JP5475381B2 - Plasma keyhole welding apparatus and plasma keyhole welding method - Google Patents
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Description
本発明は、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に関する。 The present invention relates to a plasma keyhole welding apparatus and a plasma keyhole welding method.
プラズマキーホール溶接は、被溶接物がI形開先の突き合わせ継手を溶接するときに、プラズマ電極を一般的に陰極として放電したときのプラズマアークを、水冷されたプラズマノズルとプラズマガスのガス流とによって拘束する。そして、集中性の良い高温プラズマ流を発生させ、この高温のプラズマ流が溶接線上に、溶接池の先端で被溶接物を貫通する円孔を形成しながら移動していく溶接である。この溶接はアーク熱が裏面に至るまで直接に与えられ、裏面の溶接も適切に行うことができる。 In plasma keyhole welding, when a work piece is welded to a butt joint with an I-shaped groove, a plasma arc is discharged when a plasma electrode is generally used as a cathode, a water-cooled plasma nozzle and a gas flow of plasma gas. And restrained by. In this welding, a high-temperature plasma flow having good concentration is generated, and this high-temperature plasma flow moves while forming a circular hole penetrating the workpiece at the tip of the weld pool on the weld line. This welding is directly applied until the arc heat reaches the back surface, and the back surface can also be appropriately welded.
図10は、従来のプラズマキーホール溶接装置の構成の一例を示す図である(例えば、特許文献1参照。)。同図に示されたプラズマキーホール溶接装置9Aにおいては、プラズマ電極91と同心円上にプラズマアークPAを拘束するノズル92が設けられている。プラズマ電極91と被溶接物Wとの間に溶接電源93から電力が供給されて、ノズル92内にプラズマガス供給源94からプラズマガスPGが供給されて、プラズマアークPAが発生する。高温のプラズマ流が溶接線上に溶融池の先端で被溶接物Wを貫通してキーホールKHを形成しながら移動し、裏面の溶融も行う。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a configuration of a conventional plasma keyhole welding apparatus (see, for example, Patent Document 1). In the plasma
電圧変動検出回路95は、キーホールKHが貫通したときのプラズマアーク電圧の変動(例えば、1〜2V)を検出して、波形成型器96によって溶接制御シーケンサ97に適した信号に成形する。溶接制御シーケンサ97は、この成形された信号を入力して、トーチ走行装置98へ溶接トーチ99の走行を開始する信号を入力して、トーチ走行装置98は溶接トーチ99の走行を開始する。
The voltage
プラズマキーホール溶接装置9Aを用いたプラズマキーホール溶接は、適当な溶接条件のもと行われる必要がある。溶接条件が適当でない場合、たとえば溶接トーチ99の走行する速度である溶接速度が速すぎる場合には、図11に示すように、溶込不良が発生し、完全溶け込み溶接が出来なくなる。一方、たとえば当該溶接速度が遅すぎる場合には、図12に示すように、溶け落ちが発生してしまう。図13に示すような良好なビード外観を得ることのできる最適な溶接を行うには、適当な溶接条件を設定する必要がある。だが、適当な溶接条件は、プラズマキーホール溶接を行う場合ごとに多少異なる。そのため従来は、適当な溶接条件を設定するための多数の予備実験を、プラズマキーホール溶接を行う度に実施する必要があった。このような予備実験の実施は、プラズマキーホール溶接の作業効率の向上の妨げとなっていた。
Plasma keyhole welding using the plasma
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、作業効率を向上可能な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を提供することをその課題とする。 The present invention has been conceived under the circumstances described above, and an object thereof is to provide a plasma keyhole welding apparatus and a plasma keyhole welding method capable of improving work efficiency.
本発明によって提供されるプラズマキーホール溶接装置は、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している。 A plasma keyhole welding apparatus provided by the present invention is a plasma keyhole welding apparatus that starts welding by generating a plasma arc between a plasma electrode and a workpiece and forming and penetrating the keyhole. Current control means for causing an arc current to flow between the plasma electrode and the work piece in a steady welding state at a steady current value; and in the steady welding state, the plasma electrode is placed in an in-plane direction of the work piece. Operation control means for moving relative to the workpiece at a steady speed along the time, time measuring means for measuring the keyhole formation time required to penetrate the keyhole when welding is started, and the key Calculating means for calculating at least one of the steady speed and the steady current value based on a hole formation time; and To have.
このような構成によれば、上記時間計測手段により計測される上記キーホール形成時間は、たとえば上記プラズマキーホール溶接装置の周囲の温度、および上記被溶接物の温度、等のプラズマキーホール溶接を行う場合ごとに異なる個別条件を、反映したものである。そのため、上記演算手段により算出される上記定常速度もしくは上記定常電流値は、当該個別条件を反映した上記キーホール形成時間に基づく。すなわち、上記定常速度もしくは上記定常電流値は、当該プラズマキーホール溶接を行う際に適した値であるといえる。その結果、プラズマキーホール溶接を行う前に、そのプラズマキーホール溶接に最適な溶接条件を決定するため多くの予備実験を行う必要がなくなる。これにより、プラズマキーホール溶接の作業効率が向上する。 According to such a configuration, the keyhole formation time measured by the time measuring means is obtained by performing plasma keyhole welding such as the ambient temperature of the plasma keyhole welding apparatus and the temperature of the workpiece. Individual conditions that differ depending on the case are reflected. Therefore, the steady speed or the steady current value calculated by the calculation means is based on the keyhole formation time reflecting the individual conditions. That is, it can be said that the steady speed or the steady current value is a value suitable for performing the plasma keyhole welding. As a result, it is not necessary to perform many preliminary experiments to determine the optimum welding conditions for the plasma keyhole welding before performing the plasma keyhole welding. Thereby, the work efficiency of plasma keyhole welding improves.
