JP2010082699A - 溶接ワイヤ移送におけるエラー認識装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、溶接ワイヤの供給中に欠陥を認識するためのデバイスを提供する。
【解決手段】センサ配置部（２７）は、溶接ワイヤ（棒）（１３）のための供給張力及び供給圧力を検知するために溶接バーナー（１０）に設置されており、溶接ワイヤを供給するための駆動装置（３１）は、溶接ワイヤ（１３）の供給方向において（矢印（３０）の方向において）該センサ配置部（２７）の下流に設置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１と９の上位概念に記載されているような、溶接ワイヤ移送におけるエラー認識装置および方法に関する。

すでに、同一出願人のオーストリア特許出願Ａ１９６８／９９「主駆動装置と補助駆動装置とを有する溶接ワイヤ移送装置」に基づく装置ないしセンサ配置部が知られている。そこには、システム（装置）が記載されており、そのシステムにおいて溶接ワイヤは移送圧力を検出するために移送方向から逸れて案内される。この出願においては、移送圧力を制御するためにセンサ配置部ないしパイプセンサが使用される。（その場合に）然るべく適合させることによって、装置ないしパイプセンサを本発明に基づく解決のために使用できるようにすることが可能である。

本発明の課題は、溶接ワイヤ移送、特に移送圧力および／または移送引張りの監視が実施される、溶接ワイヤ移送時のエラー認識装置と方法を提供することである。

本発明のこの課題は、溶接バーナー内に溶接ワイヤのための移送圧力と移送引張りを検出するためのセンサ配置部が配置されており、（その場合に）溶接ワイヤの移送方向においてセンサ配置部の下流に溶接ワイヤ移送のための駆動装置が配置されることにより解決される。

その場合に好ましくは、センサ配置部を設けることによって焼き着きの認識が可能であり、あるいは溶接ワイヤの曲がったパイプ内の故障と、ワイヤコアの摩耗またはセンサ配置部の前のワイヤ移送システム（装置）におけるエラーとを認識することができる。従って、エラーがセンサ配置部の前で生じるか、あるいは後で生じるか、ないしはまもなく生じるかを検出可能にすることができる。

他の好ましい形態が、請求項２から８に記載されている。そこから得られる利点は、明細書から明らかにされる。

さらに、本発明の課題は、溶接バーナー内のセンサ配置部によって溶接ワイヤの移送圧力と移送引張り力が検出され、（その場合に）圧力が高すぎる場合または圧力が低すぎる場合にセンサ配置部からそれぞれの信号が出力されて、次に制御装置によって評価が行われることにより、解決される。

その場合に好ましくは、センサ装置を設けることによって、溶接ワイヤの焼き着きとワイヤコアの摩耗を認識することができ、それによってたとえば溶接装置の制御装置によって適切な措置を実施することができる。

他の好ましい措置が、請求項９から１４に記載されている。そこから得られる利点は、明細書から明らかにされる。

図１は溶接機械ないし溶接装置を概略的に示す。 図２は移送圧力と移送引張りを検出するための溶接バーナー用の装置の実施例、特にセンサ配置部を概略的に示す。

次に、実施例によって、本発明を詳細に説明する。
最初に、様々に記載された実施形態において同一の部分は同一の参照符号ないし同一の構成部品名称を有しており、（その場合に）明細書全体に含まれている開示は、同一の参照符号ないし同一の構成部品名称を有する同一の部分に主旨に従って移し替えることができることを確認しておきたい。また、明細書内で選択されている、たとえば上、下、側方などのような位置データは、直接説明され、かつ示されている図に関するものであって、位置が変化した場合には主旨に従って新しい位置へ移し替えられる。さらに、図示され、かつ説明されている様々な実施例に基づく個別形態または形態の組合せも、それ自体単独で、発明的または発明に基づく解決を表すことができる。

図１には、たとえばＭＩＧ／ＭＡＧ溶接ないしＴＩＧ溶接または電極溶接方法のような、種々の溶接方法のための溶接設備ないし溶接装置１が示されている。もちろん、本発明に基づく解決は、電源ないし溶接電源において使用することも可能である。

