JP2013099773A - In-line test method, in-line test device and plasma-mig welding method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an in-line test method and an in-line test device with which the in-line inspection can be performed whether or not a through hole capable of realizing the desired strength is formed.SOLUTION: In the in-line inspection method, penetrated holes are subjected to the in-line inspection when executing the penetration-welding of a plurality of superposed workpieces W. The in-line inspection device 10 includes a storage means 12 for storing the calibration curve data indicating the relationship between the lower hole diameter of the through hole formed in the workpiece and the arc voltage of the plasma arc welding for each thickness and each welding condition of the workpieces, and a processing means 13. The processing means 13 performs a penetration detection step S1 of monitoring the arc voltage during the plasma arc welding, and detecting on the basis of the arc voltage whether the plurality of superposed workpieces are penetrated, and a penetrated hole diameter detection step S2 of detecting the prepared hole diameter of the penetrated hole by monitoring the arc voltage, and collating the arc voltage measured after the elapse of the prescribed time from the workpiece penetration with the calibration curve data.

Description

本発明は、溶接品質を検査するためのインライン検査方法およびインライン検査装置に関し、特に貫通溶接における貫通孔を検査するためのインライン検査方法およびインライン検査装置ならびにプラズマ-MIG溶接方法に関する。   The present invention relates to an in-line inspection method and an in-line inspection apparatus for inspecting welding quality, and more particularly to an in-line inspection method, an in-line inspection apparatus, and a plasma-MIG welding method for inspecting through holes in through welding.

従来、上下2枚の鋼板を重ね合わせて貫通溶接する技術が知られている(例えば特許文献1参照)。特許文献1に記載された貫通溶接の手順は次の通りである。すなわち、まず、溶接を行う位置でプラズマアークを着火し、続いて、比較的に大きいパワーのプラズマアークを用いて、穴を貫通させる。穴が貫通すると、直ちにプラズマアークのパワーを溶接に適した値まで低減させて、上下の鋼板を適正に溶融させて溶接する。このとき、フィラーをプラズマアーク内に送り込む。すると、アーク熱で溶融したフィラーが溶接スポットへ供給されて、最終的に穴が埋め戻され、かつ、上下の鋼板間の隙間も埋まって、2枚の鋼板間の溶接が確立する。この段階で、フィラーをプラズマアーク外へ引出しその送給を停止させ、続いて、プラズマアークを消す。これで、1回の溶接が終了する。   Conventionally, a technique in which two upper and lower steel plates are overlapped and welded through is known (see, for example, Patent Document 1). The procedure of through welding described in Patent Document 1 is as follows. That is, first, a plasma arc is ignited at a position where welding is performed, and then a hole is penetrated using a plasma arc having a relatively large power. As soon as the hole penetrates, the power of the plasma arc is reduced to a value suitable for welding, and the upper and lower steel plates are appropriately melted and welded. At this time, the filler is fed into the plasma arc. Then, the filler melted by the arc heat is supplied to the welding spot, the hole is finally backfilled, and the gap between the upper and lower steel plates is also filled to establish welding between the two steel plates. At this stage, the filler is pulled out of the plasma arc, the feeding is stopped, and then the plasma arc is extinguished. This completes one welding.

特許第3379965号公報Japanese Patent No. 3379965

しかしながら、貫通溶接において、溶接姿勢の変化やワーク間の隙間などに起因して貫通孔径は変わってしまう。また、貫通孔を形成した後に穴を即座に埋めてしまうため、貫通孔径を直接的に観測することは困難であった。また、既存の電圧モニタにより、貫通孔の有無を間接的に観測すれば貫通したこと自体を検出することはできるが、従来の方法では、所望の強度を実現できるような貫通孔が形成されているかインラインで検査することはできなかった。なお、インライン検査とは、抜き取り検査(引張試験や断面観察のような破壊検査)ではなく、破壊することなく、全数検査を行うことをいう。   However, in through welding, the diameter of the through hole changes due to a change in welding posture, a gap between workpieces, and the like. Moreover, since the hole is immediately filled after the through hole is formed, it is difficult to directly observe the diameter of the through hole. Moreover, if the presence or absence of a through hole is indirectly observed with an existing voltage monitor, the penetration itself can be detected. However, in the conventional method, a through hole capable of realizing a desired strength is formed. Or could not be inlined. The in-line inspection is not a sampling inspection (a destructive inspection such as a tensile test or cross-sectional observation), but a total inspection without breaking.

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、所望の強度を実現できるような貫通孔が形成されているかインラインで検査することのできるインライン検査方法およびインライン検査装置ならびにプラズマ-MIG溶接方法を提供することを課題とする。   Accordingly, the present invention provides an in-line inspection method, an in-line inspection apparatus, and a plasma-MIG welding method that can inspect whether a through-hole capable of realizing the desired strength is formed and solve the above-described problems. The task is to do.

前記課題を解決するために、本願発明者らは、貫通溶接において形成した貫通孔のサイズと強度との関係について種々検討を行った。その結果、貫通孔に充填されたナゲットの径の大きさと継手強度との間に相関があることと、貫通孔の下孔の径の大きさと継手強度との間にも同様な相関があることとを見出した。   In order to solve the above problems, the inventors of the present application have made various studies on the relationship between the size and strength of through holes formed in through welding. As a result, there is a correlation between the size of the diameter of the nugget filled in the through hole and the joint strength, and there is a similar correlation between the size of the diameter of the lower hole of the through hole and the joint strength. And found.

そこで、本発明の第1の観点に係るインライン検査方法は、重ね合わせた複数のワークを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査するインライン検査装置におけるインライン検査方法であって、前記インライン検査装置が、ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた、ワークに形成された貫通孔の下孔径と、プラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データを記憶する記憶手段と、処理手段とを備え、前記処理手段が、プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、アーク電圧に基づいて前記重ね合わせた複数のワークが貫通したことを検出する貫通検出工程と、前記アーク電圧を監視し、前記複数のワークの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を前記検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する貫通孔径検出工程とを実行することを特徴とする。   Therefore, an in-line inspection method according to a first aspect of the present invention is an in-line inspection method in an in-line inspection apparatus for in-line inspecting a through hole when a plurality of stacked workpieces are welded through the in-line inspection apparatus. Storage means for storing calibration curve data indicating the relationship between the diameter of the through hole formed in the workpiece and the arc voltage of plasma arc welding, which is determined in advance for each workpiece thickness and welding condition, and processing Means for monitoring the arc voltage during plasma arc welding, and detecting the penetration of the plurality of superposed workpieces based on the arc voltage, and monitoring the arc voltage. The arc voltage measured after a predetermined time has passed since the penetration of the plurality of workpieces is compared with the calibration curve data. And executes the through-hole diameter detection step of detecting a lower hole diameter of the through hole.

また、本発明の第2の観点に係るインライン検査方法は、重ね合わせた複数のワークを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査するインライン検査装置におけるインライン検査方法であって、前記インライン検査装置が、ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた、ワークに形成された貫通孔の下孔径と、プラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データを記憶する記憶手段と、処理手段とを備え、前記処理手段が、プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、アーク電圧に基づいて前記重ね合わせた複数のワークが貫通したことを検出する貫通検出工程と、前記アーク電圧を監視し、該アーク電圧の累積移動平均データを検出し、前記複数のワークの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧累積移動平均データを前記検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する貫通孔径検出工程とを実行することを特徴とする。   The in-line inspection method according to the second aspect of the present invention is an in-line inspection method in an in-line inspection apparatus for in-line inspection of a through hole when a plurality of stacked workpieces are welded through. Storage means for storing calibration curve data indicating the relationship between the diameter of the through hole formed in the workpiece and the arc voltage of plasma arc welding, which is determined in advance for each workpiece thickness and welding condition, and processing Means for monitoring the arc voltage during plasma arc welding, and detecting the penetration of the plurality of superposed workpieces based on the arc voltage, and monitoring the arc voltage. Then, the cumulative moving average data of the arc voltage is detected, and the arc voltage cumulative transition measured after a predetermined time has elapsed since the penetration of the plurality of workpieces. By matching the average data with the calibration curve data, and executes the through-hole diameter detection step of detecting a lower hole diameter of the formed through hole.

また、本発明に係るインライン検査方法は、前記検量線データが、前記重ね合わせた複数のワークの板厚および溶接条件ごとに求められ、前記重ね合わせた複数のワークに所望サイズの貫通孔が形成されたときの裏面側の孔の内径を示す下孔径と、前記貫通孔に点弧されたアークが安定したときのアーク電圧を示す安定電圧との対応関係を示す下孔径−電圧データであることが好ましい。   In the in-line inspection method according to the present invention, the calibration curve data is obtained for each plate thickness and welding condition of the plurality of overlapped workpieces, and through holes having a desired size are formed in the plurality of overlapped workpieces. It is pilot hole diameter-voltage data indicating a correspondence relationship between a pilot hole diameter indicating the inner diameter of the hole on the back surface side when it is formed and a stable voltage indicating an arc voltage when the arc ignited in the through hole is stabilized Is preferred.

かかる手順によれば、インライン検査方法では、プラズマアーク溶接により貫通孔を形成するときのアーク電圧を監視し、貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を検量線データと照合することで、貫通孔の下孔径を検出する。したがって、本発明のインライン検査方法は、強度を支配する下板の孔径を保証することができる。   According to such a procedure, in the in-line inspection method, by monitoring the arc voltage when forming a through-hole by plasma arc welding, and collating the measured arc voltage with a calibration curve data after a predetermined time has elapsed from the penetration, The diameter of the through hole is detected. Therefore, the in-line inspection method of the present invention can guarantee the hole diameter of the lower plate that controls the strength.

また、本発明に係るインライン検査方法は、前記インライン検査装置の前記記憶手段が、ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた検量線データとして、前記重ね合わせた複数のワークに既に形成された所望サイズの貫通孔にプラズマアーク溶接によりアークを再点弧したときの電圧立上り時のアークが安定する前の時刻であって予め定められた絶縁破壊時間内のアーク電圧と前記下孔径との対応関係を示す再点弧データをさらに記憶し、前記処理手段が、前記貫通孔径検出工程において前記貫通孔の下孔径を検出した後、アークを一旦切り、直後にプラズマアーク溶接のアークを再点弧する再点弧ステップと、前記アークを再点弧した後のアーク電圧を、前記検量線データである再点弧データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する再検出ステップとを実行することが好ましい。   In the in-line inspection method according to the present invention, the storage means of the in-line inspection apparatus is already formed on the plurality of stacked workpieces as calibration curve data obtained in advance for each plate thickness and welding condition of the workpiece. When the arc is re-ignited by plasma arc welding into a through hole of a desired size, the arc voltage at the time of voltage rise is stabilized before the arc voltage within the predetermined dielectric breakdown time and the diameter of the lower hole Re-ignition data indicating the correspondence is further stored, and after the processing means detects the lower hole diameter of the through-hole in the through-hole diameter detection step, the arc is once cut and immediately after the arc of plasma arc welding is re-pointed. A re-ignition step for arcing, and the arc voltage after the arc is re-ignited is compared with the re-ignition data which is the calibration curve data, thereby forming a through-hole. It is preferred to perform the re-detection step of detecting the pilot hole diameter.

かかる手順によれば、インライン検査方法は、形成された貫通孔に対してアークを再点弧したときに測定されたアーク電圧の立上り電圧を検量線データと照合することで所望の貫通孔が確実に形成されていることを判定できる。これによれば、アーク点弧時の立上り電圧はアークが安定したときの安定電圧よりも大きいので、下孔径を高精度で検出することができる。   According to such a procedure, the in-line inspection method ensures that the desired through-hole is obtained by comparing the rising voltage of the arc voltage measured when the arc is re-ignited with respect to the formed through-hole with the calibration curve data. Can be determined. According to this, since the rising voltage at the time of arc ignition is larger than the stable voltage when the arc is stabilized, the diameter of the prepared hole can be detected with high accuracy.

また、前記課題を解決するために、本発明に係るインライン検査装置は、重ね合わせた複数のワークを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査するインライン検査装置であって、ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた、ワークに形成された貫通孔の下孔径と、プラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データを記憶する記憶手段と、プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、前記アーク電圧を所定の頻度で測定する電圧監視手段と、測定されたアーク電圧に基づいて前記重ね合わせた複数のワークが貫通したことを検出する貫通検出手段と、測定されたアーク電圧に基づいて、前記複数のワークの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を前記検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する貫通孔径検出手段と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, an in-line inspection apparatus according to the present invention is an in-line inspection apparatus that inspects through holes in-line when through welding a plurality of superimposed workpieces, Storage means for storing calibration curve data indicating the relationship between the diameter of the lower hole of the through-hole formed in the workpiece and the arc voltage of plasma arc welding, which is obtained in advance for each welding condition, and the arc voltage during plasma arc welding. Voltage monitoring means for monitoring and measuring the arc voltage at a predetermined frequency; penetration detection means for detecting that the plurality of superimposed workpieces have penetrated based on the measured arc voltage; and measured arc voltage On the basis of the arc voltage measured after a lapse of a predetermined time from the penetration of the plurality of workpieces, by comparing the calibration curve data with the formed penetration A through hole diameter detecting means for detecting the pilot hole diameter, characterized in that it comprises a.

かかる構成によれば、インライン検査装置は、電圧監視手段によって、プラズマアーク溶接により貫通孔を形成するときのアーク電圧を監視する。そして、インライン検査装置は、貫通検出手段によって貫通を検出し、貫通孔径検出手段によって、貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を検量線データと照合することで、貫通孔の下孔径を検出する。したがって、本発明のインライン検査装置は、強度を支配する下板の孔径を保証することができる。   According to this configuration, the in-line inspection apparatus monitors the arc voltage when the through hole is formed by plasma arc welding by the voltage monitoring unit. Then, the in-line inspection device detects penetration by the penetration detection means, and collates the arc voltage measured after a predetermined time from penetration with the calibration curve data by the penetration hole diameter detection means, thereby determining the lower hole diameter of the penetration hole. To detect. Therefore, the in-line inspection apparatus of the present invention can guarantee the hole diameter of the lower plate that controls the strength.

また、本発明に係るプラズマ-MIG溶接方法は、プラズマアーク溶接とMIG溶接とを組み合わせたプラズマ-MIG溶接方法であって、重ね合わせた複数のワークにプラズマアークによって貫通孔を形成する工程と、前記インライン検査方法で前記貫通孔をインラインで検査する工程と、MIG溶接により前記貫通孔を埋めて前記重ね合わせた複数のワークを溶接する工程と、を有することを特徴とする。   Further, the plasma-MIG welding method according to the present invention is a plasma-MIG welding method in which plasma arc welding and MIG welding are combined, and a step of forming a through-hole by a plasma arc in a plurality of stacked workpieces; The method includes a step of inspecting the through hole inline by the inline inspection method, and a step of welding the plurality of stacked workpieces by filling the through hole by MIG welding.

