JPH0647171B2 - 溶接制御装置 - Google Patents
溶接制御装置Info
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- JPH0647171B2 JPH0647171B2 JP60213063A JP21306385A JPH0647171B2 JP H0647171 B2 JPH0647171 B2 JP H0647171B2 JP 60213063 A JP60213063 A JP 60213063A JP 21306385 A JP21306385 A JP 21306385A JP H0647171 B2 JPH0647171 B2 JP H0647171B2
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- torch
- sensor
- arc
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は鋼材などの被溶接材を溶接する際に、被接触検
出した開先の位置および形状から溶接トーチの進路と溶
接条件とを決定し、トーチの駆動やワイヤの送給の他、
溶接電流やアーク電圧を制御する溶接装置に関する。
出した開先の位置および形状から溶接トーチの進路と溶
接条件とを決定し、トーチの駆動やワイヤの送給の他、
溶接電流やアーク電圧を制御する溶接装置に関する。
電気アーク溶接機において、溶接の目的に合致した計測
値に基づいて、溶接作業中に多数の溶接パラメータを操
作できる制御が望ましい。斯る溶接パラメータとしては
従来から、溶込み深さ溶接幅、溶接部の断面積及びビー
ド外観などが考えられている。
値に基づいて、溶接作業中に多数の溶接パラメータを操
作できる制御が望ましい。斯る溶接パラメータとしては
従来から、溶込み深さ溶接幅、溶接部の断面積及びビー
ド外観などが考えられている。
しかしながら、アーク発生部付近ではアークの発する、
光、熱、音、或いはスパッタなどの妨害を受けるため、
一般の分野で適用可能な計測技術の適用が困難で、前記
各溶接パラメータの計測ができない。またアークの反対
側(裏面側)で計測操作しようとすると、アーク溶接で
は母材を固定してアークを移動させることが多いから、
検出器を溶接トーチと裏面で連動させるか、溶接線に沿
って予め取付けた長い検出プローブを用いなければなら
ないため極めて面倒である。また、裏当ての存在も裏面
側での計測を都合悪くする。
光、熱、音、或いはスパッタなどの妨害を受けるため、
一般の分野で適用可能な計測技術の適用が困難で、前記
各溶接パラメータの計測ができない。またアークの反対
側(裏面側)で計測操作しようとすると、アーク溶接で
は母材を固定してアークを移動させることが多いから、
検出器を溶接トーチと裏面で連動させるか、溶接線に沿
って予め取付けた長い検出プローブを用いなければなら
ないため極めて面倒である。また、裏当ての存在も裏面
側での計測を都合悪くする。
本発明は、上記事情に鑑みて創案されたもので、その目
的とするところは、被接触検出した被溶接材の開先の位
置および形状に基づいて溶接トーチの進路と溶接条件と
を決定し、トーチの駆動やワイヤの送給の他、溶接電流
やアーク電圧を制御し、良好な溶接を実現した溶接制御
装置を提供することにある。
的とするところは、被接触検出した被溶接材の開先の位
置および形状に基づいて溶接トーチの進路と溶接条件と
を決定し、トーチの駆動やワイヤの送給の他、溶接電流
やアーク電圧を制御し、良好な溶接を実現した溶接制御
装置を提供することにある。
上記目的を達成するため本発明は、溶接トーチの前方に
例えば凹面圧電振動子による近接超音波センサーを設
け、溶接線と直行する方向に前記センサーを移動させ
て、超音波が送波されて開先に当って反射されて受波さ
れるまでの時間をカウントして距離を割出すことによ
り、開先の位置と形状を検知して溶接トーチの進路と溶
接条件とを決定し、トーチ駆動装置を制御して溶接線に
倣わせる一方、添加ワイヤ送給装置や電流および電圧制
御装置の駆動制御を行う。また、溶接トーチの後方等に
近接超音波センサーを設けたものでは、溶接ビードの形
状や溶込み深さを検出し、溶接欠陥の判定や溶接条件の
フィードバック制御を行う。
例えば凹面圧電振動子による近接超音波センサーを設
け、溶接線と直行する方向に前記センサーを移動させ
て、超音波が送波されて開先に当って反射されて受波さ
れるまでの時間をカウントして距離を割出すことによ
り、開先の位置と形状を検知して溶接トーチの進路と溶
接条件とを決定し、トーチ駆動装置を制御して溶接線に
倣わせる一方、添加ワイヤ送給装置や電流および電圧制
御装置の駆動制御を行う。また、溶接トーチの後方等に
近接超音波センサーを設けたものでは、溶接ビードの形
状や溶込み深さを検出し、溶接欠陥の判定や溶接条件の
フィードバック制御を行う。
以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
尚実施例にあっては非溶極式のTIG溶接を示すが、こ
れに限定されず溶極式のMIG溶接やMAG溶接にも適
用し得るものである。
尚実施例にあっては非溶極式のTIG溶接を示すが、こ
れに限定されず溶極式のMIG溶接やMAG溶接にも適
用し得るものである。
第1図は本発明の一実施例に係る溶接制御装置の主要部
の配置を示す側面図であり、母材1が作業台2上に置か
れている。母材1は第1図の左右方向に沿って図示しな
い溶接線が設けられ、矢印方向に進行する。そして母材
1上方に臨む溶接トーチ3に対しては、前方からワイヤ
リール4にコイル状に巻かれた溶加ワイヤ5を溶加ワイ
ヤ送給装置6によってコンジェットチューブ7を通して
送給するようにしている。また、溶接トーチ3の前方と
後方には2個ずつ対をなす凹面圧電振動子からなる近接
超音波センサー8を配設している。これら超音波センサ
ー8はトーチ3からそれぞれ3〜10cm離れ、また1.
1MHzでは母材から0.5〜16cm離れた位置に設け
るとともに、前方センサー8と溶接トーチ3との距離が
後方センサー8と溶接トーチ3との距離よりも大きくな
るようにする。尚、超音波センサー8を前方及び後方に
2個ずつ配設したのは溶接線の90゜屈曲などが左右に
ある場合にチューブやケーブル16との干渉を避けるた
めであり、これ以外については前後各1個ずつ配設して
もよい。
の配置を示す側面図であり、母材1が作業台2上に置か
れている。母材1は第1図の左右方向に沿って図示しな
い溶接線が設けられ、矢印方向に進行する。そして母材
1上方に臨む溶接トーチ3に対しては、前方からワイヤ
リール4にコイル状に巻かれた溶加ワイヤ5を溶加ワイ
ヤ送給装置6によってコンジェットチューブ7を通して
送給するようにしている。また、溶接トーチ3の前方と
後方には2個ずつ対をなす凹面圧電振動子からなる近接
超音波センサー8を配設している。これら超音波センサ
ー8はトーチ3からそれぞれ3〜10cm離れ、また1.
