بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله به معرفی انواع روشهای جوشکاری، معایب و مزایای هر کدام از روشها، روشهای کنترل ربات جوشکار و کاربرد پردازش تصویر در تشخیص خرابی خط جوش پرداخته شده است. در ابتدا تاریخچهای از جوشکاری و سیر تحولی از پیشرفتهای جوشکاری ارائه میدهیم. سپس به معرفی انواع روشهای جوشکاری میپردازیم.روشهای جوشکاری که در این مقاله به آنها پرداخته شده است شامل جوشکاری رباتیک، جوشکاری زیر آب، جوشکاری زیر پودری، جوشکاری مقاومتی، جوشکاری حالت جامد، جوشکاری گاز، جوشکاری با گاز محافظ و الکترود تنگستن، جوشکاری لیزر، جوشکاری با اشعه الکترونی، جوشکاری ترمیت، جوشکاری پلاسما و جوش آرگون میباشد. در هر قسمت مزایا و معایب هر روش را بررسی میکنیم. در نهایت با توجه به مقایسه مزایا و معایب روشهای مختلف و ویژگیهای جوشکاری ربات، بیان خواهیم کرد که استفاده از ربات در جوشکاری، روشی بسیار کارآمد و کم هزینه است و یکی از بهترین روشها برای جوشکاری است. در قسمت جوشکاری رباتیک دو روش برای کنترل ربات جوشکار ارائه شده است. در روش اول کنترل ربات با چهار درجه آزادی است و در قسمت دوم به کنترل بازوی ربات دولینکی با فیدبک خطی ساز پرداخته شده است. در نهایت به معرفی یادگیری ماشین که زیر مجموعهی هوش مصنوعی است، میپردازیم و راهکاری جدید برای جوشکاری ربات با استفاده از این شبکهها پیشنهاد میدهیم. در نهایت نیز به یکی از مهمترین روشهای تشخیص عیب در جوشکاری میپردازیم، در این روش برای تشخیص عیب از پردازش تصویر استفاده شده است.
واژگان کلیدی:جوشکاری، یادگیری ماشین، تشخیص عیب، پردازش تصویر.
-1مقدمه
اتصال فلزها بسیار مهم و کاربردی است. اصل کاربرد جوشکاری به جنگ جهانی باز میگردد. در زمان جنگ جهانی نیاز به اتصال فلزها، نیازی بسیار ضروری و مهم بود. اتصال مناسب فلزها به یکدیگر برتری نسبی برای طرفین بود. لذا در این زمان اصول جوشکاری شکل گرفت و پیشینه جوشکاری به این زمان باز میگردد. یکی از پرکاربردترین روشهای اتصال دائم در صنایع کشتی سازی، اتومبیل سازی، ساخت سازههای فلزی و... استفاده از فرآیند جوشکاری است. از جمله مزایای آن میتوان به هزینه کم و قابلیت بالای اعتماد آن اشاره کرد - انصاریپور، . - 1394 روشهای مختلفی برای انواع جوش معرفی شده است که هر فرد باید با توجه به ویژگیها، معایب و مزایای هر روش و با توجه به نوع کار خود بهترین روش را انتخاب کند. جوشکاری یکی از روشهای رایج و بسیار مهم در صنعت است که انجام صحیح آن بسیار حائز اهمیت است. برای صحهگذاری این فرآیند در گذشته از روشهای ساده و عموماً به صورت چشمی و تجربی استفاده شده است که این امر باعث افزایش زمانهای بازرسی و همچنین افزایش هزینههای سربار میشود. در روشهای نوین به کمک روشهای پردازش تصویر به استخراج خط جوش و همچنین تشخیص عیوب جوش ناشی از تغییرات شدت جریان پرداخته میشود - قدس و اردلان، . - 1395
-2تاریخچه جوشکاری
آثار باقیمانده از گذشتههای بسیار دور نشانگر این واقعیت است که انسانهای اولیه با استفاده از اصول فیزیکی که امروزه اساس جوشکاری مدرن را تشکیل میدهد، قطعات فلزی را به یکدیگر متصل میکردند. تجزیه و تحلیل ابزارهای کشف شده از قرون اولیه نشان میدهد که برای اتصال دو قطعه فلزی به یکدیگر ، لبههای گداخته شده این قطعات را روی یکدیگر قرار داده و با ضربات چکش به هم متصل می ردند. مهمترین اصول فیزیکی که سنگ زیربنای متدهای معمولی جوشکاری در قرن حاضر را تشکیل میدهد، در اواخر قرن نوزدهم کشف و ابداع شده است و به تدریج در صنعت مورد استفاده قرار گرفت. در سال 1887 یکی از دانشمندان روسی بنام Bernadas اختراع متدی را به ثبت رساند که به وسیله آن قادر بود تا یک قطعه فلزی را با الکترود ذغالی به صورت موضعی با ایجاد قوس الکتریکی بین قطعه و الکترود ذوب نماید.