本発明の好ましい実施の形態においては、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。 In a preferred embodiment of the present invention, the calculation means calculates only the steady speed out of the steady speed and the steady current value.
本発明の好ましい実施の形態においては、上記プラズマ電極を保持する溶接トーチと、上記溶接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。 In a preferred embodiment of the present invention, a welding torch for holding the plasma electrode, a manipulator for moving the welding torch relative to the workpiece, the manipulator, and the operation control means A robot control device including the arithmetic means.
本発明の好ましい実施の形態においては、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。 In a preferred embodiment of the present invention, a welding power source including the current control means and the calculation means is further provided.
本発明の好ましい実施の形態においては、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。 In a preferred embodiment of the present invention, arc voltage detecting means for detecting an arc voltage between the plasma electrode and the work piece is further provided, and the time measuring means detects the detected fluctuation of the arc voltage. Voltage fluctuation detecting means for detecting is included.
本発明の好ましい実施の形態においては、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。 In a preferred embodiment of the present invention, the voltage fluctuation detecting means compares the time differential value with the first reference value with a differentiating circuit for calculating the time differential value of the arc voltage, and starts the keyhole formation. A comparison circuit that outputs a signal, and a keyhole formation start reference that sets the arc voltage when the keyhole formation start signal is input and the keyhole formation start signal is input as a keyhole formation start reference voltage A voltage setting circuit; and a keyhole penetration determining means for determining that the keyhole has penetrated when a difference between the arc voltage and the keyhole formation start reference voltage exceeds a second reference value.
本発明の好ましい実施の形態においては、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。 In a preferred embodiment of the present invention, the time measuring means further includes an absolute value calculating circuit that calculates an absolute value of the arc voltage and outputs a calculation result to the voltage fluctuation detecting means.
本発明の好ましい実施の形態においては、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。 In a preferred embodiment of the present invention, the time measuring means further includes a low-pass filter that removes a high-frequency component of the arc voltage and outputs a calculation result to the voltage fluctuation detecting means.
本発明によって提供されるプラズマキーホール溶接方法は、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。 The plasma keyhole welding method provided by the present invention includes a keyhole start step for generating and penetrating a keyhole by generating a plasma arc between the plasma electrode and the workpiece, and the plasma electrode and the workpiece. A steady welding process in which an arc current having a steady current value is passed between and the plasma electrode is moved relative to the workpiece at a steady speed along an in-plane direction of the workpiece. A plasma keyhole welding method comprising a step of measuring a keyhole formation time required to penetrate the keyhole when starting welding, and the steady speed and the above based on the keyhole formation time A calculation step of calculating at least one of the steady-state current values.
本発明の好ましい実施の形態においては、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。 In a preferred embodiment of the present invention, in the calculation step, only the steady speed is calculated from the steady speed and the steady current value.
本発明の好ましい実施の形態においては、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。 In a preferred embodiment of the present invention, the method further comprises an arc voltage detection step of detecting an arc voltage between the plasma electrode and the workpiece, and the step of measuring the keyhole formation time includes the detected step A voltage fluctuation detecting step for detecting a fluctuation in the arc voltage is included.
本発明の好ましい実施の形態においては、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。 In a preferred embodiment of the present invention, the voltage fluctuation detecting step compares the time differential value with the first reference value by calculating the time differential value of the arc voltage, and starts the keyhole formation. The keyhole formation start reference voltage for setting the arc voltage when the keyhole formation start signal is input and the keyhole formation start signal is input as the keyhole formation start reference voltage A setting step, and a keyhole penetration determining step of determining that the keyhole has penetrated when a difference between the arc voltage and the keyhole formation start reference voltage exceeds a second reference value.
本発明の好ましい実施の形態においては、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。 In a preferred embodiment of the present invention, the step of measuring the keyhole formation time further includes a step of calculating an absolute value of the arc voltage and outputting a calculation result, and the voltage fluctuation detection step includes the calculation. Run based on results.
本発明の好ましい実施の形態においては、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。 In a preferred embodiment of the present invention, the step of measuring the keyhole formation time further includes a step of removing a high-frequency component of the arc voltage, and the voltage fluctuation detecting step includes the arc from which the high-frequency component has been removed. Run based on voltage.