かかる手順によれば、プラズマ-MIG溶接方法は、重ね合わせた複数のワークにプラズマアークにより貫通孔を形成してこの貫通孔をMIG溶接により埋めて溶接する貫通溶接の一連の手順において、貫通孔を形成する工程にて測定されたアーク電圧値を、ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた検量線データと照合する。これにより、プラズマ-MIG溶接方法は、貫通溶接と同時に、所望の強度を実現できるような良好な貫通孔が形成されているか否かを全数検査で確かめることができる。したがって、本発明のプラズマ-MIG溶接方法は、強度を支配する下板の孔径を保証することができる。   According to such a procedure, the plasma-MIG welding method includes a through-hole in a series of through-welding steps in which a through hole is formed by a plasma arc on a plurality of stacked workpieces, and the through hole is filled and welded by MIG welding. The arc voltage value measured in the step of forming is collated with calibration curve data obtained in advance for each workpiece thickness and welding condition. Thereby, the plasma-MIG welding method can confirm whether or not a good through hole capable of realizing a desired strength is formed at the same time as through welding. Therefore, the plasma-MIG welding method of the present invention can guarantee the hole diameter of the lower plate that controls the strength.

本発明によれば、強度を支配するナゲット径や下板の孔径をインラインで検査することができるので、品質保証精度が向上する。   According to the present invention, since the nugget diameter that governs the strength and the hole diameter of the lower plate can be in-line inspected, the quality assurance accuracy is improved.

本発明の第1実施形態に係るインライン検査方法の概要を模式的に示すワーク断面図であって、(a)はトーチ高さ検出ステップ、(b)はアーク長検出ステップ、(c)は下板貫通検出ステップ、(d)は孔径拡大ステップ、(e)は孔径確保ステップを示している。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is workpiece | work sectional drawing which shows the outline | summary of the in-line inspection method which concerns on 1st Embodiment of this invention typically, (a) is a torch height detection step, (b) is an arc length detection step, (c) is bottom. A plate penetration detection step, (d) shows a hole diameter enlargement step, and (e) shows a hole diameter securing step. 本発明の第1実施形態に係るインライン検査方法にて監視される電圧の時間変化の一例を模式的に示すグラフである。It is a graph which shows typically an example of the time change of the voltage monitored by the in-line inspection method concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係るインライン検査方法の説明図であって、(a)は溶接前のテストピースの平面図、(b)は3φの孔が穿設されたテストピース、(c)は6φの孔が穿設されたテストピース、(d)は貫通を実際に検出したときの孔の形状、(e)は下孔径を実際に検出したときの孔の形状を示している。It is explanatory drawing of the in-line test | inspection method which concerns on 1st Embodiment of this invention, Comprising: (a) is a top view of the test piece before welding, (b) is a test piece in which the hole of 3φ was drilled, (c) Is a test piece with a 6φ hole, (d) shows the shape of the hole when the penetration is actually detected, and (e) shows the shape of the hole when the lower hole diameter is actually detected. 本発明の第1実施形態に係るインライン検査装置を含む溶接システムの構成図である。It is a lineblock diagram of the welding system containing the in-line inspection device concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係るインライン検査装置の構成を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram showing typically the composition of the in-line inspection device concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係るインライン検査装置が検量線データとして記憶した下孔径ごとに取得したアーク長−電圧データの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the arc length-voltage data acquired for every pilot hole diameter which the in-line inspection device concerning a 1st embodiment of the present invention memorized as calibration curve data. 本発明の第1実施形態に係るインライン検査装置が検量線データとして記憶した下孔径−電圧データの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the pilot hole diameter-voltage data which the in-line test | inspection apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention memorize | stored as calibration curve data. 本発明の第1実施形態に係るインライン検査装置が検量線データとして記憶した再点弧データの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the re-ignition data which the in-line inspection apparatus concerning a 1st embodiment of the present invention memorized as calibration curve data. 本発明の第1実施形態に係るインライン検査装置による処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the process by the in-line inspection apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係るインライン検査方法においてアークが安定するまで測定した電圧の測定データの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the measurement data of the voltage measured until the arc became stable in the in-line inspection method concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係るインライン検査方法においてアークが安定するよりも前までに測定した電圧の測定データの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the measurement data of the voltage measured before the arc stabilized in the in-line inspection method concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係るインライン検査装置の構成を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically the structure of the in-line test | inspection apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るインライン検査方法にて3枚のワークの貫通前後に実測した電圧値の一例を示すグラフであって、(a)は所定サンプリング周期で測定した電圧の時系列データ、(b)は(a)の時間微分の時系列データを示している。It is a graph which shows an example of the voltage value measured before and after the penetration of three works by the in-line inspection method concerning a 2nd embodiment of the present invention, and (a) is time series data of the voltage measured with a predetermined sampling period. , (B) shows time-series data of time differentiation of (a). 図13(a)に示す実測電圧値から求めた分析データを示すグラフであって、図14(a)は図13(a)の電圧値の移動平均、図14(b)は図14(a)の二点鎖線の時間範囲における実測電圧値および累積移動平均を示している。FIG. 14A is a graph showing analysis data obtained from the actually measured voltage values shown in FIG. 13A, FIG. 14A is a moving average of the voltage values of FIG. 13A, and FIG. 14B is FIG. ) Shows the measured voltage value and the cumulative moving average in the time range of the two-dot chain line. 本発明の第2実施形態に係るインライン検査方法にて間に隙間のある3枚のワークの貫通前後に実測した電圧値の一例を示すグラフであって、(a)は所定サンプリング周期で測定した電圧の時系列データ、(b)は(a)の時間微分の時系列データを示している。It is a graph which shows an example of the voltage value measured before and after the penetration of three works with a gap in the in-line inspection method concerning a 2nd embodiment of the present invention, and (a) is measured with a predetermined sampling period. Voltage time-series data, (b) shows time-differential time-series data of (a). 図15(a)に示す実測電圧値から求めた分析データを示すグラフであって、図16(a)は図15(a)の電圧値の移動平均、図16(b)は図16(a)の二点鎖線の時間範囲における実測電圧値および累積移動平均を示している。FIG. 16A is a graph showing analysis data obtained from the actually measured voltage values shown in FIG. 15A, FIG. 16A is a moving average of the voltage values of FIG. 15A, and FIG. 16B is FIG. ) Shows the measured voltage value and the cumulative moving average in the time range of the two-dot chain line.

図面を参照して本発明を実施するための形態(実施形態という)について詳細に説明する。
<第1実施形態>
以下では、説明の都合上、1.インライン検査方法の概要、2.溶接システムの構成、3.インライン検査装置の構成、4.インライン検査装置による処理の流れ、5.検量線データの具体例の各章について説明する。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments (referred to as embodiments) for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<First Embodiment>
Below, for convenience of explanation, 1. 1. Outline of inline inspection method 2. Configuration of welding system 3. Configuration of inline inspection device 4. Flow of processing by inline inspection device Each chapter of a specific example of calibration curve data will be described.

[1.インライン検査方法の概要]
インライン検査方法は、図1に示すように、重ね合わせた複数のワークWを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査する方法である。ここで、ワークWの用途、形状、材質、サイズは特に限定されないが、例えば亜鉛メッキ鋼板等であるものとして説明する。図1では、一例として2枚のワークWを重ね合わせた場合のワーク断面を図示した。また、ここでは、上板と下板との隙間はないものとして説明する。このインライン検査方法では、プラズマトーチ8を用いてプラズマアーク溶接で貫通孔を形成する。また、インライン検査方法は、ワークに形成された貫通孔の下孔径と、プラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データがワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められていることを前提としている。
[1. Overview of inline inspection method]
As shown in FIG. 1, the in-line inspection method is a method for in-line inspection of through holes when a plurality of stacked workpieces W are welded through. Here, the use, shape, material, and size of the workpiece W are not particularly limited, but will be described as being, for example, a galvanized steel sheet. FIG. 1 shows a cross section of a workpiece when two workpieces W are overlapped as an example. Here, the description will be made assuming that there is no gap between the upper plate and the lower plate. In this in-line inspection method, a through hole is formed by plasma arc welding using a plasma torch 8. The in-line inspection method also requires that calibration curve data indicating the relationship between the diameter of the through hole formed in the workpiece and the arc voltage of plasma arc welding is obtained in advance for each workpiece thickness and welding condition. It is assumed.

インライン検査方法は、大別して、図1(a)〜図1(c)に示す貫通検出工程S1と、図1(c)〜図1(e)に示す貫通孔径検出工程S2と、を有する。これら貫通検出工程S1および貫通孔径検出工程S2と、測定されたアーク電圧の時間変化との対応関係の一例を図2に示す。図2に示すグラフの横軸は時間を示し、縦軸はアーク電圧を示す。ここでは、図1および図2を参照して説明する。   The in-line inspection method is roughly divided into a penetration detection step S1 shown in FIGS. 1A to 1C and a through hole diameter detection step S2 shown in FIGS. 1C to 1E. FIG. 2 shows an example of a correspondence relationship between the penetration detection step S1 and the through hole diameter detection step S2 and the time variation of the measured arc voltage. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 2 indicates time, and the vertical axis indicates arc voltage. Here, it demonstrates with reference to FIG. 1 and FIG.

貫通検出工程S1は、プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、アーク電圧に基づいて重ね合わせた複数のワークWが貫通したことを検出する工程である。この貫通検出工程S1は、例えば、トーチ高さ検出ステップ、アーク長検出ステップ、および下板貫通検出ステップのように形式的に分けることができる。   The penetration detection step S1 is a step of monitoring the arc voltage during plasma arc welding and detecting that a plurality of workpieces W overlapped based on the arc voltage have penetrated. This penetration detection step S1 can be formally divided into, for example, a torch height detection step, an arc length detection step, and a lower plate penetration detection step.

トーチ高さ検出ステップは、図1(a)に示すように、測定されたアーク電圧の初期値と検量線データに基づいて、プラズマトーチ8から上板(ワークW)の表面までの長さと等しいときのアーク長(以下、トーチ高さという)を検出するステップである。図2に示す例では、初期のアーク点弧時に絶縁破壊のためアーク電圧が一旦急上昇するが、その後に電圧が安定し、これが初期電圧である。この安定した電圧にてトーチ高さが検出される。なお、トーチ高さは、板厚変動の影響を受けて変化したり、溶接条件を変更したりすれば、それに応じて変化するので、前記したように検量線データは重ね合わせた複数のワークの板厚および溶接条件ごとに求められている。溶接条件には、例えば、トーチ高さ、溶接電流、ガス流量などを含む。   As shown in FIG. 1A, the torch height detection step is equal to the length from the plasma torch 8 to the surface of the upper plate (work W) based on the measured initial value of the arc voltage and calibration curve data. This is a step of detecting the arc length (hereinafter referred to as torch height). In the example shown in FIG. 2, the arc voltage once suddenly rises due to dielectric breakdown during the initial arc ignition, but thereafter the voltage stabilizes, and this is the initial voltage. The torch height is detected with this stable voltage. Since the torch height changes under the influence of the plate thickness variation or changes the welding conditions, the calibration curve data of the multiple workpieces overlapped as described above. It is required for each plate thickness and welding condition. The welding conditions include, for example, torch height, welding current, gas flow rate, and the like.

アーク長検出ステップは、図1(b)に示すように、ワークWを堀り進むときにリアルタイムにモニタされるアーク電圧と検量線データとに基づいて、堀り進められた穴の長さとしてアーク長を検出するステップである。図2に示す例では、測定されたアーク電圧は、初期電圧から上昇する。このように初期電圧から電圧が上昇していくときにアーク長が検出される。アーク長を検出するとは、対応するアーク電圧を検出することと同様の意味である。   In the arc length detection step, as shown in FIG. 1B, the length of the drilled hole is determined based on the arc voltage and calibration curve data monitored in real time when the workpiece W is drilled. This is a step of detecting the arc length. In the example shown in FIG. 2, the measured arc voltage rises from the initial voltage. Thus, the arc length is detected when the voltage increases from the initial voltage. Detecting the arc length has the same meaning as detecting the corresponding arc voltage.

下板貫通検出ステップは、図1(c)に示すように、測定されたアーク電圧と検量線データとに基づいて、下板まで貫通したことを検出するステップである。堀り進められた穴が下板に到達した状態は、ワークの裏面側に孔が見えるが所望の径の孔とはなっていない状態である。このときアーク長がプラズマトーチ8からワーク裏面までの長さと等しくなる。なお、貫通したか否かについては、電圧の増分や増加率を演算することで検出することができる。図2のグラフにおいて、測定されたアーク電圧は、ある時点を境として電圧の増加率が緩やかになる。このように電圧増加率が増加から減少に転じる変極点において、下板まで貫通したことが検出される。   As shown in FIG. 1C, the lower plate penetration detection step is a step of detecting penetration to the lower plate based on the measured arc voltage and calibration curve data. The state in which the drilled hole has reached the lower plate is a state in which a hole can be seen on the back side of the workpiece but is not a hole having a desired diameter. At this time, the arc length becomes equal to the length from the plasma torch 8 to the work back surface. In addition, it can be detected by calculating the increment and increase rate of a voltage whether it penetrated. In the graph of FIG. 2, the increase rate of the measured arc voltage becomes moderate at a certain point in time. In this way, it is detected that the lower plate has been penetrated at the inflection point where the voltage increase rate changes from increasing to decreasing.

貫通孔径検出工程S2は、アーク電圧を監視し、複数のワークWの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する工程である。この貫通孔径検出工程S2は、孔径拡大ステップおよび孔径確保ステップのように形式的に分けることができる。   The through-hole diameter detection step S2 detects the under-hole diameter of the formed through-hole by monitoring the arc voltage and comparing the measured arc voltage with calibration curve data after a predetermined time has passed since the penetration of the plurality of workpieces W. It is a process to do. This through hole diameter detecting step S2 can be formally divided like a hole diameter expanding step and a hole diameter securing step.

