專利名稱：帶有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的焊接電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種方法和設(shè)備，用以使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模 型或者神經(jīng)處理器控制用于焊接過(guò)程的電源。
背景技，、…、、、、？ i… 、、，口。、 、 — 、5
的工作表面。通過(guò)受控地施加強(qiáng)熱及應(yīng)用中間材料，電弧焊接系統(tǒng)尤其 可以被用于將分離的工作表面強(qiáng)固地熔合或者合并成一體以形成合成 的焊接接頭(weld joint)。當(dāng)在電弧焊接過(guò)程期間被存在的高溫電弧快 速地熔融的中間材料最終冷卻和固化時(shí)，形成強(qiáng)固的冶金接合。理想地， 合成的焊接接頭具有與起初分離的工作表面大致相同的總體強(qiáng)度和其 它材料性質(zhì)。在電弧焊接過(guò)程中，可以在工作表面和當(dāng)悍槍沿著焊接接頭 移動(dòng)時(shí)被以可控方式進(jìn)給到焊槍的自耗電極(例如焊絲段)之間形成電 弧，其中經(jīng)由電弧屏蔽氣體的電離柱(ionized column)發(fā)射電弧。電弧 自身提供用于熔化自耗電極或者焊絲所必要的強(qiáng)熱水平。電極因此在焊 槍的頂端和工作表面之間傳導(dǎo)電流，其中熔融焊絲材料當(dāng)被供應(yīng)到焊接 接頭時(shí)用作填料。焊接過(guò)程控制器通常含有通用焊接特征(weld signature), 該通用焊接特征具有用于電弧電流、電壓和/或其它參數(shù)的反饋環(huán)路，并 且提供用以改變波形的特定部分的有限能力。用于為特定焊接過(guò)程生成 定制焊接特征的專用軟件可能尚未達(dá)到最佳，這是由于用以生成波形所 需要的高等級(jí)專門知識(shí)，以及與在給定焊接過(guò)程中執(zhí)行這種定制軟件相 關(guān)聯(lián)的大量測(cè)試和工藝驗(yàn)證。

發(fā)明內(nèi)容
因此，提供一種用于控制焊接設(shè)備的方法，包括通過(guò)將神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)暴露于不同的訓(xùn)練焊接特征而訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別可接受的焊接特 征，然后監(jiān)視瞬時(shí)焊接特征。該方法使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別由瞬時(shí)焊接特征呈現(xiàn)的樣式(pattern),并且當(dāng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定該樣式不是可接受的焊接 特征時(shí)，選擇性地修改該瞬時(shí)焊接特征。在本發(fā)明的 一 個(gè)方面中，該方法通過(guò)連續(xù)地測(cè)量焊接設(shè)備的 焊接電壓、焊接電流和焊絲進(jìn)給速度(WFS)而監(jiān)視瞬時(shí)焊接特征。在本發(fā)明的另 一個(gè)方面中，該方法通過(guò)選擇性地修改用于控 制焊接電壓、焊接電流和/或焊絲進(jìn)給速度的至少 一個(gè)波形而選擇性地修 改瞬時(shí)焊接特征。
〖0008]在本發(fā)明的另 一個(gè)方面中，該方法確定瞬時(shí)焊接特征是否充 分地不同于多個(gè)不同訓(xùn)練焊接特征中的每一個(gè)，且隨后當(dāng)該瞬時(shí)焊接特 征充分地不同于所述不同訓(xùn)練焊接特征中的每一個(gè)時(shí)，使用該瞬時(shí)焊接 特征訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在本發(fā)明的另 一個(gè)方面中，該方法確定瞬時(shí)焊接特征是否充 分地不同于不同訓(xùn)練焊接特征中的每一個(gè)，并且當(dāng)確定該瞬時(shí)焊接特征 并非充分地不同于不同訓(xùn)練焊接特征中的每一個(gè)時(shí)，拋棄該瞬時(shí)焊接特 征。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中， 一種方法通過(guò)監(jiān)視描述焊接過(guò)程 控制變量(包括焊接電壓、焊接電流和焊絲進(jìn)給速度(WFS))的焊接 特征而在焊接過(guò)程期間控制焊接特征。該方法通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理焊接特 征以確定該焊接特征是否具有與至少 一個(gè)訓(xùn)練焊接特征一致的樣式，并 且當(dāng)該樣式與該至少 一 個(gè)訓(xùn)練焊接特征不 一 致時(shí)，連續(xù)地和自動(dòng)地修改 至少一個(gè)焊接過(guò)程控制變量。在本發(fā)明的另 一個(gè)方面中，該方法4巴焊接特征與在訓(xùn)練特征 數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的不同訓(xùn)練焊接特征相比較，并且確定該焊接特征是否充