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。 Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1実施形態にかかるプラズマキーホール溶接装置の構成を示す図である。同図に示されたプラズマキーホール溶接装置A1は、溶接トーチ11、マニピュレータ12、溶接電源2、およびロボット制御装置3を備える。図2は、図1に示した溶接トーチ11の要部拡大図である。プラズマキーホール溶接装置A1は、たとえばアルミニウム板が突き合わされた被溶接物Wに対して、プラズマキーホール溶接を行うのに用いられる。なお本明細書においては、特に断りのない限り、電流値とは電流の絶対値の時間平均値を意味する。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a plasma keyhole welding apparatus according to a first embodiment of the present invention. The plasma keyhole welding apparatus A1 shown in the figure includes a
溶接トーチ11は、ノズル111とプラズマ電極112とを備える。ノズル111は、たとえば銅などの金属からなる筒状部材であり、適宜水冷構造を有する。プラズマ電極112は、非消耗電極とされており、たとえばタングステンからなる金属棒である。プラズマ電極112は、被溶接物Wとの間にアーク電圧Vwを印加するための電極である。ノズル111からは、プラズマガスPGがプラズマ電極112を囲むように噴出される。プラズマガスPGは、たとえばArとされる。プラズマ電極112と被溶接物Wとの間にアーク電圧Vwが印加されることにより、プラズマガスPGを媒体としてプラズマアークPAが発生する。プラズマアークPAが発生している際には、プラズマ電極112と被溶接物Wとの間には交流のアーク電流Iwが流れている。マニピュレータ12は、溶接トーチ11を保持している。マニピュレータ12は、たとえば多関節ロボットとされる。
The
溶接電源2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、アーク電流Iwを流すための装置である。溶接電源2は、出力制御回路21、アーク電圧検出回路22、および時間計測回路23を備える。
The welding power source 2 is a device for applying an arc voltage Vw between the
出力制御回路21は、複数のトランジスタ素子からなるインバータ制御回路を有する。出力制御回路21は、外部から入力される商用電源(たとえば3相200V)をインバータ制御回路によって変換し、プラズマキーホール溶接に適するアーク電流Iwおよびアーク電圧Vwを出力する。出力制御回路21の出力は、一端が溶接トーチ11に接続され、他端が被溶接物Wに接続されている。このようにして出力制御回路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、アーク電流Iwを流す。
The
出力制御回路21には、後述の動作制御回路31から、電流設定信号Isと出力開始信号Onとが入力される。
The
アーク電圧検出回路22は、プラズマ電極112と被溶接物Wとの間のアーク電圧Vwを検出する。アーク電圧検出回路22は、アーク電圧Vwに対応する電圧検出信号Vdを出力する。
The arc
時間計測回路23は、溶接を開始する際にキーホールKHを貫通させるのに要したキーホール形成時間ΔTを計測するためのものである。時間計測回路23は、絶対値演算回路231、ローパスフィルタ232、電圧変動検出回路233、およびキーホール形成時間算出回路234を備える。
The
絶対値演算回路231には、電圧検出信号Vdが入力される。絶対値演算回路231は、入力された電圧検出信号Vdの絶対値を演算する。そして絶対値演算回路231は、当該演算の結果を電圧絶対値信号Vaとして出力する。ローパスフィルタ232には、電圧絶対値信号Vaが入力される。ローパスフィルタ232は、入力された電圧絶対値信号Vaの高周波成分を除去する演算を行う。そしてローパスフィルタ232は、当該演算の結果を成形電圧信号Vfとして出力する。
The absolute
電圧変動検出回路233は、成形電圧信号Vfの変動を検出するための回路である。電圧変動検出回路233は、成形電圧信号Vfの変動を検出し、キーホールKHが貫通した時刻を検出するために設けられている。電圧変動検出回路233は、微分回路BV、比較回路CM1、キーホール形成開始基準電圧設定回路VS、および比較回路CM2を備える。
The voltage
微分回路BVには、成形電圧信号Vfが入力される。微分回路BVは、入力された成形電圧信号Vfの時間微分値を計算し、電圧微分信号Bvを出力する。比較回路CM1には、電圧微分信号Bvが入力される。比較回路CM1は、この電圧微分信号Bvが予め定められた基準値Bth1以下となった場合に、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、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。 A shaping voltage signal Vf is input to the differentiation circuit BV. The differentiating circuit BV calculates a time differential value of the input shaped voltage signal Vf and outputs a voltage differential signal Bv. The voltage differentiation signal Bv is input to the comparison circuit CM1. The comparison circuit CM1 determines that the formation of the keyhole KH is started when the voltage differential signal Bv becomes equal to or less than a predetermined reference value Bth1. At this time, the comparison circuit CM1 outputs a keyhole formation start signal Cm1 that becomes High level for a short time.
キーホール形成開始基準電圧設定回路VSには、キーホール形成開始信号Cm1と、成形電圧信号Vfとが入力される。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が入力され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と設定する。そして、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基準電圧信号Vsを出力する。 The keyhole formation start reference voltage setting circuit VS receives a keyhole formation start signal Cm1 and a shaping voltage signal Vf. The keyhole formation start reference voltage setting circuit VS sets the shaping voltage signal Vf when the keyhole formation start signal Cm1 is input as the keyhole formation start reference voltage signal Vs. The keyhole formation start reference voltage setting circuit VS outputs a keyhole formation start reference voltage signal Vs.
比較回路CM2には、キーホール形成開始基準電圧信号Vsと、成形電圧信号Vfとが入力される。比較回路CM2は、キーホール形成開始基準電圧信号Vsと、成形電圧信号Vfとの差が、プラズマガスの種類等によって予め定められた基準値Bth2以上になった場合、キーホールKHが貫通したと判断する。この時、比較回路CM2は、短時間だけHighレベルになるキーホール貫通信号Cm2を出力する。なお、比較回路CM2は、本発明のキーホール貫通判断手段の一例に相当する。 The comparison circuit CM2 receives the keyhole formation start reference voltage signal Vs and the shaping voltage signal Vf. When the difference between the keyhole formation start reference voltage signal Vs and the shaping voltage signal Vf is equal to or greater than a reference value Bth2 that is predetermined according to the type of plasma gas, the comparison circuit CM2 determines that the keyhole KH has penetrated. to decide. At this time, the comparison circuit CM2 outputs the keyhole penetration signal Cm2 that becomes High level for a short time. Note that the comparison circuit CM2 corresponds to an example of a keyhole penetration determination unit of the present invention.