孔径拡大ステップは、図1(d)に示すように、下板まで貫通した後に、その貫通孔の孔径を拡大するステップである。ここで、プラズマトーチ8からのアークはワーク裏面の孔の部分では導通をとれないため、アークは孔を迂回する。よって、時間経過に伴ってアークは孔の周囲に広がることでアーク長が徐々に増加し、併せて下孔径も増加していく。
図2に示す例では、測定されたアーク電圧が変極点から緩やかに上昇していく過程で孔径が拡大される。
As shown in FIG. 1D, the hole diameter expanding step is a step of expanding the hole diameter of the through hole after penetrating to the lower plate. Here, since the arc from the plasma torch 8 cannot conduct at the hole portion on the back surface of the workpiece, the arc bypasses the hole. Thus, as the time elapses, the arc spreads around the hole, so that the arc length gradually increases and the diameter of the lower hole also increases.
In the example shown in FIG. 2, the hole diameter is enlarged in the process in which the measured arc voltage gradually rises from the inflection point.

孔径確保ステップは、図1(e)に示すように、測定されたアーク電圧と検量線データとに基づいて、下孔径が所望の径となったことを検出するステップである。図2に示す例では、測定されたアーク電圧が、所望の下孔径が形成されるときの閾値電圧となったときに、プラズマアークを消す。この閾値電圧となったときに所望の孔径が確保されたと判定される。   The hole diameter securing step is a step of detecting that the lower hole diameter has reached a desired diameter based on the measured arc voltage and calibration curve data, as shown in FIG. In the example shown in FIG. 2, the plasma arc is extinguished when the measured arc voltage becomes a threshold voltage when a desired pilot hole diameter is formed. When this threshold voltage is reached, it is determined that a desired hole diameter has been secured.

インライン検査方法において用いる検量線データとしては、様々な種類のデータを用いることができる。例えば、図2に示すような電圧の時間変化のデータであってもよい。この場合、図2に示すような折れ線全体のデータである必要はなく、その一部でもよい。   Various types of data can be used as calibration curve data used in the in-line inspection method. For example, it may be data of voltage change over time as shown in FIG. In this case, the data need not be the entire broken line as shown in FIG.

また、検量線データとして、例えば図6ないし図8に示すように、下孔径、アーク長およびアーク電圧との関係を示すデータを用いてもよい。これら図6ないし図8に示す検量線データを構築するために用いたテストピースの溶接前の平面図を図3(a)〜図3(c)に示す。図3(a)に示すテストピースは孔が穿設されていない(以下、孔なしと表記する)。図3(b)に示すテストピースは直径3mmの孔が穿設されている(以下、3φと表記する)。図3(c)に示すテストピースは直径6mmの孔が穿設されている(以下、6φと表記する)。これら図6ないし図8に示す検量線データについての説明は後記する。   Further, as the calibration curve data, for example, as shown in FIGS. 6 to 8, data indicating the relationship between the pilot hole diameter, the arc length, and the arc voltage may be used. Plan views before welding of the test pieces used to construct the calibration curve data shown in FIGS. 6 to 8 are shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c). The test piece shown in FIG. 3A has no holes (hereinafter referred to as “no holes”). The test piece shown in FIG. 3B has a hole with a diameter of 3 mm (hereinafter referred to as 3φ). The test piece shown in FIG. 3C has a hole with a diameter of 6 mm (hereinafter referred to as 6φ). A description of the calibration curve data shown in FIGS. 6 to 8 will be given later.

図3(d)に、孔が穿設されていない2枚重ねのワークの貫通を実際に検出したときのワーク表面側からみた孔の形状の一例を示し、図3(e)に下孔径を実際に検出したときのワーク表面側からみた孔の形状の一例を示す。   FIG. 3D shows an example of the shape of the hole viewed from the surface side of the workpiece when the penetration of a two-layer workpiece without holes is actually detected, and FIG. An example of the shape of the hole seen from the workpiece surface side when actually detected is shown.

なお、本願発明者らが、所定の溶接条件でワークを3枚重ねて貫通溶接した際に、形成した貫通孔のサイズと継手強度との関係について実測したところ、下から1枚目のワークと2枚目のワークとの界面の高さにおける孔径(以下、ナゲット径という)の大きさが大きいほど継手強度が大きいという相関があった。このとき、下から1枚目のワークの裏面における孔径(下孔径)の大きさが大きいほど継手強度が大きいという同様の相関があった。つまり、ナゲット径や下孔径が強度を支配する要因となっていることを確かめた。したがって、下孔径を所望の大きさとすることで、所望の強度を保証することができると結論付けられる。   In addition, when the inventors of the present application actually measured the relationship between the size of the formed through-hole and the joint strength when three workpieces were stacked and welded under predetermined welding conditions, the first workpiece from the bottom There is a correlation that the joint strength increases as the size of the hole diameter (hereinafter referred to as nugget diameter) at the height of the interface with the second workpiece increases. At this time, there was a similar correlation that the larger the hole diameter (lower hole diameter) on the back surface of the first workpiece from the bottom, the greater the joint strength. That is, it was confirmed that the nugget diameter and the lower hole diameter are the factors governing the strength. Therefore, it can be concluded that the desired strength can be guaranteed by setting the pilot hole diameter to a desired size.

[2.溶接システムの構成]
ここでは、本発明の第1実施形態に係るインライン検査装置を含む溶接システムの構成について図4を参照して説明する。溶接システム1は、重ね合わせた複数のワークWを貫通溶接するためのロボットアーク溶接システムであって、図4に示すように、主として、溶接トーチ2と、ロボット3と、ロボット制御装置4と、溶接電源5と、フィラー供給装置6と、溶接制御装置7と、インライン検査装置10と、を備えている。また、図示を省略するが、溶接システム1は、動作ガスボンベ、シールドガスボンベ、ガス流量調整器、遠隔制御器などを備えている。図4では、一例として3枚のワークWを重ね合わせた場合のワーク断面を図示した。また、ここでは、上板と下板との隙間はないものとして説明する。
[2. Configuration of welding system]
Here, the configuration of a welding system including the in-line inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The welding system 1 is a robot arc welding system for through-welding a plurality of superimposed workpieces W. As shown in FIG. 4, the welding system 1 mainly includes a welding torch 2, a robot 3, a robot control device 4, A welding power source 5, a filler supply device 6, a welding control device 7, and an in-line inspection device 10 are provided. Although not shown, the welding system 1 includes an operating gas cylinder, a shield gas cylinder, a gas flow rate regulator, a remote controller, and the like. FIG. 4 shows a cross section of a workpiece when three workpieces W are overlapped as an example. Here, the description will be made assuming that there is no gap between the upper plate and the lower plate.

なお、ロボット制御装置4と、溶接制御装置7と、インライン検査装置10とは、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、入出力インタフェース等を備えている。   The robot control device 4, the welding control device 7, and the inline inspection device 10 are, for example, a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and a hard disk drive (HDD). And an input / output interface.

溶接トーチ2は、プラズマトーチ8と、MIGトーチ9とを備える。
プラズマトーチ8は、貫通溶接においてフィラーを充填する前の段階(以下、貫通溶接のフェーズP1と称する)にて先行して使用される先行トーチであって、重ね合わされた複数のワークWを貫通する貫通孔を形成するためのトーチである。プラズマトーチ8には、プラズマアーク溶接を行うための電極やノズルが形成されており、アルゴン等の動作ガス及びシールドガスが供給される。プラズマトーチ8は、タングステン電極と水冷された拘束ノズルとの間にパイロットアークを発生させ、このパイロットアークの熱により動作ガスをプラズマ化して噴出させ、ワークWとの間にプラズマアークを発生させる。シールドガスとしては、一般的に用いられるMAGガス(Ar+CO2混合ガス)などが供給される。
The welding torch 2 includes a plasma torch 8 and a MIG torch 9.
The plasma torch 8 is a preceding torch used in advance in a stage before filling with filler in penetration welding (hereinafter referred to as penetration welding phase P1), and penetrates a plurality of stacked workpieces W. It is a torch for forming a through hole. The plasma torch 8 is formed with electrodes and nozzles for performing plasma arc welding, and is supplied with an operating gas such as argon and a shielding gas. The plasma torch 8 generates a pilot arc between the tungsten electrode and the water-cooled constraining nozzle, converts the working gas into plasma by the heat of the pilot arc, and generates a plasma arc between the workpiece W and the plasma torch 8. As the shielding gas, a commonly used MAG gas (Ar + CO 2 mixed gas) or the like is supplied.

MIGトーチ9は、貫通溶接のフェーズP1の後であってフィラーを充填する段階(以下、貫通溶接のフェーズP2と称する)にて使用される後行トーチであって、貫通孔を埋めて重ね合わされた複数のワークWを融合するためのトーチである。MIGトーチ9は、貫通孔にフィラーを充填するためのMIG溶接(metal inert gas welding)を行うためのトーチである。MIGトーチ9には、その中心に消耗電極としてのフィラー61がフィラー供給装置6から送り込まれ、フィラー61の周囲にはシールドガス(Ar+CO2)が供給される。 The MIG torch 9 is a subsequent torch used after the through-welding phase P1 and filling the filler (hereinafter referred to as through-welding phase P2), and is filled with the through-holes. It is a torch for fusing a plurality of workpieces W. The MIG torch 9 is a torch for performing MIG welding (metal inert gas welding) for filling a through hole with a filler. A filler 61 as a consumable electrode is sent from the filler supply device 6 to the center of the MIG torch 9, and shield gas (Ar + CO 2 ) is supplied around the filler 61.

ロボット3は、例えば、多軸多関節型の溶接ロボットであり、先端側のアーム3aには溶接トーチ2が取り付けられている。ロボット3は、モータで各関節を動かすことにより溶接トーチ2を移動させることができる。
ロボット制御装置4は、ロボット3に接続されており、溶接経路等の入力コマンドまたは予め記憶されたコマンドに基づいてロボット3の動作や姿勢を制御するものである。
The robot 3 is, for example, a multi-axis multi-joint welding robot, and the welding torch 2 is attached to the arm 3a on the distal end side. The robot 3 can move the welding torch 2 by moving each joint with a motor.
The robot control device 4 is connected to the robot 3 and controls the operation and posture of the robot 3 based on an input command such as a welding path or a command stored in advance.

溶接電源5は、アーク溶接のための電力を溶接トーチ2に供給するものである。ここでは、溶接電源5は、図4に示すように、主として、プラズマ電源51と、MIG電源52と、ガス供給装置53と、電圧検出器54とを備える。なお、図示を省略するが、溶接電源5は、電流検出器やMIG溶接に必要な制御回路などを備えている。   The welding power source 5 supplies electric power for arc welding to the welding torch 2. Here, as shown in FIG. 4, the welding power source 5 mainly includes a plasma power source 51, a MIG power source 52, a gas supply device 53, and a voltage detector 54. Although not shown, the welding power source 5 includes a current detector, a control circuit necessary for MIG welding, and the like.

プラズマ電源51は、商用3相交流電源を図示しないトランスにより直流電源に変換するものであり、貫通溶接のフェーズP1(プラズマアーク溶接中)にてプラズマトーチ8に電力を供給する。このプラズマ電源51の負極は、プラズマトーチ8のタングステン電極に電気的に接続され、プラズマ電源51の陽極は、ワークWに電気的に接続される。プラズマ電源51の出力特性は、一般的に定電流特性であり、これによりアーク安定後のアーク電流を一定値に保持する。この定電流制御により、測定されたアーク電圧からアーク長を推定することができる。   The plasma power source 51 converts a commercial three-phase AC power source into a DC power source using a transformer (not shown), and supplies power to the plasma torch 8 in a phase P1 of penetration welding (during plasma arc welding). The negative electrode of the plasma power source 51 is electrically connected to the tungsten electrode of the plasma torch 8, and the anode of the plasma power source 51 is electrically connected to the workpiece W. The output characteristic of the plasma power source 51 is generally a constant current characteristic, whereby the arc current after arc stabilization is maintained at a constant value. By this constant current control, the arc length can be estimated from the measured arc voltage.

MIG電源52は、商用3相交流電源を図示しないトランスにより直流電源に変換するものであり、貫通溶接のフェーズP2(MIG溶接中)にてMIGトーチ9に電力を供給する。このMIG電源52の陽極は、MIGトーチ9のフィラー61(消耗電極)に電気的に接続され、MIG電源52の負極は、ワークWに電気的に接続される。MIG電源52の出力特性は、定電圧特性であり、これにより、アーク安定後のアーク長を一定値に保持する。   The MIG power source 52 converts a commercial three-phase AC power source into a DC power source using a transformer (not shown), and supplies power to the MIG torch 9 in the phase P2 of penetration welding (during MIG welding). The anode of the MIG power source 52 is electrically connected to the filler 61 (consumable electrode) of the MIG torch 9, and the negative electrode of the MIG power source 52 is electrically connected to the workpiece W. The output characteristic of the MIG power supply 52 is a constant voltage characteristic, whereby the arc length after arc stabilization is maintained at a constant value.

ガス供給装置53は、図示しないガスボンベから溶接トーチ2(プラズマトーチ8、MIGトーチ9)に溶接用のシールドガスを供給する。また、ガス供給装置53は、図示しないガスボンベから、プラズマを形成するための動作ガスを溶接トーチ2に供給する。   The gas supply device 53 supplies a shielding gas for welding to the welding torch 2 (plasma torch 8 and MIG torch 9) from a gas cylinder (not shown). Further, the gas supply device 53 supplies a working gas for forming plasma to the welding torch 2 from a gas cylinder (not shown).

電圧検出器54は、プラズマ溶接電源51による溶接電圧であるアーク電圧を検出するものである。電圧検出器54は、貫通溶接のフェーズP1(プラズマアーク溶接中)にて検出されたアーク電圧をインライン検査装置10に出力する。電圧検出器54は、貫通溶接のフェーズP2(MIG溶接中)にて検出されたアーク電圧を溶接制御装置7に出力する。   The voltage detector 54 detects an arc voltage which is a welding voltage by the plasma welding power source 51. The voltage detector 54 outputs the arc voltage detected in the phase P1 of penetration welding (during plasma arc welding) to the in-line inspection apparatus 10. The voltage detector 54 outputs the arc voltage detected in the phase P2 of penetration welding (during MIG welding) to the welding control device 7.

フィラー供給装置6は、MIG電源52と接続されている。フィラー供給装置6は、貫通溶接のフェーズP2(MIG溶接中)において、図示しないフィラー収納器から送出路を介して送出されるワイヤ状のフィラーを、MIGトーチ9に送り出す。   The filler supply device 6 is connected to the MIG power source 52. The filler supply device 6 sends out a wire-like filler sent from a filler container (not shown) through a delivery path to the MIG torch 9 in the phase P2 of penetration welding (during MIG welding).