溶接装置１は、出力部分３と制御装置４と出力部分３ないし制御装置に対応づけられた切替え素子５とを備えた溶接電源２を有している。切替え素子５ないし制御装置４は、制御弁６に接続されており、その制御弁は、ガス貯蔵装置９と溶接バーナー１０との間の、ガス８、特にたとえばＣＯ２、ヘリウムまたはアルゴンのような保護ガスのための供給導管７内に配置されている。

さらに、制御装置４を介して、ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接について一般的である、ワイヤ送り装置１１を駆動することができ、（その場合に）好ましくは供給導管１２を介して、ないしはワイヤコアを介して、溶接ワイヤ１３がストックドラム１４から溶接バーナー１０の領域へ供給される。もちろん、ワイヤ送り装置１１を、従来技術から知られているように、溶接装置１内の、特にベースハウジング内に内蔵し、従って図１に示すように、付加装置としては形成しないことも可能である。

溶接ワイヤ１３と工作物１６の間にアーク１５を構築するための電流は、溶接電源の出力部分３から溶接導線１７を介して溶接バーナー１０ないし溶接ワイヤ１３へ供給され、（その場合に）溶接すべき工作物１６は他の溶接導線１８を介して同様に溶接装置１、特に溶接電源２と接続されており、従ってアーク１５を介して電流回路を構築することができる。

溶接バーナー１０を冷却するために、冷却循環１９を介して溶接バーナー１０は電流監視器２０を介在させて液体容器、特に水容器２１と接続することができ、それによって溶接バーナー１０の作動が開始された場合に冷却循環１９、特に水容器２１内に設けられている液体のために使用される液体ポンプが始動され、従ってたとえば冷却導管を介して溶接バーナー１０ないし溶接ワイヤ１３を冷却することができる。

溶接装置１は、さらに、入力および／または出力装置２２を有しており、それを介して様々な溶接パラメータないし溶接装置の駆動データまたはソフトウェアプログラムを調節することができる。その場合に入力および／または出力装置２２を介して調節された溶接パラメータは、制御装置４へ伝達されて、その制御装置によって最終的に溶接設備ないし溶接装置１の個々の構成要素が駆動される。

さらに、図示の実施例においては、溶接バーナー１０はホースパケット２３を介して溶接装置１ないし溶接設備と接続されている。ホースパケット２３内には、溶接装置１から溶接バーナー１０へ至る個々の導線が配置されている。ホースパケット２３は、従来技術に数えられる接続装置２４を介して溶接バーナー１０と接続されており、それに対してホースパケット２３内の個々の導線は接続ブッシュないし差込み接続を介して溶接装置１の個々の接点と接続されている。ホースパケット２３の適切な引張り負荷除去が保証されるようにするために、ホースパケット２３は引張り負荷除去装置２５を介してハウジング２６と、特に溶接装置１の溶接ハウジングと接続されている。

図２には、溶接バーナー１０の詳細な部分が示されており、その溶接バーナー内に溶接ワイヤ移送時のエラーを認識する装置が配置されている。

（その場合に）装置はセンサ配置部２７によって形成され、そのセンサ配置部は溶接バーナー１０内に配置されている。センサ配置部２７は、様々な方法で実現することができ、図示されている実施例に限定されるものではない。ここで重要なことは、センサ配置部２７が溶接バーナー１０内に配置されており、かつ溶接ワイヤ１３のための移送圧力と移送引張りを検出するように形成されていることである。センサ配置部２７は、たとえばオーストリア特許出願Ａ１９６８／９９「主駆動装置と補助駆動装置を有する溶接ワイヤ移送装置」においてすでに出願されているような、パイプセンサによって実現することもできる。