キーホール形成時間算出回路234には、キーホール貫通信号Cm2と、出力開始信号Onとが入力される。キーホール形成時間算出回路234は、出力開始信号Onが入力された時刻と、キーホール貫通信号Cm2が入力された時刻とにより、キーホール形成時間ΔTを計算する。キーホール形成時間算出回路234は、キーホール形成時間ΔTに対応するキーホール形成時間信号KTを出力する。
The keyhole formation
ロボット制御装置3は、マニピュレータ12の動作を制御するためのものである。ロボット制御装置3は、動作制御回路31と演算回路OCとを備える。
The
動作制御回路31は、図示しないマイクロコンピュータおよびメモリを有している。このメモリには、マニピュレータ12の動作が設定された作業プログラムが記憶されている。動作制御回路31には、キーホール貫通信号Cm2と、後述の速度信号vpとが入力される。
The
動作制御回路31は、キーホール貫通信号Cm2や速度信号vp等に応じて、マニピュレータ12に対して動作制御信号Mcを出力する。この動作制御信号Mcにより、マニピュレータ12を作動させ、溶接トーチ11を被溶接物Wの所定の溶接開始位置に移動させたり、被溶接物Wの面内方向に沿って移動させたりする。定常溶接時においては、溶接トーチ11は、被溶接物Wの面内方向に沿って溶接速度Vpで移動する。動作制御回路31は、たとえばハードディスクなどの情報格納装置(図示略)を備える。この情報格納装置には、実行しようとしているプラズマキーホール溶接における諸情報、すなわち、アーク電流Iwの電流値、プラズマガスPGの種類および流量、被溶接物Wの種類および厚さ、等の情報が記憶される。動作制御回路31は、キーホール貫通信号Cm2を受けると、トーチ移動開始信号Stをマニピュレータ12に出力する。また、動作制御回路31は、電流設定信号Isと出力開始信号Onとを出力する。
The
演算回路OCは、キーホール形成時間ΔTに基づいて、実行しようとしているプラズマキーホール溶接に最適な溶接条件を算出するための回路である。図3は、演算回路OCにおけるプロセスについて説明する図である。本実施形態においては、演算回路OCは、キーホール形成時間ΔTに基づいて溶接速度Vpを算出する。演算回路OCは、最適な溶接条件を算出するために、図3に示す溶接条件データベースDB1を用いる。溶接条件データベースDB1は、上述の情報格納装置に記憶され、事前の実験等により予め作成されたものである。 The arithmetic circuit OC is a circuit for calculating the optimum welding conditions for the plasma keyhole welding to be performed based on the keyhole formation time ΔT. FIG. 3 is a diagram illustrating a process in the arithmetic circuit OC. In the present embodiment, the arithmetic circuit OC calculates the welding speed Vp based on the keyhole formation time ΔT. The arithmetic circuit OC uses a welding condition database DB1 shown in FIG. 3 in order to calculate optimum welding conditions. The welding condition database DB1 is stored in the information storage device described above, and is created in advance by a prior experiment or the like.
溶接条件データベースDB1には、キーホール形成時間ΔT、アーク電流Iwの電流値、プラズマガスPGの種類および流量、被溶接物Wの種類および厚さ、に応じた最適な溶接速度Vpが、リスト化されている。 In the welding condition database DB1, the optimum welding speed Vp according to the keyhole formation time ΔT, the current value of the arc current Iw, the type and flow rate of the plasma gas PG, and the type and thickness of the workpiece W are listed. Has been.
ロボット制御装置3には、ティーチペンダントTPが接続されている。ティーチペンダントTPは、ユーザからの各種動作の設定が入力され、当該各種動作の設定をロボット制御装置3に伝達する。
A teach pendant TP is connected to the
次に、図4をさらに用いて本実施形態における動作の一例について説明する。 Next, an example of the operation in this embodiment will be described with further reference to FIG.
同図(a)は電圧検出信号Vdの時間変化を示し、(b)は電圧絶対値信号Vaの時間変化を示し、(c)は成形電圧信号Vfの時間変化を示し、(d)キーホール形成開始信号Cm1の時間変化を示し、(e)はキーホール貫通信号Cm2の時間変化を示し、(f)は溶接トーチ11の被溶接物Wの面内方向に沿う溶接速度Vpの時間変化を示す。
(A) shows the time change of the voltage detection signal Vd, (b) shows the time change of the voltage absolute value signal Va, (c) shows the time change of the shaped voltage signal Vf, and (d) the keyhole. The time change of the formation start signal Cm1 is shown, (e) shows the time change of the keyhole penetration signal Cm2, and (f) shows the time change of the welding speed Vp along the in-plane direction of the workpiece W of the
同図(a)に示す電圧検出信号Vdは、ピーク値とベース値とを有する交流パルス波形電圧信号を示す。 A voltage detection signal Vd shown in FIG. 5A shows an AC pulse waveform voltage signal having a peak value and a base value.
<時刻t1〜t2>
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。
<Time t1 to t2>
When an external welding start signal (not shown) is input to the
<時刻t2〜t3>
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。
<Time t2 to t3>
As shown in FIG. 5C, when the shaping voltage signal Vf rises and reaches time t2, the plasma arc PA is stabilized. Therefore, after time t2, the rate of increase of the shaped voltage signal Vf becomes small. When the voltage differential signal Bv obtained by time-differentiating the shaping voltage signal Vf becomes equal to or less than a predetermined reference value Bth1, the comparison circuit CM1 starts digging the keyhole KH in the workpiece W, and the keyhole KH It is determined that the formation of has started. At this time, the comparison circuit CM1 outputs a keyhole formation start signal Cm1 that becomes High level only for a short time, as shown in FIG. When the keyhole formation start reference voltage setting circuit VS receives the keyhole formation start signal Cm1, the keyhole formation start reference voltage signal Vs (see FIG. c) See). After time t2, the formation of the keyhole KH is continued.
