摘要
在分析TIG弧钎堆焊电弧光谱的基础上，设计了不同组合的复合滤光系统，通过所取熔池图像对比，确定了最佳的取像窗口。采用不同的工艺规范进行了大量的实验，对铜带在不同熔化状态下的熔池图像进行了分析研究，得出了铜带全部熔化、部分熔化和过熔化状态下的熔池视觉图象特征，为钎堆焊熔深控制提供了技术基础。针对TIG弧钎堆焊铜熔池图像的特点，设计了相应的图像处理算法，提取出了熔池的几何形状参数，处理一幅图像整个过程不超过120ms。采用BP神经网络技术建立了焊接工艺参数、熔池正面几何形状参数与熔深之间的关系模型，为熔深模糊控制奠定了基础。设计出了以熔深的偏差和偏差变化率为输入、焊接电流的变化为输出的模糊控制器，对控制器进行了仿真和实际控制实验，结果表明，该控制器具有良好的控制效果，获得了满意的焊接质量。
Based on the analysis of tungsten-inert-gas (TIG) welding arc spectrum, different composite light-filter systems is designed. After comparing the grabbed weld pool images, the optimal window for capturing the images is determined. By adopting different process criterion, carrying out great number of experiments and studying the weld pool images when copper-band is in different molten statuses to obtain the characteristics of weld pool visual images when copper-band is completely molten, partly molten or excessively molten, so provide technology foundation for the penetration control of braze-surface welding. According to the characteristics of copper weld pool images, a suitable image processing algorithm is developed and the geometrical parameters of weld pool are acquired. The whole processing time is less than 120ms. By means of BP neural network technology, a model describing the relationships between weld process parameters, the topside geometrical parameters of weld pool and weld penetration is establi
shed. The model lays a solid foundation for fuzzy-control of weld penetration. A fuzzy intelligent controller is designed with weld penetration warp and its variation as inputs, the variation of welding current as output. The simulation and control experiment show that this controller has good control results and obtains satisfying welding quality.
引文
1 王其隆．弧焊过程质量实时传感与控制．北京：机械工业出版社，2000
2 S. I. Rokhlin, A. C. Guu. A Study of Arc Force, Pool Depression and Weld Penetration during Gas Tungsten Arc Welding. Welding Journal. 1993 (8): 381～390
3 高向东，黄石生等．弧焊过程焊缝熔深控制技术的研究．华南理工大学报，2000，28(3)：48-53
4 董德祥，吴林，陈定华．焊接熔深自动检测及理论研究的综述．压力容器，1994，11(4)：316-321
5 何德孚，李克海．焊接熔池的振荡和焊缝成形的自适应控制．焊管，2000，23(4)：22-28
6 Dave Fsrson, Afsar Ali and Yan Sang.. Relation of Optical and Acoustic Emissions to Laser Weld Penetration. Weldiong J, 1998, 77(4): 142-148
7 Y. H. Xiao and G. Den Ouden. A Study of GTA Weld Pool Oscillation. Welding J, 1990, 69(8): 289-293
8 Y. H. Xiao and G. Den Ouden. Weld Pool Oscillation during GTA Welding of Mild Steel. Welding J, 1993, 72(8): 428-434
9 A. J. R. Aendenroomer and G. den Ouden. Weld Pool Oscillation as a Tool for Penertation Sensing during Pulsed GTAWelding. Welding J, 1998, 77(5): 181-187
10 杨春利，何景山，林三宝．连续行走脉冲TIG焊熔池谐振法溶透控制．焊接学报，1999，20(4)：251-257