分地不同于在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的訓(xùn)練焊接特征中的每一個(gè)。然后當(dāng)該焊接 特征充分地不同于所述不同訓(xùn)練焊接特征中的每一個(gè)時(shí)，該方法在數(shù)據(jù) 庫(kù)中記錄該焊接特征。在本發(fā)明的另 一個(gè)方面中，該方法在分類之后測(cè)試焊接接頭 從而確定含有多個(gè)不同焊接接頭性質(zhì)中每一個(gè)的數(shù)值的焊接數(shù)椐集合， 并且隨后將焊接特征與該焊接數(shù)據(jù)集合相關(guān)聯(lián)以使得數(shù)據(jù)庫(kù)有效。在本發(fā)明的另 一個(gè)方面中，提供一種設(shè)備用于控制焊接過(guò)程， 并且包括用于形成焊接接頭的焊槍、用于供應(yīng)焊接電壓和焊接電流從而 選擇性地為焊槍供電的電源，和用于探測(cè)多個(gè)不同焊接工藝變量的數(shù)值括焊接電壓、焊接電流和相應(yīng)于在形成焊 接接頭時(shí)自耗的焊絲段的速度的焊絲進(jìn)給速度(WFS)。該設(shè)備還包括 具有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制器，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于接收焊接工藝變量的數(shù)值并且 識(shí)別焊接特征中的樣式，該樣式相應(yīng)于焊接接頭的預(yù)測(cè)質(zhì)量。當(dāng)該樣式 未被識(shí)別時(shí)，該控制器連續(xù)地和自動(dòng)地修改焊接工藝變量的數(shù)值中的至
少一個(gè)，從而《務(wù)改焊接特4正。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，該控制器與含有多個(gè)不同訓(xùn)練焊 接特征的數(shù)據(jù)庫(kù)通信，每一個(gè)訓(xùn)練焊接特征均對(duì)應(yīng)于具有預(yù)定的可接受 的焊接質(zhì)量的焊接接頭。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有帶不同輸入節(jié)點(diǎn) 的輸入層，每一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)均對(duì)應(yīng)于焊接工藝變量中的不同的一個(gè)。結(jié)合附圖，根據(jù)下文對(duì)實(shí)施本發(fā)明的最佳方式的詳細(xì)說(shuō)明， 易于清楚本發(fā)明的以上特征和優(yōu)點(diǎn)以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的焊接設(shè)備和能夠被操作用于控制焊接過(guò) 程的控制器的示意圖；圖2A是焊接電流控制波形的圖解表示；圖2B是與圖2A的焊接電流控制波形相關(guān)的、焊滴轉(zhuǎn)移過(guò)程 的示意圖；圖3是圖1所示控制器能夠使用的人工神經(jīng)元模型或者神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)的示意圖；圖4是圖1的控制器能夠使用的焊接特征的圖解表示；并且
圖5是描述用于使用圖3的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制焊接過(guò)程的方法的 圖解流程圖。
具體實(shí)施例方式參考附圖，其中貫穿這幾個(gè)圖，同樣的附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)于同樣 的或者類似的構(gòu)件，并且從圖l開始，在這里提供一種設(shè)備和方法，用 于在焊接過(guò)程期間控制焊接特征。可以在各種不同的焊接過(guò)程中使用該 方法和設(shè)備，包括但是不限于單個(gè)工件操作、將兩個(gè)或者更多工件或者 表面聯(lián)結(jié)到一起和/或用于將單個(gè)工件的兩端聯(lián)結(jié)到一起。因此，焊接設(shè)
7備10包括自動(dòng)化或者人工焊接裝置或者焊槍18，它被可操作地連接到 機(jī)器臂或者人工可再定位臂21、到集成控制單元或者控制器17,和連 接到能夠被操作用于產(chǎn)生或者提供焊接電壓V和焊接電流i的電源12。 可以被可替代地配置成單個(gè)傳感器和/或被一起地容納在公共傳感器外 罩(未示出)中的多個(gè)傳感器14、 15和16，適用于感測(cè)、測(cè)量、探測(cè) 和/或以其它方式確定一個(gè)或者多個(gè)動(dòng)態(tài)變化的焊接工藝變量隨時(shí)間變 化的數(shù)值，這些變量一起地定義總體的或者組合的"焊接特征"，將在 下文中詳細(xì)地描述這個(gè)術(shù)語(yǔ)。焊槍18被配置用以選擇性地完成焊接操作，例如但是不限于 金屬惰性氣體(MIG)或者鴒極惰性氣體(TIG)電弧焊接或者適用于 在工件24的一個(gè)或者多個(gè)焊點(diǎn)或者接頭處或者沿所述焊點(diǎn)或接頭形成 高溫電弧22的其它焊接操作。焊槍18可以例如通過(guò)選擇性樞轉(zhuǎn)和/或旋 轉(zhuǎn)而以可再定位和可再定向的方式安裝到機(jī)器臂(未示出)。焊接設(shè)備 10包括可以是自耗焊絲段的至少一個(gè)電極20A以及電極20B,該電極 20B被示為在其上定位有工件24的板，其中當(dāng)焊槍18工作時(shí)，電極20A、 20B基本上彼此相對(duì)地定位。