<時刻t3〜t4>
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。
<Time t3 to t4>
At time t3, as shown in FIG. 5C, the difference between the shaping voltage signal Vf and the keyhole formation start reference voltage signal Vs becomes larger than a predetermined reference value Bth2. At this time, the comparison circuit CM2 determines that the keyhole KH has penetrated. Then, as shown in FIG. 5E, the comparison circuit CM2 outputs the keyhole penetration signal Cm2 to the keyhole formation
キーホール形成時間算出回路234は、キーホール貫通信号Cm2を受けると、キーホール貫通信号Cm2が入力された時刻t3と、出力開始信号Onが入力された時刻t1との時間差を計算する。当該時間差は、キーホール形成時間ΔTである。そしてキーホール形成時間算出回路234は、キーホール形成時間ΔTに対応するキーホール形成時間信号KTを演算回路OCに出力する。
When receiving the keyhole penetration signal Cm2, the keyhole formation
演算回路OCは、キーホール形成時間信号KTを受けると、以下の処理を行い、実行しようとしているプラズマキーホール溶接に最適な溶接速度Vpを算出する。 When the arithmetic circuit OC receives the keyhole formation time signal KT, the arithmetic circuit OC performs the following processing to calculate the optimum welding speed Vp for the plasma keyhole welding to be performed.
上述のように、演算回路OCは、図3に示す溶接条件データベースDB1を用いて、キーホール形成時間ΔTと、実行しようとしているプラズマキーホール溶接における諸情報(アーク電流Iwの電流値、プラズマガスPGの種類および流量、被溶接物Wの種類および厚さ)とに基づき、最適な溶接速度Vpを算出する。 As described above, the arithmetic circuit OC uses the welding condition database DB1 shown in FIG. 3 to calculate the keyhole formation time ΔT and various information in the plasma keyhole welding to be performed (current value of the arc current Iw, plasma gas). The optimum welding speed Vp is calculated based on the type and flow rate of PG and the type and thickness of the workpiece W.
具体例として同図に示す、アーク電流Iwの電流値が200A、プラズマガスPGがAr、プラズマガスPGの流量が2.0L/min、被溶接物Wがアルミニウム、被溶接物Wの厚さが6mmである場合について述べる。この場合にキーホール形成時間ΔTがたとえば13secであれば、演算回路OCは、溶接条件データベースDB1により、最適な溶接速度Vpは、25cm/minであると算出する。同様に、キーホール形成時間ΔTがたとえば20secであれば、演算回路OCは、最適な溶接速度Vpは、20cm/minであると算出する。 As a specific example, the current value of the arc current Iw is 200 A, the plasma gas PG is Ar, the flow rate of the plasma gas PG is 2.0 L / min, the work W is aluminum, and the thickness of the work W is shown as a specific example. The case of 6 mm will be described. If this case keyhole formation time ΔT for example a 13sec, the arithmetic circuit OC is the welding condition data base DB1, optimum welding speed Vp is calculated to be 25 cm / min. Similarly, if the keyhole formation time ΔT is, for example, 20 seconds, the arithmetic circuit OC calculates that the optimum welding speed Vp is 20 cm / min.
このように演算回路OCは、キーホール形成時間ΔTに基づき、最適な溶接速度Vpを算出できる。そして演算回路OCは、算出された溶接速度Vpに対応する速度信号vpを、動作制御回路31に出力する。
Thus, the arithmetic circuit OC can calculate the optimum welding speed Vp based on the keyhole formation time ΔT. Then, the arithmetic circuit OC outputs a speed signal vp corresponding to the calculated welding speed Vp to the
<時刻t4以降>
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。
<After time t4>
When the
次に、本実施形態の作用について説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
本実施形態によれば、時間計測回路23により計測されるキーホール形成時間ΔTは、たとえばプラズマキーホール溶接装置A1の周囲の温度、および被溶接物Wの温度、等のプラズマキーホール溶接を行う場合ごとに異なる個別条件を、反映したものである。そのため、演算回路OCにより算出される溶接速度Vpは、当該個別条件を反映したキーホール形成時間ΔTに基づく。すなわち、溶接速度Vpは、当該プラズマキーホール溶接を行う際に適した値であるといえる。その結果、プラズマキーホール溶接を行う前に、そのプラズマキーホール溶接に最適な溶接条件を決定するため多くの予備実験を行う必要がなくなる。これにより、プラズマキーホール溶接の作業効率が向上する。
According to the present embodiment, the keyhole formation time ΔT measured by the
時間計測回路23は、絶対値演算回路231とローパスフィルタ232とを備える。そのため本実施形態によれば、アーク電圧Vwが、交流電圧、交流パルス電圧、直流電圧、直流パルス電圧のいずれの場合であっても、適切にキーホールKHが貫通した時刻t3を計測できる。そのため、アーク電圧Vwが、交流電圧、交流パルス電圧、直流電圧、直流パルス電圧のいずれの場合であっても、適切にキーホール形成時間ΔTを計測することができ、上述のように、プラズマキーホール溶接を行う作業効率が向上する。
The
電圧変動検出回路233は、微分回路BVを備える。そのため本実施形態によれば、キーホール形成開始基準電圧信号Vsを一定値に定める必要がなく、個々の溶接状態に適したキーホール形成開始基準電圧信号Vsを設定できる。これにより、より適切にキーホール形成時間ΔTを計測することができる。
The voltage
図5を用いて、本発明の第2実施形態について説明する。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。図5は、第2実施形態にかかるプラズマキーホール溶接装置の構成を示す図である。同図に示されたプラズマキーホール溶接装置A2は、演算回路OCがロボット制御装置3の構成ではなく、溶接電源2の構成である点において、第1実施形態にかかるプラズマキーホール溶接装置A1と相違する。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In these drawings, the same or similar elements as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the above embodiment. FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the plasma keyhole welding apparatus according to the second embodiment. The plasma keyhole welding apparatus A2 shown in the figure is similar to the plasma keyhole welding apparatus A1 according to the first embodiment in that the arithmetic circuit OC is not the configuration of the
本実施形態においても、第1実施形態と同様の利点を有する。また本実施形態によれば、同一の溶接電源2を、様々な種類のロボット制御装置3に用いることができるといったメリットもある。
This embodiment also has the same advantages as the first embodiment. Moreover, according to this embodiment, there exists an advantage that the same welding power supply 2 can be used for various types of
図6〜図8を用いて、本発明の第3実施形態について説明する。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。図6は、第3実施形態にかかるプラズマキーホール溶接装置の構成を示す図である。同図に示されたプラズマキーホール溶接装置A3は、演算回路OCが最適な溶接速度Vpを算出するのではなく、定常溶接状態におけるアーク電流Iwの電流値(定常電流値iw2)を算出する点において、第1実施形態にかかるプラズマキーホール溶接装置A1と相違する。 A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In these drawings, the same or similar elements as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the above embodiment. FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the plasma keyhole welding apparatus according to the third embodiment. In the plasma keyhole welding apparatus A3 shown in the figure, the arithmetic circuit OC does not calculate the optimum welding speed Vp, but calculates the current value (steady current value iw2) of the arc current Iw in the steady welding state. However, it differs from the plasma keyhole welding apparatus A1 according to the first embodiment.