1MHzでは母材から0.5〜16cm離れた位置に設け
るとともに、前方センサー8と溶接トーチ3との距離が
後方センサー8と溶接トーチ3との距離よりも大きくな
るようにする。尚、超音波センサー8を前方及び後方に
2個ずつ配設したのは溶接線の90゜屈曲などが左右に
ある場合にチューブやケーブル16との干渉を避けるた
めであり、これ以外については前後各1個ずつ配設して
もよい。
そして、前後の各センサー8,8は支持アーム11を介
してセンサー移動装置10に取付けられ、このセンサー
移動装置10は台車9に取付けたモータで90゜以上の
旋回と上下方向及び旋回アームと直交(水平方向に直交
する2軸でもよい)方向に動かされる。
してセンサー移動装置10に取付けられ、このセンサー
移動装置10は台車9に取付けたモータで90゜以上の
旋回と上下方向及び旋回アームと直交(水平方向に直交
する2軸でもよい)方向に動かされる。
また、後方の超音波センサー8には前方に向って温度セ
ンサー12が設けられ、溶接トーチ3は支持アーム11
を介してトーチ移動装置13は図示しないモータにより
上下方向及び紙面垂直方向に移動する。溶加ワイヤ5は
その先端がトーチ3が作るアーク内に臨むようにコンジ
ェットチューブ7を貫通し、このコンジェットチューブ
7は支持アーム11を介して図示しないモータで駆動さ
れて上下方向に動くとともに、トーチ3の周囲を矢印の
進行方向から左右に90゜ずつ円弧を描いて動く移動装
置14に連結されている。また、トーチ3は制御装置1
5にパワーケーブル、シールドガスホース、冷却水ホー
スを含む接続ケーブル16によって接続され、制御装置
15と台車9とは制御ケーブル17によって接続され、
制御装置15と作業台2とはパワーケーブル18で結ば
れ、制御装置15と溶接用電源19とは制御用ケーブル
17とパワーケーブル18で結ばれ、更に前記台車9は
サイドビーム20に沿って走行する。
ンサー12が設けられ、溶接トーチ3は支持アーム11
を介してトーチ移動装置13は図示しないモータにより
上下方向及び紙面垂直方向に移動する。溶加ワイヤ5は
その先端がトーチ3が作るアーク内に臨むようにコンジ
ェットチューブ7を貫通し、このコンジェットチューブ
7は支持アーム11を介して図示しないモータで駆動さ
れて上下方向に動くとともに、トーチ3の周囲を矢印の
進行方向から左右に90゜ずつ円弧を描いて動く移動装
置14に連結されている。また、トーチ3は制御装置1
5にパワーケーブル、シールドガスホース、冷却水ホー
スを含む接続ケーブル16によって接続され、制御装置
15と台車9とは制御ケーブル17によって接続され、
制御装置15と作業台2とはパワーケーブル18で結ば
れ、制御装置15と溶接用電源19とは制御用ケーブル
17とパワーケーブル18で結ばれ、更に前記台車9は
サイドビーム20に沿って走行する。
次に、本発明の一実施例である計測と制御に関する信号
の処理を第2図のブロック図に基づいて説明する。
の処理を第2図のブロック図に基づいて説明する。
本発明にあっては以下の信号をデータ収集ユニット24
に入力する。前方と後方の近距離超音波センサー8か
らの信号、温度センサー12からの信号、後述する
電流Iと電圧Vの制御装置より負荷側に設置された溶接
電流の電流センサー21からの信号、アーク電圧の電
圧センサー22からの信号、トーチ3の前後の移動装
置10とトーチ移動装置13の上下方向と水平方向(溶
接線に垂直な方向)の位置を測定する磁気格子方式など
のスケールからの信号、センサー移動装置10の旋回
角の位置を例えばアブソリュートエンコーダによりデジ
タル的に検出する位置センサー23からの信号、溶加
ワイヤ5の先端位置を調節するための移動装置14の上
下方向の位置を検出する磁気格子方式のスケールからの
信号、トーチ3の周囲の旋回角(180゜以内)の位
置をアブソリュートエンコーダでデジタル的に検出する
位置センサー23からの信号、ビーム20の方向とこ
れに垂直方向の2台の交流サーボモータからなる台車走
行用モータ25と1台の交流サーボモータからなる溶加
ワイヤ5の送給用モータ26にそれぞれ直結されたブラ
シレスレゾルバ27からの信号。
に入力する。前方と後方の近距離超音波センサー8か
らの信号、温度センサー12からの信号、後述する
電流Iと電圧Vの制御装置より負荷側に設置された溶接
電流の電流センサー21からの信号、アーク電圧の電
圧センサー22からの信号、トーチ3の前後の移動装
置10とトーチ移動装置13の上下方向と水平方向(溶
接線に垂直な方向)の位置を測定する磁気格子方式など
のスケールからの信号、センサー移動装置10の旋回
角の位置を例えばアブソリュートエンコーダによりデジ
タル的に検出する位置センサー23からの信号、溶加
ワイヤ5の先端位置を調節するための移動装置14の上
下方向の位置を検出する磁気格子方式のスケールからの
信号、トーチ3の周囲の旋回角(180゜以内)の位
置をアブソリュートエンコーダでデジタル的に検出する
位置センサー23からの信号、ビーム20の方向とこ
れに垂直方向の2台の交流サーボモータからなる台車走
行用モータ25と1台の交流サーボモータからなる溶加
ワイヤ5の送給用モータ26にそれぞれ直結されたブラ
シレスレゾルバ27からの信号。
そして、このデータ収集ユニット24はマルチプレクサ
回路、サンプル・アンド・ホールド回路、アナログ・デ
ジタル・コンバータ回路、3ステート・バッファ回路、
クロック・カウント回路などからなり、デジタル化され
た信号が3ステート・バッファ回路を通して16ビット
又は32ビットのマイクロプロセッサとこの周辺回路か
らなる回路28に伝えられる。また、マイクロプロセッ
サ回路28とこれに接続されたメモリ29(外部メモリ
も含む)とはデータの入力と出力の双方ができるように
なっており、マイクロプロセッサ回路28から台車走行
用モータ25と溶加ワイヤ送給用モータ26に出される
指令値は、デジタル・アナログ・コンバータ30によっ
てアナログ量に変換されてからモータドライブユニット
31に伝えられ、このモータドライブユニット31でモ
ータ25,26を駆動するのに必要なパワーに変換した
後、各モータ25,26に入力される。
回路、サンプル・アンド・ホールド回路、アナログ・デ
ジタル・コンバータ回路、3ステート・バッファ回路、
クロック・カウント回路などからなり、デジタル化され
た信号が3ステート・バッファ回路を通して16ビット
又は32ビットのマイクロプロセッサとこの周辺回路か
らなる回路28に伝えられる。また、マイクロプロセッ
サ回路28とこれに接続されたメモリ29(外部メモリ
も含む)とはデータの入力と出力の双方ができるように
なっており、マイクロプロセッサ回路28から台車走行
用モータ25と溶加ワイヤ送給用モータ26に出される
指令値は、デジタル・アナログ・コンバータ30によっ
てアナログ量に変換されてからモータドライブユニット
31に伝えられ、このモータドライブユニット31でモ
ータ25,26を駆動するのに必要なパワーに変換した
後、各モータ25,26に入力される。
更に、ビード外観の検知から溶接条件としての溶接電流
やアーク電圧を制御するためにパワーケーブルに接続さ
れた電流制御装置32と電圧制御装置33へマイクロプ
ロセッサ回路28から指令値を出力する。また、データ
収集ユニット24、マイクロプロセッサ回路28、メモ
リ29、デジタル・アナログ・コンバータ30、ドライ
ブユニット31、電流制御装置32及び電圧制御装置3
3は制御装置15内に納められている。
やアーク電圧を制御するためにパワーケーブルに接続さ
れた電流制御装置32と電圧制御装置33へマイクロプ
ロセッサ回路28から指令値を出力する。また、データ
収集ユニット24、マイクロプロセッサ回路28、メモ
リ29、デジタル・アナログ・コンバータ30、ドライ
ブユニット31、電流制御装置32及び電圧制御装置3
3は制御装置15内に納められている。
次に上記の如き構成からなる溶接制御装置の作用を述べ
る。
る。
先ず第3図に示すように、溶接トーチ3の前方に設置し
た溶接線の倣い制御のための検出器である超音波センサ
ー8がセンサー移動装置10の旋回動作で開先の幅が最
小になる位置を探し、溶接線と直交するように移動して
開先の始点34から終点35までの全範囲を主として水
平方向の運動により網羅する。ここで超音波センサー8
は凹面型の圧電セラミック振動子を使用しているので、
超音波ビームの集束ができるように送波するため、直径
0.5mm程度までの微小物体の検出ができる。また超音
波センサー8は振動子の正面側に大きい音響インピーダ
ンスと小さい音響インピーダンスを持つ2層の音響整合
層を設け、送波する周波数、例えば1.1MHzの挿入
損失を35dBと小さくし、0.8MHzでは46dB
