JP2011067845A - プラズマキーホール溶接装置およびプラズマキーホール溶接方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 プラズマアークPAを発生させ、キーホールを形成および貫通させることにより溶接を開始するプラズマキーホール溶接装置A1であって、定常溶接状態において定常電流値でアーク電流Iwを流す出力制御回路21と、上記定常溶接状態において、プラズマ電極112を、被溶接物Wの面内方向に沿って定常速度Vpで被溶接物Wに対して相対移動させる動作制御回路31と、溶接を開始する際にキーホールを貫通させるのに要したキーホール形成時間を計測する時間計測回路23と、上記キーホール形成時間に基づいて、定常速度Vpおよび上記定常電流値の少なくともいずれかを算出する演算回路OCと、を備える。このような構成により、最適な定常速度Vpもしくは上記定常電流値を算出でき、溶接の作業効率を向上できる。
【選択図】 図1
Description
時刻t1において、外部からの溶接開始信号(図示略)が動作制御回路31に入力されると、動作制御回路31は、出力開始信号Onを、出力制御回路21とキーホール形成時間算出回路234とに出力する。すると、出力制御回路21はプラズマ電極112と被溶接物Wとの間にアーク電圧Vwを印加し、プラズマアークPAが点孤される。そしてアーク電流Iwの通電が開始される。絶対値演算回路231は、アーク電圧Vwに対応する電圧検出信号Vdの絶対値を演算し、同図(b)に示す電圧絶対値信号Vaを出力する。ローパスフィルタ232は、電圧絶対値信号Vaの高周波成分を除去し、同図(c)に示す成形電圧信号Vfを出力する。時刻t1以降、プラズマアークPAは、被溶接物Wの表面に溶融池を形成する。溶融池が形成され始めた時はプラズマアークPAは不安定である。そのためアーク電圧Vwは変動しやすい。
同図(c)に示すように、成形電圧信号Vfが上昇して時刻t2になると、プラズマアークPAは安定する。そのため時刻t2以降、成形電圧信号Vfの上昇率が小さくなる。比較回路CM1は、成形電圧信号Vfを時間微分した電圧微分信号Bvが、予め定めた基準値Bth1以下となった場合、プラズマアークPAが被溶接物WにキーホールKHを掘り始め、キーホールKHの形成が開始されたと判断する。この時、比較回路CM1は、同図(d)に示すように、短時間だけHighレベルになるキーホール形成開始信号Cm1を出力する。キーホール形成開始基準電圧設定回路VSは、キーホール形成開始信号Cm1を受けると、このキーホール形成開始信号Cm1を入力した時の成形電圧信号Vfをキーホール形成開始基準電圧信号Vs(同図(c)参照)として設定する。時刻t2以降、キーホールKHの形成が継続される。
時刻t3において、同図(c)に示すように、成形電圧信号Vfとキーホール形成開始基準電圧信号Vsとの差が予め定めた基準値Bth2より大きくなる。この時、比較回路CM2は、キーホールKHが貫通したと判断する。すると同図(e)に示すように、比較回路CM2は、キーホール貫通信号Cm2を、キーホール形成時間算出回路234と動作制御回路31とに出力する。
動作制御回路31は、比較回路CM2からのキーホール貫通信号Cm2を受けると、マニピュレータ12にトーチ移動開始信号Stを出力する。これにより、時刻t4において、溶接トーチ11の被溶接物Wの面内方向に沿う移動が開始される。すなわち、本発明でいう定常溶接状態が開始される。図4(f)に示すように、溶接トーチ11は、演算回路OCが算出した溶接速度Vpで被溶接物Wに対して移動する。
時刻t3において、同図(c)に示すように、成形電圧信号Vfとキーホール形成開始基準電圧信号Vsとの差が予め定めた基準値Bth2以上となる。この時、比較回路CM2は、キーホールKHが貫通したと判断する。すると同図(f)に示すように、比較回路CM2は、キーホール貫通信号Cm2を、キーホール形成時間算出回路234と動作制御回路31とに出力する。
動作制御回路31は、比較回路CM2からのキーホール貫通信号Cm2を受けると、マニピュレータ12にトーチ移動開始信号Stを出力する。これにより、時刻t4において、溶接トーチ11の被溶接物Wの面内方向に沿う移動が開始される。すなわち、本発明でいう定常溶接状態が開始される。また、動作制御回路31は、出力制御回路21に、演算回路OCにより算出された定常電流値iw2でアーク電流Iwが流れるよう、電流設定信号Isを出力する。その後、図8(g)に示すように、アーク電流Iwは、定常電流値iw2で流れることとなる。
11 溶接トーチ
111 ノズル
112 プラズマ電極
12 マニピュレータ
2 溶接電源
21 出力制御回路(電流制御手段)
22 アーク電圧検出回路(アーク電圧検出手段)
23 時間計測回路(時間計測手段)
231 絶対値演算回路
232 ローパスフィルタ
233 電圧変動検出回路(電圧変動検出手段)
234 キーホール形成時間算出回路
3 ロボット制御装置
31 動作制御回路(動作制御手段)
BV 微分回路
Bv 電圧微分信号
Bth1 (第1の)基準値
Bth2 (第2の)基準値
CM1 比較回路
Cm1 キーホール形成開始信号
CM2 比較回路(キーホール貫通判断手段)
Cm2 キーホール貫通信号
DB1,DB2 溶接条件データベース
Iw アーク電流
Is 電流設定信号
iw1 初期電流値
iw2 定常電流値
is 電流信号
KH キーホール
KT キーホール形成時間信号
Mc 動作制御信号
On 出力開始信号
