Edge welding of thin sheets is very difficult because of the fit-up problem and small weld area In laser welding, joint fit-up and penetration are critical for sound weld quality, which can be monitored by appropriate methods. Among the various monitoring systems, visual monitoring method is attractive because various kinds of weld pool information can be extracted directly. In this study, a vision sensor was adopted for the weld pool monitoring in pulsed Nd:YAG laser edge welding to monitor whether the penetration is enough and the joint fit-up is within the requirement. Pulsed Nd:YAG laser provides a series of periodic laser pulses, while the shape and brightness of the weld pool change temporally even in one pulse duration. The shutter-triggered and non-interlaced CCD camera was used to acquire a temporally changed weld pool image at the moment representing the weld status well. The information for quality monitoring can be extracted from the monitored weld pool image by an image processing algorithm. Weld pool image contains not only the information about the joint fit-up, but the penetration. The information about the joint fit-up can be extracted from the weld pool shape, and that about a penetration from the brightness. Weld pool parameters that represent the characteristics of the weld pool were selected based on the geometrical appearance and brightness profile. In order to achieve accurate prediction of the weld penetration, which is nonlinear model, neural network with the selected weld pool parameters was applied.
An innovative real-time weld monitoring technique using chromatic filtering of the thermal radiation from a weld pool is developed. The thermal radiation from the weld pool is focused on an aperture and the transmitted thermal radiation is monitored at two wavelengths with high-speed single-element detectors. Due to the chromatic aberration introduced in the focusing optics, the transmittance curve of thermal radiation varies by the wavelength. Owing to this difference in the transmittance, the local variation of thermal radiation from the weld pool can be monitored by processing the two spectroscopic signals from two detectors. In this paper, the algorithms to monitor the laser power on the weld specimen and the focus shift we investigated and the performances of laser power and focus monitoring are shown for a pulsed Nd:YAG laser welding. The monitoring of the weld pool size variation is also discussed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.10
no.2
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pp.241-246
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1986
A new method of on-line monitoring of spot weld quality is proposed by analysing weld votage signal. Weld voltage signal has been modeled by autoregressive model which is suitable for on-line modeling scheme, and order of the model is determined by F-test. From the chosen model, strength. Upon experimental results, it has been shown that fundamental frequency dispersion of weld voltage can be used as a good parameter like maximum thermal expansion in on-line monitoring of spot weld quality. Microcomputer implementation of the proposed monitoring method is also developed and presented.
This paper describes a weld pool monitoring technique, which is based on the weld pool image analysis. The proposed image analysis algorithm uses machine vision techniques to extract geometrical information from the weld pool image such as maximum weld pool width, gap width and misalignment between the joint longitudinal axis and the welding wire. These can be related to the welding parameters (welding voltage and current, wire feed speed and standoff) to produce control actions necessary to ensure that the required weld quality will be achieved. The experiments have shown that the algorithm is able to produce good estimates of the weld pool geometry; however, the adjustment of the camera parameters affects the image quality and, consequently, has a great influence over the estimation.