電弧22能夠熔化電極20A的一部分，例 如自耗焊絲段，并且以此方式形成焊接接頭。根據(jù)本發(fā)明，控制器17包括能夠使用訓(xùn)練特征數(shù)據(jù)庫(kù)卯而 被訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50 (也見圖3)，該數(shù)據(jù)庫(kù)聚集足夠數(shù)目的經(jīng)驗(yàn)證有 效的，即，預(yù)定的"可接受的，，或者"良好的"焊接特征，如在下文中 所描述的?？刂破?7還包括如將參考圖5描述的自適應(yīng)焊接過(guò)程控制 方法100,該方法用于^f吏用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50以實(shí)時(shí)地控制和/或調(diào)整活動(dòng)的 或者瞬時(shí)的焊接特征，即，對(duì)應(yīng)于活動(dòng)的和正在進(jìn)行的焊接過(guò)程的焊接 特征。以此方式，控制器17允許連續(xù)監(jiān)視和修改焊接特征以便符合已 經(jīng)學(xué)習(xí)到的"可接受的"焊接特征輪廓而不需要大量編程或者算法修改。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50允許產(chǎn)生多種焊接特征，包括能夠自動(dòng)地和連續(xù)地適應(yīng)于 焊接條件變化的焊接特征。而且，最大程度地減少了為每一個(gè)不同焊接 過(guò)程生成獨(dú)特焊接特征通常所需要的大量測(cè)試和驗(yàn)證，并且優(yōu)化了焊接 質(zhì)量。根據(jù)本發(fā)明，下面討論的圖5的方法100利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50(也 見圖3)作為信息處理范例，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50能夠?qū)崟r(shí)地審視全部的或者組 合的可探測(cè)或者可測(cè)量焊接工藝變量集合，這些變量在下文中被一起稱作焊接特征，并且根據(jù) 一套預(yù)定的焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)而確定或者識(shí)別由焊接 特征呈現(xiàn)的特定樣式是否是可接受的、良好的、或者合格的，或者不可 接受的、差的或者不合格的。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解地，例如 通過(guò)使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50經(jīng)受或者暴露于多個(gè)訓(xùn)練焊接特征的處理，每一 個(gè)訓(xùn)練焊接特征均對(duì)應(yīng)于可接受的焊接特征，從而在受控訓(xùn)練過(guò)程期間
對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50進(jìn)行初始訓(xùn)練。如將在下面描述的那樣，通過(guò)在一段時(shí) 間內(nèi)將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50暴露于另外的可接受的焊接特征，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50還能 夠:波連續(xù)地訓(xùn)練從而進(jìn)一 步改進(jìn)和完善神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50的樣式識(shí)別準(zhǔn)確度。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解地，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)例如圖3的神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50可以被用于預(yù)測(cè)具體結(jié)果和/或識(shí)別由尚非最佳的、不精確的 和/或比較復(fù)雜的輸入數(shù)據(jù)集合呈現(xiàn)的樣式。例如，這種輸入數(shù)據(jù)集合的 復(fù)雜集合可以由較典型的焊接工藝變量構(gòu)成，即如上所述的焊接電壓V、 焊接電流i和焊絲進(jìn)給速度(WFS),和/或如將在下面參考圖4描述的 其它的這種動(dòng)態(tài)地變化的輸入變量。同樣地，控制器17可以使用神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)50從而比照已經(jīng)學(xué)習(xí)到的"可接受的"波形來(lái)連續(xù)地監(jiān)視焊接特 征，并且通過(guò)使用這種信息而連續(xù)地和自動(dòng)地調(diào)整給定焊接特征的一個(gè) 或者多個(gè)參數(shù)以使得焊接過(guò)程恢復(fù)到處于控制之下，即，使得焊接特征 符合與已經(jīng)學(xué)習(xí)到的可接受的波形相一致的波形。