図示の実施例においては、センサ配置部２７は、保持部材２９によって回転可能に軸承された回転ホィール２８によって形成されており、（その場合に）回転ホィール２８は溶接ワイヤ１３に添接する。さらに図から明らかなように、溶接ワイヤ１３の移送方向（矢印３０で示す）においてセンサ配置部２７の後段には、溶接ワイヤ移送のための駆動装置３１が配置されている。従って、ワイヤ移送が直接溶接バーナー１０内で実施される、溶接バーナー１０が使用されており、（その場合に）溶接装置１内、ないしワイヤ送り装置１１内には、別の駆動装置（図示せず）が配置されている。

溶接装置１内またはワイヤ送り装置１１内に配置されている、この駆動装置は、溶接ワイヤ１３をストックドラム１４から移送して、同時にホースパケット２３を通して溶接ワイヤ１３を移送するための移送圧力を構築する課題を有している。それに対して溶接バーナー１０内のもう一方の駆動装置３１は、溶接ワイヤ１３へ引張り運動、特に移送引張りを作用させ、すなわち駆動装置３１によって溶接ワイヤ１３はホースパケット２３から引き出されて、次に溶接バーナー１０の接触パイプ（図示せず）へ案内される。（その場合に）駆動装置３１は溶接バーナー１０の接触パイプの極めて近傍に配置されると好ましいことが明らかにされている。

しかし、移送圧力ないし移送引張りを検出することができるようにするためには、センサ配置部２７ないし回転ホィール２８が溶接ワイヤ１３をその移送方向から変位させるか、ないしは突出部状に変位させることが必要であり、すなわち溶接ワイヤ１３は溶接バーナー１０内で、アーチ形状の軌跡形状を形成するように変位させられる。従って、アーチの大きさに基づいて、ないしは変位に基づいて移送圧力ないし移送引張りを求めることが可能である。この理由は、溶接ワイヤ１３のアーチの大きさないし変位は、それぞれ移送圧力ないし移送引張りに従って変化するからである。従ってアーチの大きさないし変位が少なすぎる場合にはセンサ配置部２７から「移送圧力が低すぎる」という信号が出力され、それに対してアーチの大きさないし変位が大きすぎる場合には、センサ配置部は「移送圧力が高すぎる」という信号を出力する。

溶接ワイヤ１３の様々なアーチの大きさないし変位は、溶接ワイヤ１３がセンサ配置部２７内で案内されておらず、従って変位が可能であり、すなわち溶接ワイヤ１３がその中でホースパケット２３を介して溶接バーナー１０まで案内される、ワイヤコア３２ないしガイドホースが、センサ配置部２７の前ないしセンサ配置部２７の内部で終了しており、その後は溶接ワイヤ１３が自由に延びている限りにおいて、形成することができる。もちろん、溶接ワイヤ１３をその後再びワイヤコア３２ないしガイドホース内へ導入できるようにすることも可能である。

しかし、予め定められた変位方向が達成されるようにするためには、溶接ワイヤ１３はセンサ配置部２７内ですでに、回転ホィール２８によってもたらされる、予め定められた変位を実施しなければならない。（その場合に）移送圧力が高すぎると、溶接ワイヤ１３はセンサ配置部２７の領域内でさらに変形させられるので、変位ないしアーチ大きさの増大が生じる。というのは、駆動装置３１によって搬送されるよりも多くの溶接ワイヤ１３がセンサ配置部２７内へ供給されるからである。逆の場合、従って移送圧力が低すぎる場合には、溶接バーナー１０内の駆動装置３１によって、溶接装置１内またはワイヤ送り装置１１内の駆動装置が供給するよりも多くの溶接ワイヤ１３がセンサ配置部２７から移送されるので、変位ないしアーチの大きさが縮小される。

従って溶接ワイヤ１３のこの移動を、移送される溶接ワイヤ１３へ移送圧力が作用しているか、移送引張りが作用しているかを検出するために利用することができるので、移送圧力と移送引張りを検出することが可能となり、それに基づいて相当する信号ないし処理ステップを導入し、ないし遂行することができる。（その場合に）、調節装置３３を介して、特に溶接ワイヤ１３を変位させるために、溶接ワイヤ１３へかかる回転ホィール２８の押圧力を、調節することが可能であり、すなわち調節装置３３によって変位とそれに伴って移送圧力を検出することができる。というのは、調節装置３３を介して回転ホィール２８とそれに伴って溶接ワイヤ１３が該当する圧力により変位されるので、回転ホィール２８を変位させるためにまずこの圧力を克服しなければならないからである。