溶接制御装置7は、貫通溶接のフェーズP1(プラズマアーク溶接中)にて溶接電源5およびインライン検査装置10を駆動することで、プラズマアーク溶接により、重ね合わされた複数のワークWを貫通する貫通孔を形成する。
溶接制御装置7は、貫通溶接のフェーズP2(MIG溶接中)にて溶接電源5を駆動することで、MIG溶接により、貫通孔にワイヤを充填する。すなわち、溶接制御装置7は、MIG電源52、ガス供給装置53およびMIGトーチ9を駆動する。
The welding control device 7 drives the welding power source 5 and the in-line inspection device 10 in the through-welding phase P1 (during plasma arc welding), thereby penetrating a plurality of workpieces W stacked by plasma arc welding. Form.
The welding control device 7 drives the welding power source 5 in the through welding phase P2 (during MIG welding), thereby filling the through holes with MIG welding. That is, the welding control device 7 drives the MIG power source 52, the gas supply device 53, and the MIG torch 9.

[3.インライン検査装置の構成]
ここでは、本発明の第1実施形態に係るインライン検査装置の構成について図5を参照(適宜図4参照)して説明する。
インライン検査装置10は、重ね合わせた複数のワークWを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査するものであって、電圧監視手段11と、記憶手段12と、処理手段13と、を備える。
電圧監視手段11は、プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、アーク電圧を所定の頻度で測定するものである。
[3. Configuration of inline inspection equipment]
Here, the configuration of the in-line inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5 (refer to FIG. 4 as appropriate).
The in-line inspection apparatus 10 inspects through holes in-line when through welding a plurality of superimposed workpieces W, and includes a voltage monitoring unit 11, a storage unit 12, and a processing unit 13.
The voltage monitoring means 11 monitors the arc voltage during plasma arc welding and measures the arc voltage at a predetermined frequency.

記憶手段12は、ワークWの板厚および溶接条件ごとに予め求められた検量線データとして、例えば、下孔径−電圧データ21と、再点弧データ22と、アーク長−電圧データ23とを記憶するものである。記憶手段12は、例えば、一般的なハードディスクやメモリ等から構成される。   The storage unit 12 stores, for example, pilot hole diameter-voltage data 21, re-ignition data 22, and arc length-voltage data 23 as calibration curve data obtained in advance for each plate thickness and welding condition of the workpiece W. To do. The storage means 12 is composed of, for example, a general hard disk or memory.

(下孔径−電圧データ21)
下孔径−電圧データ21は、ワークWの板厚および溶接条件ごとに予め求められた、ワークWに形成された貫通孔の下孔径と、プラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データである。本実施形態では、下孔径−電圧データ21は、重ね合わせた複数のワークWの板厚および溶接条件ごとに求められ、重ね合わせた複数のワークに所望サイズの貫通孔が形成されたときの裏面側の孔の内径を示す下孔径と、当該貫通孔に点弧されたアークが安定したときのアーク電圧を示す安定電圧と、の対応関係を示す。下孔径−電圧データ21の一例を図7に示す。なお、下孔径−電圧データ21についての説明は後記する。
(Lower hole diameter-voltage data 21)
The lower hole diameter-voltage data 21 is calibration curve data indicating the relationship between the lower hole diameter of the through hole formed in the workpiece W and the arc voltage of plasma arc welding, which is obtained in advance for each thickness and welding condition of the workpiece W. It is. In the present embodiment, the lower hole diameter-voltage data 21 is obtained for each plate thickness and welding condition of a plurality of superimposed workpieces W, and the back surface when through holes having a desired size are formed in the plurality of superimposed workpieces. The correspondence relationship between the lower hole diameter indicating the inner diameter of the side hole and the stable voltage indicating the arc voltage when the arc ignited in the through hole is stabilized is shown. An example of the lower hole diameter-voltage data 21 is shown in FIG. The description of the lower hole diameter-voltage data 21 will be described later.

(再点弧データ22)
再点弧データ22は、重ね合わせた複数のワークWに既に形成された所望サイズの貫通孔にプラズマアーク溶接によりアークを再点弧したときの電圧立上り時のアークが安定する前の時刻であって予め定められた絶縁破壊時間内(例えば5ミリ秒)のアーク電圧と下孔径との対応関係を示す。再点弧データ22の一例を図8に示す。なお、再点弧データ22についての説明は後記する。
(Re-ignition data 22)
The re-ignition data 22 is the time before the arc at the time of voltage rise when the arc is re-ignited by plasma arc welding to a through-hole of a desired size already formed in the plurality of stacked workpieces W. The correspondence relationship between the arc voltage within a predetermined dielectric breakdown time (for example, 5 milliseconds) and the pilot hole diameter is shown. An example of the re-ignition data 22 is shown in FIG. The re-ignition data 22 will be described later.

(アーク長−電圧データ23)
アーク長−電圧データ23は、重ね合わせた複数のワークWの板厚および溶接条件ごとに求められた、複数の下孔径−電圧データ21から得られる。アーク長−電圧データ23の一例を図6に示す。なお、アーク長−電圧データ23についての説明は後記する。
(Arc length-voltage data 23)
The arc length-voltage data 23 is obtained from a plurality of pilot hole diameter-voltage data 21 obtained for each thickness and welding condition of a plurality of workpieces W that are superimposed. An example of the arc length-voltage data 23 is shown in FIG. The arc length-voltage data 23 will be described later.

処理手段13は、図5に示すように、貫通検出手段31と、貫通孔径検出手段32と、貫通孔径保証手段33とを備える。ここで、処理手段13は、貫通検出手段31を、インライン検査方法として図1(a)〜図1(c)に示す貫通検出工程S1を実行するための構成として備えると共に、貫通孔径検出手段32および貫通孔径保証手段33を、インライン検査方法として図1(c)〜図1(e)に示す貫通孔径検出工程S2を実行するための構成として備えることとした。なお、貫通孔径検出手段32および貫通孔径保証手段33のように形式的に区分したが併合した1つの手段であってもよいことは勿論である。   As shown in FIG. 5, the processing unit 13 includes a through detection unit 31, a through hole diameter detection unit 32, and a through hole diameter guarantee unit 33. Here, the processing means 13 includes the penetration detection means 31 as a configuration for performing the penetration detection step S1 shown in FIGS. 1A to 1C as an in-line inspection method, and the through hole diameter detection means 32. In addition, the through hole diameter guaranteeing means 33 is provided as a configuration for performing the through hole diameter detecting step S2 shown in FIGS. 1C to 1E as an in-line inspection method. It should be noted that although the through hole diameter detecting means 32 and the through hole diameter guaranteeing means 33 are formally divided, it is needless to say that they may be combined.

貫通検出手段31は、測定されたアーク電圧に基づいて重ね合わせた複数のワークWが貫通したことを検出するものである。ワークWが貫通したこと自体を検出する方法は特に限定されないが、例えば、測定されたアーク電圧の増分や増加率を用いて検出することできる。本実施形態では、一例として、測定されたアーク電圧の増分により貫通を検出する構成と、増加率により貫通を検出する構成と、を備え、所定の切り替え指示操作または事前設定によって、いずれか一方の構成による処理が実行可能となるように構成した。このため、貫通検出手段31は、図5に示すように、トーチ高さ算出手段311と、増分演算手段312と、増分判別手段313と、増加率演算手段314と、増加率判別手段315とを備えることとした。   The penetration detection unit 31 detects that a plurality of workpieces W that are overlapped have penetrated based on the measured arc voltage. A method for detecting that the workpiece W has penetrated is not particularly limited, and for example, the workpiece W can be detected by using an increment or an increase rate of the measured arc voltage. In the present embodiment, as an example, it has a configuration for detecting penetration by an increase in the measured arc voltage and a configuration for detecting penetration by an increase rate, and either one of them by a predetermined switching instruction operation or presetting. The configuration is configured so that the process can be executed. Therefore, as shown in FIG. 5, the penetration detection unit 31 includes a torch height calculation unit 311, an increment calculation unit 312, an increment determination unit 313, an increase rate calculation unit 314, and an increase rate determination unit 315. I decided to prepare.

トーチ高さ算出手段311は、アーク長−電圧データ23と、測定されたアーク電圧についての初期電圧とに基づいて、初期電圧からアーク長−電圧データ23により換算されるアーク長さをトーチ高さとして算出するものである。このトーチ高さ算出手段311は、孔なしのテストピースを用いて測定された検量線(図6のグラフにおいて三角形で示す)から、トーチ高さを算出する。例えば、図6のグラフにおいて、アーク長さが5mmのときに三角形で示す電圧値(約30.3V)がリアルタイムモニタにて測定されたときには、トーチ高さ算出手段311は、トーチ高さが5mmであることを検出する。   The torch height calculation means 311 calculates the arc length converted from the initial voltage to the arc length-voltage data 23 based on the arc length-voltage data 23 and the initial voltage for the measured arc voltage. Is calculated as follows. This torch height calculating means 311 calculates the torch height from a calibration curve (indicated by a triangle in the graph of FIG. 6) measured using a test piece without holes. For example, in the graph of FIG. 6, when the voltage value indicated by a triangle (about 30.3 V) is measured with a real-time monitor when the arc length is 5 mm, the torch height calculation means 311 has a torch height of 5 mm. Is detected.

増分演算手段312は、初期電圧測定以後に測定されたアーク電圧について初期電圧からの増分を演算すると共に、アーク長−電圧データ23においてアーク長さが、トーチ高さからワークの板厚の合計の長さだけ増加するまでの電圧の増分を算出するものである。
増分判別手段313は、初期電圧からの増分がアーク長−電圧データ23における電圧の増分に一致したか否かを判別し、電圧の増分が一致した場合、重ね合わせた複数のワークWが貫通したと判定する。これら増分演算手段312および増分判別手段313は、電圧の増分により貫通を検出する構成である。
The increment calculation means 312 calculates an increment from the initial voltage for the arc voltage measured after the initial voltage measurement, and the arc length in the arc length-voltage data 23 is calculated from the torch height to the total thickness of the workpiece. The voltage increment until it increases by the length is calculated.
The increment discriminating means 313 discriminates whether or not the increment from the initial voltage coincides with the increment of the voltage in the arc length-voltage data 23. If the increment of the voltage coincides, the plurality of superimposed workpieces W have penetrated. Is determined. The increment calculating means 312 and the increment determining means 313 are configured to detect penetration through voltage increments.

増加率演算手段314は、初期電圧測定以後に測定されたアーク電圧について単位時間当たりの増加率を演算するものである。
増加率判別手段315は、増加率が所定の閾値を越える時点である変極点となったか否かを判別し、変極点となった場合、重ね合わせた複数のワークWが貫通したと判定する(下板貫通検出ステップ:図2参照)。これら増加率演算手段314および増加率判別手段315は、電圧の増加率により貫通を検出する構成である。
The increase rate calculating means 314 calculates an increase rate per unit time for the arc voltage measured after the initial voltage measurement.
The increase rate discriminating means 315 determines whether or not an inflection point at which the increase rate exceeds a predetermined threshold value, and determines that a plurality of superimposed workpieces W have penetrated when the inflection point is reached ( Lower plate penetration detection step: see FIG. These increase rate calculating means 314 and increase rate determining means 315 are configured to detect penetration based on the voltage increase rate.

貫通孔径検出手段32は、測定されたアーク電圧に基づいて、複数のワークWの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を下孔径−電圧データ(検量線データ)21と照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出するものである。   The through-hole diameter detecting means 32 collates the measured arc voltage with a lower hole diameter-voltage data (calibration curve data) 21 based on the measured arc voltage after a predetermined time has elapsed since the penetration of the plurality of workpieces W. The diameter of the prepared through hole is detected.

貫通孔径検出手段32は、測定されたアーク電圧を、次のように下孔径−電圧データ21(図7に示すグラフ)と照合する。図7に示すグラフの横軸はテストピースの下孔径を示し、縦軸はアーク点弧後0.2秒のときのアーク電圧を示している。ここで、下孔径=0mmのデータは、図3(a)に示す孔なしのテストピースによる測定結果である。グラフにおいて、トーチ高さ5mmの条件のアーク電圧を三角形で示す。同様に、グラフにおいて、トーチ高さ10mmの条件のアーク電圧を丸で示し、トーチ高さ13mmの条件のアーク電圧を四角形で示す。   The through hole diameter detection means 32 collates the measured arc voltage with the lower hole diameter-voltage data 21 (graph shown in FIG. 7) as follows. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 7 indicates the pilot hole diameter of the test piece, and the vertical axis indicates the arc voltage at 0.2 seconds after arc firing. Here, the data of the lower hole diameter = 0 mm is a measurement result by the test piece without holes shown in FIG. In the graph, the arc voltage under the condition of a torch height of 5 mm is indicated by a triangle. Similarly, in the graph, the arc voltage under the condition of a torch height of 10 mm is indicated by a circle, and the arc voltage under the condition of a torch height of 13 mm is indicated by a square.

貫通孔径検出手段32は、検出されたトーチ高さが例えば5mmの場合、図7のグラフにおいて、トーチ高さ5mmの場合の三角形で示す3つのアーク電圧値を結んだ検量線(トーチ高さ5mm検量線)を用いる。このとき、リアルタイムにモニタされた電圧値として約31.4Vの電圧値が検出されたときには、下孔径が3mmになったことを検出することができる。同様に約34.1Vの電圧値が検出されたときには、下孔径が6mmになったことを検出することができる。なお、この検量線は一例であり、これに限定されるものではない。   When the detected torch height is 5 mm, for example, the through-hole diameter detecting means 32 has a calibration curve (torch height 5 mm) connecting three arc voltage values indicated by triangles in the graph of FIG. 7 when the torch height is 5 mm. Calibration curve). At this time, when a voltage value of about 31.4 V is detected as the voltage value monitored in real time, it can be detected that the diameter of the prepared hole has become 3 mm. Similarly, when a voltage value of about 34.1 V is detected, it can be detected that the diameter of the prepared hole is 6 mm. This calibration curve is an example, and the present invention is not limited to this.

貫通孔径保証手段33は、アーク点弧制御手段331と、立上り電圧照合手段332と、孔径確認手段333とを備える。   The through hole diameter guarantee means 33 includes an arc firing control means 331, a rising voltage collating means 332, and a hole diameter confirmation means 333.