如上所述，經(jīng)由反復(fù)暴露于不同的訓(xùn)練集合，例如任何受監(jiān) 督或者不受監(jiān)督的輸入數(shù)據(jù)集合，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠可操作地用于調(diào)整或者 "學(xué)習(xí)"，并且可操作地用于向構(gòu)成輸入數(shù)據(jù)集合的各條不同信息中的 每一條動(dòng)態(tài)地分配適當(dāng)?shù)臋?quán)重和/或相對(duì)重要性數(shù)值。通常并不例如利用 各種控制算法而對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)編程以執(zhí)行特定任務(wù)，所述控制算法可以 利用用于每一個(gè)不同的參數(shù)或者數(shù)值的預(yù)設(shè)max/min (最大/最小)閾值 極限而不以任何方式預(yù)測(cè)或者分類全部的或者總體的受監(jiān)視焊接特征。 相反，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，例如圖和3的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50，利用關(guān)聯(lián)記憶來(lái)對(duì)神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)所接受過(guò)的組合輸入集合的全體或者總體進(jìn)行有效地歸納，例如圖 4所示的焊接系統(tǒng)輸入集合'T，。這樣，被適當(dāng)?shù)赜?xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以 是能夠根據(jù)經(jīng)驗(yàn)而能夠準(zhǔn)確地和一致地預(yù)測(cè)未來(lái)狀態(tài)，根據(jù)需要對(duì)復(fù)雜 數(shù)據(jù)集合進(jìn)行分類，如由圖3中的箭頭0所表示地，和/或識(shí)別由復(fù)雜 數(shù)據(jù)集合的全體所呈現(xiàn)的總體樣式，否則這可能需要大量時(shí)間和/或?qū)I(yè) 知識(shí)以進(jìn)行適當(dāng)?shù)亟忉尅?br> 9
參考圖2A和2B，上述這種復(fù)雜輸入數(shù)據(jù)集合中的一個(gè)變量 可以在這里被體現(xiàn)為圖2A的示例性焊接電流波形30。圖2A中的波形 30描述了單一焊接過(guò)程控制變量或者焊接控制波形的一個(gè)循環(huán)，在這種 情況下，焊接電流i(見圖)，和圖2B的示意圖描述了圖2A的波形 30可以如何影響從焊槍18的噴嘴或者頂端18A (見圖1 )轉(zhuǎn)移有關(guān)焊 滴?？梢允褂脠D的傳感器M測(cè)量波形30。在圖2A中，線32代表基線或者背景安培數(shù)水平或者圖1的 焊接電流i的振幅，即AMIN。如在圖2B中所示，從t,開始，當(dāng)焊接電 流i被保持為AvHN時(shí)，焊滴D仍然在焊絲的端部或者電極20A處部分 地形成并且與電弧22相接觸。然而，當(dāng)圖2A的波形30達(dá)到t2時(shí)，線 33快速地斜行到線34的水平，即峰值安培數(shù)或者AMAX。當(dāng)電極20A 被配置成焊絲時(shí)安培數(shù)中的這個(gè)斜坡引起電弧22液化或者熔化電極 20A的一個(gè)部分，并且焊滴D開始從電極20A分離。Amax然后被保持 直至t4，并且焊滴D從電極20A完全地分離 曲線35或者脫尾(tailout) 緊隨其后，其中曲線35的輪廓在很大程度上確定或者影響焊滴D在朝 向工件24降落時(shí)的動(dòng)態(tài)行為。如以上所討論的那樣，圖2A和2B僅代表焊接過(guò)程控制變量 或者參數(shù)的一個(gè)實(shí)例，即焊接電流i。其它可能的焊接過(guò)程控制變量或 者參數(shù)包括焊接電壓V、焊絲進(jìn)給速度(WFS)、圖1和2B的工件24 的物理組分、電弧屏蔽氣體組分等。在圖2A的波形30中，操作員應(yīng)該 至少對(duì)線33的攀升率(ramp-up rate)、曲線35的脫尾時(shí)間、峰值安培 數(shù)或者Amax、背景安培數(shù)或者Am!n、線34的峰值時(shí)間或者持續(xù)時(shí)間、 線32的背景時(shí)間或者持續(xù)時(shí)間，和波形30的頻率進(jìn)行編程。另外的變 量每一個(gè)均要求類似數(shù)目的被編程的控制參數(shù)，從而迅速增加了基于參
數(shù)的悍接過(guò)程控制的潛在復(fù)雜度。由于影響每一個(gè)特定焊接過(guò)程的獨(dú)特物理和環(huán)境影響，即使 對(duì)于相同型號(hào)或者類型的焊接設(shè)備10 (見圖1),用于給定焊接過(guò)程的 特定控制波形也可以是唯一的。因此，可能用典型控制器提供的預(yù)編程 波形在很大程度上是通用的，或者在一些情形中可以提供有限能力以選 擇性地修改一定數(shù)目的參數(shù)的數(shù)值，例如焊接電流i的振幅(見圖1), 但是在其它情形使用這種通用波形可能并沒有對(duì)于每一個(gè)坪接設(shè)備10 優(yōu)化這種波形。