溶接ワイヤ１３が、変位ローラを介して、または回転ホィール２８を介して押圧力が作用することによりその移送方向に対して横方向に変位された場合には、溶接ワイヤ１３の供給と搬出が均一である場合には溶接ワイヤ１３の変位はそのまま変化しない。すなわち供給される溶接ワイヤ１３の量は、駆動装置３１によって引き出される溶接ワイヤの量に相当し、溶接ワイヤ１３は「応力なし」であり、すなわち溶接ワイヤは回転ホィール２８の横断面領域においてその長手方向に引張りも押されもせず、従って押圧力によっても引張り力によっても負荷を受けない。それに対して駆動装置３１によってもたらされる、溶接ワイヤ１３の搬出量が減速された場合には、より多くの溶接ワイヤ１３が供給されて、それが回転ホィール２８の載置領域の断面における溶接ワイヤ１３における応力の増大と、溶接ワイヤ１３のより強い変位をもたらす。

それに対して溶接ワイヤ１３が回転ホィール２８の領域から、溶接ワイヤ１３の移送方向におけるエラー検出のための本発明に基づく装置の前段に配置されている、図示されていない移送装置から供給されるよりも多く引き出された場合には、回転ホィール２８の領域において溶接ワイヤ１３内に引張り力が構築され、それがセンサ配置部２７の回転ホィール２８の変位力に抗して、もしくは回転ホィール２８を介して構築される押圧力に抗して、溶接ワイヤ１３とそれに伴って回転ホィール２８の位置変化をもたらす。従って本発明に基づく装置は、溶接ワイヤ１３の後から移送される量が多すぎる場合に溶接ワイヤ１３における圧力構築を検出することができるだけでなく、溶接バーナー１０内に配置されている駆動装置３１による高すぎる引張り力の構築も検出することができる。もちろん、溶接ワイヤ１３内の高すぎる引張り力の構築を信号として出力し、あるいは移送圧力が低すぎることの検出を信号で知らせることができる。従って所定の移送圧力および／または移送引張りを上回り、あるいは下回ることの検出は、驚くべきことにこの装置によって初めて可能となっている。

図示の実施例においては、調節装置３３は、付属のばね３５を有する調節部材３４が回転ホィール２８に押圧力を構築するために作用するように、形成される。しかし（その場合に）該当する圧力は１方向のみにおいて構築され、（その場合に）もちろん調節装置３３が、回転ホィール２８の揺動運動の両方向に該当する圧力を構築することができるように形成されることも可能である。

さらに、回転ホィール２８および／または保持部材２９は、接触部材３６と結合されているので、接触部材３６を介して回転ホィール２８の変位とそれに伴って溶接ワイヤ１３の変位を検出することができる。図示の実施例においては、接触部材３６は２つの接点３７、３８によって形成され、それら接点の間に接触細片３９が配置されている。接触細片３９は、さらに回転ホィール２８ないし保持部材２９と接続されているので、回転ホィール２８が十分に変位した場合には接触細片３９が２つの接点３７、３８の１つに添接し、従って電気信号が出力される。その場合に変位が増大した場合には、アーチ大きさが増大されるので、接触細片は接点３８に添接し、それに対して変位が減少した場合には接触細片３９は対向する接点３７に添接する。

この種のセンサ配置部２７の正確な機能説明には詳しく触れない。というのは、機能原理は極めて単純だからである。ただ、溶接ワイヤ１３は矢印３０に示すように移送され、かつ溶接ワイヤ１３は回転ホィール２８の意識的な変位を受け、（その場合に）回転ホィール２８の揺動運動、特に変位運動が検出されることを述べておく。