This paper presents an on-line quality monitoring and control method to obtain a uniform weld quality in gas metal arc welding (GMAW) processes. The geometrical parameters of the weld pool such as the top bead width and the penetration depth plus half back width are utilized to assess the integrity of the weld quality. Since a good quality weld is characterized by a relatively high depth-to-width ratio in its dimensions, the second geometrical parameter is regulated to a desired one. The monitoring variables are the surface temperatures measured at various points on the top surface of the weldment which are strongly related to the formation of the weld pool The relationship between the measured temperatures and the weld pool size is implemented on the multilayer perceptrons which are powerful for realization of complex mapping characteristics through training by samples. For on-line quality monitoring and control, it is prerequisite to estimate the weld pool sizes in the region of transient states. For this purpose, the time history of the surface temperatures is used as the input to the neural estimator. The control purpose is to obtain a uniform weld quality. In this research, the weld pool size is directly regulated to a desired one. The proposed controller is composed of a neural pool size estimator, a neural feedforward controller and a conventional feedback controller. The pool size estimator predicts the weld pool size under growing. The feedforward controller compensates for the nonlinear characteristics of the welding process. A series of simulation studies shows that the proposed control method improves the overall system response in the presence of changes in torch travel speed during GMA welding and guarantees the uniform weld quality.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.21
no.6
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pp.89-97
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2022
Ultrasonic metal welding has been widely used for joining lithium-ion battery tabs. Weld quality monitoring has been an important issue in lithium-ion battery manufacturing. This study focuses on the weld quality monitoring in ultrasonic metal welding with the longitudinal-torsional vibration mode horn developed newly. As the quality of ultrasonic welding depends on welding parameters like pressure, time, and amplitude, the suitable values of these parameters were selected for experimentation. The welds were tested via tensile testing machine and weld strengths were investigated. The dataset collected for performance test was used to train the multi-layer perceptron neural network. The three layer neural network was used for the study and the optimum number of neurons in the first and second hidden layers were selected based on performances of each models. The best models were selected for the horn and then tested to see their performances on an unseen dataset. The neural network models for the longitudinal-torsional mode horn attained test accuracy of 90%. This result implies that proposed models has potential for the weld quality monitoring.
In GMA welding processes, monitoring and control of weld quality are extremely difficult problems. This paper describes a neural network-based method for monitoring and control of weld pool sizes. First, weld pool sizes are estimated via a neural estimator using multi-point surface temperatures, which are strongly related to the formation of weld pool, and then controlled using the estimated pool sizes. Two types of controllers using the pool size estimator are designed and tested. To evaluate the performance of the designed controllers, a series of simulation studies was performed.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1996.11a
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pp.474-478
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1996
Process monitoring in laser welding is essential for automation and quality control of products. Various signals from laser welding, such as plasma, sound, optical signals, etc., are utilized for monitoring the process and detecting abnormal weld conditions. In this study, both W light from plasma formed above the weld pool and IR signal from the melting pool are detected with photodiodes and PC-based A/D board, and analyzed to give a guidance about the weld quality. Experimental results show the possibility of using the signals for predicting and evaluating the weld qualify and adapting into the system for on-line process monitoring.
Proceedings of the Korean Institute of Intelligent Systems Conference
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1998.10a
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pp.539-544
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1998
Generally, welding gap is a serious factor of a falling-off in weld quality among various kind of weld defect. Welding gap is created between two work piece in GMAW(Gas Metal Arc Welding) of horizontal fillet weld because surface of workpiece is not flat by cutting process. In these days, there were many attempts to detect welding gap. though we prevalently use the vision sensor or arc sensor in welding process, it is difficult to detect welding gap for improvement of welding quality. But we have a trouble to find relationship between welding gap and many welding parameters due to non-linearity of welding process. As mentioned about the various difficult problem, we can detect welding gap precisely using neural networks which are able to model non-linear function. Also, this paper was proposed real-time monitoring of weld bead shape to find effect of welding gap and to estimate weld quality. Monitoring of weld bead shape examined the correlation of welding parameters with bead eometry using learning ability of neural networks. Finally, the developed system, welding gap detecting system and bead shape monitoring system, is expected to the successful capability of automation of welding process by result of simulation.
A quality monitoring system in butt welding process is proposed to estimate weld pool sizes. The geometrical parameters of the weld pool such as the top bead width and the penetration depth plus half back width are utilized to prove the integrity of the weld quality. The monitoring variables used are the surface temperatures measured at three points on the top surface of the weldment. The temperature profile is assumed that it has a gaussian distribution in vertical direction of torch movement and verify this assumption through temperature analysis. A neural network estimator is designed to estimate weld pool size from temperature informations. The experimental results show that the proposed neural network estimator which used gaussian distribution as temperature information can estimate the weld pool sizes accurately than used three point temperatures as temperature information. Considering the change of gap size in butt welding, the experiment were performed on various gap size.
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