因此，參考圖3，主要在上面所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50被控制器17 (見圖1)編程、存儲(chǔ)在控制器17中或者能夠以其它方式被控制器17 訪問(wèn)，并且能夠被方法100所使用(見圖l和5)以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)、分類 或者以其它方式識(shí)別焊接特征中的樣式，例如在圖4中所例示的那樣。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50包括至少一個(gè)輸入層40,輸入層40具有多個(gè)不同的輸入神 經(jīng)元或者輸入節(jié)點(diǎn)41,其每一個(gè)均被配置為從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50以外接收數(shù) 據(jù)、測(cè)量值和/或其它預(yù)定信息。如在圖3中所示，在一個(gè)實(shí)施例中，這 種信息或者輸入集合I包括但是不限于焊接電壓V、焊接電流i和焊絲 進(jìn)給速度或者WFS，其每一個(gè)也在圖1中示出。根椐需要，至少一個(gè)另 外的輸入節(jié)點(diǎn)41可以被配置為接收如由變量X所代表的、另外的輸入 數(shù)據(jù)、測(cè)量值或者其它過(guò)程信息條目。例如，輸入變量X可以對(duì)應(yīng)于在 電弧焊接過(guò)程中使用的電弧屏蔽氣體的特定組分。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50進(jìn)一步包括至少一個(gè)"隱藏"層42,該隱藏層 42含有多個(gè)被隱藏的神經(jīng)元或者被隱藏的節(jié)點(diǎn)43,其每一個(gè)均接收并 且傳遞從輸入層40的輸入節(jié)點(diǎn)41輸出的信息，其中被隱藏的節(jié)點(diǎn)43 將經(jīng)過(guò)處理的信息傳遞到一個(gè)或者多個(gè)另外的隱藏層(未示出)(如果 被使用的話)的其它神經(jīng)元或者節(jié)點(diǎn)，或者直接地傳遞到輸出層44。輸 出層44同樣地含有將信息傳達(dá)或者傳輸?shù)缴窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)50以外的至少一個(gè) 輸出神經(jīng)元或者輸出節(jié)點(diǎn)45,例如到指示器裝置11 (見圖1)和/或到 訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫(kù)90 (見圖1 ),這由方法100確定，在下面參考圖5對(duì)此進(jìn) 行描述。在圖3的代表性實(shí)施例中，隱藏層42和輸出層44的每一個(gè) 神經(jīng)元或者節(jié)點(diǎn)43、 45分別地可以采用如所示的Tan-Sigmoidal傳遞函 數(shù)或者激活函數(shù)，但是根據(jù)需要可以可替代地采用線性激活函數(shù)和/或其 它類型的Sigmoidal或者其它激活函數(shù)，和/或不同數(shù)目的隱藏層42和/ 或節(jié)點(diǎn)43、 44,從而根據(jù)所需的特定輸出(箭頭O)而實(shí)現(xiàn)所期的預(yù)測(cè) 性準(zhǔn)確度水平。在 一 個(gè)實(shí)施例中，使用已知的Levenberg-Marquardt反向 傳播算法來(lái)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50進(jìn)行初始訓(xùn)練，但是訓(xùn)練并不受此限制，而 是本發(fā)明能夠使用任何其它適當(dāng)?shù)挠?xùn)練方法或者算法。參考圖4,代表性焊接特征60包括多個(gè)不同的跡線62、 64 和66,并且根據(jù)由圖1和3的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50所利用的特定輸入集合I(見 圖3)可以包括另外的跡線。跡線62代表如由圖1的傳感器16確定的焊絲進(jìn)給速度(WFS)。跡線64代表如由圖1的傳感器15確定的焊接 電流i。跡線66代表如由圖1的傳感器14確定的焊接電壓V。如在圖4 中所示，為了示意的目的，焊接特征60被簡(jiǎn)化，并且根據(jù)具體應(yīng)用可 以包括在跡線62、 64和66和/或另外的跡線中的顯著更多的變化。根據(jù) 本發(fā)明，在控制焊接過(guò)程時(shí)由控制器17 (見圖1 )和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50 (見圖 1和3)所使用的是總體的或者組合的焊接特征60，而不是構(gòu)成焊接特 征60的單條跡線62、 64、 66,現(xiàn)在將參考圖5進(jìn)行描述。參考圖5，本發(fā)明的方法IOO開始于步驟102。步驟102至少 包括初步神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過(guò)程，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)理解這個(gè)術(shù)語(yǔ)，其 中圖3的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50 ^皮訓(xùn)練以快速地和準(zhǔn)確地識(shí)別出相應(yīng)于預(yù)測(cè)合格 的、良好的或者在其它情形中可接受的焊接的瞬時(shí)焊接特征中的樣式。 