溶接バーナー１０内のこの種のセンサ配置部２７によって、溶接ワイヤ移送の際のエラー検出方法を実現できるようにすることが可能である。その場合に溶接バーナー１０内のセンサ配置部２７によって溶接ワイヤ１３の移送圧力と移送引張りが検出され、（その場合に）移送圧力ないし移送引張りが高すぎる場合、または低すぎる場合にセンサ装置２７からそれぞれ信号が出力される。センサ配置部２７から出力された信号は、次に制御装置によって、特には溶接装置１の制御装置４によって処理され、ないしはこの信号に基づいて特殊な措置が導入されることが可能である。その場合に、溶接装置１の制御装置４を介して評価することにより、センサ配置部２７の信号を溶接プロセスと結びつけることが可能であるので、たとえば溶接開始時に制御装置は、印加されている信号「移送圧力が低すぎる」がエラーに基づくものではないことを認識することができる。というのは、まずそれに応じた移送圧力を構築しなければならないからである。従ってこの信号は、制御装置４によって抑圧される。その場合にセンサ配置部２７の信号を溶接プロセスの状態と結びつけることは、著しい利点をもたらす。というのは、制御装置４によって、それが実際にエラーなのか、あるいは信号が溶接プロセスの変化に基づいてもたらされたのかを検出することができるからである。

「移送圧力が高すぎる」という信号の出力によって、従って接触細片３９が接点３８に接触することによって、制御装置４には、センサ配置部２７の後方の溶接ワイヤ移送にエラーが、特に溶接ワイヤ１３が接触パイプに焼き着きがまもなく起きることが伝達されるので、制御装置４によって焼き着きを阻止するための適切な措置を導入することができる。それに対して「移送圧力が低すぎる」という信号が出力され、従って接触細片３９が接点３７に接触した場合には、制御装置４には、センサ配置部２７の前の溶接ワイヤ移送にエラーが、特にワイヤコアの摩耗がまもなく生じることが伝達される。従って制御装置によってたとえば警告信号を出力することができるので、次の手近な機会にワイヤコア３２を交換することができる。

従って初めて、接触パイプへの溶接ワイヤ１３の焼き着きを早期に認識することができ、かつそれに応じた調整ないし制御方法を導入することができ、それが特に自動的な溶接設備においては本質的な利点をもたらす。溶接ワイヤ１３の状態認識は、接触パイプに溶接ワイヤ１３が焼き着く直前の摩擦損失の増大に基づいて溶接バーナー１０内の駆動装置３１によって溶接ワイヤ１３の移送が減少されるので、アーチ大きさないし変位の増大が形成され、従ってセンサ配置部２７を介してそれが認識される限りにおいて、センサ配置部２７によって検出することができる。従ってたとえば制御装置４によって、溶接電流を短時間減少させることにより多くの場合に溶接ワイヤ１３の焼き着きを防止することができる。

ワイヤコア３２の摩耗は、移送圧力が一定である場合にワイヤコア３２内の摩擦損失が増大され、その結果溶接装置１内ないしはワイヤ送り装置１１内の駆動装置によってもはや多くの溶接ワイヤ１３を移送することができず、従って溶接バーナー１０内の駆動装置によってより多くの溶接ワイヤ１３が搬送され、それによってセンサ配置部２７内で溶接ワイヤ１３のアーチ大きさないし変位が減少する限りにおいて、認識される。

溶接ワイヤ１３の焼き着きとワイヤコア２３の摩耗の認識によって、自動的な溶接設備においては、溶接ワイヤ移送における障害による早期の停止状態時間を回避することができ、従って故障コストを減少させることができる。

もちろん、接触部材３６を、回転ホィール２８の運動が常に監視されているように形成できるようにすることも可能である。そのために回転ホィール２８は、たとえばポテンショメータまたはインクリメント検出器と結合することができるので、定められた目標値を上回った場合にはそれに応じた信号が出力され、ないしは値を制御装置４によって直接評価することができる。

なお、念のために述べるが、溶接装置１ないしセンサ配置部２７の構造を理解しやすくするために、それらないしそれらの構成部分は一部寸法を無視して、および／または拡大および／または縮小して表示されている。

