KR20020051286A - Flash butt weld estimation method using multi-layer error back - Google Patents

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KR20020051286A
KR20020051286A KR1020000080885A KR20000080885A KR20020051286A KR 20020051286 A KR20020051286 A KR 20020051286A KR 1020000080885 A KR1020000080885 A KR 1020000080885A KR 20000080885 A KR20000080885 A KR 20000080885A KR 20020051286 A KR20020051286 A KR 20020051286A
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김승섭
강문진
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신현준
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Abstract

PURPOSE: A method is provided which judges welding quality by predicting tensile strength using a multi-layer error backpropagation neural net. CONSTITUTION: The method for judging welding quality comprises the steps of providing with a neural network which is consisted of an input layer into which heat input measured from flash butt welding process, upset pressing force, acceleration of moving stand and measured value of flash lightness are inputted, an output layer from which tensile strength of a material welded in the process is outputted, and first and second concealment layers arranged between the two layers, wherein each of the layers are connected by connection weight which is a correlation between input and output; calculating an error between tensile strength which is an output from the neural network and an actual tensile strength which is a target value; correcting the connection weight of the neural network in a direction of reducing the error; and predicting tensile strength by inputting heat input, upset pressing force, acceleration of moving stand and measured value of flash lightness of a material a welding quality of which is judged into the input layer of the neural network according to the corrected connection weight.

Description

다층 오류 역전파 신경망을 이용한 플래쉬 버트 용접품질 판정방법{FLASH BUTT WELD ESTIMATION METHOD USING MULTI-LAYER ERROR BACK}FLASH BUTT WELD ESTIMATION METHOD USING MULTI-LAYER ERROR BACK}

본 발명은 다층 오류 역전파 신경망을 이용한 플래쉬 버트 용접품질 판단방법에 관한 것으로, 특히, 다층 오류 역전파 신경망을 이용하여 인장강도를 예측함으로써 용접품질을 판단하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a flash butt welding quality determination method using a multilayer error back propagation neural network, and more particularly, to a method for determining welding quality by predicting tensile strength using a multilayer error back propagation neural network.

일반적으로 플래쉬 버트 용접이란 저항용접의 대표적인 맞대기 압접방법을 말한다. 이러한 플래쉬 버트 용접은 서로 용접하기 위한 단면을 적절한 속도로 근접시켜 국부적인 접촉부를 발생시키므로써 이 접촉부가 높은 전류밀도의 단락 전류로 인하여 저항 발열하는 것을 이용한 용접방법이다. 구체적으로 플래쉬 버트 용접은 도1과 같이, 산세 및 냉간압연라인에서 선행스트립(S)의 끝단부(6)를 고정대(12)에 고정시키고 후행스트립(T)의 선단부(5)를 이동대(14)에 장착한 후, 용접초기에 선행스트립의 끝단부와 후행스트립의 선단부를 전단(shearing)하여 일정 간격(G)이 형성되도록 한 다음, 상기 이동대를 고정대측으로 이동시키면서 스트립의 양단부에 통전한다. 이때, 스트립의 양단부는 용융파단되어 아크가 발생하여 그 부근이 가열된다. 이 아크에 의하여 용융된 금속은 비산하게 되는데, 이것을 플래쉬(flash)라고 한다. 플래쉬가 연속적으로 발생하여 용접단면이 균일하게 가열된 상태에서 이동대측을 고정대 측으로 전진하여 가압하면 양단부의 업셋(upset: 돌출부라고도 함)(7)가 형성되고 접합하게 된다.In general, flash butt welding refers to a typical butt welding method of resistance welding. Such flash butt welding is a welding method using resistance heat generation due to high current density short-circuit current by generating local contact portions by adjoining sections for welding at an appropriate speed. Specifically, the flash butt welding, as shown in Figure 1, in the pickling and cold rolling line to fix the end portion 6 of the preceding strip (S) to the holder 12 and the front end portion 5 of the trailing strip (T) moving table ( 14), after the end of the preceding strip and the leading end of the trailing strip by shearing at the beginning of welding, a certain distance (G) is formed, and then energizing both ends of the strip while moving the movable table toward the side of the stationary base. do. At this time, both ends of the strip are ruptured by melting to generate an arc and the vicinity thereof is heated. The molten metal is scattered by this arc, which is called flash. When the flash is generated continuously and the welding cross section is uniformly heated, the movable stand side is pushed forward to the stationary side and pressurized to form upsets (also referred to as protrusions) 7 at both ends.