در این زمان نامبرده دو قطعه فلزی را در فاصله معینی از یکدیگر قرار داده بود و با استفاده از خاصیت مذکور و حرکت الکترود ذغالی در طول شکاف بین دو قطعه و وارد نمودن همزمان میلهای فلزی از جنس قطعه در داخل قوس الکتریکی، حمام مذابی به وجود آورد که بعد از منجمد شدن شکاف موجود را پر نموده و باعث به هم پیوستن این قطعات گردید. چند سال بعد یعنی در سال 1891 دانشمند دیگر روسی به نام Slavjaniv روش الکترود ذوب شونده را اختراع نمود. در این روش به جای الکترود ذغالی از یک الکترود فلزی استفاده شده است که همزمان وظیفه فلز پرکننده را نیز به عهده داشت. در روش الکترود ذوب شونده ذوب حاصل از الکترود فلزی در فاصله بین نوک الکترود و شکاف دو قطعه در معرض هوا قرار میگرفت که این امر باعث اکسیده شدن مذاب و در نتیجه در جوش ایجاد اشکال میکرد. از طرف دیگر قوس الکتریکی نیز ناپایدار بود که خود به خود غیر یکنواختی جوش را به دنبال داشت.
برای برطرف نمودن این عیوب در سال 1905 یک صنعتگر سوئدی به نامOscar Kjellberg الکترود فلزی پوششدار را اختراع نمود. پوشش این الکترود را مخلوطی از مواد معدنی مختلف تشکیل میداد که قادر بود با تولید گاز و ایجاد سرباره ، مذاب حاصل از ذوب الکترود را در مقابل آثار نامطلوب تماس با هوا محافظت نماید. علاوه بر این، پوشش الکترود باعث پایداری قوس الکتریکی و یکنواخت شدن جوش میگردید. با اختراع الکترود پوششدار، صنعت این امکان را یافت تا جوشهایی با استحکام معادل فلز پایه به وجود آورد. اولین قایق ده متری تعمیراتی که تمام اتصالات آن توسط جوشکاری انجام شده بود در سال 1918 به آب انداخته شد. از اواخر دهه 1930 که احداث پلها، خطوط راهآهن، ساخت کشتیهای اقیانوس پیما و... با روش جوش دادن قطعات به یکدیگر با سرعت آغاز گردید تا امروز که انسان به ساختن فضاپیما، آسمانخراش، نیروگاه هستهای و... مشغول است، هنوز جوشکاری از روشهای بسیار مهم اتصال محسوب میشود. برای انجام عمل جوشکاری چهار منبع اصلی انرژی وجود دارد که عبارتند از: انرژی الکتریکی، انرژی شیمیایی، انرژی مکانیکی، انرژی تشعشعی.
