех, для опытного сварщика, максимальная реакция достигается при 0,05 Гц. Это предполагает, что опытный сварщик человека концентрируется на низкой частоте больше, чем начинающий сварщик делает. После применения фильтра низких частот относительно простым и понятным.
Эксперименты, контроль и анализ

Разработанной замкнутой системы управления показана на рис. 5. В этой экспериментальной системе, применение сварки трубы производится с использованием постоянного тока electrodenegative аргонодуговой. Материал трубы-нержавеющая сталь 304. Наружный диаметр и толщина стенки трубы 113.5 и 2,03 мм, соответственно. Труба вращается во время эксперимента, в то время как позиции факела, визуализации плоскости, лазерный генератор структуры света, и камеры фиксируются в пространстве. Компьютер контролирует скорость вращения и движения факела для достижения требуемой скорости сварки и длины дуги.
Компьютер, подключенный к камере обрабатывает полученное изображение, восстанавливает сварочной ванны, а также настои три характерных параметров сварочной ванны (ширина, длина и выпуклость) в реальном времени. Опытные модели человеческого интеллекта, то выходной ток. Чтобы имитировать поведение сварщика как в принципе и ответ человека сварщика описаны в первой части данного исследования, в каждом эксперименте начального вклада сварка впервые применил для сварки бассейн расти и суставов проникновения достигается. Затем замкнутой период регулирования человеческого интеллекта модели. Экспериментальных параметров (в том числе сварочных параметров и отображение параметров мониторинга) используются в замкнутой контрольных опытов те же, что перечислены в первой части данного исследования.
Для подтверждения эффективности предлагаемого квалифицированных модель человеческого сварщик в контролируя процесс аргонодуговой чтобы достичь желаемого проварен, различные closedloop контрольных опытов были разработаны и проведены в этом разделе. В первом подразделе проведены эксперименты с различными начальными токи. Надежности на основе модели реакции человека сварщик управления по отношению к начальным током анализируется. Во втором подразделе, применяются текущие возмущения и надежности регулятора против нынешних возмущений проверяется. В третьем и четвертом подразделах, которые следуют, надежность предлагаемого регулятора от напряжения дуги и скорости сварки возмущений являются дальнейшей проверке.

Текущие нарушения. 

В этом подразделе, работоспособность регулятора против нынешних нарушений исследована. Длина дуги и скорость сварки установить по 5 и 1 мм/с, соответственно. Экспериментальные результаты представлены на фиг. 9-11. Процесс начинается с открытой петли периодом около 38 с (период с начальный ток 52 А), который приносит задней стороне шва шириной около 3 мм. В первые 42 сек после разомкнутых срок, не ошибка существовала между расчетным током и тока. Опытный сварщик модель человека была возможность контролировать задней шов шириной около 5 мм (Рис. 11) при увеличении тока до примерно 62 а — на фиг.10. Соответствующее переднее-боковой шов параметров бассейна были 4.8, 4.8, и 0,1 мм. В T = был применен 103, текущая возмущения. Сварочный ток был установлен на 50 А, который составляет около 12 меньше, чем расчетный ток. В результате сварки Ширина бассейна снизился до около 3,8 мм, длина сначала увеличивается, а затем уменьшается до 4,2 мм, а выпуклость увеличилась с 0,1 до 0,2 мм. Изменения в передне-боковой шов, характерный бассейн параметров показали, что проплавление стали меньше. Опытный сварщик модель человека была возможность регулировки сварочного тока около 61, а в стремлении компенсировать этот искусственный текущие нарушения (Рис. 10), и задней стороне Ширина шва может быть сохранена на уровне около 5 мм. Таким образом, работоспособность регулятора против сварочного тока нарушений была проверена.


Заключение

Анализ, основанный на линейных моделях для начинающих и опытных сварщиков предполагает, что квалифицированный сварщик не только реагирует быстрее и точнее, но также позволяет использовать дополнительную информацию из сварочной ванны. Дальнейший анализ на основе нелинейных моделей показывает, что в обычных случаях квалифицированные сварщика корректировки минимальны, чтобы не допустить больших колебаний и перерегулирования начинающего сварщика модель страдает, в то время как в других случаях, где выпуклость либо значительно меньше или больше, корректировка опытный сварщик больше, чем у начинающего сварщика, который может обеспечить в течение более короткого времени. Эффективность и надежность предложенной модели на основе интеллектуального контроллера была проверена с различными начальными током и различные вариации процесса сварки/нарушений, в том числе Сварочный ток, напряжение и скорость сварки возмущений. Опытный сварщик модели, полученные в данном исследовании, работает лучше, чем у начинающего сварщика с более быстрое время конвергенции, и без заметного перерегулирования. Таким образом, фонд создан для изучения механизма и трансформации человеческого сварщика интеллект в роботизированную систему сварки.


Использованные источники

1. Liu, Y. K., and Zhang, Y. M. 2014. Skilled human welder intelligence modeling and control: Part I — Modeling. Welding Journal 93(2): 46-s to 52-s.

2. Liu, Y. K., Zhang, W. J., and Zhang, Y. M. 2013. Neuro-fuzzy based human intelligence modeling and robust control in gas tungsten arc welding process. Proc. 2013 American Control Conference, Washington, D.C., June 17–19.

3. Uttrachi, G. D. 2007. Welder shortage requires new thinking. Welding Journal 86(1): 6.

4. Cornelius, T. L. 1996. Digital control systems implementation and computational tech- niques. Academic Press.

5. Chen, C. T. 1999. Linear System Theory and Design (3rd Ed.). Oxford University Press.

6. Ljung, L. 1999. System Identification — Theory for the User, 2nd edition. PTR Prentice Hall, Upper Saddle River, N.J.