と大きくして、送波周波数を中心とする反射超音波信号
を選択的に効率よく受波する。一方、空気の超音波吸収
ビームの拡散による減衰などを考慮しても、1.1MH
zでは計測可能距離は約0.5〜16cmであるので、開
先における母材1のルート部までの距離の測定に十分使
用できる。そして、距離の測定は、t℃での空気中の音
速が331.7+0.6t(m/s)であるから、第5
図のメインプログラムMに呼出されたサブプログラムS
1により、送波してから反射波を受波するまでの時間
(計測可能範囲は1mS以内となる)のクロックパルス
をデータ収集ユニット24のカウント回路で数えたパル
ス数の半分にパルス間隔時間と音速を掛けて行う。ここ
で、パルスTIG溶接などで使う高周波パルスの周波数
は50KMz付近であるから、溶接アークが発生する騒
音の影響を受けにくい。
た溶接線の倣い制御のための検出器である超音波センサ
ー8がセンサー移動装置10の旋回動作で開先の幅が最
小になる位置を探し、溶接線と直交するように移動して
開先の始点34から終点35までの全範囲を主として水
平方向の運動により網羅する。ここで超音波センサー8
は凹面型の圧電セラミック振動子を使用しているので、
超音波ビームの集束ができるように送波するため、直径
0.5mm程度までの微小物体の検出ができる。また超音
波センサー8は振動子の正面側に大きい音響インピーダ
ンスと小さい音響インピーダンスを持つ2層の音響整合
層を設け、送波する周波数、例えば1.1MHzの挿入
損失を35dBと小さくし、0.8MHzでは46dB
と大きくして、送波周波数を中心とする反射超音波信号
を選択的に効率よく受波する。一方、空気の超音波吸収
ビームの拡散による減衰などを考慮しても、1.1MH
zでは計測可能距離は約0.5〜16cmであるので、開
先における母材1のルート部までの距離の測定に十分使
用できる。そして、距離の測定は、t℃での空気中の音
速が331.7+0.6t(m/s)であるから、第5
図のメインプログラムMに呼出されたサブプログラムS
1により、送波してから反射波を受波するまでの時間
(計測可能範囲は1mS以内となる)のクロックパルス
をデータ収集ユニット24のカウント回路で数えたパル
ス数の半分にパルス間隔時間と音速を掛けて行う。ここ
で、パルスTIG溶接などで使う高周波パルスの周波数
は50KMz付近であるから、溶接アークが発生する騒
音の影響を受けにくい。
また、開先中央近辺の深さを正確に知りたい場合には、
超音波ビームの焦点距離で反射する場合の受波時間を計
測しておき、この時間に相当する上下方向位置まで超音
波センサー8をセンサー移動装置10で上下移動させ
て、マイクロプロセッサ回路28にてプログラムS1に
より位置センサー23で検知した移動量とデータ収集ユ
ニット24でカウントしたパルス数から得た距離を加え
れば求められる。
超音波ビームの焦点距離で反射する場合の受波時間を計
測しておき、この時間に相当する上下方向位置まで超音
波センサー8をセンサー移動装置10で上下移動させ
て、マイクロプロセッサ回路28にてプログラムS1に
より位置センサー23で検知した移動量とデータ収集ユ
ニット24でカウントしたパルス数から得た距離を加え
れば求められる。
一方、開先の始点34及び終点35或はこれらの中央な
どにおける超音波センサー8に対する水平方向の位置は
センサー移動装置10に接続された位置センサー23に
より距離と方向のデジタル量として得られるからデータ
収集ユニット24でサンプリングしてマイクロプロセッ
サ回路28へ送られ、サブプログラムS2で開先の水平
方向のx,y座標値とされ、この値と共に開先部(始点
34と終点35の間)にて母材1までの上下方向の距離
が上下方向の位置座標zの基準点36を基準にした数値
に変換されたメモリ29にストアされる。ここで基準点
36は後方の超音波センサー8及び溶接トーチ3と共に
溶接作業の出発位置における母材1の表側平面を選んで
いる。
どにおける超音波センサー8に対する水平方向の位置は
センサー移動装置10に接続された位置センサー23に
より距離と方向のデジタル量として得られるからデータ
収集ユニット24でサンプリングしてマイクロプロセッ
サ回路28へ送られ、サブプログラムS2で開先の水平
方向のx,y座標値とされ、この値と共に開先部(始点
34と終点35の間)にて母材1までの上下方向の距離
が上下方向の位置座標zの基準点36を基準にした数値
に変換されたメモリ29にストアされる。ここで基準点
36は後方の超音波センサー8及び溶接トーチ3と共に
溶接作業の出発位置における母材1の表側平面を選んで
いる。
また、溶接作業の進行につれ、メモリ29から読出され
たサブプログラムS3により溶接トーチ3が接近すべき
場所の水平及び上下方向の座標値が順次設定されて、サ
ブプログラムS6,S10によりマイクロプロセッサ回
路28で溶接トーチ3を溶接に最適な位置に導く指令値
に変換されて、デジタル・アナログ・コンバータ30を
通じて台車走行用モータ25へ、同時にマイクロプロセ
ッサ回路28からトーチ移動装置13へも指令値が伝え
られ、2台のモータ25がビーム20に沿った方向及び
これと垂直な方向に駆動し、トーチ移動装置13のモー
タが上下方向及び紙面垂直方向に駆動し、更に溶接トー
チ3の進行方向が変化する時には、移動装置14にもマ
イクロプロセッサ回路28から指令値が出されて、溶加
ワイヤ5がトーチ3の進行方向の前方に来るように移動
装置14のモータが駆動し、溶接トーチ3が所定の位置
へ移動する。
たサブプログラムS3により溶接トーチ3が接近すべき
場所の水平及び上下方向の座標値が順次設定されて、サ
ブプログラムS6,S10によりマイクロプロセッサ回
路28で溶接トーチ3を溶接に最適な位置に導く指令値
に変換されて、デジタル・アナログ・コンバータ30を
通じて台車走行用モータ25へ、同時にマイクロプロセ
ッサ回路28からトーチ移動装置13へも指令値が伝え
られ、2台のモータ25がビーム20に沿った方向及び
これと垂直な方向に駆動し、トーチ移動装置13のモー
タが上下方向及び紙面垂直方向に駆動し、更に溶接トー
チ3の進行方向が変化する時には、移動装置14にもマ
イクロプロセッサ回路28から指令値が出されて、溶加
ワイヤ5がトーチ3の進行方向の前方に来るように移動
装置14のモータが駆動し、溶接トーチ3が所定の位置
へ移動する。
また、超音波センサー8における超音波の反射位置が第
3図の母材1の水平な表側平面を移動して、開先始点3
4に達すると、母材1の水平面からの反射波38が半減
し、斜面からの反射波39が増加して、反射波38の受
波信号レベルが半分となり、反射波39によって受信期
間が長くなる。そして、反射位置が開先の斜面に完全に
移ると、受波信号レベルが反射波39のレベルになり、
受信期間が長くなり、送波してから受波するまでの時間
が長くなることから開先始点34の位置を正確に知るこ
とができる。つまり、超音波センサー8からデータ収集
ユニット24に受波信号が伝えられると、マルチプレク
サ回路によるチャンネル切替で、ユニット24に取込ん
でサンプル・アンド・ホールド回路によってサンプリン
グ後ホールドされる。そしてホールド期間中にアナログ
・デジタル変換がなされ、デジタル量になってから3ス
テートバッファを通してマイクロプロセッサ回路28に
渡され、回路28で受波信レベルとして取扱う。
3図の母材1の水平な表側平面を移動して、開先始点3
4に達すると、母材1の水平面からの反射波38が半減
し、斜面からの反射波39が増加して、反射波38の受
波信号レベルが半分となり、反射波39によって受信期
間が長くなる。そして、反射位置が開先の斜面に完全に
移ると、受波信号レベルが反射波39のレベルになり、
受信期間が長くなり、送波してから受波するまでの時間
が長くなることから開先始点34の位置を正確に知るこ
とができる。つまり、超音波センサー8からデータ収集
ユニット24に受波信号が伝えられると、マルチプレク
サ回路によるチャンネル切替で、ユニット24に取込ん
でサンプル・アンド・ホールド回路によってサンプリン
グ後ホールドされる。そしてホールド期間中にアナログ
・デジタル変換がなされ、デジタル量になってから3ス
テートバッファを通してマイクロプロセッサ回路28に
渡され、回路28で受波信レベルとして取扱う。
また、受信期間の測定はサブプログラムS1により、前
述の距離測定のためクロックパルスをカウントして受波
時間を測定する方法が使用され、データ収集ユニット2
4のカウンタ回路で行われる。
述の距離測定のためクロックパルスをカウントして受波
時間を測定する方法が使用され、データ収集ユニット2
4のカウンタ回路で行われる。
また開先のルート部と斜面の境界37に超音波の反射位