首先通過(guò)驗(yàn)證所合成的焊接接頭而確定可接受的焊接，即滿足如上所述 關(guān)于質(zhì)量、強(qiáng)度、均勻性和/或其它所需的性質(zhì)或者質(zhì)量的預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)集合 的焊接接頭?？梢酝ㄟ^(guò)使得圖3的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50暴露于或者領(lǐng)受例如在 圖4中表示的、 一定數(shù)目的充分不同的或者改變的可接受的焊接特征而 執(zhí)行步驟102。通常，被呈送給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集合的數(shù)目越多， 并且這些數(shù)據(jù)集合彼此間的差異性越高，則利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類或者樣 式識(shí)別和/或預(yù)測(cè)數(shù)值越為準(zhǔn)確。在以此方式適當(dāng)?shù)赜?xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50之 后，方法100前進(jìn)到步驟104。在步驟104，方法IOO啟動(dòng)焊接過(guò)程，其中圖1的電源12提 供焊接電壓V、焊接電流i,并且最終確定焊絲進(jìn)給速度(WFS)以形 成特定的焊接接頭。 一旦已經(jīng)啟動(dòng)焊接過(guò)程，方法100便前進(jìn)到步驟 106。在步驟106,確定焊接特征WS的輸入數(shù)據(jù)集合I (見圖3 ) 被導(dǎo)入圖3所示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50的輸入層40中。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50然后動(dòng)態(tài)地 向構(gòu)成輸入數(shù)據(jù)集合I的各種變量分配權(quán)重，并且參考可能被神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 50使用的訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫(kù)90 (見圖1 )的任何相關(guān)數(shù)據(jù)矩陣和/或訓(xùn)練集合， 從而監(jiān)視在圖5中簡(jiǎn)稱為WS的瞬時(shí)焊接特征。方法IOO然后前進(jìn)到步 驟108。在步驟108,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50識(shí)別瞬時(shí)焊接特;f正WS中的樣式， 練質(zhì)量:如果神經(jīng)網(wǎng)^ 50 (見圖1和3 )識(shí)別出在焊接特征中的^T接受樣式，即相對(duì)于在訓(xùn)練波形數(shù)據(jù)庫(kù)90 (見圖1)中包含的各種訓(xùn)練波形
的"可接受"焊接特征一致f則;法ioo前進(jìn)到步驟5110「否則,';法
100前進(jìn)到步驟112。在步驟110,已經(jīng)在步驟108確定瞬時(shí)焊接特征WS的樣式并 非充分地接近于已經(jīng)學(xué)習(xí)到的"可接受的"焊接特征，方法100自動(dòng)地 啟動(dòng)閉環(huán)控制或者錯(cuò)誤反饋環(huán)以使得焊接特征WS受控。即，圖1的控 制器17在必要時(shí)自動(dòng)地和連續(xù)地修改描述一個(gè)或者多個(gè)焊接過(guò)程控制 變量或者圖3的輸入數(shù)據(jù)集合I的數(shù)值中的至少一個(gè)，從而影響或者調(diào) 整瞬時(shí)焊接特征WS。閉環(huán)控制繼續(xù)或者錯(cuò)誤調(diào)節(jié)環(huán)連續(xù)地重復(fù)，直至 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50再次識(shí)別出對(duì)應(yīng)于可接受焊接特征的瞬時(shí)焊接特征WS的 樣式，如在步驟102所確定的那樣。 一旦瞬時(shí)焊接特征WS的樣式被確 定為可接受，方法IOO便前進(jìn)到步驟112。在步驟112,方法100結(jié)束焊接或者完成焊接接頭，并且對(duì) 于這個(gè)焊接接頭，方法100結(jié)束。根據(jù)需要，方法100可以可選地前進(jìn) 到步驟114,和/或在預(yù)計(jì)的或者取樣的基礎(chǔ)上結(jié)束步驟114。在步驟114,方法100包括對(duì)一組焊接接頭(未示出)進(jìn)行 測(cè)試，例如通過(guò)破碎或者切削焊接接頭以準(zhǔn)確地確定焊接接頭的強(qiáng)度、
均勻性和/或其它物理性質(zhì)。然后在控制器n(見圖i)中記錄測(cè)試數(shù)椐