アーク点弧制御手段331は、貫通孔径検出手段32において貫通孔の下孔径を検出した場合、アークを一旦切り、直後にプラズマアーク溶接のアークを再点弧するものである。本実施形態では、アーク点弧制御手段331は、溶接制御装置7を介して溶接電源5にアークオフ/アークオンの指令を出すこととした。なお、アーク点弧制御手段331は、溶接電源5に直接指令を出してもよい。   When the through hole diameter detecting means 32 detects the diameter of the through hole in the through hole, the arc ignition control means 331 once cuts the arc and immediately re-ignites the plasma arc welding arc. In the present embodiment, the arc ignition control means 331 issues an arc-off / arc-on command to the welding power source 5 via the welding control device 7. The arc firing control means 331 may issue a command directly to the welding power source 5.

立上り電圧照合手段332は、アークを再点弧した後に測定されたアーク電圧を、検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出するものである。つまり、前記した貫通孔径検出手段32が検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する処理を行い、さらに、アークを再点弧した後に、この立上り電圧照合手段332が、検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を再検出する。
本実施形態では、立上り電圧照合手段332は、アーク再点弧時に測定されたアーク電圧を、再点弧データ22における立上り電圧(アーク電圧)と一致するか否か照合することとした。この立上り電圧照合手段332は、測定されたアーク電圧を、次のように再点弧データ22(図8に示すグラフ)と照合する。図8に示すグラフの横軸はテストピースの孔径を示し、縦軸は5ミリ秒のときのアーク電圧を示している。なお、図8のグラフの見方は図7のグラフと同様なので詳細な説明を省略する。また、この立上り電圧照合手段332と、前記貫通孔径検出手段32とは検量線を用いた検出方法が同様なので詳細な説明は省略する。
The rising voltage collating means 332 detects the lower hole diameter of the formed through hole by collating the arc voltage measured after re-igniting the arc with the calibration curve data. That is, the above-described through-hole diameter detecting means 32 collates with the calibration curve data to perform processing for detecting the lower hole diameter of the formed through-hole, and after re-igniting the arc, this rising voltage collating means 332 However, the diameter of the prepared through hole is re-detected by collating with the calibration curve data.
In the present embodiment, the rising voltage collating means 332 collates whether or not the arc voltage measured at the time of arc re-ignition coincides with the rising voltage (arc voltage) in the re-ignition data 22. The rising voltage collating means 332 collates the measured arc voltage with the re-ignition data 22 (graph shown in FIG. 8) as follows. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 8 indicates the hole diameter of the test piece, and the vertical axis indicates the arc voltage at 5 milliseconds. The way of viewing the graph of FIG. 8 is the same as that of the graph of FIG. Further, since the rising voltage collating means 332 and the through hole diameter detecting means 32 have the same detection method using a calibration curve, detailed description thereof will be omitted.

孔径確認手段333は、照合により、測定されたアーク電圧が再点弧データ22における立上り電圧に一致した場合、所望サイズの貫通孔が確実に形成されていると判定するものである。ここで一致とは、所望の孔径になっているはずの貫通孔にアーク再点弧したときに測定されたアーク電圧の立上り電圧の値が、再点弧データ22における前記所望の孔径の立上り電圧の値以上になることを意味する。   The hole diameter confirming means 333 determines that a through hole having a desired size is reliably formed when the measured arc voltage matches the rising voltage in the re-ignition data 22 by collation. Here, “match” means that the rising voltage of the arc voltage measured when the arc is re-ignited into the through hole that should have the desired hole diameter is the rising voltage of the desired hole diameter in the re-ignition data 22. It means that it becomes more than the value of.

[4.インライン検査装置による処理の流れ]
インライン検査装置10による処理の流れについて図9を参照(適宜、図4および図5参照)して説明する。図9は、本発明の第1実施形態に係るインライン検査装置による処理の流れの概略を示すフローチャートである。ここで、溶接電源5は、電圧検出器54によって、アーク電圧を検出し、インライン検査装置10に出力している。これにより、インライン検査装置10の電圧監視手段11は、アーク電圧を監視している。
[4. Flow of processing by inline inspection equipment]
The flow of processing by the inline inspection apparatus 10 will be described with reference to FIG. 9 (refer to FIGS. 4 and 5 as appropriate). FIG. 9 is a flowchart showing an outline of the flow of processing by the inline inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention. Here, the welding power source 5 detects the arc voltage by the voltage detector 54 and outputs it to the in-line inspection apparatus 10. Thereby, the voltage monitoring means 11 of the in-line inspection apparatus 10 monitors the arc voltage.

まず、インライン検査装置10の貫通検出手段31は、トーチ高さ算出手段311によって、初期電圧のアーク長をトーチ高さH0として検出する(ステップS11)。そして、貫通検出手段31は、引き続きアーク長に対応したアーク電圧を検出し(ステップS12)、電圧増分または電圧増加率により貫通を検出できない場合(ステップS13:No)、ステップS12に戻って、アーク長に対応したアーク電圧の検出を続行する。一方、貫通を検出した場合(ステップS13:Yes)、貫通検出手段31は処理を貫通孔径検出手段32に渡す。 First, the penetration detection unit 31 of the in-line inspection apparatus 10 detects the arc length of the initial voltage as the torch height H 0 by the torch height calculation unit 311 (step S11). Then, the penetration detection means 31 continues to detect the arc voltage corresponding to the arc length (step S12), and when the penetration cannot be detected by the voltage increment or the voltage increase rate (step S13: No), the process returns to step S12 to return to the arc. Continue to detect the arc voltage corresponding to the length. On the other hand, when penetration is detected (step S13: Yes), the penetration detection unit 31 passes the process to the through hole diameter detection unit 32.

貫通孔径検出手段32は、引き続きアーク長に対応したアーク電圧を検出し(ステップS14)、下孔径を検出できない場合(ステップS15:No)、所定のタイムリミットになっていなければ(ステップS16:No)、ステップS14に戻ってアーク長に対応したアーク電圧の検出を続行する。一方、ワークの貫通から所定時間経過したときに測定されたアーク電圧によって下孔径を検出した場合(ステップS15:Yes)、貫通孔径検出手段32は、処理を貫通孔径保証手段33に渡し、貫通孔径保証手段33が、アーク点弧制御手段331によって、アークオフの制御を行う(ステップS17)。これにより、溶接制御装置7が溶接電源5にアークオフの指令を出し、プラズマトーチ8のアークが切れる。直後に、貫通孔径保証手段33は、アーク点弧制御手段331によって、アークを再点弧する制御を行う(ステップS18)。これにより、溶接制御装置7が溶接電源5にアーク再点弧の指令を出し、プラズマトーチ8のアークが再点弧される。   The through-hole diameter detecting means 32 continues to detect the arc voltage corresponding to the arc length (step S14), and when the lower hole diameter cannot be detected (step S15: No), if the predetermined time limit is not reached (step S16: No) ), Returning to step S14, the detection of the arc voltage corresponding to the arc length is continued. On the other hand, when the lower hole diameter is detected by the arc voltage measured when a predetermined time has passed since the penetration of the workpiece (step S15: Yes), the through hole diameter detection means 32 passes the process to the through hole diameter guarantee means 33, and the through hole diameter The guarantee means 33 performs arc-off control by the arc firing control means 331 (step S17). As a result, the welding control device 7 issues an arc-off command to the welding power source 5 and the arc of the plasma torch 8 is cut off. Immediately thereafter, the through-hole diameter guaranteeing means 33 performs control to re-ignite the arc by the arc firing control means 331 (step S18). As a result, the welding control device 7 issues an arc re-ignition command to the welding power source 5, and the arc of the plasma torch 8 is re-ignited.

そして、貫通孔径保証手段33は、立上り電圧照合手段332によって、測定されたアーク電圧の立上り電圧が、再点弧データの立上り電圧に一致するか否かを判別する(ステップS19:再検出ステップ)。両者の立上り電圧が一致する場合(ステップS19:Yes)、貫通孔径保証手段33は、孔径確認手段333によって、貫通孔の良否判定を「良」とし(ステップS20)、処理を終了する。一方、両者の立上り電圧が一致しない場合(ステップS19:No)、貫通孔径保証手段33は、孔径確認手段333によって、貫通孔の良否判定を「否」とし(ステップS21)、処理を終了する。   Then, the through-hole diameter guaranteeing means 33 determines whether or not the rising voltage of the arc voltage measured by the rising voltage collating means 332 matches the rising voltage of the re-ignition data (step S19: re-detection step). . When the rising voltages of the two match (step S19: Yes), the through hole diameter guaranteeing unit 33 sets the pass / fail judgment of the through hole to “good” by the hole diameter checking unit 333 (step S20), and ends the process. On the other hand, if the rising voltages of the two do not match (step S19: No), the through hole diameter guaranteeing means 33 sets the through hole pass / fail judgment to “No” by the hole diameter confirmation means 333 (step S21), and ends the process.

なお、下孔径を検出できず(ステップS15:No)、タイムリミットになった場合(ステップS16:Yes)、貫通孔径検出手段32は、処理を貫通孔径保証手段33に渡し、貫通孔径保証手段33が、孔径確認手段333によって、貫通孔の良否判定を「否」とし(ステップS22)、処理を終了する。   If the lower hole diameter cannot be detected (step S15: No) and the time limit is reached (step S16: Yes), the through hole diameter detecting means 32 passes the processing to the through hole diameter guaranteeing means 33, and the through hole diameter guaranteeing means 33 is reached. However, the hole diameter confirmation means 333 sets the pass / fail judgment of the through hole to “No” (step S22), and the process is terminated.

貫通孔の良否判定結果により、例えば、「良」を、貫通溶接のフェーズP2に移行できるワーク、「否」をフェーズP2に移行できないワークとして分類することができる。また、「否」と判定された場合、加修などの工程に移行させる。   Based on the pass / fail judgment result of the through hole, for example, “good” can be classified as a work that can shift to the phase P2 of through welding, and “no” can be classified as a work that cannot shift to the phase P2. If it is determined as “No”, the process proceeds to a process such as repair.

[5.検量線データの具体例]
(下孔径−電圧データ21)
下孔径−電圧データ21(例えば図7に示すグラフ)は、図10に示す検量線データ等を用いることで作成することができる。ここで、図10に示す検量線データについて説明する。図10に示すグラフの横軸は時間、縦軸はアーク電圧を示している。図10に示す電圧ライン101は、図3(b)に示す3φのテストピースを用いて、トーチ高さを5mmとした所定の溶接条件のときに、既に穿設されている直径3mmの孔に向かってプラズマアーク溶接によりアークを点弧したときのアーク電圧の時間変化をおよそ1秒間に亘って測定した結果を示す。
[5. Specific example of calibration curve data]
(Lower hole diameter-voltage data 21)
The lower hole diameter-voltage data 21 (for example, the graph shown in FIG. 7) can be created by using the calibration curve data shown in FIG. Here, the calibration curve data shown in FIG. 10 will be described. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 10 indicates time, and the vertical axis indicates arc voltage. The voltage line 101 shown in FIG. 10 is formed in a hole having a diameter of 3 mm already drilled under a predetermined welding condition with a torch height of 5 mm using the 3φ test piece shown in FIG. The result of having measured the time change of the arc voltage over about 1 second when an arc is ignited by plasma arc welding is shown.

また、図10に示す電圧ライン102は、図3(b)に示す3φのテストピースを用いつつ、トーチ高さを10mmに変更したときに同様に求めたアーク電圧の時間変化の測定結果を示す。さらに、図10に示す電圧ライン103は、図3(b)に示す3φのテストピースを用いつつ、トーチ高さを13mmに変更したときに同様に求めたアーク電圧の時間変化の測定結果を示す。これら電圧ライン101,102,103は、どれもアーク点弧時にはアーク電圧の急上昇が認められるものの、およそ0.2秒以降はアークが安定した電圧(以下、安定電圧という)を示している。また、図示を省略するが、図3(c)に示す6φのテストピースを用いて、トーチ高さを5,10,13mmとした同様のアーク電圧の測定結果を得た。さらに、図示を省略するが、図3(a)に示す孔なしのテストピースを用いて、トーチ高さを5,10,13mmとした同様のアーク電圧の測定結果を得た。各テストピースを用いた計9つの測定結果において時間が0.2秒のときのアーク電圧を抽出したものが図7に示すグラフ(下孔径−電圧データ21)である。   Moreover, the voltage line 102 shown in FIG. 10 shows the measurement result of the time change of the arc voltage similarly obtained when the torch height is changed to 10 mm while using the 3φ test piece shown in FIG. . Furthermore, the voltage line 103 shown in FIG. 10 shows the measurement result of the time change of the arc voltage similarly obtained when the torch height is changed to 13 mm while using the 3φ test piece shown in FIG. . These voltage lines 101, 102, and 103 all show a voltage (hereinafter referred to as a stable voltage) where the arc is stable after about 0.2 seconds, although a rapid increase in the arc voltage is recognized at the time of arc ignition. Although not shown, similar arc voltage measurement results were obtained with the torch height of 5, 10, 13 mm using a 6φ test piece shown in FIG. Further, although not shown in the figure, the same arc voltage measurement results were obtained with the torch height of 5, 10, 13 mm using the test piece without holes shown in FIG. A graph (lower hole diameter-voltage data 21) shown in FIG. 7 is obtained by extracting the arc voltage when the time is 0.2 seconds in the total nine measurement results using each test piece.

(再点弧データ22)
再点弧データ22(例えば図8に示すグラフ)は、図11に示す検量線データ等を用いることで作成することができる。ここで、図11に示す検量線データについて説明する。図11は、図10の拡大図である。図11に示すグラフの横軸は時間、縦軸はアーク電圧を示している。図11に示す電圧ライン111は、図10に示す電圧ライン101のデータについてアークを点弧してから0.02秒までのアーク電圧の時間変化を示す。すなわち、図3(b)に示す3φのテストピースを用いて、トーチ高さを5mmとした所定の溶接条件のときに、既に穿設されている直径3mmの孔に向かってプラズマアーク溶接によりアークを点弧したときのアーク電圧の時間変化をおよそ0.02秒間測定した結果を示す。ここで、図10および図11のグラフは、時間軸だけではなく、縦軸の電圧値の目盛りも異なる。なお、図10のグラフでは振り切れていた電圧値を図11のグラフには収めるようにした。
(Re-ignition data 22)
The re-ignition data 22 (for example, the graph shown in FIG. 8) can be created by using the calibration curve data shown in FIG. Here, the calibration curve data shown in FIG. 11 will be described. FIG. 11 is an enlarged view of FIG. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 11 indicates time, and the vertical axis indicates arc voltage. A voltage line 111 shown in FIG. 11 shows a change over time of the arc voltage from 0.02 seconds after the arc is ignited with respect to the data of the voltage line 101 shown in FIG. That is, using a 3φ test piece shown in FIG. 3 (b), an arc is formed by plasma arc welding toward a hole with a diameter of 3 mm already drilled under a predetermined welding condition with a torch height of 5 mm. The result of having measured the time change of the arc voltage when starting is about 0.02 second is shown. Here, the graphs of FIGS. 10 and 11 differ not only in the time axis but also in the scale of the voltage value on the vertical axis. In addition, the voltage value which has been shaken out in the graph of FIG. 10 is stored in the graph of FIG.