-3روشهای جوشکاری
-1-3جوشکاری رباتیک
جوشکاری رباتیک فرآیند تولیدی است که برای ایجاد اتصالات با کیفیت بالا به کار میرود. این فرآیند قابلیت استفاده در سیستمهای اتوماتیک را جهت افزایش راندمان این سیستمها دارا میباشد. در این راستا تلاشهای زیادی در زمینهی اتوماسیون کامل این فرآیند از طریق کنترل پارامترهای آن صورت گرفته است. بدین منظور، پارامترهای فرآیند، برای انتخاب روند جوشکاری گردهی جوش با کیفیت مطلوب و مناسب اهمیت زیادی یافته است. بنابراین برای دستیابی به کیفیت مطلوب جوش لازم است تا یک مدل ریاضی کامل از پارامترهای مرتبط با فرآیند داشته باشیم - . - Doherty and McGlone, 1997 این رباتها توانایی یادگیری مسیر از کاربر انسانی را دارند. بدین گونه که یک Interface برای ربات طراحی شده است که با استفاده از آن میتوان پارامترهای جوشکاری را تنظیم کرد، ربات را در مدهای مختلف قرار داد و فرمانهای مختلفی به آن داد.
-1-1-3کنترل ربات
یک جوشکار با در دست گرفتن کلید کنترل و حرکت دادن بازوی ربات - که تورچ جوشکاری به آن متصل است - در محلهایی که باید تحت جوشکاری قرار گیرند، مسیر حرکت را به ربات میآموزد. حرکات فوق توسط ربات ضبط شده و عملیات جوشکاری به تنهایی توسط ربات و با تکرار این حرکات صورت میگیرد. اخیراً سیستمهای هوش مصنوعی از قبیل سیستمهای خبره شبکههای عصبی مصنوعی و منطق فازی به عنوان یک ابزار کلیدی برای کنترل و پایش فرآیندهای جوشکاری رباتیک درآمدهاند. تکنیک شبکه عصبی به عنوان جایگزینی برای تکنیکهای کامپیوتری استاندارد در تکنولوژی کنترل توجه محققین را به خود جلب کرده است - پورآسیایی و همکاران، . - 1386
رباتهای جوشکار در انواع مختلف بر اساس اندازه، تعداد محورها، ظرفیت ترابری و... دستهبندی میشوند. مزایای فراوان این رباتها باعث استفاده گسترده این تکنولوژی در صنعت شده است. جوشکاری توسط نیروی انسانی همواره عملی طاقت فرسا و خطرناک بوده است که امکان خطا و ایجاد ضایعات فراوان حتی توسط زبدهترین نیروهای جوشکار نیز وجود دارد. رباتها علاوه بر رفع مشکلات فوق با تکرار پذیری، سرعت و دقت بالا، علاوه بر افزایش حجم تولید موجب کاهش ضایعات و صرفهجویی در هزینهها خواهند شد.
-2-1-3مزایای استفاده از جوشکاری رباتیک: دقت و سرعت، برنامهریزی، کاهش در ضایعات، عملیات مستمر و خستگی ناپذیری ربات، کیفیت بالای قطعات جوش داده شده، نظارت دقیق و اتوماتیک پارامترهای جوشکاری، قابلیت جوش اشکال پیچیده در سرعتهای بالاتر از جوشکاری دستی، کاهش در هزینه از طریق افزایش تولید، استحکام جوش بهبود یافته، بهبود راندمان، یکی از مزایای جایگزینی رباتهای جوشکار کاهش خطرات سلامتی برای کارگران میباشد، جلوگیری از قرار گرفتن در معرض گازهای خطرناک برای کاهش خطرهای سوختگی حاصل از جوشکاری، اجرای این جوشکاری برای نیروی انسانی باعث ایجاد مخاطرات زیادی از جمله خطر بروز سرطان، تششعات زیانبار برای بینایی و پوست، آسیبهای تنفسی و خطرات سوختگی و... میشود.