이와 같은 플래쉬 버트 용접에서 용접의 품질을 저하시키는 결함이 발생할 수 있다. 이러한 플래쉬 버트 용접의 결함은 크게 금속학적 결함과 기계적 결함으로 나눌 수 있는데, 금속학적 결함에는 개재물 침투, 열영향부 연화, 크랙 등이 있으며, 기계적 결함에는 용접부 강도부족, 정렬불량, 트리밍불량 등이 있을 수 있다.In such flash butt welding, defects may be deteriorated in welding quality. The defects of the flash butt welding can be largely divided into metallic defects and mechanical defects. Metallic defects include infiltration of inclusions, softening of heat-affected zones, and cracks, and mechanical defects include insufficient weld strength, misalignment, and poor trimming. There may be.

상기 플래쉬 버트 용접의 결함을 감지하고 용접품질을 판단하는 것은 이후 실제공정을 개선하기 위해 중요한 근거된다. 종래에는 용접결함을 감지하는 용접품질 판단방법으로 미국특허 제 4,484,057호에는 플래쉬 버트 용접 중의 공정변수인 전압, 전류, 클램프 이송량 등을 계측하여 최적의 용접시와 비교하는 방법이 개시되어 있다. 즉, 공정변수가 기준치의 상하한 범위 내에 있으면, 용접품질이 적당하다고 판정할 수 있는 방법이다. 또한, 미국특허 제 5,439,157호에는 플래쉬 버트 용접후에 초음파를 발생시키는 2대의 EMAT 센서를 이용함으로써 용접부 크랙의 유무와 용접부의 건전성을 판단하는 방법이 개시되어 있다.Detecting the defect of the flash butt welding and determining the welding quality is an important basis for improving the actual process. Conventionally, US Pat. No. 4,484,057 discloses a method for determining welding quality to detect welding defects, and to compare voltage, current, and clamp transfer amount, which are process variables during flash butt welding, with comparison with an optimum welding method. That is, if the process variable is within the upper and lower limits of the reference value, it is a method that can determine that the welding quality is appropriate. In addition, US Patent No. 5,439, 157 discloses a method for determining the presence or absence of weld cracks and the integrity of a weld by using two EMAT sensors for generating ultrasonic waves after flash butt welding.

그러나, 상기 미국특허 제 4,484,057호의 개시된 공정변수를 이용한 판정방법은 일반적으로 금속학적 결함에 관련된 사항이며, 이는 용접조건설정시에 해결될 수 있는 사항이다. 용접품질 판정방법에서 중요한 대상은 기계적 결함이다. 다시말해, 실제 조업시에 발생하는 용접결함은 대부분 용접대상재의 정렬불량에 기인하고 있다. 따라서, 상기 종래의 기술은 용접품질을 판정하기 위한 접근방법으로서는 적절하지 않다.However, the determination method using the process variable disclosed in US Pat. No. 4,484,057 is generally related to metal defects, which can be solved when setting welding conditions. An important object in the welding quality determination method is mechanical defects. In other words, welding defects that occur during actual operation are mostly caused by misalignment of the welding target material. Therefore, the above conventional technique is not suitable as an approach for determining welding quality.

또한, 상기 미국특허 제 5,439,157호의 개시된 EMAT를 이용한 판정방법은 실제 라인 적용에 있어서 실효성이 떨어진다. 즉, 실제 라인이 있는 현장은 소음, 진동, 전기노이지 등이 발생하여 초음파를 이용하기 어려우며, 실제로 크랙이외의 다른 종류의 결함에 대해서는 감지가 불가능하다는 문제점이 있다.In addition, the determination method using the EMAT disclosed in the above-mentioned US Patent No. 5,439,157 is less effective in practical line application. That is, the site where the actual line is present, it is difficult to use the ultrasonic wave due to the occurrence of noise, vibration, electric noise, etc., and there is a problem in that it is impossible to detect other kinds of defects other than cracks.

이와 같은 문제를 해결하기 위해, 기계적 결함에 대해서 실제 라인에 적용이 가능한 용접품질 판정방법이 요구된다. 본 발명은 정렬불량이 인장강도에 가장 큰 영향을 미친다는 사실에 주목하고 이를 이용하여 용접품질 판정하는 새로운 방법을 연구하여 왔다.In order to solve this problem, there is a need for a welding quality determination method that can be applied to actual lines for mechanical defects. The present invention pays attention to the fact that misalignment has the greatest influence on tensile strength, and has been studying a new method for determining weld quality using the same.

상기 문제점을 극복하기 위해서, 본 발명의 목적은 다층 오류 역전파 신경망을 이용하여 인장강도를 예측함으로써 용접품질을 판단하는 방법을 제공하는데 있다.In order to overcome the above problems, an object of the present invention is to provide a method for determining the weld quality by predicting the tensile strength using a multi-layer error back propagation neural network.

도1은 플래쉬 버트 용접공정을 단계별로 나타낸 개략도이다.1 is a schematic diagram showing step by step a flash welding process.

도2A 내지 D는 본 발명에 채용된 입력데이터와 인장강도의 상관성 실험결과를 나타낸다.2A to D show experimental results of correlation between input data and tensile strength employed in the present invention.