また、図11に示す電圧ライン112は、図10に示す電圧ライン102のデータについてアークを点弧してから0.02秒までのアーク電圧の時間変化を示す(3φのテストピース、トーチ高さ10mm)。さらに、図11に示す電圧ライン113は、図10に示す電圧ライン103のデータについてアークを点弧してから0.02秒までのアーク電圧の時間変化を示す(3φのテストピース、トーチ高さ13mm)。これら電圧ライン111,112,113には、どれもアーク点弧直後の5ミリ秒程度までの間において、図10に示す安定電圧よりも大きなアーク電圧(以下、立上り電圧という)が認められる。また、図示を省略するが、図3(c)に示す6φのテストピースを用いて、トーチ高さを5,10,13mmとした同様の立上り電圧の測定結果を得た。さらに、図示を省略するが、図3(a)に示す孔なしのテストピースを用いて、トーチ高さを5,10,13mmとした同様の立上り電圧の測定結果を得た。各テストピースを用いた計9つの測定結果において時間が5ミリ秒のときのアーク電圧を抽出したものが図8に示すグラフである。   Moreover, the voltage line 112 shown in FIG. 11 shows the time change of the arc voltage from the time of starting the arc to 0.02 seconds for the data of the voltage line 102 shown in FIG. 10 (3φ test piece, torch height 10 mm). Furthermore, the voltage line 113 shown in FIG. 11 shows the time change of the arc voltage from the time of starting the arc to 0.02 seconds with respect to the data of the voltage line 103 shown in FIG. 10 (3φ test piece, torch height 13 mm). In these voltage lines 111, 112, and 113, an arc voltage larger than the stable voltage shown in FIG. 10 (hereinafter referred to as a rising voltage) is recognized for about 5 milliseconds immediately after the arc ignition. Although not shown in the figure, the same rise voltage measurement results with a torch height of 5, 10, 13 mm were obtained using a 6φ test piece shown in FIG. Further, although not shown in the figure, the same rise voltage measurement results were obtained with the torch height of 5, 10, 13 mm using the test piece without holes shown in FIG. FIG. 8 shows a graph obtained by extracting the arc voltage when the time is 5 milliseconds in the total nine measurement results using each test piece.

(アーク長−電圧データ23)
アーク長−電圧データ23(図6に示すグラフ)は、図7に示す検量線データ(下孔径−電圧データ21)を用いることで作成することができる。以下、図6に示すグラフについて図7と対比させて説明する。図6に示すグラフの横軸はアーク長さを示し、縦軸はアーク電圧を示している。ここで、アーク長さとは、検量線データとして測定されたトーチ高さから換算されるアークの長さのことなので、測定されたアーク電圧から換算されたアーク長とは区別して、アーク長さと称する。
(Arc length-voltage data 23)
The arc length-voltage data 23 (graph shown in FIG. 6) can be created by using the calibration curve data (bottom hole diameter-voltage data 21) shown in FIG. The graph shown in FIG. 6 will be described below in comparison with FIG. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 6 indicates the arc length, and the vertical axis indicates the arc voltage. Here, the arc length is the length of the arc converted from the torch height measured as the calibration curve data, and is therefore distinguished from the arc length converted from the measured arc voltage. .

図6のグラフにおいて丸印は、図7のグラフにおける3φのテストピース(孔径3mm)の3つのデータ(三角形、丸、四角形)を示す。ここで、図7のグラフにおける3φのテストピースのトーチ高さ(5,10,13mm)を、図6のグラフにおいてアーク長さとした。同様に、図6のグラフにおいて四角印は、図7のグラフにおける6φのテストピース(孔径6mm)の3つのデータ(三角形、丸、四角形)を示す。さらに、図6のグラフにおいて三角印は、図7のグラフにおける孔なしのテストピース(孔径0mm)の3つのデータ(三角形、丸、四角形)を示す。   The circles in the graph of FIG. 6 indicate three data (triangle, circle, square) of the 3φ test piece (hole diameter 3 mm) in the graph of FIG. Here, the torch height (5, 10, 13 mm) of the 3φ test piece in the graph of FIG. 7 was defined as the arc length in the graph of FIG. Similarly, the square marks in the graph of FIG. 6 indicate three data (triangle, circle, square) of the 6φ test piece (hole diameter 6 mm) in the graph of FIG. Furthermore, the triangle mark in the graph of FIG. 6 shows three data (a triangle, a circle, and a rectangle) of the test piece without a hole (hole diameter 0 mm) in the graph of FIG.

よって、図6のグラフにおいて三角形印の3つのデータを結ぶライン(孔径0mm)を、左下から右上に向けて見るとき、このライン(以下、孔なし検量線という)はトーチ高さ5mmにて、例えば合計3mmの板厚の穴のないワークに穴を堀り続けるときに変動するアーク長とそのときのアーク電圧値との関係を示す。詳細には、グラフにおいて、アーク長さが5mmのときに三角形で示す電圧値(約30.3V)が検出されたときには、トーチ高さが5mmであることが検出される。この場合、次に、グラフにてアーク長さが5mmのときに(トーチ高さが5mmのときに)、ワークが貫通していないが穴掘りが進んだ状態で、グラフにおいて三角形よりも上にある丸で示す電圧値(約31.4V:3φのデータ)が検出されたとする。このときには、孔なし検量線によれば、検出電圧値はアーク長さ6mm(トーチ高さ6mm)に対応していることから、ワークが貫通していないがワークの板厚1mm分だけ垂直に掘り進んだことが分かる。   Therefore, when the line (hole diameter 0 mm) connecting the three data of the triangle mark in the graph of FIG. 6 is viewed from the lower left to the upper right, this line (hereinafter referred to as a calibration curve without holes) is at a torch height of 5 mm. For example, the relationship between the arc length that fluctuates when continuously drilling a workpiece without a hole having a total thickness of 3 mm and the arc voltage value at that time is shown. Specifically, in the graph, when a voltage value (about 30.3 V) indicated by a triangle is detected when the arc length is 5 mm, it is detected that the torch height is 5 mm. In this case, when the arc length is 5 mm in the graph (when the torch height is 5 mm), the workpiece has not penetrated but the digging has progressed, and the graph is above the triangle. It is assumed that a voltage value indicated by a certain circle (about 31.4 V: 3φ data) is detected. At this time, according to the calibration curve without holes, since the detected voltage value corresponds to the arc length of 6 mm (torch height of 6 mm), the workpiece is not penetrated, but the workpiece is dug vertically by the thickness of 1 mm. You can see that it has advanced.

続いて、例えば合計3mmの板厚のワークが貫通した後にワークの下板の孔径を6φに広げて強度を保証することを想定する。この場合、グラフにてアーク長さが5mmのときに(トーチ高さが5mmのときに)、合計3mmの板厚のワークが貫通した後もアーク電圧を増加させていき、グラフにおいて丸よりも上にある四角形で示す電圧値(約34.1V:6φのデータ)が検出されたとする。このようにワークが貫通する場合(ワーク板厚が合計3mm)、トーチ高さが5mmならば、この検出電圧値(約34.1V:6φのデータ)にて、ワークの下板の孔径が6φになることが分かる。
このように、例えば3φ、6φのように孔径を変えたテストピースで検量線を作成し、孔径を保証する電圧の閾値を求めておき、測定されたアーク電圧が、閾値以上であれば所定の孔径を保証することができる。
Subsequently, for example, it is assumed that after a workpiece having a total thickness of 3 mm penetrates, the hole diameter of the lower plate of the workpiece is expanded to 6φ to ensure the strength. In this case, when the arc length is 5 mm in the graph (when the torch height is 5 mm), the arc voltage is increased even after the workpiece having a total thickness of 3 mm penetrates, and the arc voltage is larger than the circle in the graph. It is assumed that a voltage value (about 34.1 V: 6φ data) indicated by the square above is detected. When the workpiece penetrates in this way (the workpiece plate thickness is 3 mm in total), if the torch height is 5 mm, the hole diameter of the lower plate of the workpiece is 6φ at this detected voltage value (about 34.1 V: 6φ data). I understand that
Thus, for example, a calibration curve is created with a test piece having a hole diameter changed, such as 3φ or 6φ, and a threshold value for a voltage that guarantees the hole diameter is obtained. If the measured arc voltage is equal to or greater than the threshold value, a predetermined value is obtained. The hole diameter can be guaranteed.

以上の説明では、グラフにて、アーク長さが5mmのときを起点(つまりトーチ高さが5mm)としてアーク長を推定するものとしたが、アーク長さが10mmのときを起点にしてもよい。また、グラフ上のこれらアーク長さのデータを補間することで、5〜10mmの間や10〜13mmの間を起点としても下孔径が検出可能である。   In the above description, the arc length is estimated from the graph when the arc length is 5 mm (that is, the torch height is 5 mm). However, the arc length may be 10 mm. . Further, by interpolating the data of these arc lengths on the graph, the diameter of the prepared hole can be detected even if it is between 5 and 10 mm or between 10 and 13 mm.

(アーク長−電圧データ23を用いた貫通検出)
アーク長−電圧データ23を用いると、次のように、電圧の増分により貫通を検出することができる。例えば、図6のグラフにて、アーク長さが5mmのときを起点としたときに(トーチ高さが5mmのとき)、ワーク間の隙間のないときに合計の板厚3mm分だけ掘り進むのに必要なアーク長さが8mm(=5+3)であることから、孔なし検量線によれば、所定の電圧値(約33.7V)が検出されたときには、貫通することになる。よって、この場合に、三角形で示す初期電圧値(約30.3V)が検出された後、電圧が約3.4V(=33.7−30.3)増加したときに、増分判別手段313(図5参照)は貫通したことを検出できる。
(Penetration detection using arc length-voltage data 23)
Using the arc length-voltage data 23, penetration can be detected by voltage increments as follows. For example, in the graph of FIG. 6, when the arc length is 5 mm as the starting point (when the torch height is 5 mm), when there is no gap between workpieces, the total thickness of 3 mm is dug. Since the necessary arc length is 8 mm (= 5 + 3), according to the calibration curve without holes, when a predetermined voltage value (about 33.7 V) is detected, the penetration is made. Therefore, in this case, when the initial voltage value (about 30.3 V) indicated by the triangle is detected and the voltage increases by about 3.4 V (= 33.7-30.3), the increment discriminating means 313 ( (See FIG. 5) can detect penetration.

また、電圧の増加率により貫通を検出する場合、アーク長−電圧データ23を用いなくとも、増加率演算手段314(図5参照)が増加率を演算することで、増加率判別手段315(図5参照)が、例えば、図2のグラフに示す変極点を検出し、貫通を検出することができる。なお、先ほどの例のようにトーチ高さが5mmの場合に、変極点が検出されたときには、同様の所定の電圧値(約33.7V)が検出されることとなる。   Further, when detecting penetration based on the voltage increase rate, the increase rate calculating means 314 (see FIG. 5) calculates the increase rate without using the arc length-voltage data 23, thereby increasing the rate determining means 315 (FIG. 5). 5) can detect, for example, inflection points shown in the graph of FIG. 2 and detect penetration. When the inflection point is detected when the torch height is 5 mm as in the previous example, the same predetermined voltage value (about 33.7 V) is detected.

以上説明したように、本発明の第1実施形態に係るインライン検査方法およびインライン検査装置では、プラズマアーク溶接により貫通孔を形成するときのアーク電圧を監視し、貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を検量線データと照合することで、貫通孔の下孔径を検出する。また、本発明の第1実施形態に係るインライン検査方法を用いることにより、新たな装置を用いることなく、インラインで貫通孔長および孔径の検出が可能となり、品質保証精度が向上する。   As described above, in the in-line inspection method and the in-line inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention, the arc voltage when the through hole is formed by plasma arc welding is monitored and measured after a predetermined time has elapsed since the penetration. By comparing the measured arc voltage with the calibration curve data, the lower hole diameter of the through hole is detected. Further, by using the inline inspection method according to the first embodiment of the present invention, it is possible to detect the length and diameter of the through hole inline without using a new apparatus, and the quality assurance accuracy is improved.

<第2実施形態>
第2実施形態に係るインライン検査方法において、このインライン検査方法の概要および溶接システムの構成は第1実施形態と同様なので説明を省略する。
Second Embodiment
In the in-line inspection method according to the second embodiment, the outline of the in-line inspection method and the configuration of the welding system are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

[6.インライン検査装置の構成]
第2実施形態に係るインライン検査方法を実施するためのインライン検査装置の構成について図12を参照(適宜図5参照)して説明する。図12に示すインライン検査装置10Aにおいて、図5に示すインライン検査装置10と同じ構成要素には同じ符号を付し説明を適宜省略し、相違点について説明する。インライン検査装置10Aは、処理手段13の貫通検出手段31Aおよび貫通孔径検出手段32Aがインライン検査装置10とは相違している。以下では、説明の都合上、6−1.貫通検出手段31Aの構成、6−2.貫通検出手段31Aの動作の具体例、6−3.貫通孔径検出手段32Aの構成、6−4.貫通孔径検出手段32Aの動作の具体例の各節に分けてこの順番で説明する。
[6. Configuration of inline inspection equipment]
A configuration of an inline inspection apparatus for performing the inline inspection method according to the second embodiment will be described with reference to FIG. 12 (refer to FIG. 5 as appropriate). In the inline inspection apparatus 10A shown in FIG. 12, the same components as those of the inline inspection apparatus 10 shown in FIG. The in-line inspection apparatus 10A is different from the in-line inspection apparatus 10 in the penetration detection means 31A and the through-hole diameter detection means 32A of the processing means 13. Below, for the convenience of explanation, 6-1. Configuration of penetration detection means 31A, 6-2. Specific example of operation of penetration detection means 31A, 6-3. Configuration of through-hole diameter detecting means 32A, 6-4. A description will be given in this order by dividing each section of a specific example of the operation of the through-hole diameter detecting means 32A.