集合，并且方法100前進(jìn)到步驟116。在步驟116,方法100將來(lái)自步驟114的測(cè)試數(shù)據(jù)與在控制 器17中存儲(chǔ)的特定焊接特征WS相關(guān)聯(lián)。即，每一個(gè)焊接過(guò)程均優(yōu)選 地在控制器17中被跟蹤并且被記錄從而每一個(gè)焊接特征可以被跟蹤到 或者關(guān)聯(lián)到特定的焊接接頭。如果對(duì)應(yīng)于測(cè)試數(shù)據(jù)集合的焊接特征表明 該焊接接頭是可接受的，并且如果焊接特征充分地不同于在訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫(kù) 90 (見圖1)中的現(xiàn)有訓(xùn)練波形集合，則方法100包括在訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫(kù)90 中記錄相關(guān)焊接特征從而改進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50 (見圖3)的準(zhǔn)確度。根據(jù)本發(fā)明，圖1的控制器17和訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫(kù)90被用于控制 用于特殊應(yīng)用的特定焊接設(shè)備10 (見圖1 )。訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫(kù)90將隨著時(shí) 間變化以準(zhǔn)確地反映對(duì)于這個(gè)特定焊接設(shè)備10的獨(dú)特的焊接過(guò)程條件。 這樣，針對(duì)每一個(gè)焊接設(shè)備10,可以優(yōu)化特定焊接過(guò)程的質(zhì)量。雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了用于執(zhí)行本發(fā)明的最好方式，熟悉本發(fā)明所涉及領(lǐng)域的人員可以認(rèn)識(shí)到在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)實(shí)踐本發(fā)明 的各種可替代的設(shè)計(jì)和實(shí)施例。
權(quán)利要求
1一種用于控制焊接設(shè)備的方法，所述方法包括通過(guò)將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)暴露于多個(gè)不同的訓(xùn)練焊接特征而訓(xùn)練該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別可接受的焊接特征；監(jiān)視瞬時(shí)焊接特征；使用所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于識(shí)別由所述瞬時(shí)焊接特征呈現(xiàn)的樣式；和當(dāng)所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定所述樣式并不對(duì)應(yīng)于所述可接受的焊接特征時(shí)，選擇性地修改所述瞬時(shí)焊接特征。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述監(jiān)視瞬時(shí)焊接特征包括連續(xù)地測(cè)量焊接設(shè)備的焊接電壓、焊接電流和焊絲進(jìn)給速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，所述選^H"生地修改所述瞬時(shí)焊接
4. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，所述選擇性地修改所述瞬時(shí)焊接特征包括選擇性地修改用于控制所述焊接電流的至少一個(gè)波形。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，所述選擇性地修改所述瞬時(shí)焊接特征包括選擇性地修改用于控制所述焊絲進(jìn)給速度的至少一個(gè)波形。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括確定所迷瞬時(shí)焊接特征是否充分地不同于所述多個(gè)不同訓(xùn)練焊接特征中的每一個(gè)；和當(dāng)確定所述瞬時(shí)焊接特征充分地不同于所述多個(gè)不同訓(xùn)練焊接特征中的每一個(gè)時(shí)，使用所述瞬時(shí)焊接特征訓(xùn)練所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括確定所述瞬時(shí)焊接特征是否充分地不同于所述多個(gè)不同訓(xùn)練焊接特4正中的每一個(gè)；和當(dāng)確定所述瞬時(shí)焊接特征并非充分地不同于所述多個(gè)不同訓(xùn)練焊接特征中的每一個(gè)時(shí)，拋棄所述瞬時(shí)焊接特征。