도3은 본 발명에 따른 다층 오류 역전파 신경망의 구성도이다.3 is a block diagram of a multilayer error backpropagation neural network according to the present invention.

도4는 본 발명에 따른 신경망 학습 및 실행을 설명하는 단계설명도이다.4 is a step explanatory diagram illustrating neural network learning and execution according to the present invention.

도5는 본 발명에 의해 예측된 인장강도와 실제 인장강도의 관계를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the relationship between the tensile strength predicted by the present invention and the actual tensile strength.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>

20: 입력데이터20: input data

30: 입력층30: input layer

40,50: 제1 및 제2 은닉층40,50: first and second hidden layers

60: 출력층60: output layer

35,45,55: 연결강도35,45,55: strength of connection

본 발명은 플래쉬 버트 용접 공정으로부터 계측된 입열량, 업셋 가압력, 이동대의 가속도 및 플래쉬 광량의 계측치가 입력되는 입력층, 상기 공정에서 용접된 소재의 인장강도가 출력되는 출력층, 상기 두 층 사이에 배열된 제1 및 제2 은닉층으로 구성되고, 상기 각 층 간에는 입력과 출력의 상관관계인 연결강도로 연결된 신경회로망을 제공하는 단계와, 상기 신경회로망으로부터 출력치인 인장강도와 목표치인 실제 인장강도의 오차를 계산하는 단계와, 상기 오차를 감소시키는 방향으로 상기 신경회로망의 연결강도를 수정하는 단계와, 상기 수정된 연결강도에 따른 신경회로망의 입력층에 용접품질을 판단할 소재의 입열량, 업셋 가압력, 이동대의 가속도 및 플래쉬 광량의 계측치를 입력하여 인장강도를 예측하는 단계로 포함한다.The present invention is an input layer to input measured heat input, upset pressing force, acceleration of the mobile platform and the amount of flash light measured from the flash butt welding process, an output layer outputting the tensile strength of the material welded in the process, arranged between the two layers Comprising a first and second concealed layers, each of which is provided between the layers connected by the connection strength of the correlation between the input and output, the tensile strength of the output value from the neural network and the error of the actual tensile strength which is the target value Calculating the connection strength of the neural network in a direction of reducing the error, the heat input amount of the material to determine the welding quality of the neural network according to the modified connection strength, the upset pressing force, It includes the step of predicting the tensile strength by inputting the measurement of the acceleration of the mobile platform and the flash light amount.

또한, 본 발명의 일실시형태에서는 신경회로망을 제공하는 단계는 상기 신경망의 출력치인 예측 인장강도와 목표치인 실제 인장강도의 허용오차범위를 미리 설정하는 단계를 더 포함하고, 상기 오차를 계산하는 단계는 상기 계산된 오차가 상기 허용오차범위에 해당하는지를 판단하는 단계를 더 포함하며, 상기 연결강도를 수정하는 단계는 상기 계산된 오차가 상기 허용오차범위에 해당될 때까지 상기 연결강도를 수정하는 단계로 이루어질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of providing a neural network further includes a step of presetting a tolerance range between predicted tensile strength, which is the output value of the neural network, and actual tensile strength, which is a target value, and calculating the error. The method may further include determining whether the calculated error corresponds to the tolerance range, and correcting the connection strength comprises modifying the connection strength until the calculated error corresponds to the tolerance range. It may be made of.

이는 학습된 신경망을 이용하여 인장강도를 예측하는데 있어서, 허용오차범위를 설정함으로써 학습의 횟수를 적절한 범위를 제한할 수 있는 역할을 한다.This plays a role of limiting the appropriate number of times of learning by setting the tolerance range in estimating the tensile strength using the learned neural network.

나아가, 본 발명은 상기 플래쉬 광량의 계측치를 상기 플래쉬 광량을 변환한 120Hz의 FFT계수 및, 상기 계수와 상기 플래쉬 광량을 변환한 240Hz의 FFT계수의 비로 적용하는 것이 바람직하다.Furthermore, the present invention preferably applies the measurement value of the flash light amount to the ratio of the FFT coefficient of 120 Hz in which the flash light amount is converted and the FFT coefficient of 240 Hz in which the coefficient and the flash light amount are converted.

플래쉬광량이 인장강도의 공정변수로서 상기 인장강도를 가능한 정확히 예측하기 위해 그 데이터 입력형태를 상기와 같이 상기 플래쉬 광량을 변환한 120Hz의 FFT계수 및, 상기 계수와 상기 플래쉬 광량을 변환한 240Hz의 FFT계수의 비로 하는 것이 바람직하다.In order to accurately predict the tensile strength as a process variable of the tensile strength as much as possible, the FFT coefficient of 120 Hz in which the flash light amount was converted as described above and the 240 Hz FFT in which the coefficient and the flash light amount were converted It is preferable to set it as ratio of coefficients.