(6−1.貫通検出手段31Aの構成)
貫通検出手段31Aは、図12に示すように、トーチ高さ算出手段311と、増加率演算手段314と、増加率判別手段315とを備えることとした。つまり、ワークWが貫通したことを検出する方法として、測定されたアーク電圧の増加率を用いて検出する構成のみを採用した点が、図5の貫通検出手段31と相違している。
(6-1. Configuration of penetration detection means 31A)
As illustrated in FIG. 12, the penetration detection unit 31 </ b> A includes a torch height calculation unit 311, an increase rate calculation unit 314, and an increase rate determination unit 315. In other words, as a method for detecting that the workpiece W has penetrated, only the configuration for detecting using the measured increase rate of the arc voltage is adopted, which is different from the penetration detecting means 31 in FIG.

増加率演算手段314は、予め定められたサンプリング周期で、測定されたアーク電圧の時間変化率を算出する。測定されたアーク電圧の時間変化率(時間微分)は、プラス符号の場合(増加率の場合)と、マイナス符号の場合(減少率の場合)とがある。   The increase rate calculating means 314 calculates the time change rate of the measured arc voltage at a predetermined sampling period. The time change rate (time differentiation) of the measured arc voltage has a plus sign (in the case of an increase rate) and a minus sign (in the case of a decrease rate).

増加率判別手段315は、増加率演算手段314が算出する増加率に基づいて、測定されたアーク電圧の変極点となったか否かを判別し、変極点となった場合、重ね合わせた複数のワークWが貫通したと判定する(下板貫通検出ステップ:図2参照)。この増加率判別手段315は、アーク電圧の時間微分が所定の閾値を超えたときに変極点となったと判別することとした。例えば、1秒当たりの電圧変化値が、比較的小さい値で推移しているときにある時刻で急激に大きくなって所定の閾値を越え、その後小さくなるような時間変化をする場合、所定の閾値を越えた瞬間が変極点を示す。増加率判別手段315は、ワークが貫通したと判定した場合、その旨を貫通孔径検出手段32Aに通知する。   The increase rate discriminating means 315 discriminates whether or not the measured arc voltage has become an inflection point based on the increase rate calculated by the increase rate calculating means 314. It is determined that the workpiece W has penetrated (lower plate penetration detection step: see FIG. 2). The increase rate determining means 315 determines that an inflection point has been reached when the time derivative of the arc voltage exceeds a predetermined threshold. For example, if the voltage change value per second changes at a relatively small value, the voltage change value suddenly increases at a certain time, exceeds a predetermined threshold value, and then changes so as to decrease thereafter. The moment of exceeding is the turning point. When it is determined that the workpiece has penetrated, the increase rate determination unit 315 notifies the through hole diameter detection unit 32A to that effect.

(6−2.貫通検出手段31Aの動作の具体例)
貫通溶接のフェーズP1(プラズマアーク溶接中)にて、所定の溶接条件で3枚重ねのワークの貫通前後に実測したアーク電圧の時系列データを図13(a)に示す。ここでは、ワーク間の隙間はなく、3枚のワークの板厚は、下から2.0mm、1.0mm、1.2mmであるものとした。溶接条件として、プラズマ電流は150A(一定)とした。また、プラズマガス流量は3L/minとした。アーク電圧を測定するサンプリング周期は、2ミリ秒とした。
(6-2. Specific example of operation of penetration detection means 31A)
FIG. 13A shows time series data of the arc voltage measured before and after the penetration of the three-layer workpiece under the predetermined welding conditions in the phase P1 of penetration welding (during plasma arc welding). Here, there was no gap between the workpieces, and the thicknesses of the three workpieces were 2.0 mm, 1.0 mm, and 1.2 mm from the bottom. As welding conditions, the plasma current was 150 A (constant). The plasma gas flow rate was 3 L / min. The sampling period for measuring the arc voltage was 2 milliseconds.

図13(a)のグラフの横軸は時間を示し、縦軸は測定されたアーク電圧(生データ)を示す。電圧の波形131には、時刻が約2.87秒(一点差線132で仕切った時刻)より前の時間帯では、以降の時間帯と比べるとほぼ一定でおよそ27Vの電圧値が観測され、この一定電圧値を振動の中心として微小ノイズ振動が生じている。また、図13(a)に示すように、電圧の波形131には、その後の時間帯では、前よりも電圧が上昇し、前よりも大きな振幅の小刻みなノイズ振動が生じながら、およそ28〜31Vの変動幅を有した大きな振動(うねり)も合わせて生じている。   In the graph of FIG. 13A, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates measured arc voltage (raw data). In the voltage waveform 131, a voltage value of about 27 V is observed in the time zone before the time of about 2.87 seconds (time divided by the one-point difference line 132), which is substantially constant compared to the subsequent time zone, Small noise vibrations occur with this constant voltage value as the center of vibration. Further, as shown in FIG. 13 (a), the voltage waveform 131 has a voltage higher than before in the subsequent time zone, and a small noise vibration having a larger amplitude than before occurs, while approximately 28 to A large vibration (swell) having a fluctuation range of 31 V is also generated.

以下では、一点差線132で仕切った時刻以降の波形について、前記ノイズ振動をミクロの時間単位の振動、前記うねりをマクロの時間単位の振動、うねりより大きな時間単位(約1秒のオーダー)をグローバルな期間とも言う。   In the following, regarding the waveforms after the time divided by the one-point difference line 132, the noise vibration is a micro time unit vibration, the waviness is a macro time unit vibration, and the time unit larger than the waviness (about 1 second order). It is also called a global period.

この場合の所定時刻に3枚重ねのワークの裏面から観察したアーク洩れ光の画像を、測定されたアーク電圧のグラフと共に図13(a)に示す。
時刻がおよそ2.7秒であるとき、画像133に示すように、貫通孔の位置にうっすらと光が洩れはじめる。
時刻が約2.87秒(一点差線132で仕切った時刻)になった直後であるとき、画像134に示すように、貫通孔の位置に光が洩れており、貫通したことが分かる。ただし、この時刻のとき、充分な孔径にはなっていない。
時刻がおよそ3.3秒であるとき、画像135に示すように、貫通孔の下孔からアークが洩れており、充分な孔径が確保されたことが分かる。
FIG. 13A shows an image of arc leakage light observed from the back surface of the three-layer workpiece at a predetermined time in this case, together with a graph of the measured arc voltage.
When the time is about 2.7 seconds, as shown in the image 133, light starts to leak slightly into the position of the through hole.
When the time is about 2.87 seconds (time divided by the one-point difference line 132), as shown in the image 134, it can be seen that light has leaked to the position of the through hole and has penetrated. However, at this time, the hole diameter is not sufficient.
When the time is about 3.3 seconds, as shown in the image 135, it can be seen that the arc leaks from the lower hole of the through hole, and a sufficient hole diameter is secured.

図13(a)のグラフにおいて一点差線132で仕切った時刻より前の時間帯のように、電圧の波形131として、ほぼ一定の電圧値が観測されている状態のときには、例えば画像133に示すように、ワークの掘削が最下層の下板まで到達していない。そのため、ワークの溶融した金属が穴の下に溶け落ちることができない。そして、溶融池の表面(上面)近傍でガス圧(アーク圧)で温度が高くなって空気が膨張し、このガス圧と、溶融池の表面張力とによってほぼ一定の圧力でバランスが保たれているため、およそ27Vの一定電圧が観測される。そして、溶融池に例えばプラズマが当たったり、シールドガスが吹き付けられたりして、溶融している金属が揺れるために溶融池表面に振動が生じる。このため、測定されたアーク電圧の生データには、ノイズ振動が生じる。   When a substantially constant voltage value is observed as the voltage waveform 131 as in the time zone before the time divided by the one-point difference line 132 in the graph of FIG. As shown, the excavation of the work has not reached the bottom plate of the lowest layer. Therefore, the molten metal of the workpiece cannot be melted under the hole. Then, the temperature is increased by the gas pressure (arc pressure) near the surface (upper surface) of the molten pool and the air expands, and the balance is maintained at a substantially constant pressure by this gas pressure and the surface tension of the molten pool. Therefore, a constant voltage of about 27V is observed. Then, for example, plasma hits the molten pool or a shield gas is blown, and the molten metal shakes, causing vibration on the surface of the molten pool. For this reason, noise vibration occurs in the measured arc voltage raw data.

図13(a)のグラフにおいて一点差線132で仕切った時刻以後の時間帯は、ワークの掘削が最下層の下板まで到達しており、画像134に示すような孔径を拡大している最中の状態と、画像135に示すように充分な孔径が確保された状態がある。
このうち、孔径を拡大している最中には、孔径拡大に伴って、ワークの溶融した金属が孔の下に溶け落ちつつ、貫通孔周囲の金属が次から次に溶融するため、溶融池表面の振動が激しくなる。このとき、溶融池の表面が、ミクロの時間単位で上下に大きく振動(ノイズ振動)しつつも、マクロの時間単位で時間経過にしたがい、孔のより深い位置に徐々に移動するので、波形にうねりが生じる。この測定例の測定条件のように短いサンプリング周期でアーク電圧をモニタすると、細かな電圧変動を精度良く拾い上げることができる反面、アークや溶融池の不安定さに伴う突発的な増減も同時に拾ってしまうことになる。なお、貫通前よりも高い電圧値で大きく振動しつつ貫通検出から貫通孔径検出までのグローバルな期間では、電圧波形において電圧の増加傾向が観測される。また、孔径確保後には、ガス圧と溶融池の表面張力とのバランスがどんどん崩れていくため、測定されたアーク電圧の生データには、ミクロおよびマクロの大きな振幅の振動が生じている。
In the time zone after the time divided by the one-point difference line 132 in the graph of FIG. 13A, the excavation of the work has reached the lower plate of the lowest layer, and the hole diameter as shown in the image 134 is enlarged. There is a state in which a sufficient hole diameter is secured as shown in an image 135.
Among these, during the expansion of the hole diameter, the metal around the through-hole melts from the next while the molten metal of the workpiece melts under the hole as the hole diameter increases. Surface vibration becomes intense. At this time, the surface of the molten pool vibrates up and down greatly in micro time units (noise vibration), but gradually moves to a deeper position of the hole as time elapses in macro time units. Swelling occurs. If the arc voltage is monitored with a short sampling period as in the measurement conditions of this measurement example, fine voltage fluctuations can be picked up with high accuracy, but sudden fluctuations due to arc or molten pool instability are also picked up at the same time. Will end up. In the global period from the detection of penetration to the detection of the diameter of the through-hole while greatly oscillating at a higher voltage value than before penetration, a voltage increasing tendency is observed in the voltage waveform. In addition, since the balance between the gas pressure and the surface tension of the molten pool is steadily lost after securing the hole diameter, the measured arc voltage raw data includes vibrations with large micro and macro amplitudes.

このように測定されたアーク電圧を所定の閾値と比較することで、貫通検出は可能である。ただし、測定されたアーク電圧の生データの波形は、上下動の振幅があるため、アーク電圧をどのタイミングで測定するかによって所定の閾値との比較結果が異なる場合が生じる。そこで、第2実施形態では、貫通検出手段31Aにおいてアーク電圧の時間微分(電圧増加率)に基づいて精度よく検出することとした。   By comparing the arc voltage measured in this way with a predetermined threshold value, penetration detection is possible. However, since the waveform of the measured arc voltage raw data has an amplitude of vertical movement, the comparison result with a predetermined threshold value may vary depending on the timing at which the arc voltage is measured. Therefore, in the second embodiment, the penetration detection unit 31A detects the arc voltage with accuracy based on time differentiation (voltage increase rate).

図13(a)の例の場合に、貫通検出手段31Aの増加率演算手段314が算出したアーク電圧の時間微分の時系列データを図13(b)に示す。図13(b)のグラフの横軸は時間を示し、図13(a)のグラフの横軸の目盛りと一致している。図13(b)のグラフの縦軸は測定されたアーク電圧(生データ)の単位時間当たりの電圧変化(時間微分値)を示す。   FIG. 13B shows time-series data of time differentiation of the arc voltage calculated by the increase rate calculation means 314 of the penetration detection means 31A in the case of the example of FIG. The horizontal axis of the graph in FIG. 13B indicates time, which coincides with the scale on the horizontal axis of the graph in FIG. The vertical axis of the graph of FIG. 13B shows the voltage change (time differential value) per unit time of the measured arc voltage (raw data).

電圧の時間微分値の波形136(時間微分値)には、時刻が約2.87秒(一点差線132で仕切った時刻)より前の時間帯では、プラス符号の場合(増加率の場合)と、マイナス符号の場合(減少率の場合)とがあるものの、以降の時間帯と比べるとほぼ一定でおよそ変化率0の状態が観測され、この変化率0を振動の中心とする微小振動が生じている。また、その後の時間帯では、電圧の時間微分値の波形136には、変化率0を振動の中心として前よりも大きな振幅の振動が生じている。そして、一点差線132で仕切った時刻において、電圧変化50V/sを超える大きな電圧増加率が観測される。   In the waveform 136 (time differential value) of the time differential value of the voltage, in the time zone before the time of about 2.87 seconds (time divided by the one-point difference line 132), in the case of a plus sign (in the case of an increase rate) Although there is a case of a minus sign (in the case of a decrease rate), a state of almost constant change rate is observed compared to the subsequent time zones, and a change rate of about 0 is observed. Has occurred. In the subsequent time zone, the waveform 136 of the time differential value of the voltage has a vibration with a larger amplitude than before, with the rate of change 0 being the center of vibration. A large voltage increase rate exceeding a voltage change of 50 V / s is observed at the time divided by the one-point difference line 132.

したがって、この例の場合には、貫通検出手段31Aの増加率判別手段315は、予め定められた閾値(例えば50V/s)を基準に、増加率演算手段314が算出したアーク電圧の時間微分値から、電圧時間微分値が所定の閾値を越える時点である変極点となったことを判別することで、アーク電圧の生データを用いることなくワークの貫通を精度よく検出することができる。   Therefore, in the case of this example, the increase rate determination unit 315 of the penetration detection unit 31A uses the time threshold value of the arc voltage calculated by the increase rate calculation unit 314 on the basis of a predetermined threshold (for example, 50 V / s). From this, it is possible to accurately detect the penetration of the workpiece without using the raw data of the arc voltage by determining that the voltage-time differential value has reached an inflection point that is a point in time exceeding a predetermined threshold value.