11 林三宝，杨春利，吴常正．GTAW熔池谐振法熔透控制技术．焊接，1999(7)：12-14
12 林尚扬，陈善本，李成桐等．焊接机器人及其应用．北京：机械工业出版社，2000
13 ovacevic R, Zhang Y M, Li. L. Monitoring of Weld Joint Penetration Based on Weld Pool Geometrical Appearance. Welding Journal, 1996, 75(10): 317-329
14 R. Kovacevic, Y. M. Zhang and S. Ruan. Sensing and Control of Weld Pool Geometry for Automated GTA Welding. Transaction of the ASME, 1995, 117: 210-222
15 高进强，武传松．TIG焊接熔池形状参数的视觉检测．金属学报，2000，36(12)：1285-1288
16 高进强，魏星，李克海．脉冲TIG焊接熔池几何参数的视觉检测．山东工业大学学报，1999，29(6)：567-572
17 Richardson R W, Gutow D A. Coaxial Arc Weld Pool Viewing for Process Monitoring and Control. Welding Journal, 1984, 63(3): 43-50
18 陈善本，曹建明，徐晨明．脉冲熔化极气体保护焊熔池的视觉传感与实时控制．焊接学报，2002，23(4)：17-20
19 尹何迟，王克鸿．铜熔池视觉检测和图像处理研究．南京理工大学学报，2002，26(5)：544-546
20 王克鸿，徐越兰等．弹带熔敷扩散焊接技术研究．兵器材料科学与工程，2002，25(2)：34-36
21 王克鸿，徐越兰等．无熔深熔敷铜工艺．焊接学报，2001，22(6)：69-72
22 W. Chen and B. A. Chin. Montoring Joint Penetration Using Infrared Sensing Techniques. Welding J, 1990, 69(4): 181-185
23 Govardhan S. M., Wikle H. C., Nagarajan S. and Chin B. A.. Real-Time Welding Process Control Using Infrared Sensing. Proceedings of the American Control Conference, 1995: 1712-1716
24 李亮玉，陈树君，殷树言．基于弧焊温度场正面信息的熔透控制．机械工程学报，2002，36(9)：37-40
25 潘际銮．现代弧焊控制．北京：机械工业出版社，2000
26 潘际銮，陈强．脉冲MIG的熔透控制．机械工程学报，1991，27(5)：90-95
27 潘际銮，陈强，吴志强．MIG的熔透控制．焊接学报，1991，12(1)：53-58
28 张华，潘际銮．焊接温度场的实时检测及熔透闭环控制．焊接学报，1998，19(3)：176-183
29 张华，廖宝剑．用比色法实时检测焊接温度场的计算机处理技术．清华大学学报，1997，37(11)：30-3
30 黄石生，覃敬腾，宋永伦．TIG熔宽的自整定PID闭环控制系统．焊接学报，1994，15(2)：122-130
31 齐铂金．焊接过程闭环控制系统PID调节器参数的自动整定．第六届全国焊接学术会议论文集，第六卷，1990
32 张裕明．TIG焊熔透正面视觉自适应控制的研究．哈尔滨工业大学博士学位论文，1990
33 孙增圻等．智能控制技术．北京：清华大学出版社，1997
34 李鹤歧，大岛健司．用微机图像法对脉冲MAG焊接熔池进行观察和控制的研究．焊接学报，1988，9(1)：37-43
35 李鹤歧，大岛健司．用摄像机对脉冲焊接电弧长度的采样控制．焊接学报，1990．10(4)：256-264
36 王克争，大岛健司．MIG焊接熔池的图像处理和数字控制系统．清华大学学报，1990，30(2)：22-29
37 陈强，潘际銮，大岛健司．焊接过程的模糊控制．机械工程学，1995，31(4)：86-91
38 王雅生，崔琦，韩红彪．微束等离子弧焊接焊逢熔宽的实时检测与控制系统．焊接技术，2002，31(6)：7-8
39 张甲英，蒋力培，张相洪．MIG焊熔宽模糊控制系统．焊接学报，1999，20(3)：61-66
40 武传松，刘玉池．基于视觉的脉冲TIG焊接熔宽模糊控制系统．机械工程学报，1998，34(6)：85-89
41 黄石生，贺剑锋．TIG焊熔宽的参数自调整模糊与积分混合控制．控制理论与应用，1995，12(4)：65-470
42 黄石生，贺剑锋，宋永伦．钨极氩弧焊焊缝熔宽模弧控制系统设计．焊接学报，1996，17(2：94-98
43 贺剑锋．焊接质量的智能控制新方法——参数自调整、神经网络、自学习模糊控制的研究．华南理工大学博士学位论文，1995
44 崔朝宏，李午申，人王神经网络在焊接中的应用现状及发展趋势．焊接技术，2000，29(1)：40-42
45 邓永翔，黄石生等．焊接过程智能控制技术的研究现状与展望．沈阳工业大学学报，2001，23(1)：18-21
46 张勇，陈善本等．焊接柔性加工单元中熔池的实时控制．焊接学报，2002，23(4)：1-5
47 黄石生，李迪，宋永伦．焊接过程的神经网络建模与控制研究．机械工程学报，1994，30(3)：24-30
48 娄亚军，陈善本，吴林．脉冲GTAW焊神经元自学习PSD控制．材料科学与工艺，1998，6(3)：17-20
49 Tarng, Y. S. ,Tsai, H. L. and Yeh, S. S.. Modeling, optimization and classification of weld quality in tungsten inert gas welding. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 1999, 39(9): 1427-1438.
