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程的電源。
背景技，、…、、、、？ i… 、、，口。、 、 — 、5
的工作表面。通過受控地施加強熱及應(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，形成強固的冶金接合。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度和其 它材料性質(zhì)。在電弧焊接過程中，可以在工作表面和當(dāng)悍槍沿著焊接接頭 移動時被以可控方式進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 接頭時用作填料。焊接過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。用于為特定焊接過程生成 定制焊接特征的專用軟件可能尚未達到最佳，這是由于用以生成波形所 需要的高等級專門知識，以及與在給定焊接過程中執(zhí)行這種定制軟件相 關(guān)聯(lián)的大量測試和工藝驗證。

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)識別可接受的焊接特 征，然后監(jiān)視瞬時焊接特征。該方法使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別由瞬時焊接特征呈現(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，選擇性地修改該瞬時焊接特征。在本發(fā)明的 一 個方面中，該方法通過連續(xù)地測量焊接設(shè)備的 焊接電壓、焊接電流和焊絲進給速度(WFS)而監(jiān)視瞬時焊接特征。在本發(fā)明的另 一個方面中，該方法通過選擇性地修改用于控 制焊接電壓、焊接電流和/或焊絲進給速度的至少 一個波形而選擇性地修 改瞬時焊接特征。
〖0008]在本發(fā)明的另 一個方面中，該方法確定瞬時焊接特征是否充 分地不同于多個不同訓(xùn)練焊接特征中的每一個，且隨后當(dāng)該瞬時焊接特 征充分地不同于所述不同訓(xùn)練焊接特征中的每一個時，使用該瞬時焊接 特征訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在本發(fā)明的另 一個方面中，該方法確定瞬時焊接特征是否充 分地不同于不同訓(xùn)練焊接特征中的每一個，并且當(dāng)確定該瞬時焊接特征 并非充分地不同于不同訓(xùn)練焊接特征中的每一個時，拋棄該瞬時焊接特 征。在本發(fā)明的另一個方面中， 一種方法通過監(jiān)視描述焊接過程 控制變量(包括焊接電壓、焊接電流和焊絲進給速度(WFS))的焊接 特征而在焊接過程期間控制焊接特征。該方法通過神經(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 個訓(xùn)練焊接特征不 一 致時，連續(xù)地和自動地修改 至少一個焊接過程控制變量。在本發(fā)明的另 一個方面中，該方法4巴焊接特征與在訓(xùn)練特征 數(shù)據(jù)庫中存儲的不同訓(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)庫中存儲的訓(xùn)練焊接特征中的每一個。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時，該方法在數(shù)據(jù) 庫中記錄該焊接特征。在本發(fā)明的另 一個方面中，該方法在分類之后測試焊接接頭 從而確定含有多個不同焊接接頭性質(zhì)中每一個的數(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)庫有效。在本發(fā)明的另 一個方面中，提供一種設(shè)備用于控制焊接過程， 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，和用于探測多個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 接接頭時自耗的焊絲段的速度的焊絲進給速度(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 識別焊接特征中的樣式，該樣式相應(yīng)于焊接接頭的預(yù)測質(zhì)量。當(dāng)該樣式 未被識別時，該控制器連續(xù)地和自動地修改焊接工藝變量的數(shù)值中的至
少一個，從而《務(wù)改焊接特4正。在本發(fā)明的另一個方面中，該控制器與含有多個不同訓(xùn)練焊 接特征的數(shù)據(jù)庫通信，每一個訓(xùn)練焊接特征均對應(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)明的另一個方面中，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有帶不同輸入節(jié)點 的輸入層，每一個輸入節(jié)點均對應(yīng)于焊接工藝變量中的不同的一個。結(jié)合附圖，根據(jù)下文對實施本發(fā)明的最佳方式的詳細說明， 易于清楚本發(fā)明的以上特征和優(yōu)點以及其它特征和優(yōu)點。


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 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)控制焊接過程的方法的 圖解流程圖。
具體實施例方式參考附圖，其中貫穿這幾個圖，同樣的附圖標記對應(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 于在焊接過程期間控制焊接特征?？梢栽诟鞣N不同的焊接過程中使用該 方法和設(shè)備，包括但是不限于單個工件操作、將兩個或者更多工件或者 表面聯(lián)結(jié)到一起和/或用于將單個工件的兩端聯(lián)結(jié)到一起。因此，焊接設(shè)
