JP3323935B2 - アークセンサ - Google Patents

アークセンサ

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JP3323935B2 JP00608094A JP608094A JP3323935B2 JP 3323935 B2 JP3323935 B2 JP 3323935B2 JP 00608094 A JP00608094 A JP 00608094A JP 608094 A JP608094 A JP 608094A JP 3323935 B2 JP3323935 B2 JP 3323935B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は自動パルスアーク溶接に
有効なアークセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、自動アーク溶接において、トーチ
を揺動動作や回転動作など周期運動をさせて、溶接電流
の変化から得られる信号により、トーチの中心軸線を常
に被溶接物の開先部の中央に位置させて溶接を行うアー
クセンサが広く適用されている。
【0003】トーチを周期運動させるアークセンサ制御
の具体的な従来方法としては、特公昭53−11502
号公報に開示され、現在広く実用されている。以下、特
公昭53−11502号公報に開示された従来のアーク
センサ制御について図8および図9を参照しながら説明
する。
【0004】図8は従来のアークセンサ制御を適用した
アーク溶接の溶接状態を示す側面図である。図8におい
て、2a,2bは被溶接物、Mは開先でその中央部を一
点鎖線Nで表している。溶接チップ7は開先M内に挿入
され、その溶接チップ7から溶接ワイヤ8が送り出さ
れ、溶接中は被溶接物2a,2bとの間でアークを発生
させる。溶接トーチ(図示せず)が周期運動するにつ
れ、溶接トーチに固定されている溶接チップ7が7aか
ら7bへ、次に7a,7c,7aと移動する。
【0005】図8(a)のように溶接チップ7の周期運
動の中心が開先Mの中央部Nを通る場合には溶接電流は
図9(a)に示すように変化する。溶接チップ7が7a
の位置では図9(a)のpの溶接電流となり、7bの位
置ではq、また7aの位置に戻るとr、7cの位置では
s、7aの位置に戻るとp1の溶接電流になる。
【0006】次に、図8(b)のように溶接チップ7の
周期運動の中心が開先Mの中央部Nから上にはずれてい
る場合には、溶接電流は図9(b)に示すように変化す
る。下にはずれている場合には図9(b)の時間軸のp
をr、qをs、rをp、sをqと読み替えた状態とな
る。
【0007】この溶接電流をアークの上下1/2周期
(図9(a),図9(b)のp−r間とr−p1間)ご
とに積分して、上下の積分値を比較することにより、周
期運動の中心が開先Mのどの位置にあるか検知でき、こ
れにより軌跡修正し、常に中央部Nに位置するように制
御可能となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来の
アークセンサは、主に溶接電源の出力が定電圧でパルス
を重畳されていないCO2溶接、MAG溶接に最適なも
のであり、パルス状の溶接電流を出力するパルスアーク
溶接の場合に、以下のような問題が生じる。すなわち、
パルスアーク溶接では、一定の電流値(パルス部分は4
00〜500A、ベース部分は70〜120A)に制御
する定電流制御を行っているため、従来の制御方法では
周期運動の中心が開先Mのどの位置にあるか検知しづら
いといった問題点があった。
【0009】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、溶接トーチと被溶接物との相対位置を検出すること
を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のアークセンサは、定電流制御を行っているパ
ルス状の溶接電流を供給され、周期運動する溶接トーチ
と、前記溶接トーチと被溶接物間の電圧を検出するアー
ク電圧検出器と、溶接電流を検出する溶接電流検出器
と、設定された電流値と前記溶接電流検出器により検出
された溶接電流とを比較し、設定電流より溶接電流が大
きいとき溶接電流のパルス部分であることを判定するパ
ルス判定器と、溶接進行方向に対して左側と右側で出力
したパルス部分を判定するための前記溶接トーチの周期
運動の位相を検出する位相検出器とを備え、溶接電流の
うちパルス判定器により判定されたパルス部分のアーク
電圧値から、溶接トーチと被溶接物との相対位置を検出
するものである。
【0011】
【作用】本発明は上記構成において、溶接進行方向に対