상기와 같이, 다층 오류 역전파 신경망을 이용하여 인장강도를 예측함으로써 용접품질을 용이하게 판단할 수 있다. 이런 신경망의 입력층에 입력되는 입열량, 업셋가압력, 이동대의 가속도 및 플래쉬광량의 FFT계수는 용접공정변수와 인장강도와의 상관성 실험을 반복을 통해서 선정된 공정변수들이다.As described above, the welding quality can be easily determined by predicting the tensile strength using the multilayer error backpropagation neural network. The FFT coefficients of heat input, upset pressing force, acceleration of moving platform, and flash light amount input to the input layer of these neural networks are selected by repeating the correlation test between welding process variable and tensile strength.

상기 선정된 공정변수에 관한 인장강도와 상관성을 알 수 있다. 용접공정은그 공정변수에 따른 정량적 분석결과가 정확히 산출되지 않는 난점이 있다. 따라서, 용접품질을 판정하기 위해, 용접품질의 유력한 판단요소인 인장강도를 예측할 수 있는 정확한 공정변수를 선정하는 것은 다양한 실험의 반복없이는 불가능하다. 이에 본 발명자는 수많은 실험에 거쳐 인장강도와 상관성있는 공정변수를 선정하고 이를 인장강도로 예측하여 용접품질을 판단하는 방법을 제공하는데 노력을 기울여 왔다.It can be seen that the tensile strength and correlation with respect to the selected process variable. The welding process has a difficulty in that quantitative analysis results are not accurately calculated according to the process variables. Therefore, in order to determine the welding quality, it is impossible to select an accurate process variable capable of predicting the tensile strength, which is a strong determination factor of the welding quality, without repeated experiments. Accordingly, the present inventors have endeavored to provide a method for determining welding quality by selecting process variables correlated with tensile strength and predicting the tensile strength through numerous experiments.

그 결과, 입열량, 업셋 가압력, 이동대의 가속도 및 플래쉬광량의 계측치로부터 인장강도를 예측할 수 있는 근거를 마련하였다.As a result, the basis for predicting the tensile strength from the measured values of the heat input amount, the upset pressing force, the acceleration of the moving table, and the flash light amount was prepared.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도2를 참조하면, 본 발명에 채용되는 입력데이터와 인장강도의 상관성을 각각 그래프로 도시하고 있다. 도2(A)에서 플래쉬 버트 용접공정에서 소모된 입열량이 인장강도와 개략적으로 비례함을 알 수 있다. 도2(B)는 플래쉬 버트 용접공정에서의 업셋 가압력과 인장강도의 관계가 나타낸다. 업셋 가압력에 따라 불규칙적인 변화가 있음을 알 수 있다. 도2(C)는 이동대의 가속도에 따른 인장강도와의 관계가 도시되어 있다. 이를 통해, 이동대 가속도에 따라 인장강도에 영향을 미치는 변수임을 알수 있다. 또한, 도2(D)는 플래쉬 버트 용접공정의 이동대 가속도에 따른 신호분석 결과와 실제용접시 용접시 결함길이의 변화결과를 통해 플래쉬 광량과 결함길이의 상관성을 예상할 수 있다. 플래쉬 광량에 의한 결함길이의 변화에 영향을 미치는 것으로 보아 플래쉬 광량이 인장강도에 영향을 미침을 알 수 있다.Referring to Fig. 2, the correlation between the input data and the tensile strength employed in the present invention is shown graphically. It can be seen from FIG. 2A that the heat input consumed in the flash butt welding process is roughly proportional to the tensile strength. Fig. 2B shows the relationship between the upset pressing force and the tensile strength in the flash butt welding process. It can be seen that there is an irregular change depending on the upset pressing force. Figure 2 (C) shows the relationship with the tensile strength according to the acceleration of the moving table. Through this, it can be seen that the variable affects the tensile strength according to the movement acceleration. In addition, Figure 2 (D) can be predicted the correlation between the flash light quantity and the defect length through the signal analysis results according to the moving table acceleration of the flash butt welding process and the change result of the defect length during welding. It can be seen that the amount of flash light affects the tensile strength, as it affects the change of defect length by the amount of flash light.

이하, 본 발명에서 적용되는 신경망을 설명한다.Hereinafter, a neural network applied in the present invention will be described.

본 발명에서 적용된 신경망은 복수의 입력에 연결된 연결강도(connection weight), 신경단위인 노드(node)와 한개의 출력으로 구성되어 있다. 상기 신경단위에서 출력되는 신호는 아래 관계식을 나타낼 수 있다.The neural network applied in the present invention is composed of a connection weight connected to a plurality of inputs, a node that is a neural unit, and one output. The signal output from the neural unit may represent the following relationship.

