JP5981735B2 - プラズマキーホール溶接システム、および、プラズマキーホール溶接方法 - Google Patents
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Description
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システムの構成を示す図である。
時刻t1において、外部からの溶接開始信号Stがティーチペンダント23を経由して動作制御回路21に入力されると、動作制御回路21は、溶接開始信号Stを、出力回路31(具体的には、電源回路311)に送る。すると、電源回路311はプラズマ電極112と母材Wとの間に溶接電圧Vwを印加し、アークa1が点弧される。そして溶接電流Iwの通電が開始される。
Ff=1/Te
EN比率(%)=Ten/Te×100
=Ten/(Ten+Tep)×100
図4(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、アークa1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、アークa1が母材Wにキーホール889を掘り始め、キーホール889の形成が開始されたと判断する。キーホール889の形成が開始されたと判断すると、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。図8(s−2)に示すように、時刻t2以降、キーホール889の形成が継続され、溶融池881の表面882が徐々に低下してゆく。なお、キーホール889の形成が開始した時(時刻t2)から、キーホール889が貫通する時(後述の時刻t3)までの期間は、キーホール形成期間である。
時刻t3において、図8(s−3)に示すように、母材Wにてキーホール889が貫通する。キーホール889が貫通したとき、時刻t3において、図4(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。この場合、比較回路CM2は、キーホール889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、キーホール貫通検知信号Cm2を、比較回路332に送る。キーホール889が貫通した直後は、成形電圧信号Vfはキーホール889の貫通の影響で不安定である。キーホール889が貫通した時刻t3からしばらくすると、成形電圧信号Vfが減少したのちに成形電圧信号Vfが安定し、成形電圧信号Vfの減少率が小さくなる。
時刻t4において、比較回路332は、電圧微分信号Bvが予め定めた基準値Bth3以下に達すると、溶接裏ビードが適切に形成され且つキーホール889が適切な大きさになったと判断する。このとき、図4(f)に示すように、比較回路332は、定常溶接を開始すべきと判断し、短時間だけHighレベルになる定常溶接開始指示信号Cm3を送る。
図10は、本発明の第2実施形態にかかるプラズマキーホール溶接システムの構成を示す図である。
図12は、本発明の第3実施形態にかかるプラズマキーホール溶接システムの構成を示す図である。
1 溶接ロボット
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 ロボット制御装置
21 動作制御回路
211 演算回路
23 ティーチペンダント
231 表示部
3 溶接電源装置
31 出力回路
311 電源回路
312 周波数制御回路
32 電圧検出回路
33 定常溶接開始判断回路
331 キーホール貫通検知回路
341 絶対値演算回路
342 ローパスフィルタ
343 電圧変動検出回路
332 比較回路
361 比較回路
362 しきい値記憶部
364 報知部
38 周波数算出回路
39 基準電圧値記憶部
4 ガス供給装置
881 溶融池
882 表面
889 キーホール
a1 アーク
Bth1 基準値
Bth2 基準値
BV 微分回路
Bv 電圧微分信号
Bth3 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
Cm2 キーホール貫通検知信号
Cm3 定常溶接開始指示信号
Dr 溶接進行方向
Ff 周波数
Ffs 周波数設定信号
Ffr 設定周波数
Ia 時間平均値
Iep 電極プラス極性電流
Ien 電極マイナス極性電流
Iepp 最大絶対値
Ienp 最大絶対値
Inf1 補助情報
Inf2 確認箇所情報
Inf3 確認範囲情報
Inp 電極マイナス極性ピーク電流
Inb 電極マイナス極性ベース電流
Iw 溶接電流
Ms 動作制御信号
St 溶接開始信号
Sc キーホールサイズ変動検知信号
t1,t2,t3,t4,t21,t22,t23 時刻
Te2 周期
Te 周期
Ten 電極マイナス極性期間
Tep 電極プラス極性期間
PG プラズマガス
Va 電圧絶対値信号
Vd 電圧検出信号
Vf 成形電圧信号
Vf1 基準電圧値
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
Vth しきい値
Vw 溶接電圧
W 母材
Claims (20)
- プラズマ電極と母材との間に、設定周波数のパルス電流を流す出力回路と、
上記母材に形成されたキーホールのサイズを検出するキーホールサイズ検出部と、
上記キーホールサイズ検出部によって検出された上記キーホールのサイズの変化に基づき、上記設定周波数を算出する周波数算出回路と、を備え、
上記プラズマ電極および上記母材の間の溶接電圧を検出する電圧検出回路を更に備え、
上記キーホールサイズ検出部は、上記電圧検出回路によって検出された上記溶接電圧の低周波成分のみを通過させるローパスフィルタを含み、
上記周波数算出回路は、上記ローパスフィルタの出力電圧値に基づき、上記設定周波数を算出する、プラズマキーホール溶接システム。 - 上記ローパスフィルタの出力電圧値を、基準電圧値として記憶する基準電圧値記憶部を更に備え、