置がある場合には、斜面からの反射波39が届いてから
しばらくたって作業台2からの反射波40が届き、反射
波39の受波信号レベルは半減し、受信期間は斜面の反
射波39よりも作業台2の反射波40の方が短くなるか
ら、ルート部に超音波センサー8が位置していることが
分る。
置がある場合には、斜面からの反射波39が届いてから
しばらくたって作業台2からの反射波40が届き、反射
波39の受波信号レベルは半減し、受信期間は斜面の反
射波39よりも作業台2の反射波40の方が短くなるか
ら、ルート部に超音波センサー8が位置していることが
分る。
以上の機能を超音波センサー8が持つからサブプログラ
ムS4により多層盛溶接ではかなり自然冷却された状態
における前回溶接部分のビード外観を単純な形状認識処
理して観察できるため、出来栄えの良否をチェックし、
トーチ3のねらい位置を正確に定めたり、有効なウイー
ビングを行えるようにして更に良い溶接結果を得るよう
に役立てられるばかりでなく、たとえ高温の状態から低
温の状態に移行する過程で発生する高温割れなどの発見
した溶接欠陥の中で、除去が必要な割れなど、本制御装
置では対処できないマイクロプロセッサ回路28に組込
まれたサブプログラムS4が判断した場合には、入出力
ユニット41へ伝達し、ユニット41の音声合成装置か
ら発する欠陥内容のアナウンスにより、付近の監視者が
欠陥発生を早期に知り、適切な対策を取ることができ
る。
ムS4により多層盛溶接ではかなり自然冷却された状態
における前回溶接部分のビード外観を単純な形状認識処
理して観察できるため、出来栄えの良否をチェックし、
トーチ3のねらい位置を正確に定めたり、有効なウイー
ビングを行えるようにして更に良い溶接結果を得るよう
に役立てられるばかりでなく、たとえ高温の状態から低
温の状態に移行する過程で発生する高温割れなどの発見
した溶接欠陥の中で、除去が必要な割れなど、本制御装
置では対処できないマイクロプロセッサ回路28に組込
まれたサブプログラムS4が判断した場合には、入出力
ユニット41へ伝達し、ユニット41の音声合成装置か
ら発する欠陥内容のアナウンスにより、付近の監視者が
欠陥発生を早期に知り、適切な対策を取ることができ
る。
また、多層盛では、溶接時の熱が少しずつ蓄積されるの
で、後方の超音波センサー8の如く温度センサー12を
取付けて、母材1の近くから前方の超音波センサー8ま
での複数点の温度計測値で補正された音速により、サブ
プログラムS1で距離の演算を行ってもよい。
で、後方の超音波センサー8の如く温度センサー12を
取付けて、母材1の近くから前方の超音波センサー8ま
での複数点の温度計測値で補正された音速により、サブ
プログラムS1で距離の演算を行ってもよい。
一方、溶接トーチ3の後方の近接超音波センサー8は、
前方の超音波センサー8と同様に、反射波を受波するま
での受波時間と受信期間をデータ収集ユニット24のカ
ウンタ回路で計測するが、大量の入熱のある溶接直後の
位置で計測しているから、後方の超音波センサー8の近
傍に取付けられた温度センサー12によって、母材1の
すぐ上から超音波センサー8までの複数の位置の温度計
測が行われて、デジタル信号に変換された後、回路28
に伝達され、サブプログラムS1によりこれらの温度で
補正された音速によって反射位置までの距離の演算が行
われる。従って、焦点距離にある絞ったビームがビード
表面に連結されるように当てられると、例えば直径0.
5mm毎の位置情報のつながりが得られるので、これから
ビード断面の外側形状を知ることができる。通常焦点が
作る円周が外接するような間隔で調べるが、止端部付近
などを特に精度良く調べるには、前の焦点が作った円弧
の中心に次の焦点が作る円周が来るように重ねて行く。
サブプログラムS4により溶接直後の一断面のビード外
観情報から第4図のように左右の止端部の座標(xl,
yl,zl)(xr,yr,zr)と余盛がビード側に
延長した母材1の表側平面となす左右の接線角度θl,
θr及びビード中央部の余盛hを抽出し、メモリ29に
ストアする。これよりアンダカットやオーバラップ、余
盛過大、余盛不足、溶落ち、分離ビードなどが発見でき
る。更にメモリ29にストアされた複数の隣接断面の情
報を読出して現在位置の断面情報と溶接線の方向に接続
してビード幅全体について調査すれば、融合不良、ハン
ピングビードや割れなどの欠陥を発見できる。
前方の超音波センサー8と同様に、反射波を受波するま
での受波時間と受信期間をデータ収集ユニット24のカ
ウンタ回路で計測するが、大量の入熱のある溶接直後の
位置で計測しているから、後方の超音波センサー8の近
傍に取付けられた温度センサー12によって、母材1の
すぐ上から超音波センサー8までの複数の位置の温度計
測が行われて、デジタル信号に変換された後、回路28
に伝達され、サブプログラムS1によりこれらの温度で
補正された音速によって反射位置までの距離の演算が行
われる。従って、焦点距離にある絞ったビームがビード
表面に連結されるように当てられると、例えば直径0.
5mm毎の位置情報のつながりが得られるので、これから
ビード断面の外側形状を知ることができる。通常焦点が
作る円周が外接するような間隔で調べるが、止端部付近
などを特に精度良く調べるには、前の焦点が作った円弧
の中心に次の焦点が作る円周が来るように重ねて行く。
サブプログラムS4により溶接直後の一断面のビード外
観情報から第4図のように左右の止端部の座標(xl,
yl,zl)(xr,yr,zr)と余盛がビード側に
延長した母材1の表側平面となす左右の接線角度θl,
θr及びビード中央部の余盛hを抽出し、メモリ29に
ストアする。これよりアンダカットやオーバラップ、余
盛過大、余盛不足、溶落ち、分離ビードなどが発見でき
る。更にメモリ29にストアされた複数の隣接断面の情
報を読出して現在位置の断面情報と溶接線の方向に接続
してビード幅全体について調査すれば、融合不良、ハン
ピングビードや割れなどの欠陥を発見できる。
溶接欠陥の除去と再溶接が必要とマイクロプロセッサ回
路28のサブプログラムS4で判断された場合には入出
力ユニット41へ伝達され、ユニット41の音声合成装
置から発する欠陥内容のアナウンスにより、付近の監視
者へ連絡すると同時に溶接作業を停止し、再溶接の準備
が終るまで待機する。しかし、正常な場合や、作業中止
再溶接の必要がないとマイクロプロセッサ回路28のプ
ログラムS4で判断した場合には、アーク電圧V、溶接
電流I、溶接速度v、溶加ワイヤ送給速度Wなどの溶接
条件が制御されて正常なビードが形成され溶接欠陥のな
い作業が行われる。
路28のサブプログラムS4で判断された場合には入出
力ユニット41へ伝達され、ユニット41の音声合成装
置から発する欠陥内容のアナウンスにより、付近の監視
者へ連絡すると同時に溶接作業を停止し、再溶接の準備
が終るまで待機する。しかし、正常な場合や、作業中止
再溶接の必要がないとマイクロプロセッサ回路28のプ
ログラムS4で判断した場合には、アーク電圧V、溶接
電流I、溶接速度v、溶加ワイヤ送給速度Wなどの溶接
条件が制御されて正常なビードが形成され溶接欠陥のな
い作業が行われる。
すなわち、この中で、溶加ワイヤ送給装置6はオープン
ループ回路で構成されて、アーク始動時から溶接終了間
際のクレータ処理に移るまで溶接姿勢などを通常電流I
などの入熱条件とワイヤサイズできめたワイヤ送給速度
W=3m/min以下のほぼ一定速度で送給して、クレー
タ処理に移ると電流制御装置32によるクレータフィラ
電流調整が行われてから溶加ワイヤ5を幾分多めに送給
してから送給停止するというシーケンス制御がマイクロ
プロセッサ回路28のサブプログラムS5で行われる。
ループ回路で構成されて、アーク始動時から溶接終了間
際のクレータ処理に移るまで溶接姿勢などを通常電流I
などの入熱条件とワイヤサイズできめたワイヤ送給速度
W=3m/min以下のほぼ一定速度で送給して、クレー
タ処理に移ると電流制御装置32によるクレータフィラ
電流調整が行われてから溶加ワイヤ5を幾分多めに送給
してから送給停止するというシーケンス制御がマイクロ
プロセッサ回路28のサブプログラムS5で行われる。
溶接トーチ3の下端から突出した電極42の先端から母
材1の表面までの間には溶接アークが形成され、この距
離、すなわち、アーク長Lは、電極42と溶接池との短
絡がなく、かつ充分な溶込みが得られるような最適の長
さがマイクロプロセッサ回路28のサブプログラムS6
により選定されて、電極42の直径やシールドガスの種
類なども考慮しアーク長Lに対する基準アーク電圧Vs
が電圧制御装置33よりも負荷側に設けられたパワーケ
ーブルの電圧センサー22の位置にて設定される。