7備10包括自動化或者人工焊接裝置或者焊槍18，它被可操作地連接到 機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)中的多個傳感器14、 15和16，適用于感測、測量、探測 和/或以其它方式確定一個或者多個動態(tài)變化的焊接工藝變量隨時間變 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 下文中詳細地描述這個術(shù)語。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的一個或者多個焊點或者接頭處或者沿所述焊點或接頭形成 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，電極20A、 20B基本上彼此相對地定位。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)庫聚集足夠數(shù)目的經(jīng)驗證有 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)焊接過程控制 方法100,該方法用于^f吏用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50以實時地控制和/或調(diào)整活動的 或者瞬時的焊接特征，即，對應(yīng)于活動的和正在進行的焊接過程的焊接 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不同焊接 過程生成獨特焊接特征通常所需要的大量測試和驗證，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地審視全部的或者組 合的可探測或者可測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)量標準而確定或者識別由焊接 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 通過使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50經(jīng)受或者暴露于多個訓(xùn)練焊接特征的處理，每一 個訓(xùn)練焊接特征均對應(yīng)于可接受的焊接特征，從而在受控訓(xùn)練過程期間
對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50進行初始訓(xùn)練。如將在下面描述的那樣，通過在一段時 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)練從而進一 步改進和完善神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50的樣式識別準確度。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)測具體結(jié)果和/或識別由尚非最佳的、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和焊絲進給速度(WFS),和/或如將在下面參考圖4描述的 其它的這種動態(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"波形來連續(xù)地監(jiān)視焊接特 征，并且通過使用這種信息而連續(xù)地和自動地調(diào)整給定焊接特征的一個 或者多個參數(shù)以使得焊接過程恢復(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 每一條動態(tài)地分配適當(dāng)?shù)臋?quán)重和/或相對重要性數(shù)值。通常并不例如利用 各種控制算法而對神經(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)記憶來對神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)所接受過的組合輸入集合的全體或者總體進行有效地歸納，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)驗而能夠準確地和一致地預(yù)測未來狀態(tài)，根據(jù)需要對復(fù)雜 數(shù)據(jù)集合進行分類，如由圖3中的箭頭0所表示地，和/或識別由復(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間和/或?qū)I(yè) 知識以進行適當(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描述了單一焊接過程控制變量或者焊接控制波形的一個循環(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，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達到t2時，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 被配置成焊絲時安培數(shù)中的這個斜坡引起電弧22液化或者熔化電極 20A的一個部分，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降落時的動態(tài)行為。如以上所討論的那樣，圖2A和2B僅代表焊接過程控制變量 或者參數(shù)的一個實例，即焊接電流i。其它可能的焊接過程控制變量或 者參數(shù)包括焊接電壓V、焊絲進給速度(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 至少對線33的攀升率(ramp-up rate)、曲線35的脫尾時間、峰值安培 數(shù)或者Amax、背景安培數(shù)或者Am!n、線34的峰值時間或者持續(xù)時間、 線32的背景時間或者持續(xù)時間，和波形30的頻率進行編程。另外的變 量每一個均要求類似數(shù)目的被編程的控制參數(shù)，從而迅速增加了基于參
數(shù)的悍接過程控制的潛在復(fù)雜度。由于影響每一個特定焊接過程的獨特物理和環(huán)境影響，即使 對于相同型號或者類型的焊接設(shè)備10 (見圖1),用于給定焊接過程的 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于每一個坪接設(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、存儲在控制器17中或者能夠以其它方式被控制器17 訪問，并且能夠被方法100所使用(見圖l和5)以準確地預(yù)測、分類 或者以其它方式識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包括至少一個輸入層40,輸入層40具有多個不同的輸入神 經(jīng)元或者輸入節(jié)點41,其每一個均被配置為從神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50以外接收數(shù) 據(jù)、測量值和/或其它預(yù)定信息。如在圖3中所示，在一個實施例中，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 進給速度或者WFS，其每一個也在圖1中示出。