50 Suga, Y., Takenaka, D. etc.. Automatic control of penetration by monitoring reverse side shape of molten pool in all position welding of fixed pipes. Proceedings of the International Offshore and Polar Engineering Conference, 2001(4): 286-291
51 X. M. Zeng, J. Lucas and M. T. C. Fang. Use of neural networks for parameter prediction and quality inspection in TIG welding. Transactions of the Institute of Measurement and Control, 1993, 15(2): 87-95
52 S. C. Juang, Y. S. Tarng and H. R. Lii. Comparison between the back-propagation and counter-propagation networks in the modeling of the TIG welding process. Journal of Materials Processing Technology, 1998, 75(3): 54-62
53 陈善本，娄亚军，赵冬斌，吴林．脉冲GTAW熔池动态过程模糊神经网络建模与控制．自动化学报，2002，28(1)：74-82
54 高向东，黄石生，余英林．GTAW熔深神经网络—模糊控制技术的研究．焊接技术，1999，28(6)：2-5
55 高进强，武传松，刘新峰．TIG焊背面熔宽的神经网络模糊控制．焊接学报，2001，22(5)：5-8
56 S. B. Chen, L. Wu, Q. L. Wang and Y. C. Liu.. Self-Learning Fuzzy Networks and Computer Vision for Conrtol of Pulsed GTAW. Welding J, 1997, 76(5): 201-209
57 Akira Hiral, Yasuyoshi Kaneko and Tatsuo Hosoda. Sensing and Control of Weld Pool by Fuzzy-Neural Network in Robotic Welding System. The 27th Annual Conrerence of the IEEE Industrial Eletronics Society, 2001: 238-242
58 Satoshi Yamane, Yasuyoshi Kaneko and Noriyuki Kitahara. Neural Network and Fuzzy Control of
Weld Pool with Welding Robot. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 1993(42): 2175-2180
59 R. Kovacevic and Y. M. Zhang. Neurofuzzy model-based weld fusion state estimation. IEEE Control Systems Magazine, 1997, 17(2): 30-42
60 Y. M. Zhang, L. Li and R. Kovacevic. Neurofuzzy model based non-linear modeling and control of weld fusion zone geometry. American Society of Mechanical Engineers Materials Division, 1996(74): 149-150
61 陈善本，吴林，王其隆，刘玉池．脉冲TIG焊熔宽动态过程模糊推理—神经网络控制方法．焊接学报，1997，18(3)：159-165
62 高进强．恒流TIG焊接熔池形状参数的视觉检测及智能控制．山东大学博士学位论文，2000
63 张勇．基于视觉传感的弧焊机器人焊接熔池实时控制研究．哈尔滨工业大学硕士学位论文，2001
64 郎锐．数字图像处理学．北京：北京希望电子出版社，2003
65 李士勇．模糊控制．神经网络控制和智能控制论．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998