ファジィ・ニュートラルネットワークによる溶接溶融池形状と冷却速度の制御に関する研究

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07555511
• 研究種目: 試験研究(B)
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 大嶋 健司 埼玉大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (70026087)
• 研究分担者: 勘定 義弘 NKK, 応用技術研究所, 技師 ; 杉谷 祐司 NKK, 応用技術研究所, 室長 ; 窪田 武文 姫路工業大学, 工学部, 助教授 (40047585) ; 金子 裕良 埼玉大学, 総合情報処理センター, 講師 (10233892) ; 山根 敏 埼玉大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (10191363)
• キーワード: 知能ロボット / 知識情報処理・制御 / 溶接溶融池形状制御 / 冷却時間制御 / ファジィ推論 / ニューラルネットワーク / ファジィ制御 / パイプ溶接

研究概要

本研究ではファジィ・ニューラルネットワークによる溶接ロボットの知識情報処理・制御について検討した。特に原子力発電用パイプの溶接において溶接結合部の機械的強度を左右する溶込み形状および金属組織の制御に必要な冷却時間(溶接部が800度から500度までに冷えるのにかかる時間)を制御するために、ファジィ推論およびニュートラルネットワークによる動的システムの表現・同定を溶込み深さおよび冷却時間の推定に適用し、ファジィ制御を用いて溶接電流および溶接速度を制御した。
本年度はまずCCDシャタカメラを用いて溶融池表面と突合せギャップを同時に撮像し、画像処理を高速高精度に行い溶融池表面形状とギャップ幅を計測した。次にこれら計測可能なデータと入熱状況(溶接電流の時間的変化)から溶込み形状(溶込み深さ・裏ビ-ド)を出力するファジィ推論器およびニューラルネットワークを構築した。このソフトアルゴリズムを用いることにより、ギャップ変動および熱伝導が変化する場合でも、溶接面から計測可能なデータを用いて、ほぼ正確な溶込み形状の推定が可能となった。そして推定した溶込み深さが所望の値になるようファジィ制御により溶接電流を制御した。
またパイプ溶接における溶融池幅制御および冷却時間制御について検討した。単熱源により溶接を行うとき、熱源がパイプを一周溶接して、開始位置に戻ったとき、開始点は再び温度が高くなる。入熱の停止とともに温度が低くなる。冷却時間と金属組織との関係を連続冷却変態曲線により表し、金属組成について検討した。この結果、冷却時間が12秒一定になれば適性な金属組織が得られる。単熱源では、開始点が2度熱せられるので、均一な冷却時間を得るとができないので、双熱源を用いて溶接を行う。冷却時間と溶融池幅を均一にするために溶接電流と溶接速度を制御する。この目的のために、ニューラルネットワークによりモデルを構築した。パイプの全周を100等分し、0度の位置から時計方向に番地を割り付ける。各番地における電流と溶接速度をニューラルネットワークの入力とし、各番地の冷却時間および溶接池幅を出力とする。学習を行うために、様々な電流と速度によりシュミレーションを行い、教師データを求めた。望ましい池幅と冷却時間を得るような電流と速度を最急降下法とモデルにより求めることができた。

研究成果

• [文献書誌] B. Jin: "Control of Weld Pool Width and Cooling Rate in Circumferential GTA Welding of Pipes by Using Neural Network Model." Proc. of Int. IEEE/IAS Conf. on Industrial Automation and Control. 41-46 (1995)
• [文献書誌] K. Ohshima: "Knowledge Based Information Processing of the Weld Pool Using Neural Network in the Robotic Welding" Proc. of Int. IEEE/IAS Conf. on Industrial Automation and Control. 47-51 (1995)
• [文献書誌] S. Yamane: "Application of Multi-Layered Fuzzy Inference Based on Back Propagation Method to the Robotic Welding." Proc. of Int IEEE/IAS Conf. on Industrial Automation and Control. 52-57 (1995)
• [文献書誌] B. Jin: "Neural Network Control of Back Bead Shape in Circumferential TIG Welding of Pipes by Switch Back Method." Proc. of 1995 Japan IAS Conf.E.17-E.22 (1995)
• [文献書誌] S. Yamane: "Neuro Arc Sensor for Sensing and Controlling of Penetration Depth of the Weld Pool." Proc. of 1995 Japan IAS Conf.E.23-E.26 (1995)
• [文献書誌] K. Ohshima: "Sensor Fusion Using Neural Network in the Robotic Welding." Proc. of 30th Annual Meeting of IAS. 1764-1769 (1995)
• [文献書誌] B. Jin: "Control of Back Weld Pool Shape in MIG Welding by Using Switch Back Method." Proc. of 30th Annual Meeting of IAS. 1835-1840 (1995)
• [文献書誌] 大嶋健司: "溶接条件適応制御技術" 第150回溶接学会溶接法研究委員会資料. (1995)
• [文献書誌] 山根 敏: "ニューロアークセンサによるト-チ位置・姿勢および溶接線のセンシング" 電気学会産業システム情報化研究会資料. (1995)
• [文献書誌] 山根 敏: "ニューロアークセンサによる溶接軌道追跡・ト-チ姿勢制御" 第152回溶接学会溶接法研究委員会資料. (1995)
• [文献書誌] 矢部正明: "ニューロアークセンサによる溶接ロボットにおけるセンシングと制御" 平成7年電気学会産業応用部門全国大会予稿. (1995)
• [文献書誌] 秋田和夫: "ニューロアークセンサによるト-チ姿勢と溶接線追跡の制御" 平成7年度溶接学会全国大会講演概要. 2-63 (1995)
• [文献書誌] 山根 敏: "GMA溶接によるセンサフュージョン" 平成7年度溶接学会全国大会講演概要. 64-65 (1995)
• [文献書誌] 金 炳哲: "パイプの全周TIG溶接における裏溶融池形状の制御" 平成7年度溶接学会全国大会講演概要. 66-67 (1995)
• [文献書誌] 金 炳哲: "MIG溶接におけるスイッチバック法による裏波制御" 平成7年度溶接学会全国大会講演概要. (1995)