図7は、演算回路OCにおけるプロセスについて説明する図である。 FIG. 7 is a diagram illustrating a process in the arithmetic circuit OC.
本実施形態では、演算回路OCは、定常電流値iw2を算出するために、図7に示す溶接条件データベースDB2を用いる。溶接条件データベースDB2も、図3に示した溶接条件データベースDB1と同様、事前の実験等により予め作成されたものである。 In the present embodiment, the arithmetic circuit OC uses the welding condition database DB2 shown in FIG. 7 in order to calculate the steady current value iw2. Similarly to the welding condition database DB1 shown in FIG. 3, the welding condition database DB2 is created in advance by a prior experiment or the like.
溶接条件データベースDB2には、キーホール形成時間ΔT、キーホールKHを貫通するまでに流すアーク電流Iwの電流値(初期電流値iw1)、プラズマガスPGの種類および流量、被溶接物Wの種類および厚さ、溶接速度Vp、に応じた最適な定常電流値iw2が、リスト化されている。 In the welding condition database DB2, the keyhole formation time ΔT, the current value of the arc current Iw (initial current value iw1) passed through the keyhole KH, the type and flow rate of the plasma gas PG, the type of the workpiece W and The optimum steady-state current value iw2 corresponding to the thickness and the welding speed Vp is listed.
次に、図8をさらに用いて本実施形態における動作の一例について説明する。図8(a)〜(f)は、図4(a)〜(f)と同様である。図8(g)はアーク電流Iwの電流値の時間変化について示す。図8に示す時刻t1〜t3の間の動作は、図4に示す時刻t1〜t3の間の動作と同様であるから説明を省略し、時刻t3以降について説明する。なお、図8(g)に示すように、時刻t1〜t3までは、アーク電流Iwが初期電流値iw1流れている。 Next, an example of the operation in this embodiment will be described with further reference to FIG. FIGS. 8A to 8F are the same as FIGS. 4A to 4F. FIG. 8G shows the time change of the current value of the arc current Iw. The operation between times t1 to t3 shown in FIG. 8 is the same as the operation between times t1 to t3 shown in FIG. As shown in FIG. 8G, the arc current Iw flows through the initial current value iw1 from time t1 to time t3.
<時刻t3〜t4>
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。
<Time t3 to t4>
At time t3, as shown in FIG. 5C, the difference between the formed voltage signal Vf and the keyhole formation start reference voltage signal Vs becomes equal to or greater than a predetermined reference value Bth2. At this time, the comparison circuit CM2 determines that the keyhole KH has penetrated. Then, the comparison circuit CM2 outputs the keyhole penetration signal Cm2 to the keyhole formation
キーホール形成時間算出回路234は、キーホール貫通信号Cm2を受けると、キーホール貫通信号Cm2が入力された時刻t3と、出力開始信号Onが入力された時刻t1との時間差を計算する。当該時間差は、キーホール形成時間ΔTである。そしてキーホール形成時間算出回路234は、キーホール形成時間ΔTに対応するキーホール形成時間信号KTを演算回路OCに出力する。
When receiving the keyhole penetration signal Cm2, the keyhole formation
キーホール形成時間信号KTが演算回路OCに出力される当該工程までも、上述の実施形態と同様である。 The process up to the step of outputting the keyhole formation time signal KT to the arithmetic circuit OC is the same as in the above-described embodiment.
演算回路OCは、キーホール形成時間信号KTを受けると、以下の処理を行い、実行しようとしているプラズマキーホール溶接に最適な定常電流値iw2を算出する。 When the arithmetic circuit OC receives the keyhole formation time signal KT, the arithmetic circuit OC performs the following processing to calculate a steady current value iw2 optimum for the plasma keyhole welding to be performed.
図7に示すように、演算回路OCは、溶接条件データベースDB2を用いて、キーホール形成時間ΔTと、実行しようとしているプラズマキーホール溶接における諸情報(初期電流値iw1、プラズマガスPGの種類および流量、被溶接物Wの種類および厚さ、溶接速度Vp)とに基づき、最適な定常電流値iw2を算出する。 As shown in FIG. 7, the arithmetic circuit OC uses the welding condition database DB2, and uses the keyhole formation time ΔT and various information (initial current value iw1, type of plasma gas PG and plasma gas hole PG) Based on the flow rate, the type and thickness of the workpiece W, and the welding speed Vp), the optimum steady-state current value iw2 is calculated.