根椐需要，至少一個另 外的輸入節(jié)點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)、測量值或者其它過程信息條目。例如，輸入變量X可以對應(yīng)于在 電弧焊接過程中使用的電弧屏蔽氣體的特定組分。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50進一步包括至少一個"隱藏"層42,該隱藏層 42含有多個被隱藏的神經(jīng)元或者被隱藏的節(jié)點43,其每一個均接收并 且傳遞從輸入層40的輸入節(jié)點41輸出的信息，其中被隱藏的節(jié)點43 將經(jīng)過處理的信息傳遞到一個或者多個另外的隱藏層(未示出)(如果 被使用的話)的其它神經(jīng)元或者節(jié)點，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或者傳輸?shù)缴窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)50以外的至少一個 輸出神經(jīng)元或者輸出節(jié)點45,例如到指示器裝置11 (見圖1)和/或到 訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫90 (見圖1 ),這由方法100確定，在下面參考圖5對此進 行描述。在圖3的代表性實施例中，隱藏層42和輸出層44的每一個 神經(jīng)元或者節(jié)點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43、 44,從而根據(jù)所需的特定輸出(箭頭O)而實現(xiàn)所期的預(yù)測 性準確度水平。在 一 個實施例中，使用已知的Levenberg-Marquardt反向 傳播算法來對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50進行初始訓(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，在控制焊接過程時由控制器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)練過程，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會理解這個術(shù)語，其 中圖3的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50 ^皮訓(xùn)練以快速地和準確地識別出相應(yīng)于預(yù)測合格 的、良好的或者在其它情形中可接受的焊接的瞬時焊接特征中的樣式。 首先通過驗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、強度、均勻性和/或其它所需的性質(zhì)或者質(zhì)量的預(yù)定標準集合 的焊接接頭?？梢酝ㄟ^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 式識別和/或預(yù)測數(shù)值越為準確。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前進到步驟104。在步驟104，方法IOO啟動焊接過程，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給速度(WFS)以形 成特定的焊接接頭。 一旦已經(jīng)啟動焊接過程，方法100便前進到步驟 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中簡稱為WS的瞬時焊接特征。方法IOO然后前進到步 驟108。在步驟108,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50識別瞬時焊接特;f正WS中的樣式， 練質(zhì)量:如果神經(jīng)網(wǎng)^ 50 (見圖1和3 )識別出在焊接特征中的^T接受樣式，即相對于在訓(xùn)練波形數(shù)據(jù)庫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前進到步驟5110「否則,';法
100前進到步驟112。在步驟110,已經(jīng)在步驟108確定瞬時焊接特征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自動地 啟動閉環(huán)控制或者錯誤反饋環(huán)以使得焊接特征WS受控。即，圖1的控 制器17在必要時自動地和連續(xù)地修改描述一個或者多個焊接過程控制 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，從而影響或者調(diào) 整瞬時焊接特征WS。閉環(huán)控制繼續(xù)或者錯誤調(diào)節(jié)環(huán)連續(xù)地重復(fù)，直至 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50再次識別出對應(yīng)于可接受焊接特征的瞬時焊接特征WS的 樣式，如在步驟102所確定的那樣。 一旦瞬時焊接特征WS的樣式被確 定為可接受，方法IOO便前進到步驟112。在步驟112,方法100結(jié)束焊接或者完成焊接接頭，并且對 于這個焊接接頭，方法100結(jié)束。根據(jù)需要，方法100可以可選地前進 到步驟114,和/或在預(yù)計的或者取樣的基礎(chǔ)上結(jié)束步驟114。在步驟114,方法100包括對一組焊接接頭(未示出)進行 測試，例如通過破碎或者切削焊接接頭以準確地確定焊接接頭的強度、
均勻性和/或其它物理性質(zhì)。然后在控制器n(見圖i)中記錄測試數(shù)椐
集合，并且方法100前進到步驟116。在步驟116,方法100將來自步驟114的測試數(shù)據(jù)與在控制 器17中存儲的特定焊接特征WS相關(guān)聯(lián)。即，每一個焊接過程均優(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。如果對應(yīng)于測試數(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 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90 中記錄相關(guān)焊接特征從而改進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)50 (見圖3)的準確度。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90將隨著時 間變化以準確地反映對于這個特定焊接設(shè)備10的獨特的焊接過程條件。 這樣，針對每一個焊接設(shè)備10,可以優(yōu)化特定焊接過程的質(zhì)量。雖然已經(jīng)詳細描述了用于執(zhí)行本發(fā)明的最好方式，熟悉本發(fā)明所涉及領(lǐng)域的人員可以認識到在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)實踐本發(fā)明 的各種可替代的設(shè)計和實施例。