여기서, f(x)는 활성함수(activation fuction)로서 상기 노드에서 연결강도와 입력값 곱의 합을 이용하여 비선형 연산을 수행하는데 이용한다. 일반적으로, 아래 시그모이드의 형태의 관계식을 갖는다.Here, f (x) is an activation function used to perform a nonlinear operation using the sum of the connection strength and the input value product at the node. In general, it has a relationship in the form of the sigmoid below.

도3은 본 발명에 채용되는 오류 역전파 다층 신경망의 구성도이다. 도3을 참조하면, 상기 오류 역전파 다층 신경망은 입력층, 두개의 은닉층, 출력층으로 이루어진 구조를 갖는다. 은닉층과 출력층에는 활성함수에 따라 출력하는 노드와 연결강도로 구성되어 있다. 입력층으로부터 입력변수를 입력받아 최종적인 출력층에 출력치를 생성하는 과정은 전방위적(feed forward)으로 진행된다. 입력층의 출력과 연결강도를 이용하여 은닉층의 출력을 생성하고 은닉층의 출력과 해당되는 연결강도를 처리하여 결과층의 출력을 만들어 내는 과정은 다음 관계식에 의한다.3 is a block diagram of an error back propagation multilayer neural network employed in the present invention. Referring to FIG. 3, the error back propagation multilayer neural network has a structure consisting of an input layer, two hidden layers, and an output layer. The hidden and output layers are composed of nodes and connection strengths that are output according to the active function. The process of receiving input variables from the input layer and generating output values in the final output layer proceeds in a feed forward. The process of generating the output of the hidden layer by using the output of the input layer and the connection strength, and processing the output of the hidden layer and the corresponding connection strength to produce the output of the result layer is as follows.

여기서, z는 입력층의 입력벡터이며, y,x,o는 은닉층 및 출력층의 출력벡터이다. v,u,w는 각각의 층의 관계인 연결강도의 배열을 나타내고, j,t는 제1 은닉층 및 제2 은닉층이 노드 수를 말한다.Here, z is an input vector of the input layer, and y, x, o are output vectors of the hidden layer and the output layer. v, u, w represents the arrangement of the connection strength which is the relationship of each layer, j, t represents the number of nodes in the first and second hidden layers.

상기 연결강도의 처리에 의한 출력치로부터 목표치의 오차를 계산하여 은닉층의 오차수준을 결정한다. 이어, 연결강도를 보정하는 오류역전파 학습 알고리즘을 채용하여 오류 역전파 다층 신경망의 연결강도를 학습패턴에 충실하도록 학습시킨다.The error level of the target layer is determined by calculating the error of the target value from the output value of the connection strength process. Next, the error back propagation learning algorithm for correcting the connection strength is adopted to train the connection strength of the error back propagation multilayer neural network to the learning pattern.

상기 오차계산은 최소자승법이 이용된다. 여기서, P는 학습패턴 수이다.The least square method is used for the error calculation. Where P is the number of learning patterns.

연결강도를 학습시키는 과정을 설명하면, 아래식을 이용하여 연결강도의 민감도, 즉 오차변화량 대비 연결강도 미소변화량의 반대방향으로 보정함으로써 결과적으로 오차가 감소하는 방향으로 학습을 시킨다. 그 정도는 학습율(learning rate:)에 의해 조절된다.In describing the process of learning the connection strength, the following equation is used to correct the sensitivity of the connection strength, that is, the opposite direction of the change in the connection strength minute change compared to the error change amount, thereby learning in the direction of decreasing the error. That's the learning rate: Is controlled by

이와 같이, 학습패턴을 이용하여 오차가 허용수준까지 낮아지도록 반복적으로 연결강도를 수정한다.In this way, the connection strength is modified repeatedly so that the error is lowered to an acceptable level using the learning pattern.

이하, 상기와 같은 다층 오류 역전파 신경망을 이용하여 인장강도를 예측하는 용접품질 판정방법은 설명한다.Hereinafter, a welding quality determination method for predicting tensile strength using the multilayer error back propagation neural network as described above will be described.