OC 演算回路(演算手段)
PA プラズマアーク
PG プラズマガス
St 溶接開始信号
TP ティーチペンダント
Vp 溶接速度(定常速度)
VS キーホール形成開始基準電圧設定回路
Vs キーホール形成開始基準電圧信号
Vw アーク電圧
Va 電圧絶対値信号
Vd 電圧検出信号
Vf 成形電圧信号
vp 速度信号
W 被溶接物
ΔT キーホール形成時間
Claims (14)
- プラズマ電極と被溶接物との間にプラズマアークを発生させ、キーホールを形成および貫通させることにより溶接を開始するプラズマキーホール溶接装置であって、
定常溶接状態において定常電流値で上記プラズマ電極と上記被溶接物との間にアーク電流を流す電流制御手段と、
上記定常溶接状態において、上記プラズマ電極を、上記被溶接物の面内方向に沿って定常速度で上記被溶接物に対して相対移動させる動作制御手段と、
溶接を開始する際に上記キーホールを貫通させるのに要したキーホール形成時間を計測する時間計測手段と、
上記キーホール形成時間に基づいて、上記定常速度および上記定常電流値の少なくともいずれかを算出する演算手段と、を備えることを特徴とする、プラズマキーホール溶接装置。 - 上記演算手段は、上記定常速度および上記定常電流値のうち上記定常速度のみを算出する、請求項1に記載のプラズマキーホール溶接装置。
- 上記プラズマ電極を保持する溶接トーチと、
上記トーチを上記被溶接物に対して相対移動させるマニピュレータと、
上記マニピュレータを制御し、且つ、上記動作制御手段と上記演算手段とを含むロボット制御装置と、を更に備える、請求項1または2に記載のプラズマキーホール溶接装置。 - 上記電流制御手段と上記演算手段とを含む溶接電源を更に備える、請求項1または2に記載のプラズマキーホール溶接装置。
- 上記プラズマ電極と上記被溶接物との間のアーク電圧を検出するアーク電圧検出手段を更に備え、
上記時間計測手段は、検出された上記アーク電圧の変動を検出する電圧変動検出手段を含む、請求項1ないし4のいずれかに記載のプラズマキーホール溶接装置。 - 上記電圧変動検出手段は、
上記アーク電圧の時間微分値を計算する微分回路と、
上記時間微分値と第1の基準値とを比較し、キーホール形成開始信号を出力する比較回路と、
上記キーホール形成開始信号が入力され、且つ、上記キーホール形成開始信号が入力された時の上記アーク電圧をキーホール形成開始基準電圧と設定するキーホール形成開始基準電圧設定回路と、
上記アーク電圧と上記キーホール形成開始基準電圧との差が第2の基準値を超えた場合に上記キーホールが貫通したと判断するキーホール貫通判断手段と、を含む、請求項5に記載のプラズマキーホール溶接装置。 - 上記時間計測手段は、上記アーク電圧の絶対値を演算し、演算結果を上記電圧変動検出手段に出力する絶対値演算回路を更に含む、請求項5または6のいずれかに記載のプラズマキーホール溶接装置。
- 上記時間計測手段は、上記アーク電圧の高周波成分を除去し、演算結果を上記電圧変動検出手段に出力するローパスフィルタを更に含む、請求項5ないし7のいずれかに記載のプラズマキーホール溶接装置。
- プラズマ電極と被溶接物との間にプラズマアークを発生させ、キーホールを形成および貫通させるキーホール開始工程と、
上記プラズマ電極と上記被溶接物との間に定常電流値のアーク電流を流し、且つ、上記プラズマ電極を、上記被溶接物の面内方向に沿って定常速度で上記被溶接物に対して相対移動させる定常溶接工程と、を備えるプラズマキーホール溶接方法であって、
溶接を開始する際に上記キーホールを貫通させるのに要したキーホール形成時間を計測する工程と、
上記キーホール形成時間に基づいて、上記定常速度および上記定常電流値の少なくともいずれかを算出する演算工程と、を更に備えることを特徴とする、プラズマキーホール溶接方法。 - 上記演算工程においては、上記定常速度および上記定常電流値のうち上記定常速度のみを算出する、請求項9に記載のプラズマキーホール溶接方法。
- 上記プラズマ電極と上記被溶接物との間のアーク電圧を検出するアーク電圧検出工程を更に備え、
上記キーホール形成時間を計測する工程は、検出された上記アーク電圧の変動を検出する電圧変動検出工程を含む、請求項10に記載のプラズマキーホール溶接方法。 - 上記電圧変動検出工程は、
上記アーク電圧の時間微分値を計算する微分工程と、
上記時間微分値と第1の基準値とを比較し、キーホール形成開始信号を出力する比較工程と、
上記キーホール形成開始信号を入力し、且つ、上記キーホール形成開始信号を入力した時の上記アーク電圧をキーホール形成開始基準電圧と設定するキーホール形成開始基準電圧設定工程と、
上記アーク電圧と上記キーホール形成開始基準電圧との差が第2の基準値を超えた場合に上記キーホールが貫通したと判断するキーホール貫通判断工程と、を含む、請求項11に記載のプラズマキーホール溶接方法。 - 上記キーホール形成時間を計測する工程は、上記アーク電圧の絶対値を演算し、演算結果を出力する工程を更に含み、
上記電圧変動検出工程は、上記演算結果に基づき実行する、請求項11または12に記載のプラズマキーホール溶接方法。 - 上記キーホール形成時間を計測する工程は、上記アーク電圧の高周波成分を除去する工程を更に含み、
上記電圧変動検出工程は、高周波成分が除去された上記アーク電圧に基づき実行する、請求項11ないし13のいずれかに記載のプラズマキーホール溶接方法。
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