8. —種用于在焊接過(guò)程期間控制焊接特征的方法，所述方法包括在焊接過(guò)程期間監(jiān)視焊接特征，所述焊接特征描述多個(gè)焊接過(guò)程控制變量，包括焊接電壓、焊接電流和悍絲進(jìn)給速度；通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理焊接特征以確定所述焊接特征是否具有與至少一個(gè)訓(xùn)練焊接特征一致的樣式；和當(dāng)所述樣式與所迷至少一個(gè)訓(xùn)練焊接特征不一致時(shí)，連續(xù)地和自動(dòng)地修改焊接特征的所述焊接過(guò)程控制變量中的至少 一個(gè)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的方法，還包括當(dāng)所述樣式與所述至少一個(gè)訓(xùn)練焊接特征一致時(shí)，中斷所述連續(xù)地和自動(dòng)地^修改。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8的方法，還包括將焊接特征與在訓(xùn)練特征數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的所述多個(gè)不同訓(xùn)練焊接特征進(jìn)行比較；訓(xùn)練焊接特征中的每一、個(gè)；和" ^ '、時(shí)，在所述數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄焊接特征。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，還包括在所述分類之后測(cè)試焊接接頭從而確定含有多個(gè)不同焊接接頭性質(zhì)中的每一個(gè)的數(shù)值的焊接數(shù)據(jù)集合；和將焊接特征與所述焊接數(shù)據(jù)集合相關(guān)聯(lián)從而使得所述數(shù)據(jù)庫(kù)有效。
12. —種用于控制焊接過(guò)程的設(shè)備，包括可操作地用于形成焊接接頭的悍槍；被配置成用于供應(yīng)焊接電壓和坪接電流從而選擇性地為所述焊槍供電的電源；至少一個(gè)用于探測(cè)多個(gè)不同焊接工藝變量的數(shù)值的傳感器，所述變量包括所述焊接電壓、所述焊接電流和對(duì)應(yīng)于在形成悍接接頭時(shí)自耗的焊絲段的速度的焊絲進(jìn)給速度；和具有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制器，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)適于接收所述多個(gè)焊接工藝變量的所述數(shù)值以及適于識(shí)別焊接特征中的樣式，所述樣式對(duì)應(yīng)于焊接接頭的預(yù)測(cè)質(zhì)量；其中，當(dāng)所述樣式?jīng)]有被識(shí)別出時(shí)，所述控制器能夠可操作地用于連續(xù)地和自動(dòng)地修改所述多個(gè)焊接工藝變量的所述數(shù)值中的至少 一 個(gè)，從而修改焊接特征。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的設(shè)備，控制器與含有多個(gè)不同訓(xùn)練焊接特征的數(shù)據(jù)庫(kù)通信，每一個(gè)訓(xùn)練焊接特征均對(duì)應(yīng)于具有預(yù)定的可接受的焊接質(zhì)量的焊接接頭。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12的設(shè)備，其中所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有輸入層，所述輸入層具有多個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)均對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)不同焊接 工藝變量中的不同的一個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及帶有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的焊接電源。提供一種方法通過(guò)使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以識(shí)別可接受的焊接特征而控制焊接設(shè)備。該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別由瞬時(shí)焊接特征呈現(xiàn)的樣式，并且當(dāng)該樣式不是可接受的時(shí)，修改該瞬時(shí)焊接特征。該方法測(cè)量焊接電壓、電流和焊絲進(jìn)給速度，并且當(dāng)瞬時(shí)焊接特征不同于不同訓(xùn)練焊接特征中的每一個(gè)時(shí)使用該瞬時(shí)焊接特征訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。提供一種用于控制焊接過(guò)程的焊接設(shè)備，包括焊槍、用于供應(yīng)焊接電壓和電流的電源，以及用于探測(cè)多個(gè)不同焊接工藝變量的數(shù)值的傳感器。該設(shè)備的控制器具有用于接收焊接工藝變量和用于識(shí)別焊接特征中的樣式的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)該樣式不被識(shí)別時(shí)，該控制器修改該焊接特征。
文檔編號(hào)G01M99/00GK101502907SQ20091000705
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2009年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月8日
發(fā)明者J·漢普頓 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司