上記周波数算出回路は、電圧差が正である場合には周波数差が0以上であるように、上記設定周波数を算出し、且つ、上記電圧差が負である場合には上記周波数差が0以下であるように、上記設定周波数を算出し、
上記電圧差は、上記ローパスフィルタの出力電圧値から、上記基準電圧値を減算した値であり、
上記周波数差は、算出される上記設定周波数から、上記出力電圧値が上記基準電圧値である時の上記設定周波数を減算した値である、請求項1に記載のプラズマキーホール溶接システム。 - 上記基準電圧値記憶部は、上記キーホールが貫通した時刻以降に上記ローパスフィルタの出力電圧値が安定したときの上記出力電圧値を、上記基準電圧値として記憶する、請求項2に記載のプラズマキーホール溶接システム。
- 上記キーホールのサイズに基づき、補助情報を求める確認補助部を更に備え、上記補助情報は、上記母材に形成されたビードの確認を補助するための情報であり、
上記確認補助部は、上記補助情報を報知する報知部を含む、請求項2または請求項3に記載のプラズマキーホール溶接システム。 - しきい値を記憶するしきい値記憶部を更に備え、
上記確認補助部は、上記キーホールのサイズの変動を表す変動パラメータと、上記しきい値とを比較する比較回路を含む、請求項4に記載のプラズマキーホール溶接システム。 - 上記報知部は、上記しきい値を上記変動パラメータが超えたと上記比較回路によって判断されると、上記補助情報を報知する、請求項5に記載のプラズマキーホール溶接システム。
- 上記補助情報は、上記母材に形成されたビードにおける確認すべき箇所を示す確認箇所情報を有し、
上記確認補助部は、上記キーホールのサイズの変化に基づき、上記確認箇所情報を求める演算回路を含み、
上記報知部は、上記演算回路によって求められた上記確認箇所情報を、報知する、請求項4または請求項5に記載のプラズマキーホール溶接システム。 - 上記補助情報は、上記母材に形成されたビードにおける確認すべき範囲を指示する確認範囲情報を有し、
上記演算回路は、上記キーホールのサイズの変化に基づき、上記確認範囲情報を求め、
上記報知部は、上記演算回路によって求められた上記確認範囲情報を、報知する、請求項7に記載のプラズマキーホール溶接システム。 - 上記変動パラメータは、上記電圧差である、請求項5ないし請求項8のいずれかに記載のプラズマキーホール溶接システム。
- 上記報知部は、音もしくは光によって、上記補助情報を報知する、請求項4ないし請求項9のいずれかに記載のプラズマキーホール溶接システム。
- プラズマ電極と母材との間のアークによってキーホールを貫通させる工程と、
上記キーホールが貫通した後に、上記プラズマ電極と上記母材との間に、設定周波数のパルス電流を流しつつ、定常溶接を行う工程と、を備え、
上記定常溶接を行う工程は、
上記母材に形成されたキーホールのサイズを検出する工程と、
上記キーホールのサイズの変化に基づき、上記設定周波数を算出する工程と、を含み、
上記プラズマ電極および上記母材の間の溶接電圧を検出する工程を更に備え、
上記キーホールのサイズを検出する工程は、ローパスフィルタによって上記溶接電圧の低周波成分のみを通過させる工程を含み、
上記設定周波数を算出する工程においては、上記ローパスフィルタの出力電圧値に基づき、上記設定周波数を算出する、プラズマキーホール溶接方法。 - 上記ローパスフィルタの出力電圧値を、基準電圧値として基準電圧値記憶部に記憶する工程を更に備え、
上記設定周波数を算出する工程においては、電圧差が正である場合には周波数差が0以上であるように、上記設定周波数を算出し、且つ、上記電圧差が負である場合には上記周波数差が0以下であるように、上記設定周波数を算出し、
上記電圧差は、上記ローパスフィルタの出力電圧値から、上記基準電圧値を減算した値であり、
上記周波数差は、算出される上記設定周波数から、上記出力電圧値が上記基準電圧値である時の上記設定周波数を減算した値である、請求項11に記載のプラズマキーホール溶接方法。 - 上記設定周波数を算出する工程においては、上記キーホールが貫通した時刻以降に上記ローパスフィルタの出力電圧値が安定したときの上記出力電圧値を、上記基準電圧値として用いる、請求項12に記載のプラズマキーホール溶接方法。
- 上記キーホールのサイズに基づき、上記母材に形成されたビードの確認を補助するための補助情報を求める工程と、
上記補助情報を報知する工程と、を備える、請求項12または請求項13に記載のプラズマキーホール溶接方法。 - 上記補助情報を求める工程においては、上記キーホールのサイズの変動を表す変動パラメータと、しきい値とを比較する、請求項14に記載のプラズマキーホール溶接方法。
- 上記報知する工程は、上記しきい値を上記変動パラメータが超えたと、上記比較する工程において判断された場合に、行われる、請求項15に記載のプラズマキーホール溶接方法。
- 上記補助情報は、上記母材に形成されたビードにおける確認すべき箇所を示す確認箇所情報を有し、
上記補助情報を求める工程は、上記キーホールのサイズの変化に基づき、上記確認箇所情報を求める工程を含み、
上記報知する工程においては、上記確認箇所情報を報知する、請求項14または請求項15に記載のプラズマキーホール溶接方法。 - 上記補助情報は、上記母材に形成されたビードにおける確認すべき範囲を指示する確認範囲情報を有し、
上記確認箇所情報を求める工程においては、上記キーホールのサイズの変化に基づき、上記確認範囲情報を求め、
上記報知する工程においては、上記確認範囲情報を報知する、請求項17に記載のプラズマキーホール溶接方法。 - 上記変動パラメータは、上記電圧差である、請求項15ないし請求項18のいずれかに記載のプラズマキーホール溶接方法。
- 上記報知する工程においては、音もしくは光によって、上記補助情報を報知する、請求項14ないし請求項19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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