材1の表面までの間には溶接アークが形成され、この距
離、すなわち、アーク長Lは、電極42と溶接池との短
絡がなく、かつ充分な溶込みが得られるような最適の長
さがマイクロプロセッサ回路28のサブプログラムS6
により選定されて、電極42の直径やシールドガスの種
類なども考慮しアーク長Lに対する基準アーク電圧Vs
が電圧制御装置33よりも負荷側に設けられたパワーケ
ーブルの電圧センサー22の位置にて設定される。
そこで、溶接電源19を電圧Vと電流Iが垂下特性をも
つように構成して、マイクロプロセッサ回路28とトー
チ移動装置13、電圧制御装置33と電圧センサー2
2、データ収集ユニット24、トーチ移動装置13の位
置センサー23によって閉ループ系を形成させ、時刻t
における入力変数をアーク電圧V(t)、出力変数をア
ーク長L(t)、状態変数をトーチ移動装置13の上下
方向に駆動する図示されないモータのエネルギに関する
諸元などを選び、これを状態ベクトルxa(t)、Aa
をアーク長Lのシステム行列、Baを制御行列、Ca T
を出力行列として、対{Aa,Ba}を可制御に構成で
きる。ここに、フィードバックゲインをfa、スカラの
定数をgaとすると、V(t)=fa Txa(t)+g
aVs(t)という制御則により状態フィードバックを
施した連続系から安定性を考慮した離散値系に変換して
マイクロプロセッサ回路28をサンプリング周期Taで
動作させると希望する極配置をしたデジタル制御系が構
成できるから、入力が未飽和の範囲で有限時間整定応答
制御を行わせることができる。また、サブプログラムS
11でサブプログラムS6を置換して予想される条件の
範囲でアーク長Lの誤差を評価関数Jaに組込んでJa
を最小にするようなサンプリング周期Taをもつ最適レ
ギュレータを構成できる。
つように構成して、マイクロプロセッサ回路28とトー
チ移動装置13、電圧制御装置33と電圧センサー2
2、データ収集ユニット24、トーチ移動装置13の位
置センサー23によって閉ループ系を形成させ、時刻t
における入力変数をアーク電圧V(t)、出力変数をア
ーク長L(t)、状態変数をトーチ移動装置13の上下
方向に駆動する図示されないモータのエネルギに関する
諸元などを選び、これを状態ベクトルxa(t)、Aa
をアーク長Lのシステム行列、Baを制御行列、Ca T
を出力行列として、対{Aa,Ba}を可制御に構成で
きる。ここに、フィードバックゲインをfa、スカラの
定数をgaとすると、V(t)=fa Txa(t)+g
aVs(t)という制御則により状態フィードバックを
施した連続系から安定性を考慮した離散値系に変換して
マイクロプロセッサ回路28をサンプリング周期Taで
動作させると希望する極配置をしたデジタル制御系が構
成できるから、入力が未飽和の範囲で有限時間整定応答
制御を行わせることができる。また、サブプログラムS
11でサブプログラムS6を置換して予想される条件の
範囲でアーク長Lの誤差を評価関数Jaに組込んでJa
を最小にするようなサンプリング周期Taをもつ最適レ
ギュレータを構成できる。
次に、溶接電流Iは板厚や母材の種類、開先形状と寸法
などの溶接条件に最も適した値がマイクロプロセッサ回
路28のサブプログラムS6により選定され、多少の影
響をアーク電圧Vに与える。同様に予知されている溶接
電流Iに対する正常ビード形成範囲にあって希望する溶
込み深さの得られる溶接速度vが選定される。
などの溶接条件に最も適した値がマイクロプロセッサ回
路28のサブプログラムS6により選定され、多少の影
響をアーク電圧Vに与える。同様に予知されている溶接
電流Iに対する正常ビード形成範囲にあって希望する溶
込み深さの得られる溶接速度vが選定される。
時刻tにおけるアーク電圧をV(t)、溶接電流をI
(t)、溶接速度をv(t)、入熱条件をN(t)、比
例定数をCNとすればN(t)=CNV(t)I(t)
v(t)の関係があり、I(t)は電流制御装置32よ
りも負荷側のパワーケーブル位置で電流センサー21に
より測定された値である。ここで溶接速度v(t)は2
つの台車走行用モータ25につけられたブラシレスレゾ
ルバ27のアナログ信号をユニット24でデジタル化し
てカウント後マイクロプロセッサ回路28へ送ると共
に、トーチ移動装置13の位置センサー23からのデジ
タル信号をデータ収集ユニット24でカウントして伝え
られたマイクロプロセッサ回路28にてサブプログラム
S8により毎秒当りの移動距離として計算すれば得られ
る。
(t)、溶接速度をv(t)、入熱条件をN(t)、比
例定数をCNとすればN(t)=CNV(t)I(t)
v(t)の関係があり、I(t)は電流制御装置32よ
りも負荷側のパワーケーブル位置で電流センサー21に
より測定された値である。ここで溶接速度v(t)は2
つの台車走行用モータ25につけられたブラシレスレゾ
ルバ27のアナログ信号をユニット24でデジタル化し
てカウント後マイクロプロセッサ回路28へ送ると共
に、トーチ移動装置13の位置センサー23からのデジ
タル信号をデータ収集ユニット24でカウントして伝え
られたマイクロプロセッサ回路28にてサブプログラム
S8により毎秒当りの移動距離として計算すれば得られ
る。
この他に、入熱条件N(t)から理論値を実験値で補正
した推定サブプログラムS9により溶込み深さD
(t)、溶込み断面積A(t)を推定し、可否をチェッ
ク後、否の場合はI(t)かv(t)または双方を修正
する。そこで、マイクロプロセッサ回路28と、2台の
モータ25とブラシレスレゾルバ27、トーチ移動装置
13とその位置センサー23、電流と電圧の制御装置3
2と33、電流センサー21と電圧センサー22、コン
バータ30とモータドライブユニット31、近接超音波
センサー8、データ収集ユニット24で閉ループシステ
ムを構成させる。
した推定サブプログラムS9により溶込み深さD
(t)、溶込み断面積A(t)を推定し、可否をチェッ
ク後、否の場合はI(t)かv(t)または双方を修正
する。そこで、マイクロプロセッサ回路28と、2台の
モータ25とブラシレスレゾルバ27、トーチ移動装置
13とその位置センサー23、電流と電圧の制御装置3
2と33、電流センサー21と電圧センサー22、コン
バータ30とモータドライブユニット31、近接超音波
センサー8、データ収集ユニット24で閉ループシステ
ムを構成させる。
サンプリング周期TをT>Taに選び、I(t)V
(t)、v(t)を入力変数とし、ビード幅B(t)、
余盛h(t)、接線角度θ(t)の3つを出力変数と
し、台車走行用モータ25とトーチ移動装置13の水平
・上下方向の駆動する図示されないモータのエネルギに
関する諸元、並びに装置32と33による入熱と熱伝導
に関する諸元などを状態変数ベクトルx(t)、CT=
[C0C1…Cn−1]を出力行列、Aをシステム行
列、bを制御行列、トーチ2の位置と後側超音波センサ
ー8の間の距離に相当する計測のむだ時間tをもち、サ
ンプリング周期で動作し、可制御のため状態フィードバ
ックにより希望する極配置をしてηi=min{j|Ci
Aj−1b≠0}により|[CiAηi−1b]|≠0
という条件から非干渉化をしたデジタル制御系を構成し
てマイクロプロセッサ回路28のサブプログラムS10
により制御させる。そのため、入力が未飽和の範囲内で
のI(t)、V(t)及びv(t)による有限時間整定
応答が行われ、ビード幅B(t)は前記座標値(xl、
yl、zl)と(xr、yr、zr)から、接線角度θ
(t)は前記θlとθrから得られる。
(t)、v(t)を入力変数とし、ビード幅B(t)、
余盛h(t)、接線角度θ(t)の3つを出力変数と
し、台車走行用モータ25とトーチ移動装置13の水平
・上下方向の駆動する図示されないモータのエネルギに
関する諸元、並びに装置32と33による入熱と熱伝導
に関する諸元などを状態変数ベクトルx(t)、CT=
[C0C1…Cn−1]を出力行列、Aをシステム行
列、bを制御行列、トーチ2の位置と後側超音波センサ
ー8の間の距離に相当する計測のむだ時間tをもち、サ
ンプリング周期で動作し、可制御のため状態フィードバ
ックにより希望する極配置をしてηi=min{j|Ci
Aj−1b≠0}により|[CiAηi−1b]|≠0
という条件から非干渉化をしたデジタル制御系を構成し
てマイクロプロセッサ回路28のサブプログラムS10
により制御させる。そのため、入力が未飽和の範囲内で
のI(t)、V(t)及びv(t)による有限時間整定
応答が行われ、ビード幅B(t)は前記座標値(xl、
yl、zl)と(xr、yr、zr)から、接線角度θ
(t)は前記θlとθrから得られる。
また、入力変数をI(t)、v(t)、V(t)とし、
出力変数をB(t)、h(t)、θ(t)、L(t)、