自立した発明的解決の基礎となる課題は、明細書から理解することができる。

特に、図１；２に示す個々の実施例は、単独で、発明に基づく解決の対象を形成することができる。これに関する、本発明に基づく課題と解決は、これらの図の詳細な説明から明らかにされる。

１ 溶接装置
２ 溶接電源
３ 出力部分
４ 制御装置
５ 切替え素子
６ 制御弁
７ 供給導線
８ ガス
９ ガス貯蔵装置
１０ 溶接バーナー
１１ ワイヤ送り装置
１２ 供給導管
１３ 溶接ワイヤ
１４ ストックドラム
１５ アーク
１６ 工作物
１７ 溶接導線
１８ 溶接導線
１９ 冷却循環
２０ 電流監視器
２１ 水容器
２２ 入力および／または出力装置
２３ ホースパケット
２４ 接続装置
２５ 引張り負荷除去装置
２６ ハウジング
２７ センサ配置部
２８ 回転ホィール
２９ 保持部材
３１ 駆動装置
３２ ワイヤコア
３３ 調節装置
３４ 調節部材
３５ ばね
３６ 接触部材
３７ 接点
３８ 接点
３９ 接触細片

Claims (14)

1. 溶接バーナーに組み込みないし取り付けるための、溶接ワイヤ移送におけるエラー認識装置において、この装置は、
   溶接ワイヤ（１３）のための移送圧力および／または移送引張り力を検出するためのセンサ配置部（２７）を有しており、溶接ワイヤ（１３）の移送方向において前記センサ配置部の後段に、溶接ワイヤ移送のための駆動装置（３１）が配置されていることを特徴とする、溶接ワイヤ移送におけるエラー認識装置。
2. 前記センサ配置部（２７）は、回転ホィール（２８）によって形成されており、前記回転ホィールは保持部材（２９）によって回転および揺動可能に軸承されており、かつ溶接ワイヤ（１３）上に載置されるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記センサ配置部（２７）ないし回転ホィール（２８）は、溶接ワイヤ（１３）の移送方向からの変位ないし突出部状の変位をもたらすことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の装置。
4. 溶接ワイヤ（１３）上への回転ホィール（２８）の押圧力を調節する調節装置（３３）が、特に変位させるために、配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 回転ホィール（２８）および／または保持部材（２９）は、接触部材（３６）と結合されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 接触部材（３６）は、接点（３７、３８）と接触細片（３９）から形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記センサ配置部（２７）は、パイプセンサによって形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記センサ配置部（２７）は、溶接ワイヤ（１３）のアーチ大きさないし変位が小さすぎる場合に、「移送圧力が低すぎる」信号を出力し、アーチ大きさないし変位が大きすぎる場合には、「移送圧力が高すぎる」信号を出力するように形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 溶接ワイヤ移送におけるエラー認識方法において、この方法は、
   溶接バーナー内のセンサ配置部によって、溶接ワイヤの移送圧力と移送引張りが検出されており、その場合に移送圧力が高すぎる場合または低すぎる場合に前記センサ配置部からそれぞれの信号が出力されることを特徴とする、エラー認識方法。
10. 溶接ワイヤは、前記センサ配置部によって、特に回転ホィールを介して変位されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 回転ホィールの移動、特に変位移動が検出されることを特徴とする請求項９または１０のいずれかに記載の方法。
12. 「移送圧力が高すぎる」という信号において、前記センサ配置部の後方の溶接ワイヤ移送におけるエラーが、特に接触パイプへの溶接ワイヤの焼き着きがまもなく発生することが、制御装置に伝達されることを特徴とする請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 「移送圧力が低すぎる」という信号においては、前記センサ配置部の前の溶接ワイヤ移送におけるエラー、特にワイヤコアの摩耗がまもなく発生することが、制御装置に伝達されることを特徴とする請求項９から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記センサ配置部の信号は、制御装置によってさらに処理されることを特徴とする請求項９から１３のいずれか一項に記載の方法。

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