權(quán)利要求
1一種用于控制焊接設(shè)備的方法，所述方法包括通過將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)暴露于多個不同的訓(xùn)練焊接特征而訓(xùn)練該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別可接受的焊接特征；監(jiān)視瞬時焊接特征；使用所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于識別由所述瞬時焊接特征呈現(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應(yīng)于所述可接受的焊接特征時，選擇性地修改所述瞬時焊接特征。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述監(jiān)視瞬時焊接特征包括連續(xù)地測量焊接設(shè)備的焊接電壓、焊接電流和焊絲進給速度。
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焊接特征包括選擇性地修改用于控制所述焊絲進給速度的至少一個波形。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括確定所迷瞬時焊接特征是否充分地不同于所述多個不同訓(xùn)練焊接特征中的每一個；和當(dāng)確定所述瞬時焊接特征充分地不同于所述多個不同訓(xùn)練焊接特征中的每一個時，使用所述瞬時焊接特征訓(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焊接特征是否充分地不同于所述多個不同訓(xùn)練焊接特4正中的每一個；和當(dāng)確定所述瞬時焊接特征并非充分地不同于所述多個不同訓(xùn)練焊接特征中的每一個時，拋棄所述瞬時焊接特征。
8. —種用于在焊接過程期間控制焊接特征的方法，所述方法包括在焊接過程期間監(jiān)視焊接特征，所述焊接特征描述多個焊接過程控制變量，包括焊接電壓、焊接電流和悍絲進給速度；通過神經(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訓(xùn)練焊接特征不一致時，連續(xù)地和自動地修改焊接特征的所述焊接過程控制變量中的至少 一個。
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訓(xùn)練焊接特征一致時，中斷所述連續(xù)地和自動地^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)庫中存儲的所述多個不同訓(xùn)練焊接特征進行比較；訓(xùn)練焊接特征中的每一、個；和" ^ '、時，在所述數(shù)據(jù)庫中記錄焊接特征。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，還包括在所述分類之后測試焊接接頭從而確定含有多個不同焊接接頭性質(zhì)中的每一個的數(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)庫有效。
12. —種用于控制焊接過程的設(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；至少一個用于探測多個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、所述焊接電流和對應(yīng)于在形成悍接接頭時自耗的焊絲段的速度的焊絲進給速度；和具有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制器，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)適于接收所述多個焊接工藝變量的所述數(shù)值以及適于識別焊接特征中的樣式，所述樣式對應(yīng)于焊接接頭的預(yù)測質(zhì)量；其中，當(dāng)所述樣式?jīng)]有被識別出時，所述控制器能夠可操作地用于連續(xù)地和自動地修改所述多個焊接工藝變量的所述數(shù)值中的至少 一 個，從而修改焊接特征。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的設(shè)備，控制器與含有多個不同訓(xùn)練焊接特征的數(shù)據(jù)庫通信，每一個訓(xùn)練焊接特征均對應(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輸入節(jié)點，每一個輸入節(jié)點均對應(yīng)于所述多個不同焊接 工藝變量中的不同的一個。
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。提供一種方法通過使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以識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)識別由瞬時焊接特征呈現(xiàn)的樣式，并且當(dāng)該樣式不是可接受的時，修改該瞬時焊接特征。該方法測量焊接電壓、電流和焊絲進給速度，并且當(dāng)瞬時焊接特征不同于不同訓(xùn)練焊接特征中的每一個時使用該瞬時焊接特征訓(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，以及用于探測多個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)該樣式不被識別時，該控制器修改該焊接特征。
文檔編號G01M99/00GK101502907SQ20091000705
公開日2009年8月12日 申請日期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 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司