도3은 본 발명에 적용된 신경망의 일예를 도시한다. 본 발명에 적용되는 신경망은 입열량, 업셋 가압력, 이동대 가속도, 플래쉬광량을 변환한 120㎐에서의 FFT계수 및 상기 계수와 240㎐에서의 비(240㎐/120㎐)으로 구성된 입력데이터(20)를 입력하는 입력층(30)과 제1,제2 은닉층(40,50) 및 출력층(60)으로 이루어져 있다. 또한, 상기 신경망은 상기 층 간에는 입출력관계인 연결강도(35,45,55)를 포함한다. 다수의 용접공정을 통해 얻어진 대상소재에 관한 입력데이터(20)를 입력층으로 입력하여 미리 설정된 연결강도에 의해 출력층(60)으로부터 출력데이터(70)를 얻을 수 있다. 이어, 상기 얻어진 출력데이터와 학습목표인 실제 인장강도와의 오차를 계산하고 그 오차를 감소하는 방향으로 상기 미리 설정된 연결강도를 수정한다. 상기와 같은 과정으로 신경망을 수회 학습시킴으로써 인장강도를 예측하여 용접품질을 효과적으로 판단할 수 있는 신경망을 제공할 수 있다.3 shows an example of a neural network applied to the present invention. The neural network applied to the present invention includes an input data (20) consisting of an FFT coefficient at 120 Hz and a ratio at 240 Hz (240 Hz / 120 Hz) in which heat input, upset force, moving stage acceleration, and flash light amount are converted. ) Is composed of an input layer (30) for inputting the first and second hidden layers (40, 50) and an output layer (60). In addition, the neural network includes connection strengths 35, 45, and 55 which are input / output relationships between the layers. The input data 20 of the target material obtained through a plurality of welding processes may be input to the input layer to obtain the output data 70 from the output layer 60 by the preset connection strength. Then, the error between the obtained output data and the actual tensile strength which is the learning target is calculated and the preset connection strength is corrected in the direction of reducing the error. By learning the neural network several times in the same process as described above it can provide a neural network that can effectively determine the weld quality by predicting the tensile strength.

도4는 본 발명에 따른 신경망 학습 및 실행 단계의 설명도이다.4 is an explanatory diagram of a neural network learning and execution step according to the present invention.

우선, 상기 설명한 바와 같이 신경망학습 단계가 이루어진다. 학습단계는 도4와 같이 출력층(60)으로부터의 출력치(학습전 신경회로망에 의한 인장강도)와 목표치(실제 인장강도)의 오차를 계산하고, 허용오차범위에 있지 않는 경우에는 그 오차에 따라 상기 설명한 바와 같이, 연결강도를 보정하는 학습단계를 진행한다. 상기 과정을 다른 소재의 데이터를 통해 연속적으로 반복함으로써, 출력치와 목표치의 오차가 허용오차범위에 있는 경우에, 상기 학습된 연결강도를 데이터베이스에 저장한다. 이후, 플래쉬 버트 용접공정에 의해 얻어진 소재의 용접부에 대한 품질을 판단할 필요가 있는 경우에, 그 소재에 적용한 공정조건을 구성하는 입열량, 가압력, 이동대의 가속도, 플래쉬광량의 FFT계수(120㎐) 및 플래쉬광량의 FFT계수비(240㎐/120㎐)를 입력하여 인장강도를 용이하게 예측할 수 있다. 따라서, 앞서 설명한 바와 같이, 정렬불량으로 초래되는 인장강도를 평가함으로써 용접품질을 용이하게 판단할 수 있다.First, the neural network learning step is performed as described above. The learning step calculates the error between the output value (tensile strength by neural network before learning) and the target value (actual tensile strength) from the output layer 60 as shown in FIG. 4, and if it is not within the tolerance range, As described above, the learning step of correcting the connection strength is performed. By repeating the process continuously through the data of different materials, when the error between the output value and the target value is within the tolerance range, the learned connection strength is stored in the database. Subsequently, when it is necessary to judge the quality of the welded portion of the material obtained by the flash butt welding process, the FFT coefficient of the heat input amount, the pressing force, the acceleration of the moving table, and the flash light amount constituting the process conditions applied to the material (120㎐ ) And the FFT coefficient ratio (240 ㎐ / 120 ㎐) of the flash light amount can be easily predicted. Therefore, as described above, the welding quality can be easily determined by evaluating the tensile strength resulting from misalignment.

상기와 같이, 80kg급 고장력강 소재를 대상으로 인장강도 값을 예측하도록 신경망을 구성하였다. 총 41회의 용접을 실시한 각 소재를 대상으로 하여, 그 중 24개를 신경망 학습에 사용하였고, 나머지 17개의 소재에 대해서는 본 발명에 따른 학습된 신경으로 실험을 하여 인장강도를 예측하였다.As described above, the neural network was configured to predict the tensile strength value for 80kg high tensile steel material. For each material subjected to a total of 41 welds, 24 of them were used for neural network learning, and the remaining 17 materials were tested with the learned nerve according to the present invention to predict tensile strength.

표1은 학습에 사용된 데이터를 나타내며, 표2는 17개의 실험에 대해서 인장강도를 예측한 결과이다. 도5는 표2의 결과인 예측된 인장강도와 실제 인장강도의 관계를 나타낸 그래프이다.Table 1 shows the data used for learning, and Table 2 shows the results of predicting tensile strength for 17 experiments. 5 is a graph showing the relationship between the predicted tensile strength and the actual tensile strength which are the results of Table 2.