して左側と右側で出力したパルス部分の溶接電流の差、
アーク電圧の差、あるいは溶接電流をアーク電圧で割っ
た除数の差によって溶接トーチと被溶接物の相対位置を
検出する。
【0012】また、左右のパルス部分が溶接方向に対し
て対称な位置でかつ周期運動の各運動周期の特定の位相
において出力され、あるいは非対称な場合対称な位置に
補正するものである。
【0013】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図1〜図7
を参照しながら説明する。なお、従来例で説明したもの
と同一構成部材には同一番号を用いる。
【0014】図1は本発明の一実施例のアークセンサの
ブロック図である。図1に示すように、パルス状の溶接
電流を出力するパルスアーク溶接機には、周期運動をす
る溶接トーチ1と、溶接トーチ1と被溶接物2の間の電
圧を検出するアーク電圧検出器3と、溶接電流を検出す
る溶接電流検出器4と、設定された電流値と溶接電流検
出器4により検出された溶接電流とを比較し、設定電流
より溶接電流が大きいとき溶接電流のパルス部分である
ことを判定するパルス判定器5と、溶接トーチ1の周期
運動の位相を検出する位相検出器6を備えている。
【0015】図2はアーク溶接時における溶接チップの
ウィービング状態を示す斜視図である。
【0016】図2において、2a,2bはそれぞれ被溶
接物で、水平重ね継手を形成している。Aは溶接線で被
溶接物2a,2bの重なっているところ、7は溶接チッ
プで、溶接トーチ(図示せず)に固定されている。8は
溶接ワイヤで前記溶接チップ7の中心部から送り出さ
れ、溶接中は被溶接物2a,2bとの間にアークを発生
させるとともに溶融し、被溶接物2a,2bを溶接す
る。そして溶接トーチ(図示せず)がウィービングと呼
ばれる周期運動するにつれ、溶接チップ7の中心軸Bは
被溶接物2a,2b上に投影線C(p−q−r−s−p
1)を描く。
【0017】以上のように溶接トーチがウィービングと
呼ばれる周期運動をするパルスアーク溶接時のアークセ
ンサについて説明する。なお、この実施例では溶接トー
チの姿勢は溶接チップ7が被溶接物2aに対して45度
の狙い角で溶接しており、1運動周期に12回パルスを
出力した場合である。
【0018】ウィービングの動作が被溶接物の2aと2
bにバランスして移動するとき、溶接電流は図3
(a)、アーク電圧は図3(b)のように変化する。つ
まり図2のqとsで被溶接物の2bと2aに近づくた
め、定電流制御を行っているパルス部分では電圧が大き
くなる。しかし、ウィービングの動作が被溶接物2a側
に片寄るとき、アーク電圧は図3(c)のように変化す
る。このようなときアーク電圧検出器3からアーク電圧
を検出し、溶接電流検出器4から溶接電流を検出し、図
3(a)のようにあらかじめ設定電流Dを定めておき、
溶接電流がそれ以上になるかパルス判定器5で判定し、
そのときのアーク電圧は図3(b)のE、図3(c)の
Fを越えたもので、この越えたものを2b側(p−r)
のパルス6個と2a側(r−p1)のパルス6個の電圧
値をそれぞれ積算すると、2a側が大きくなる。すなわ
ち溶接方向の右側(2a側)にウィービングの動作が片
寄っているのが分かり、アーク電圧の右側で出力したも
のから左側で出力したものを引いた差から、左側(2b
側)に軌道を修正するよう制御する。
【0019】また、溶接電圧には図4のリップルGが存
在するが、リップルGが大きいときには、上記のように
パルス部分のアーク電圧値を積算すると、誤差が大きい
ときがある。このときは溶接電流のリップルとアーク電
圧のリップルの位相は同じため、溶接電流値をアーク電
圧値で割った除数を積算し、その右側から左側を引いた
差から軌道を修正するよう制御する。
【0020】ここまでは1運動周期に12回パルスを出
力した例であったが、周期運動とパルス出力との間に同
期がない、あるいは1周期に奇数回出力する場合は、溶
接方向に対して右側と左側がアンバランスになる。図5
は1運動周期に13回パルス出力があった場合のアーク
電圧の波形である。このようなとき溶接方向に対して右
側(図5(a)のH)と左側(図5(a)のI)のパル
ス個数が異なり、上記のようなパルス部分での積算を行
うとき誤差が生じやすい。これに対しては、まず右側で
出力したパルス部分と、左側で出力したパルス部分とが
溶接進行方向に対して対称な位置で、かつ周期運動の各
運動周期の特定の位相において出力させるようにする。
この方法では誤差はなくなるが、周期運動の位相とパル
スアーク溶接機とが同期する必要がある。さらに簡単に
この誤差を小さくするには、図5(a)のHの部分を図
5(b)のJのように補間し、5個のパルスを6個に修