溶込み深さD(t)、溶込み断面積Ar(t)とし、直
接測定できるL(t)を除くすべての出力を状態変数ベ
クトルxs(t)へ含めて、可制御でかつ可観測なシス
テムとして、入力と測定出力L(t)とからB(t)、
h(t)、θ(t)、D(t)、A(t)などのそのま
ま又はむだ時間なしには直接測定できない状態変数を再
現するオブザーバ及び直接測定できる状態変数とオブザ
ーバを利用した状態推定ベクトル (t)のフィードバックによりかつ非干渉化をはかった
入力の未飽和範囲内での有限時間整定応答をサンプリン
グ周期Tのデジタル制御系となるように、サブプログラ
ムS12をマイクロプロセッサ回路28に組込んで、サ
ブプログラムS7とS10を置換して制御でき、後方の
超音波センサー8を除去しても可能である。勿論、後方
センサー8を取付けていれば計測時点kTで状態推定値 の修正もできる。
出力変数をB(t)、h(t)、θ(t)、L(t)、
溶込み深さD(t)、溶込み断面積Ar(t)とし、直
接測定できるL(t)を除くすべての出力を状態変数ベ
クトルxs(t)へ含めて、可制御でかつ可観測なシス
テムとして、入力と測定出力L(t)とからB(t)、
h(t)、θ(t)、D(t)、A(t)などのそのま
ま又はむだ時間なしには直接測定できない状態変数を再
現するオブザーバ及び直接測定できる状態変数とオブザ
ーバを利用した状態推定ベクトル (t)のフィードバックによりかつ非干渉化をはかった
入力の未飽和範囲内での有限時間整定応答をサンプリン
グ周期Tのデジタル制御系となるように、サブプログラ
ムS12をマイクロプロセッサ回路28に組込んで、サ
ブプログラムS7とS10を置換して制御でき、後方の
超音波センサー8を除去しても可能である。勿論、後方
センサー8を取付けていれば計測時点kTで状態推定値 の修正もできる。
以上に説明した実施例によれば、アーク発生部からそれ
程へだてていない場所の溶接前後の開先とビード外観の
様子を1MHz前後の超音波センサーで調査するから、
アークの妨害を排除することができる。また、超音波の
焦点を絞るから、溶接前の開先の位置とその周辺及び開
先内の状況を正確につかんだ上で溶接トーチ3を誘導で
きるため、熱ひずみなどによる溶接線の変位を適確に把
握した上での溶接ができる。また多層盛では前回パス時
の出来具合とその後発生した溶接欠陥を検出して不良の
程度を判断して改善するように処置することができる。
程へだてていない場所の溶接前後の開先とビード外観の
様子を1MHz前後の超音波センサーで調査するから、
アークの妨害を排除することができる。また、超音波の
焦点を絞るから、溶接前の開先の位置とその周辺及び開
先内の状況を正確につかんだ上で溶接トーチ3を誘導で
きるため、熱ひずみなどによる溶接線の変位を適確に把
握した上での溶接ができる。また多層盛では前回パス時
の出来具合とその後発生した溶接欠陥を検出して不良の
程度を判断して改善するように処置することができる。
次に、溶接直後のビード外観B、h、θを調査するか
ら、多層盛では前回パスとの関係を明らかにした上での
結果を把握し、次回のパスに活用することができる。ま
た、1パスの場合を含めて、ビード外観の少しの変化が
生じても最短時間で対処できる。また、アーク長Lを一
定に保つのにも、僅かの変化に対して最短時間で修正さ
せるか、またはLの時間的変化量などの2乗を最小に出
来る。更に、ビード外観ばかりでなく、溶込み深さDと
断面積Aをオンラインで推定して変化して最短時間で対
処することもできる。したがって良好な溶接結果を比較
的安価な溶接制御装置で得られる。更に同じハード構成
のまま、状況に応じて前述以外の方法例えば適応制御な
ども含めて複数の制御方法のプログラムを用意すればそ
の中で最適のプログラムを選択して使える。
ら、多層盛では前回パスとの関係を明らかにした上での
結果を把握し、次回のパスに活用することができる。ま
た、1パスの場合を含めて、ビード外観の少しの変化が
生じても最短時間で対処できる。また、アーク長Lを一
定に保つのにも、僅かの変化に対して最短時間で修正さ
せるか、またはLの時間的変化量などの2乗を最小に出
来る。更に、ビード外観ばかりでなく、溶込み深さDと
断面積Aをオンラインで推定して変化して最短時間で対
処することもできる。したがって良好な溶接結果を比較
的安価な溶接制御装置で得られる。更に同じハード構成
のまま、状況に応じて前述以外の方法例えば適応制御な
ども含めて複数の制御方法のプログラムを用意すればそ
の中で最適のプログラムを選択して使える。
尚、第1図の実施例ではサイドビーム20の例を示した
が、図示しないレール上を走行する台車を使用しても全
く同様の作用効果が得られ、配管溶接機にも全く同様に
適用できる。また、第2図では1個のマイクロプロセッ
サ回路28を16ビット以上と説明したが、複数個の8
ビットマイクロプロセッサ回路で構成しても同様の効果
が得られる。更に、第1図では同じ焦点をもつ近接超音
波センサー8を前後でそれぞれ1ないし2個としたが、
3個以上にして開先周辺の調査をスピードアップするこ
ともできる。
が、図示しないレール上を走行する台車を使用しても全
く同様の作用効果が得られ、配管溶接機にも全く同様に
適用できる。また、第2図では1個のマイクロプロセッ
サ回路28を16ビット以上と説明したが、複数個の8
ビットマイクロプロセッサ回路で構成しても同様の効果
が得られる。更に、第1図では同じ焦点をもつ近接超音
波センサー8を前後でそれぞれ1ないし2個としたが、
3個以上にして開先周辺の調査をスピードアップするこ
ともできる。
第6図は他の一実施例の正面から見た部分図である。こ
の実施例では第1図の溶接制御装置の台車9の側面に内
部調査用センサーの水平方向移動装置43を設けて、こ
こから支持アーム11を伸ばしその先端に内部調査用セ
ンサーの上下方向移動装置44を取りつけ、前記支持ア
ーム11を紙面に向って前後及び左右に移動させる。内
部調査用センサーの上下方向移動装置44から下向きに
支持アーム11を伸ばし母材1と接触する位置に内部調
査用超音波センサーユニット45を取付ける。焦点距離
が第1図の実施例の超音波センサー8よりもやや大き
く、空気の代りに母材1の金属による音響インピーダン
スで設計された1個又はそれ以上の使用周波数1〜10
MHzの近接超音波センサー46及びセンサー46と母
材1の間にあってセンサー46に向っては円弧からなる
曲面を持ち母材1に向っては平面を盛って超音波の伝達
を助ける素子47とセンサー46、母材1との間の接触
面に揮発性の液体を供給して伝達効率を向上させる図示
されない液体供給装置、母材1の表面に接触して計測す
る温度センサー12、第7図に示すモータドライブユニ
ット31と接続され、かつ伝達素子47の曲面上でセン
サー46を移動させるモータ48と、これに用途が限定
される場合センサー46を素子47上に固定し、モータ
48とエンコーダ49は不用となる。これに機械的に直
結されたアゾソリュートエンコーダ49とからなる。こ
のエンコーダ49と温度センサー12、近接超音波セン
サー46はデータ収集ユニット24に接続される。
の実施例では第1図の溶接制御装置の台車9の側面に内
部調査用センサーの水平方向移動装置43を設けて、こ
こから支持アーム11を伸ばしその先端に内部調査用セ
ンサーの上下方向移動装置44を取りつけ、前記支持ア
ーム11を紙面に向って前後及び左右に移動させる。内
部調査用センサーの上下方向移動装置44から下向きに
支持アーム11を伸ばし母材1と接触する位置に内部調
査用超音波センサーユニット45を取付ける。焦点距離
が第1図の実施例の超音波センサー8よりもやや大き
く、空気の代りに母材1の金属による音響インピーダン
スで設計された1個又はそれ以上の使用周波数1〜10
MHzの近接超音波センサー46及びセンサー46と母
材1の間にあってセンサー46に向っては円弧からなる
曲面を持ち母材1に向っては平面を盛って超音波の伝達
を助ける素子47とセンサー46、母材1との間の接触
面に揮発性の液体を供給して伝達効率を向上させる図示
されない液体供給装置、母材1の表面に接触して計測す
る温度センサー12、第7図に示すモータドライブユニ
ット31と接続され、かつ伝達素子47の曲面上でセン
サー46を移動させるモータ48と、これに用途が限定
される場合センサー46を素子47上に固定し、モータ
48とエンコーダ49は不用となる。これに機械的に直
結されたアゾソリュートエンコーダ49とからなる。こ
のエンコーダ49と温度センサー12、近接超音波セン
サー46はデータ収集ユニット24に接続される。
第7図は第2図のメインシステムに追加するものと位置
を示すようにした制御に関する信号処理のブロック図で