본 발명에 의한 신경망 학습데이터의 실시예Embodiment of neural network training data according to the present invention 번호number 입열량Heat input 가압력Pressing force F2가속도F2 acceleration 광량FFT계수120㎐Light quantity FFT coefficient 120㎐ 광량FFT계수240㎐/120㎐Light FFT Factor 240㎐ / 120㎐ 인장 강도The tensile strength 1One 258783258783 4040 0.30.3 38523852 0.06070.0607 69.6469.64 22 241895241895 4040 0.50.5 41884188 0.07040.0704 66.1366.13 33 241297241297 4040 0.70.7 33343334 0.04940.0494 71.2371.23 44 228336228336 4040 0.40.4 30323032 0.04710.0471 73.673.6 55 225778225778 4040 0.60.6 34353435 0.09780.0978 59.559.5 66 231313231313 4040 0.30.3 40264026 0.20060.2006 59.859.8 77 228681228681 4040 0.50.5 29662966 0.17320.1732 65.2465.24 88 229801229801 4040 0.70.7 37043704 0.19060.1906 65.6365.63 99 222496222496 4040 0.40.4 27142714 0.36690.3669 55.0655.06 1010 225252225252 4040 0.60.6 32103210 0.35540.3554 54.0254.02 1111 220317220317 4040 0.30.3 26992699 0.36560.3656 26.0926.09 1212 220506220506 4040 0.50.5 27162716 0.31360.3136 68.1568.15 1313 221953221953 4040 0.70.7 33173317 0.36810.3681 54.0454.04 1414 217785217785 2020 0.50.5 21472147 0.23940.2394 55.8655.86 1515 221508221508 4040 0.50.5 27362736 0.2430.243 57.1157.11 1616 237739237739 2020 0.50.5 25072507 0.17270.1727 58.458.4 1717 241644241644 4040 0.50.5 33783378 0.18170.1817 67.7867.78 1818 233253233253 2020 0.50.5 28032803 0.230.23 50.6550.65 1919 220048220048 4040 0.50.5 29232923 0.26990.2699 68.968.9 2020 228160228160 2020 0.50.5 22952295 0.13850.1385 64.3364.33 2121 233649233649 4040 0.50.5 29362936 0.15420.1542 67.6867.68 2222 232868232868 4040 0.50.5 28362836 0.34550.3455 46.2646.26 2323 227261227261 1010 0.50.5 30223022 0.15750.1575 34.8734.87 2424 237294237294 3030 0.50.5 30063006 0.16760.1676 48.8348.83

본 발명에 의한 신경망을 이용한 플래쉬 버트 용접부 인장강도 판단예Example of Determination of Tensile Strength of Flash Butt Weldment Using Neural Network 실험번호Experiment number 실제 인장강도Actual tensile strength 예측 인장강도Predicted tensile strength 오차error 백분율 오차Percentage error 1One 72.2472.24 51.3551.35 20.8920.89 28.9228.92 22 69.6269.62 63.5163.51 6.116.11 8.778.77 33 62.4362.43 58.8158.81 3.623.62 5.805.80 44 61.3561.35 70.6270.62 -9.27-9.27 -15.10-15.10 55 53.8053.80 68.9468.94 -15.14-15.14 -28.14-28.14 66 60.2960.29 71.9471.94 -11.65-11.65 -19.32-19.32 77 67.0767.07 52.7252.72 14.3514.35 21.4021.40 88 61.7361.73 62.6262.62 -0.89-0.89 -1.44-1.44 99 57.8357.83 61.0461.04 -3.21-3.21 -5.55-5.55 1010 44.3844.38 52.6452.64 -8.26-8.26 -18.61-18.61 1111 49.1349.13 69.3169.31 -20.18-20.18 -41.08-41.08 1212 62.9362.93 52.8652.86 10.0710.07 16.0016.00 1313 37.4337.43 26.4426.44 10.9910.99 29.3729.37 1414 48.1148.11 41.5341.53 6.586.58 13.6813.68 1515 31.2031.20 33.4333.43 -2.23-2.23 -7.14-7.14 1616 51.6451.64 45.5845.58 6.066.06 11.7311.73 1717 54.8254.82 37.6937.69 17.1317.13 31.2431.24

도5와 같이, 17번의 실험 중 예측 인장강도와 실제 인장강도의 차이가 20%이내였던 경우가 11번이었으며, 최대오차는 41%였다.As shown in FIG. 5, the difference between the predicted tensile strength and the actual tensile strength was less than 20% during the 17 experiments, and the maximum error was 41%.