正し、バランスをとる方法がある。あるいは、溶接方向
に対して右側と左側のパルス個数が異なったり、位相が
異なったときには、あらかじめ実験などで誤差を測定し
ておき、その補正係数をかける方法がある。
【0021】また、パルス部分において、アーク電圧が
図6のKのように突然大きく変化するときがある。この
主な原因は溶接トーチ1が周期運動の速度が速いとき
に、溶接ワイヤ8から発生しているアークにより溶接ワ
イヤ8の先端でとけた溶滴が被溶接物2から遠ざかりア
ークが切れかかったような状態になったときにおこる。
このようなときのアーク電圧を用いて溶接トーチ1と被
溶接物2の相対位置を算出すると誤差が大きくなるの
で、使用しないようにする。
【0022】図7のLのようにアーク電圧が大きく欠如
したようになるときがある。これは主にアークにより溶
接ワイヤ8の先端で溶けた溶滴が離脱しないうちに被溶
接物2と短絡したためにおこる。このようなときもアー
ク電圧を用いて溶接トーチ1と被溶接物2の相対位置を
算出すると誤差が大きくなるので、使用しないようにす
る。
【0023】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
アークセンサは、定電流制御を行っているパルス状の溶
接電流を供給され、周期運動する溶接トーチと、前記溶
接トーチと被溶接物間の電圧を検出するアーク電圧検出
器と、溶接電流を検出する溶接電流検出器と、設定され
た電流値と前記溶接電流検出器により検出された溶接電
流とを比較し、設定電流より溶接電流が大きいとき溶接
電流のパルス部分であることを判定するパルス判定器
と、溶接進行方向に対して左側と右側で出力したパルス
部分を判定するための前記溶接トーチの周期運動の位相
を検出する位相検出器とを備え、溶接電流のうちパルス
判定器により判定されたパルス部分のアーク電圧値か
ら、溶接トーチと被溶接物との相対位置を検出すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のアークセンサのブロック図
【図2】同、溶接チップのウィービング状態を示す斜視
【図3】(a)は同、被溶接物の2aと2bにバランス
してウィービング動作したときの溶接電流波形図 (b)は同、被溶接物の2aと2bにバランスしてウィ
ービング動作したときのアーク電圧波形図 (c)は同、被溶接物の2a側に片寄ってウィービング
動作したときのアーク電圧波形図
【図4】同、アーク電圧のリップルの波形図
【図5】(a)は同、溶接方向に対して左右異なる個数
のパルス部分がある場合のアーク電圧波形図 (b)は同、溶接方向に対して左右異なる個数のパルス
部分がある場合のアーク電圧の補正した波形図
【図6】パルス部分のアーク電圧が変化したときの波形
【図7】パルス部分のアーク電圧が欠如したときの波形
【図8】(a)は従来例のウィービング動作の中心軸線
が開先の中央部に位置した場合の溶接状態を示す側面図 (b)は同、ウィービング動作の中心軸線が開先の中央
部からはずれている場合の溶接状態を示す側面図
【図9】(a)は同、ウィービング動作の中心軸線が開
先の中央部に位置した場合の溶接電流の波形図 (b)は同、ウィービング動作の中心軸線が開先の中央
部からはずれている場合の溶接電流の波形図
【符号の説明】
1 溶接トーチ 2 被溶接物 3 アーク電圧検出器 4 溶接電流検出器 5 パルス判定器 6 位相検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 9/127 B23K 9/09

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 定電流制御を行っているパルス状の溶接
    電流を供給され、周期運動する溶接トーチと、前記溶接
    トーチと被溶接物間の電圧を検出するアーク電圧検出器
    と、溶接電流を検出する溶接電流検出器と、設定された
    電流値と前記溶接電流検出器により検出された溶接電流
    とを比較し、設定電流より溶接電流が大きいとき溶接電
    流のパルス部分であることを判定するパルス判定器と、
    溶接進行方向に対して左側と右側で出力したパルス部分
    を判定するための前記溶接トーチの周期運動の位相を検
    出する位相検出器とを備え、溶接電流のうちパルス判定
    器により判定されたパルス部分のアーク電圧値から、溶
    接トーチと被溶接物との相対位置を検出するようにした
    アークセンサ。
  2. 【請求項2】 溶接進行方向に対して右側で出力したパ
    ルス部分と、左側で出力したパルス部分の溶接電流値の
    差、あるいはそのときのアーク電圧値の差から、溶接ト
    ーチと被溶接物との相対位置を検出するようにした請求