ある。水平方向移動装置43は互いに直交する水平方向
移動用の2台のモータ50と2台の磁気格子方式スケー
ル51とからなり、ドライブユニット31とモータ5
0、モータ50とスケール51、スケール51とデータ
収集ユニット24が夫々接続される。上下方向移動装置
44は1台のモータ52と1台の磁気格子方式スケール
51とからなり、ドライブユニット31とモータ50、
スケール51、収集ユニット24の間が接続されてい
る。
を示すようにした制御に関する信号処理のブロック図で
ある。水平方向移動装置43は互いに直交する水平方向
移動用の2台のモータ50と2台の磁気格子方式スケー
ル51とからなり、ドライブユニット31とモータ5
0、モータ50とスケール51、スケール51とデータ
収集ユニット24が夫々接続される。上下方向移動装置
44は1台のモータ52と1台の磁気格子方式スケール
51とからなり、ドライブユニット31とモータ50、
スケール51、収集ユニット24の間が接続されてい
る。
超音波センサー46の焦点距離は一定であるから、母材
1の底面で反射した超音波が溶接作業中の溶融池53の
底面で、焦点を結び、ここで反射して戻るように受波時
間から距離を求めて移動装置43と44による位置の調
整とモータ48による超音波センサー46の角度の調整
をマイクロプロセッサ回路28にメインプログラムMに
よって呼出されたサブプログラムS13によって行われ
る。溶融池53との境界面に焦点が結ばれていない場合
には前記受波時間の他に反射点の各位置で距離が少しず
つずれるから、受波信号レベルが低く、かつ受信時間が
長いので、受波信号レベルが最も高くなり、受信期間が
最も短い位置をサブプログラムS13によって探しても
よい。
1の底面で反射した超音波が溶接作業中の溶融池53の
底面で、焦点を結び、ここで反射して戻るように受波時
間から距離を求めて移動装置43と44による位置の調
整とモータ48による超音波センサー46の角度の調整
をマイクロプロセッサ回路28にメインプログラムMに
よって呼出されたサブプログラムS13によって行われ
る。溶融池53との境界面に焦点が結ばれていない場合
には前記受波時間の他に反射点の各位置で距離が少しず
つずれるから、受波信号レベルが低く、かつ受信時間が
長いので、受波信号レベルが最も高くなり、受信期間が
最も短い位置をサブプログラムS13によって探しても
よい。
境界面で焦点を結ばせるようにセンサーユニット45の
位置が定められ、更にセンサーの水平方向移動装置43
のスケール51及びセンサーの上下方向移動装置44の
スケール51によりセンサーユニット45の座標が求め
られ、これとセンサー46の角度及び温度センサー12
による母材1中の音速の温度補正から超音波を反射して
いる境界面の座標値が得られ、境界面の座標の中でz座
標値が最小の場合を探せば溶融池53の底面の座標(x
m、ym、zm)と溶込み深さDが得られる。従って、
第5図のサブプログラムS10を動作させるのに関係し
た第2図の素子に第7図の素子を加えて閉ループシステ
ムをハード的に構成し、I(t)、V(t)、v(t)
を入力変数とし、B(t)、h(t)、θ(t)、溶込
み深さD(t)の4つの出力変数、移動に寄与するモー
タのエネルギーに関する諸元や入熱と熱伝導に関する諸
元などを状態変数ベクトルxa(t)とし、B(t)、
h(t)、θ(t)はむだ時間Tをもつ、非干渉化をは
かった上で可制御にできるから入力の未飽和範囲内で有
限時間整定応答をするような極配置をした状態フィード
バックを設け、T>Taなるサンプリング周期Tにより
離散値化したデジタル制御系をソフト的に構成し、第5
図のサブプログラムS9とS10に代ってサブプログラ
ムS14によって制御する。
位置が定められ、更にセンサーの水平方向移動装置43
のスケール51及びセンサーの上下方向移動装置44の
スケール51によりセンサーユニット45の座標が求め
られ、これとセンサー46の角度及び温度センサー12
による母材1中の音速の温度補正から超音波を反射して
いる境界面の座標値が得られ、境界面の座標の中でz座
標値が最小の場合を探せば溶融池53の底面の座標(x
m、ym、zm)と溶込み深さDが得られる。従って、
第5図のサブプログラムS10を動作させるのに関係し
た第2図の素子に第7図の素子を加えて閉ループシステ
ムをハード的に構成し、I(t)、V(t)、v(t)
を入力変数とし、B(t)、h(t)、θ(t)、溶込
み深さD(t)の4つの出力変数、移動に寄与するモー
タのエネルギーに関する諸元や入熱と熱伝導に関する諸
元などを状態変数ベクトルxa(t)とし、B(t)、
h(t)、θ(t)はむだ時間Tをもつ、非干渉化をは
かった上で可制御にできるから入力の未飽和範囲内で有
限時間整定応答をするような極配置をした状態フィード
バックを設け、T>Taなるサンプリング周期Tにより
離散値化したデジタル制御系をソフト的に構成し、第5
図のサブプログラムS9とS10に代ってサブプログラ
ムS14によって制御する。
第6、7及び8図による実施例では溶接場所の溶融池5
3の底面から溶込み深さDを作業中に直接測定してビー
ド形勢直後の外観情報と共に状態フィードバック制御に
利用しているので、即時に溶接の品質が低下しようとす
るのを防止できるため、非常に良い溶接結果を比較的安
価な溶接制御装置で得られる。
3の底面から溶込み深さDを作業中に直接測定してビー
ド形勢直後の外観情報と共に状態フィードバック制御に
利用しているので、即時に溶接の品質が低下しようとす
るのを防止できるため、非常に良い溶接結果を比較的安
価な溶接制御装置で得られる。
以上の説明から明らかなように本発明によれば、溶接ト
ーチの走行ラインの前方に設けた非接触式の開先状態検
出手段により、被溶接材の開先の位置および形状を検出
して溶接トーチの進路と溶接条件とを決定し、トーチ駆
動装置を制御して溶接線に倣わせる一方、溶加ワイヤ送
給装置や電流および電圧制御装置の駆動制御を行うよう
にしたため、比較的安価な装置で正確な溶接を実施する
ことができる。また、溶接トーチの後方等にビード形状
検出手段を設けたものでは、溶接ビードの形状や溶込み
深さを検出して溶接欠陥の判定や溶接条件のフィードバ
ック制御が行え、たとえ欠陥発生の徴候が現れても最短
時間で対処できるので、良好な溶接結果が得られる。し
かも、開先状態検出手段やビード形状検出手段として超
音波センサーを用いたものでは、光による視覚センサー
のように、アーク光の影響排除や、画像情報などのよう
に大量のデータ処理を必要としない点で安価に溶接制御
装置を製作できる。
ーチの走行ラインの前方に設けた非接触式の開先状態検
出手段により、被溶接材の開先の位置および形状を検出
して溶接トーチの進路と溶接条件とを決定し、トーチ駆
動装置を制御して溶接線に倣わせる一方、溶加ワイヤ送
給装置や電流および電圧制御装置の駆動制御を行うよう
にしたため、比較的安価な装置で正確な溶接を実施する
ことができる。また、溶接トーチの後方等にビード形状
検出手段を設けたものでは、溶接ビードの形状や溶込み
深さを検出して溶接欠陥の判定や溶接条件のフィードバ
ック制御が行え、たとえ欠陥発生の徴候が現れても最短
時間で対処できるので、良好な溶接結果が得られる。し
かも、開先状態検出手段やビード形状検出手段として超
音波センサーを用いたものでは、光による視覚センサー
のように、アーク光の影響排除や、画像情報などのよう
に大量のデータ処理を必要としない点で安価に溶接制御
装置を製作できる。
第1図は本発明の一実施例に係る溶接制御装置の側面
図、第2図は同装置における計測と制御関係の信号処理
のブロック図、第3図は同装置における超音波の反射と
受波動作に関する作用説明図、第4図は溶接金属部分の
断面図、第5図は同装置で使用されるソフトウエアのブ
ロック図、第6図は本発明の他の実施例に係る溶接制御
装置の溶込み深さ計測サブシステムの正面図、第7図は
前記溶込み深さ計測サブシステムの計測と制御に関係す
る信号処理のブロック図、第8図は前記溶込み深さ計測
サブシステムに関係するソフトウエアのブロック図であ
る。 1……母材、3……溶接トーチ、5……溶加ワイヤ、6
……溶加ワイヤ送給装置、7……コンジェットチュー
ブ、8,46……近接音波センサー、9……台車、1
0,43,44……超音波センサー移動装置、11……
支持アーム、12……温度センサー、13……トーチ移
動装置、14……コンジェットチューブ移動装置、15
……制御装置、16,17,18……ケーブル類、19
……溶接用電源、20……サイドビーム、21……電流
センサー、22……電圧センサー、23……位置センサ
ー、24……データ収集ユニット、25……台車走行用
モータ、26……溶加ワイヤ送給用モータ、27……ブ