이와 같이, 실제 인장강도를 근사하게 예측하여 용접품질에 대한 판단을 비교적 정확히 할 수 있다는 것을 알 수 있다.As such, it can be seen that the determination of the welding quality can be made relatively accurately by approximating the actual tensile strength.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 다층 오류 역전파 신경망을 이용한 플래쉬 버트 용접품질 판단방법에 의하면, 고장력강, 전기강판 등 난용접성 소재의 플래쉬 버트 용접품질 판정을 위한 탁월한 방법을 제공한다. 이는 플래쉬 버트 용접기가 설치된 현장에서 사용할 수 있으며, 용접 실시후에 용접품질을 판단할 수 있는 방법으로 제공될 수 있다. 따라서, 제철라인에서의 판파단 방지 및 생산성 향상을 도모할 수 있다.As described above, the flash butt welding quality determination method using the multilayer error back propagation neural network according to the present invention provides an excellent method for determining the butt welding quality of poor weldable materials such as high tensile strength steel and electrical steel sheet. This can be used in the site where the flash butt welder is installed, it may be provided in a way to determine the welding quality after the welding. Therefore, it is possible to prevent sheet breakage and improve productivity in the steelmaking line.

본 발명의 상세한 설명의 실시형태는 예시와 설명을 목적으로 제공되었다. 이는 정확히 개시된 형태로 본 발명을 제한하거나 배제하는 의도가 아니다. 상기 설명한 바에 비추어 연산식 등에 있어 많은 개량과 변형이 가능하다. 본 발명의 범위를 상세한 설명에 의해 한정하는 것이 아니라 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 상기 명세서, 실시예 및 연산식은 본 발명의 제조 및 사용에 관한 완전한 설명을 제공하기 위함이다. 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 다수의 실시형태가 있을 수 있으므로, 본 발명은 첨부된 청구범위에 근거한다.Embodiments of the detailed description of the invention have been presented for purposes of illustration and description. It is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise form disclosed. Many modifications and variations are possible in light of the above-described expressions and the like. It is intended that the scope of the invention be limited not by this detailed description, but rather by the claims. The above specification, examples and calculations are intended to provide a complete description of the manufacture and use of the invention. As there may be many embodiments without departing from the spirit and scope of the invention, the invention is based on the appended claims.

Claims (3)

플래쉬 버트 용접 공정으로부터 계측된 입열량, 업셋 가압력, 이동대의 가속도 및 플래쉬 광량의 계측치가 입력되는 입력층, 상기 공정에서 용접된 소재의 인장강도가 출력되는 출력층, 상기 두 층 사이에 배열된 제1 및 제2 은닉층으로 구성되고, 상기 각 층 간에는 입력과 출력의 상관관계인 연결강도로 연결된 신경회로망을 제공하는 단계와,An input layer into which measured values of heat input, upset pressing force, acceleration of a mobile platform, and flash light amount are input from a flash butt welding process, an output layer which outputs tensile strength of a material welded in the process, and a first layer arranged between the two layers And a second hidden layer, wherein each layer provides a neural network connected with connection strength that is a correlation between an input and an output; 상기 신경회로망으로부터 출력치인 인장강도와 목표치인 실제 인장강도의 오차를 계산하는 단계와,Calculating an error between the tensile strength as an output value and the actual tensile strength as a target value from the neural network; 상기 오차를 감소시키는 방향으로 상기 신경회로망의 연결강도를 수정하는 단계와,Modifying the connection strength of the neural network in a direction of reducing the error; 상기 수정된 연결강도에 따른 신경회로망의 입력층에 용접품질을 판단할 소재의 입열량, 업셋 가압력, 이동대의 가속도 및 플래쉬 광량의 계측치를 입력하여 인장강도를 예측하는 단계를 포함하는 용접품질 판정방법.The welding quality determination method comprising the step of predicting the tensile strength by inputting the measured values of the heat input, the upset pressing force, the acceleration of the moving table and the flash light amount of the material to determine the welding quality in the input layer of the neural network according to the modified connection strength . 제1항에 있어서,The method of claim 1, 신경회로망을 제공하는 단계는 상기 신경망의 출력치인 예측 인장강도와 목표치인 실제 인장강도의 허용오차범위를 미리 설정하는 단계를 더 포함하고,Providing the neural network further includes presetting a tolerance range between the predicted tensile strength which is the output value of the neural network and the actual tensile strength which is the target value, 상기 오차를 계산하는 단계는 상기 계산된 오차가 상기 허용오차범위에 해당하는지를 판단하는 단계를 더 포함하며,The calculating of the error may further include determining whether the calculated error corresponds to the tolerance range. 상기 연결강도를 보정하는 단계는 상기 계산된 오차가 상기 허용오차범위에 해당될 때까지 상기 연결강도를 수정하는 단계로 이루어진 용접품질 판정방법.And correcting the connection strength comprises modifying the connection strength until the calculated error falls within the tolerance range. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 플래쉬 광량의 계측치는The measurement of the flash light amount 상기 플래쉬 광량을 변환한 120Hz의 FFT계수 및,An FFT coefficient of 120 Hz obtained by converting the amount of flash light, 상기 계수와 상기 플래쉬 광량을 변환한 240Hz의 FFT계수의 비를 포함하는 용접품질 판정방법.And a ratio of a 240 Hz FFT coefficient obtained by converting the coefficient and the amount of flash light.
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