具体例として図7に示す、初期電流値iw1の値が200A、プラズマガスPGがAr、プラズマガスPGの流量が2.0L/min、被溶接物Wがアルミニウム、被溶接物Wの厚さが6mm、溶接速度Vpが25cm/minである場合について述べる。この場合にキーホール形成時間ΔTがたとえば13secであれば、演算回路OCは、溶接条件データベースDB2により、最適な定常電流値iw2は、200Aであると算出する。同様に、キーホール形成時間ΔTがたとえば17secであれば、演算回路OCは、最適な定常電流値iw2は、220Aであると算出する。 As a specific example, the initial current value iw1 shown in FIG. 7 is 200A, the plasma gas PG is Ar, the flow rate of the plasma gas PG is 2.0 L / min, the work W is aluminum, and the thickness of the work W is The case where 6 mm and the welding speed Vp are 25 cm / min will be described. If keyhole forming time ΔT in this case for example 13Sec, arithmetic circuit OC is the welding condition data base DB2, the optimal steady-state current value iw2 is calculated to be 200A. Similarly, if the keyhole formation time ΔT is, for example, 17 seconds, the arithmetic circuit OC calculates that the optimum steady-state current value iw2 is 220A.
このように演算回路OCは、キーホール形成時間ΔTに基づき、最適な定常電流値iw2を算出できる。そして演算回路OCは、算出された定常電流値iw2に対応する電流信号isを、動作制御回路31に出力する。
Thus, the arithmetic circuit OC can calculate the optimum steady-state current value iw2 based on the keyhole formation time ΔT. Then, the arithmetic circuit OC outputs a current signal is corresponding to the calculated steady current value iw2 to the
<時刻t4以降>
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。
<After time t4>
When the
本実施形態によれば、上述の実施形態と同様に、時間計測回路23により計測されるキーホール形成時間ΔTは、たとえばプラズマキーホール溶接装置A3の周囲の温度、および被溶接物Wの温度、等のプラズマキーホール溶接を行う場合ごとに異なる個別条件を、反映したものである。そのため演算回路OCにより算出される定常電流値iw2は、当該個別条件を反映したキーホール形成時間ΔTに基づく。すなわち、定常電流値iw2は、当該プラズマキーホール溶接を行う際に適した値であるといえる。その結果、プラズマキーホール溶接を行う前に、そのプラズマキーホール溶接に最適な溶接条件を決定するため多くの予備実験を行う必要がなくなる。これにより、プラズマキーホール溶接を行う作業効率が向上する。
According to the present embodiment, as in the above-described embodiment, the keyhole formation time ΔT measured by the
時間計測回路23は、絶対値演算回路231とローパスフィルタ232とを備える。そのため本実施形態によれば、アーク電圧Vwが、交流電圧、交流パルス電圧、直流電圧、直流パルス電圧のいずれの場合であっても、適切にキーホールKHが貫通した時刻t3を計測できる。そのため、アーク電圧Vwが、交流電圧、交流パルス電圧、直流電圧、直流パルス電圧のいずれの場合であっても、適切にキーホール形成時間ΔTを計測することができ、上述のように、プラズマキーホール溶接を行う作業効率が向上する。
The
電圧変動検出回路233は、微分回路BVを備える。そのため本実施形態によれば、キーホール形成開始基準電圧信号Vsを一定値に定める必要がなく、個々の溶接状態に適したキーホール形成開始基準電圧信号Vsを設定できる。これにより、より適切にキーホール形成時間ΔTを計測することができる。
The voltage
図9を用いて、本発明の第4実施形態について説明する。なお、同図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。図9は、第4実施形態にかかるプラズマキーホール溶接装置の構成を示す図である。同図に示されたプラズマキーホール溶接装置A4は、演算回路OCがロボット制御装置3の構成ではなく、溶接電源2の構成である点において、第3実施形態にかかるプラズマキーホール溶接装置A3と相違する。
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, the same or similar elements as those of the above embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the above embodiment. FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the plasma keyhole welding apparatus according to the fourth embodiment. The plasma keyhole welding apparatus A4 shown in the figure is similar to the plasma keyhole welding apparatus A3 according to the third embodiment in that the arithmetic circuit OC is not the configuration of the
本実施形態においても、第3実施形態と同様の利点を有する。また本実施形態によれば、同一の溶接電源2を、様々な種類のロボット制御装置3に用いることができるといったメリットもある。
This embodiment also has the same advantages as those of the third embodiment. Moreover, according to this embodiment, there exists an advantage that the same welding power supply 2 can be used for various types of
本発明の範囲は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。たとえば上述の説明では、演算回路OCが溶接速度Vpおよび定常電流値iw2のいずれかを算出する例を示したが、演算回路OCが、溶接速度Vpおよび定常電流値iw2のいずれをも算出する構成を採用してもよい。アーク電圧Vwがたとえば直流電圧である場合には、時間計測回路23は、絶対値演算回路231およびローパスフィルタ232を備えている必要はない。
The scope of the present invention is not limited to the embodiment described above. The specific configuration of each part of the present invention can be changed in various ways. For example, in the above description, an example in which the arithmetic circuit OC calculates either the welding speed Vp or the steady current value iw2 has been shown, but the arithmetic circuit OC calculates both the welding speed Vp and the steady current value iw2. May be adopted. When the arc voltage Vw is, for example, a DC voltage, the
また、キーホール形成時間算出回路234が溶接電源2の構成ではなく、ロボット制御装置3の構成であってもよい。
Further, the keyhole formation
また、演算回路OCにより算出された溶接速度Vpもしくは定常電流値iw2が、不適当な値であれば、ティーチペンダントTPにエラーメッセージを表示させる構成を採用してもよい。 Further, if the welding speed Vp or the steady current value iw2 calculated by the arithmetic circuit OC is an inappropriate value, a configuration in which an error message is displayed on the teach pendant TP may be employed.