ラシレスレゾルバ、28……マイクロプロセッサ回路、
29……メモリ、30……デジタル・アナログ・コンバ
ータ、31……モータドライブユニット、32……電流
制御装置、33……電圧制御装置、34,35……開先
始点、終点、36……出発位置上下方向基準点、38,
39,40……超音波の反射波、41……入出力ユニッ
ト、42……電極、45……内部調査用超音波センサー
ユニット、47……超音波伝達素子、48……超音波セ
ンサー曲面移動用モータ、49……アブソリュートエン
コーダ、50,52……移動装置用モータ類、51……
磁気格子方式スケール、53……溶融池。 Ar……溶込み断面積、B……ビード幅、D……溶込み
深さ、h……余盛、xr,xl,xm,yr,yl,y
m,zr,zl,zm……座標値、M……メインプログ
ラム、S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S
8,S9,S10,S11,S12,S13,S14…
…サブプログラム。
図、第2図は同装置における計測と制御関係の信号処理
のブロック図、第3図は同装置における超音波の反射と
受波動作に関する作用説明図、第4図は溶接金属部分の
断面図、第5図は同装置で使用されるソフトウエアのブ
ロック図、第6図は本発明の他の実施例に係る溶接制御
装置の溶込み深さ計測サブシステムの正面図、第7図は
前記溶込み深さ計測サブシステムの計測と制御に関係す
る信号処理のブロック図、第8図は前記溶込み深さ計測
サブシステムに関係するソフトウエアのブロック図であ
る。 1……母材、3……溶接トーチ、5……溶加ワイヤ、6
……溶加ワイヤ送給装置、7……コンジェットチュー
ブ、8,46……近接音波センサー、9……台車、1
0,43,44……超音波センサー移動装置、11……
支持アーム、12……温度センサー、13……トーチ移
動装置、14……コンジェットチューブ移動装置、15
……制御装置、16,17,18……ケーブル類、19
……溶接用電源、20……サイドビーム、21……電流
センサー、22……電圧センサー、23……位置センサ
ー、24……データ収集ユニット、25……台車走行用
モータ、26……溶加ワイヤ送給用モータ、27……ブ
ラシレスレゾルバ、28……マイクロプロセッサ回路、
29……メモリ、30……デジタル・アナログ・コンバ
ータ、31……モータドライブユニット、32……電流
制御装置、33……電圧制御装置、34,35……開先
始点、終点、36……出発位置上下方向基準点、38,
39,40……超音波の反射波、41……入出力ユニッ
ト、42……電極、45……内部調査用超音波センサー
ユニット、47……超音波伝達素子、48……超音波セ
ンサー曲面移動用モータ、49……アブソリュートエン
コーダ、50,52……移動装置用モータ類、51……
磁気格子方式スケール、53……溶融池。 Ar……溶込み断面積、B……ビード幅、D……溶込み
深さ、h……余盛、xr,xl,xm,yr,yl,y
m,zr,zl,zm……座標値、M……メインプログ
ラム、S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S
8,S9,S10,S11,S12,S13,S14…
…サブプログラム。
Claims (4)
- 【請求項1】溶接トーチの走行ラインの前方に配置さ
れ、被溶接材の開先の位置および形状を非接触検出する
超音波センサーからなる開先状態検出手段と、 前記溶接トーチを前記被溶接材に対して相対移動させる
トーチ駆動手段と、 前記溶接トーチが発生するアーク内に溶加ワイヤを送給
する溶加ワイヤ送給手段と、 溶接電流を制御する電流制御手段と、 アーク電圧を制御する電圧制御手段と、 前記開先状態検出手段により検出された開先位置情報に
基づき、前記溶接トーチの進路を決定してトーチ駆動手
段を制御するトーチ走行制御手段と、 前記開先状態検出手段により検出された開先形状情報に
基づき、溶接条件を決定する溶接条件決定手段と、 前記溶接条件決定手段により決定された溶接条件に基づ
き、前記溶加ワイヤの送給速度を決定し、前記溶加ワイ
ヤ送給手段を駆動制御するワイヤ送給制御手段と、 前記溶接条件決定手段により決定された溶接条件に基づ
き、所定の制御則により前記電流制御手段と前記電圧制
御手段とを駆動制御するアーク制御手段と を備えたことを特徴とする溶接制御装置。 - 【請求項2】溶接トーチの走行ラインの後方に配置さ
れ、形成された溶接ビードの形状を非接触検出する超音
波センサーからなるビード形状検出手段と、 前記ビード形状検出手段の検出結果に基づき、溶接欠陥
の有無を判定する溶接欠陥判定手段と を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
溶接制御装置。 - 【請求項3】前記ビード形状検出手段の検出結果に基づ
き、所定の制御則により前記ワイヤ送給制御手段と前記
アーク制御手段とをフィードバック制御する溶接条件補
正手段を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の溶接制御装置。 - 【請求項4】溶接トーチの近傍に配置され、前記被溶接
材の溶込み深さを非接触検出する超音波センサーからな
る溶込み深さ検出手段と、 前記溶込み深さ検出手段の検出結果に基づき、所定の制
御則により前記ワイヤ送給制御手段と前記アーク制御手
段とをフィードバック制御する溶接条件補正手段と を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
溶接制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60213063A JPH0647171B2 (ja) | 1985-09-26 | 1985-09-26 | 溶接制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60213063A JPH0647171B2 (ja) | 1985-09-26 | 1985-09-26 | 溶接制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6272475A JPS6272475A (ja) | 1987-04-03 |
JPH0647171B2 true JPH0647171B2 (ja) | 1994-06-22 |
Family
ID=16632915
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60213063A Expired - Lifetime JPH0647171B2 (ja) | 1985-09-26 | 1985-09-26 | 溶接制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0647171B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5188026B2 (ja) * | 2006-02-14 | 2013-04-24 | 株式会社神戸製鋼所 | 溶接方法 |
JP2008114279A (ja) * | 2006-11-07 | 2008-05-22 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | アーク溶接装置 |
JP5288541B2 (ja) * | 2008-07-25 | 2013-09-11 | 日本アビオニクス株式会社 | 溶接電源 |
JP6024283B2 (ja) * | 2012-08-22 | 2016-11-16 | Jfeスチール株式会社 | アーク溶接制御装置およびアーク溶接制御方法 |
KR102291139B1 (ko) * | 2020-03-20 | 2021-08-20 | 한국원자력연구원 | 금속들의 용접부의 방위각을 결정하는 방위각 결정 장치 및 상기 방위각 결정 장치에 의해 수행되는 방위각 결정 방법 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH067991B2 (ja) * | 1985-05-24 | 1994-02-02 | 社団法人日本造船研究協会 | 自動溶接装置 |
-
1985
- 1985-09-26 JP JP60213063A patent/JPH0647171B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6272475A (ja) | 1987-04-03 |
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