ファジィ・ニュー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

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07555511
• 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, 溶接研究室室長 ; 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 / 階層型ファジィ制御 / スイッチ・バック溶接

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、溶接接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冷却時間を制御した。
まずCCDシャッ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影し、画像処理を高速高精度に行い溶融池表面形状とギャプ幅を計測した。つぎにこれら計画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)を出力する階層型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階層型ファジィ制御により溶接電流を制御した。
溶接溶融池の熱伝導について数値シミュレーションを行い、ギャップ幅、溶接電流および溶接速度の時間的変化から冷却時間を出力するニューラルネットワークを構築した。このニューラルネットワークより計算された冷却速度が望ましい値になるように溶接電流および溶接速度を決定し、このデータを用いて溶接実験を行い、高品質な溶接結果を得ることができた。またこの数値シミュレーション結果の考察から、望ましくかつ安定した溶込み形状および冷却時間を得るための方法としてスイッチ・バック溶接法を提案し、片面裏ビ-ド溶接における有用性を理論的かつ実験的に表すことができた。

研究成果

• [文献書誌] S.YAMANE: "Application of Mulitilayerd Fuzzy Inference to the Tracking of the Orbit on a Two Dimensional Plane Using Indusurial Robot" Proc. of IEEE 22nd Int.Conf.on Industrial Electronics and Instrumentation. (1996)
• [文献書誌] S.YAMANE: "Knowledge Based Information Processing and Control of weld Pool in Swicth Back welding" Proc. of 1996 Japan Industry Applications Society Conferente. (1996)
• [文献書誌] K.OSHIMA: "Contrding of Torch Attitude and Seam Tracking by Using Neural Network in Shert-circuiting Arc Welding" Proc. of International Institade of Welding Commision XII. (1996)
• [文献書誌] K.KUGAI: "Neural Network Control of the One-Side Robotic Welding" Proc. of 6th Int.Symp. of Japan Welding Soc.(1996)
• [文献書誌] K.OSHIMA: "Sensing and Controlling of the Weld Pool Using Neural Network and Multilayered Fuzzy Control in the Robotic Welding" Proc. of Int.Conf. on Automation,Robotics,and Computer Vision. (1996)
• [文献書誌] 大嶋健司: "適応制御理論" 溶接プロセスの物理,溶接学会溶接アーク物理研究委員会編. 177-198 (1996)
• [文献書誌] 大嶋健司: "溶接条件適応制御" アーク溶接の自動化技術,溶接学会溶接法研究委員会編,第1編,総説. I. 36-41 (1996)
• [文献書誌] 大嶋健司: "MIG溶接溶融池の階層型ファジィモデルと制御" アーク溶接の自動化技術,溶接学会溶接法研究委員会編. II. 48-52 (1996)
• [文献書誌] 大嶋健司: "ニューラルネットワークによる溶接溶融池のモデリングと制御" アーク溶接の自動化技術,溶接学会溶接法研究委員会編. II. 53-56 (1996)
• [文献書誌] K.OSHIMA: "Adgptive Control Technology of Welding Conditions" Automation Technology of Are Welding,Japan Welding Society,Committe of Welding Process. I. 42-45 (1996)
• [文献書誌] K.OSHIMA: "Knowledge Based Information Processing for the Penetration Control in the Robotic Welding by Fuzzy Il Ference" Automation Technology of Are Welding,Japan Welding Society,Committe of Welding Process. II. 49-54 (1996)
• [文献書誌] 大嶋健司: "片面バッキングレスロボット溶接におけるニューラルネットワーク制御" 溶接学会第156回溶接法研究委員会資料. (1996)
• [文献書誌] 平井明: "スイッチバック溶接におけるニューラルネットワークによる溶接池制御" 溶接学会春季全国大会,114. 76-77 (1996)
• [文献書誌] 山根敏: "スイッチバック溶接による溶接池形状とビ-ト高のセンシングと制御" 溶接学会春季全国大会,105. 58-59 (1996)
• [文献書誌] 堀中進: "開先形状変化に対する溶接条件のファジィ制御" 溶接学会秋季全国大会,320. 270-271 (1996)