プラズマキーホール形成時間ΔTを時刻t1〜t3の期間とすることが、プラズマキーホール形成時間ΔTを正確に計測するのに適するが、仮にプラズマキーホール形成時間ΔTを時刻t2〜t3とした場合であっても、本発明の範囲には含まれる。 Setting the plasma keyhole formation time ΔT to the period from time t1 to t3 is suitable for accurately measuring the plasma keyhole formation time ΔT, but it is assumed that the plasma keyhole formation time ΔT is set to time t2 to t3. Even if it exists, it is included in the scope of the present invention.
A1,A2,A3,A4 プラズマキーホール溶接装置
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 トーチ移動開始信号
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
A1, A2, A3, A4 Plasma
22 Arc voltage detection circuit (arc voltage detection means)
23 Time measurement circuit (time measurement means)
231 Absolute
234 Keyhole formation
BV differentiation circuit Bv voltage differentiation signal Bth1 (first) reference value Bth2 (second) reference value CM1 comparison circuit Cm1 keyhole formation start signal CM2 comparison circuit (keyhole penetration judging means)
Cm2 Keyhole penetration signal DB1, DB2 Welding condition database Iw Arc current Is Current setting signal iw1 Initial current value iw2 Steady current value is Current signal KH Keyhole KT Keyhole formation time signal Mc Operation control signal On Output start signal OC Calculation circuit ( Calculation means)
PA plasma arc PG plasma gas St torch movement start signal TP teach pendant Vp welding speed (steady speed)
VS Keyhole formation start reference voltage setting circuit Vs Keyhole formation start reference voltage signal Vw Arc voltage Va Voltage absolute value signal Vd Voltage detection signal Vf Molding voltage signal vp Speed signal W Workpiece ΔT Keyhole formation time
Claims (10)
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、
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と、を備え、
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み、
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、
上記時間微分値が第1の基準値以下となった場合にキーホールの形成が開始されたと判断し、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、を含むことを特徴とする、プラズマキーホール溶接装置。 A plasma keyhole welding apparatus for starting welding by generating a plasma arc between a plasma electrode and a workpiece and forming and penetrating a keyhole,
Current control means for causing an arc current to flow between the plasma electrode and the work piece at a steady current value in a steady welding state;
An operation control means for moving the plasma electrode relative to the workpiece at a steady speed along an in-plane direction of the workpiece in the steady welding state;
A time measuring means for measuring the keyhole formation time required to penetrate the keyhole when starting welding;
An arithmetic means for calculating at least one of the steady speed and the steady current value based on the keyhole formation time;
Arc voltage detection means for detecting an arc voltage between the plasma electrode and the workpiece, and
The time measurement means includes voltage fluctuation detection means for detecting fluctuations in the detected arc voltage,
The voltage fluctuation detecting means includes
A differentiating circuit for calculating a time differential value of the arc voltage;
A comparison circuit that determines that the formation of the keyhole is started when the time differential value is equal to or less than the first reference value, and outputs a keyhole formation start signal;
A keyhole formation start reference voltage setting circuit for setting the arc voltage when the keyhole formation start signal is input and the keyhole formation start signal is input as a keyhole formation start reference voltage;
And a keyhole penetration judging means for judging that the keyhole has penetrated when the difference between the arc voltage and the keyhole formation start reference voltage exceeds a second reference value. Keyhole welding device.
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。 A welding torch for holding the plasma electrode;
A manipulator for moving the torch relative to the workpiece,
The plasma keyhole welding apparatus according to claim 1, further comprising: a robot control device that controls the manipulator and includes the operation control means and the calculation means.
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、
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と、を備え、
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み、
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、
上記時間微分値が第1の基準値以下となった場合にキーホールの形成が開始されたと判断し、キーホール形成開始信号を出力する工程と、
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、を含むことを特徴とする、プラズマキーホール溶接方法。 Generating a plasma arc between the plasma electrode and the work piece, forming a keyhole and penetrating the keyhole; and
An arc current having a steady current value is allowed to flow between the plasma electrode and the workpiece, and the plasma electrode is relative to the workpiece at a steady speed along an in-plane direction of the workpiece. A plasma keyhole welding method comprising: a steady welding step to move,
Measuring the keyhole formation time required to penetrate the keyhole when starting welding; and
A calculation step of calculating at least one of the steady speed and the steady current value based on the keyhole formation time;
An arc voltage detection step of detecting an arc voltage between the plasma electrode and the workpiece,
The step of measuring the keyhole formation time includes a voltage fluctuation detection step of detecting fluctuation of the detected arc voltage,
The voltage fluctuation detecting step
A differentiation step of calculating a time derivative of the arc voltage;
Determining that the formation of the keyhole is started when the time differential value is equal to or less than the first reference value, and outputting a keyhole formation start signal;
A keyhole formation start reference voltage setting step for setting the arc voltage when the keyhole formation start signal is input and the keyhole formation start signal is input as a keyhole formation start reference voltage;
And a keyhole penetration determining step of determining that the keyhole has penetrated when a difference between the arc voltage and the keyhole formation start reference voltage exceeds a second reference value. Keyhole welding method.
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7または8に記載のプラズマキーホール溶接方法。 The step of measuring the keyhole formation time further includes a step of calculating an absolute value of the arc voltage and outputting a calculation result,
The plasma keyhole welding method according to claim 7 or 8 , wherein the voltage fluctuation detection step is executed based on the calculation result.
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7ないし9のいずれかに記載のプラズマキーホール溶接方法。 The step of measuring the keyhole formation time further includes a step of removing a high frequency component of the arc voltage,
The plasma keyhole welding method according to any one of claims 7 to 9 , wherein the voltage fluctuation detection step is executed based on the arc voltage from which a high-frequency component has been removed.
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