    項1記載のアークセンサ。
  3. 【請求項3】 周期運動する溶接トーチと、前記溶接ト
    ーチと被溶接物間の電圧を検出するアーク電圧検出器
    と、溶接電流を検出する溶接電流検出器と、設定された
    電流値と前記溶接電流検出器により検出された溶接電流
    とを比較し、設定電流より溶接電流が大きいとき溶接電
    流のパルス部分であることを判定するパルス判定器と、
    溶接進行方向に対して左側と右側で出力したパルス部分
    を判定するための前記溶接トーチの周期運動の位相を検
    出する位相検出器とを備え、溶接電流のうちパルス判定
    器により判定されたパルス部分の溶接電流値とそのとき
    のアーク電圧値とから溶接トーチと被溶接物との相対位
    置を検出するようにしたアークセンサであって、溶接進
    行方向に対して右側で出力したパルス部分と、左側で出
    力したパルス部分のそれぞれの溶接電流値をアーク電圧
    で割った除数の差から、溶接進行方向に対して対称な位
    置に補正するようにしたアークセンサ。
  4. 【請求項4】 溶接進行方向に対して右側で出力したパ
    ルス部分と、左側で出力したパルス部分とが溶接進行方
    向に対して対称な位置で、かつ周期運動の各運動周期の
    特定の位相において出力するようにした請求項1記載の
    アークセンサ。
  5. 【請求項5】 溶接進行方向に対して右側で出力したパ
    ルス部分と、左側で出力したパルス部分とが溶接進行方
    向に対して非対称な位置で出力されたとき、パルス部分
    が出力された周期運動の位相から、それぞれパルス部分
    の溶接電流値とアーク電圧値を補間し、溶接進行方向に
    対して対称な位置に補正するようにした請求項1記載の
    アークセンサ。
  6. 【請求項6】 周期運動する溶接トーチと、前記溶接ト
    ーチと被溶接物間の電圧を検出するアーク電圧検出器
    と、溶接電流を検出する溶接電流検出器と、設定された
    電流値と前記溶接電流検出器により検出された溶接電流
    とを比較し、設定電流より溶接電流が大きいとき溶接電
    流のパルス部分であることを判定するパルス判定器と、
    溶接進行方向に対して左側と右側で出力したパルス部分
    を判定するための前記溶接トーチの周期運動の位相を検
    出する位相検出器とを備え、溶接電流のうちパルス判定
    器により判定されたパルス部分の溶接電流値とそのとき
    のアーク電圧値とから溶接トーチと被溶接物との相対位
    置を検出するようにしたアークセンサであって、溶接進
    行方向に対して右側で出力したパルス部分と、左側で出
    力したパルス部分とが溶接進行方向に対して非対称な位
    置で出力されたとき、パルス部分が出力された周期運動
    の位相から、各周期運動の位相ごとにあらかじめ定めら
    れた係数をそれぞれパルス部分の溶接電流値とアーク電
    圧値に掛け、溶接進行方向に対して対称な位置に補正す
    るようにしたアークセンサ。
  7. 【請求項7】 溶接進行方向に対して右側で出力したパ
    ルス部分と、左側で出力したパルス部分のアーク電圧
    が、あらかじめ設定された規定値より小さくなったと
    き、そのパルスでの溶接電流値とアーク電圧値を使用し
    ないようにした請求項1記載のアークセンサ。
  8. 【請求項8】 周期運動する溶接トーチと、前記溶接ト
    ーチと被溶接物間の電圧を検出するアーク電圧検出器
    と、溶接電流を検出する溶接電流検出器と、設定された
    電流値と前記溶接電流検出器により検出された溶接電流
    とを比較し、設定電流より溶接電流が大きいとき溶接電
    流のパルス部分であることを判定するパルス判定器と、
    溶接進行方向に対して左側と右側で出力したパルス部分
    を判定するための前記溶接トーチの周期運動の位相を検
    出する位相検出器とを備え、溶接電流のうちパルス判定
    器により判定されたパルス部分の溶接電流値とそのとき
    のアーク電圧値とから溶接トーチと被溶接物との相対位
    置を検出するようにしたアークセンサであって、溶接進
    行方向に対して右側で出力したパルス部分と、左側で出
    力したパルス部分のアーク電圧の変化値が、あらかじめ
    設定された規定値より小さくなったとき、そのパルスで
    の溶接電流値とアーク電圧値を使用しないようにしたア
    ークセンサ。
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