また、測定されたアーク電圧を所定の閾値と比較することで、貫通孔径の検出は可能である。ただし、貫通検出後に測定されたアーク電圧の生データの波形は、貫通検出前よりも上下動の振幅が激しくなるため、所定の閾値との比較が、貫通検出前よりもいっそう難しくなる。そこで、第2実施形態では、貫通孔径検出手段32Aにおいて累積移動平均に基づいて精度よく検出することとした。   Moreover, the diameter of the through hole can be detected by comparing the measured arc voltage with a predetermined threshold value. However, the waveform of the arc voltage raw data measured after the penetration detection has a more up-and-down movement amplitude than before the penetration detection, so that it is more difficult to compare with a predetermined threshold value than before the penetration detection. Therefore, in the second embodiment, the through-hole diameter detecting means 32A detects with high accuracy based on the cumulative moving average.

(6−3.貫通孔径検出手段32Aの構成)
貫通孔径検出手段32Aは、図12に示すように、累積移動平均算出手段321と、照合手段322とを備えることとした。
累積移動平均算出手段321は、測定されたアーク電圧についての累積移動平均CA(Cumulative Moving Average)を算出するものである。この累積移動平均算出手段321は、所定のサンプリング周期(例えば1〜10ms)で累積移動平均を算出する。
例えば1番目からi番目までのi個の測定値x1,…,xiの累積移動平均CAiは、次の式(1)で表されることが知られている。
(6-3. Configuration of the through-hole diameter detecting means 32A)
As shown in FIG. 12, the through-hole diameter detecting means 32A includes cumulative moving average calculating means 321 and collating means 322.
The cumulative moving average calculation means 321 calculates a cumulative moving average CA (Cumulative Moving Average) for the measured arc voltage. The cumulative moving average calculating means 321 calculates the cumulative moving average at a predetermined sampling period (for example, 1 to 10 ms).
For example, it is known that the cumulative moving average CA i of i measurement values x 1 ,..., X i from the first to the i-th is expressed by the following equation (1).

そして、例えばj番目の測定値xjの次に、(j+1)番目の測定値xj+1が入力したとき、1番目から(j+1)番目までの(j+1)個の測定値x1,…,xj,xj+1の累積移動平均CAj+1は、累積移動平均CAjを用いた漸化式の式(2)で表される。 For example, when the (j + 1) -th measurement value x j + 1 is input next to the j-th measurement value x j , the (j + 1) -th (j + 1) -th measurement value x 1 ,. , x j, cumulative moving average CA j + 1 of x j + 1 is represented by formula (2) of the recurrence formula using the accumulated moving average CA j.

ここで、式(2)においてj=0,1,2,…のときの計算値は、式(1)においてi=1,2,3,…のときの計算値と同じ結果となる。つまり、式(2)は、測定のサンプリング周期で、測定値を累積する演算をしながらその時刻における累積移動平均を算出できることを示している。   Here, the calculated values when j = 0, 1, 2,... In the equation (2) are the same as the calculated values when i = 1, 2, 3,. In other words, Equation (2) indicates that the cumulative moving average at that time can be calculated while performing the operation of accumulating the measurement values in the measurement sampling period.

累積移動平均算出手段321は、測定されたアーク電圧について実質的には式(2)を演算することで、前記式(1)の累積移動平均CAiを検出する。また、本実施形態では、累積移動平均算出手段321は、貫通検出手段31Aで貫通を検出したことをトリガに累積移動平均の演算を開始することとした。累積移動平均算出手段321は、検出したアーク電圧の累積移動平均データを照合手段322に出力する。 The cumulative moving average calculating means 321 detects the cumulative moving average CA i of the equation (1) by substantially calculating the equation (2) for the measured arc voltage. In the present embodiment, the cumulative moving average calculating means 321 starts the calculation of the cumulative moving average triggered by the detection of penetration by the penetration detecting means 31A. The cumulative moving average calculation means 321 outputs the cumulative moving average data of the detected arc voltage to the matching means 322.

照合手段322は、図5の貫通孔径検出手段32と同様に、測定されたアーク電圧を下孔径−電圧データ(検量線データ)21と照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出するものである。この照合手段322は、測定されたアーク電圧の生データを用いるのではなく、累積移動平均算出手段321で検出されたアーク電圧の累積移動平均データを用いて下孔径−電圧データ(検量線データ)21と照合する点が第1実施形態と相違する。また、検量線データについても、測定されたアーク電圧の生データを用いるのではなく、アーク電圧の累積移動平均データを用いて予め求められている。検量線データとの照合方法は、第1実施形態と同様なので説明を省略する。   Similar to the through hole diameter detecting means 32 in FIG. 5, the collating means 322 collates the measured arc voltage with the lower hole diameter-voltage data (calibration curve data) 21 to detect the lower hole diameter of the formed through hole. To do. The collating means 322 does not use the raw data of the measured arc voltage but uses the cumulative moving average data of the arc voltage detected by the cumulative moving average calculating means 321 to prepare the lower hole diameter-voltage data (calibration curve data). 21 is different from the first embodiment in that it is collated. The calibration curve data is also obtained in advance using the accumulated moving average data of the arc voltage, not using the raw data of the measured arc voltage. Since the collation method with the calibration curve data is the same as that in the first embodiment, the description is omitted.

(6−4.貫通孔径検出手段32Aの動作の具体例)
ここでは、前記6−2節にて説明した貫通溶接の具体例を取り上げて貫通孔径検出手段32Aの動作について図14を参照(適宜図12および図13参照)して説明する。
ここでは、貫通孔径検出手段32Aと比較するために、移動平均SMA(単純移動平均(Simple Moving Average)を算出する場合を想定する。以下、測定されたアーク電圧についての移動平均SMAを算出する装置を比較例と呼ぶ。
(6-4. Specific example of operation of through-hole diameter detecting means 32A)
Here, taking the specific example of the through welding described in Section 6-2, the operation of the through hole diameter detecting means 32A will be described with reference to FIG. 14 (see FIGS. 12 and 13 as appropriate).
Here, in order to compare with the through-hole diameter detecting means 32A, it is assumed that a moving average SMA (Simple Moving Average) is calculated. Hereinafter, an apparatus for calculating a moving average SMA for a measured arc voltage. Is called a comparative example.

例えばMで識別される移動平均SMAMであって、n個の測定値pM,pM-1,…,pM-(n-1)の移動平均SMAMは、次の式(3)で表されることが知られている。ここで、nは測定のサンプリング周期によって予め定められる。この比較例の場合、nは5〜10程度を想定している。例えばnが10であれば、式(3)は式(3a)のように記述される。 For example, a moving average SMA M identified by M, n number of measured values p M, p M-1, ..., the moving average SMA M of p M- (n-1), the following equation (3) It is known that Here, n is predetermined by the sampling period of measurement. In the case of this comparative example, n is assumed to be about 5 to 10. For example, if n is 10, Expression (3) is described as Expression (3a).

そして、式(4)に示すように、例えばMで識別される移動平均SMAMが求められているときに、新しい測定値pM+1を加えて、最も古い測定値pM-(n-1)を除いた新たなn個の組み合わせの測定値を平均することによって、例えばTで識別される移動平均SMATを求めることができる。 Then, as shown in Equation (4), for example, when the moving average SMAM identified by M is obtained, a new measurement value p M + 1 is added, and the oldest measurement value p M− (n− By averaging the measured values of the new n combinations excluding 1) , for example, the moving average SMAT identified by T can be obtained.

比較例が図13(a)に示す実測電圧値から、式(3a)を計算することによって求めた、測定アーク電圧の移動平均SMAのデータを図14(a)に示す。
電圧の移動平均SMAの波形141は、図13(a)に示す電圧の波形131から求められている。図14において一点差線142で仕切った時刻(約2.87秒)は、図13において一点差線132で仕切った時刻と同じである。全体的には、電圧の移動平均SMAの波形141は、電圧の波形131と比べて、ノイズのような小刻みな微小振幅の程度が小さくなっていることが分かる。
FIG. 14A shows data of the moving average SMA of the measured arc voltage obtained by calculating the equation (3a) from the actually measured voltage value shown in FIG.
The voltage moving average SMA waveform 141 is obtained from the voltage waveform 131 shown in FIG. In FIG. 14, the time (about 2.87 seconds) divided by the one-point difference line 142 is the same as the time divided by the one-point difference line 132 in FIG. Overall, it can be seen that the waveform 141 of the moving average SMA of the voltage has a smaller degree of minute amplitude such as noise than the waveform 131 of the voltage.

しかしながら、電圧の移動平均SMAの波形141は、時刻が約2.87秒(一点差線142で仕切った時刻)以降の時間帯においては、ミクロの時間単位の振動が平滑化されているものの、図13(a)に示す電圧の波形131(生データ)と同様に、マクロの時間単位の大きな振幅の振動(うねり)が生じている。また、グローバルな期間の波形全体の傾向は生データよりも分かりづらくなっている。したがって、比較例のように測定アーク電圧の移動平均SMAのデータを用いるだけでは、アーク電圧の測定タイミングによって所定の閾値との比較結果が異なる場合が多く生じると考えられる。   However, in the waveform 141 of the moving average SMA of the voltage, the vibration in the micro time unit is smoothed in the time zone after the time of about 2.87 seconds (the time divided by the one-point difference line 142). Similar to the voltage waveform 131 (raw data) shown in FIG. 13A, a large amplitude vibration (swell) in a macro time unit occurs. In addition, the trend of the entire waveform during the global period is more difficult to understand than the raw data. Therefore, it is considered that there are many cases where the comparison result with the predetermined threshold value differs depending on the arc voltage measurement timing only by using the moving average SMA data of the measured arc voltage as in the comparative example.

これに対して、図12に示す貫通孔径検出手段32Aの累積移動平均算出手段321は、測定されたアーク電圧についての累積移動平均CAを算出することとした。
図14(a)の二点鎖線で示す時間帯143、すなわち、2.5〜3.5秒の時間帯における実測電圧値を図14(b)に示す。図14(b)に示す電圧の波形131aは、図13(a)に示す電圧の波形131の一部分(2.5〜3.5秒の時間帯)を拡大して示したものである。
On the other hand, the cumulative moving average calculating means 321 of the through hole diameter detecting means 32A shown in FIG. 12 calculates the cumulative moving average CA for the measured arc voltage.
FIG. 14B shows measured voltage values in a time zone 143 indicated by a two-dot chain line in FIG. 14A, that is, a time zone of 2.5 to 3.5 seconds. A voltage waveform 131a shown in FIG. 14B is an enlarged view of a part of the voltage waveform 131 shown in FIG. 13A (a time zone of 2.5 to 3.5 seconds).

累積移動平均算出手段321は、時刻が約2.87秒(図14(a)の一点差線142で仕切った時刻)に累積移動平均の演算を開始する。図14(b)に示す電圧の累積移動平均の波形144は、約2.87秒の時刻以降に出現している。
全体的には、電圧の累積移動平均の波形144は、アーク電圧(生データ)の波形131aと比べて、ノイズが大幅に小さくなっていることが分かる。また、図14(b)のグラフの縦軸の1目盛りは、図14(a)のグラフの約半分なので、電圧の累積移動平均の波形144は、比較例によるSMAの波形141と比べても、ノイズ振幅がおよそ半分になっていることが分かる。
The cumulative moving average calculation means 321 starts the calculation of the cumulative moving average at about 2.87 seconds (the time divided by the one-point difference line 142 in FIG. 14A). The waveform 144 of the cumulative moving average of voltage shown in FIG. 14B appears after about 2.87 seconds.
Overall, it can be seen that the noise of the waveform 144 of the cumulative moving average of the voltage is significantly smaller than the waveform 131a of the arc voltage (raw data). Further, since one scale on the vertical axis of the graph of FIG. 14B is about half that of the graph of FIG. 14A, the waveform 144 of the cumulative moving average of the voltage is compared with the waveform 141 of the SMA according to the comparative example. It can be seen that the noise amplitude is approximately halved.

また、図14(b)に示すように、電圧の累積移動平均の波形144からは、マクロの時間単位の振動(うねり)がほとんど除去されている。さらに、電圧の累積移動平均の波形144は、グローバルな期間において、ワーク貫通後の孔径拡大に伴って生じる電圧の生データの波形全体の傾向もよく再現している。すなわち、電圧の累積移動平均の波形144によれば、比較例によるSMAの波形141と比べて、ノイズおよびうねりの低減効果を奏するだけではなく、貫通検出後のグローバルな期間においてアーク電圧が増加傾向にあるという観測データの情報を欠落させることなく分析処理後のデータに保持しておくことができていることが分かる。   Further, as shown in FIG. 14B, macro time unit vibration (swell) is almost removed from the waveform 144 of the cumulative moving average of voltage. Furthermore, the waveform 144 of the cumulative moving average of the voltage well reproduces the tendency of the entire waveform of the raw voltage data generated along with the increase in the hole diameter after passing through the workpiece in the global period. That is, according to the waveform 144 of the cumulative moving average of the voltage, the arc voltage tends to increase in the global period after the penetration detection as well as the effect of reducing noise and swell compared to the SMA waveform 141 according to the comparative example. It can be understood that the data after the analysis processing can be retained without losing the information of the observation data that exists in the data.

第2実施形態に係るインライン検査装置10Aによる処理の全体の流れについては、第1実施形態と同様なので説明を省略する。   Since the overall flow of processing by the inline inspection apparatus 10A according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.

以上説明したように、第2実施形態に係るインライン検査方法によれば、インライン検査装置10Aが、測定されたアーク電圧について累積移動平均データを算出するので、累積移動平均の移動平均処理の観点から電圧生データの小刻みなノイズを処理する効果と、累積移動平均の累積平均処理の観点から電圧生データのうねりを処理する効果との両方を合わせ持つことができる。したがって、インライン検査において短いサンプリング周期でアーク電圧をモニタしたときに、細かな電圧変動と共に、アークや溶融池の不安定さに伴う突発的な増減を同時に拾って波形にノイズやうねりが生じたとしても、アーク電圧の累積移動平均化によって、検量線データと比較し易いデータを生成できる。そのため、貫通孔径検出手段32Aの照合手段322は、貫通検出前よりも上下動の振幅が激しいアーク電圧の生データを用いることなく、検出された累積移動平均データを検量線データと比較することで、貫通孔径を精度よく検出することができる。   As described above, according to the inline inspection method according to the second embodiment, the inline inspection apparatus 10A calculates the cumulative moving average data for the measured arc voltage, so from the viewpoint of the moving average processing of the cumulative moving average It is possible to have both the effect of processing the small noise of the voltage raw data and the effect of processing the undulation of the voltage raw data from the viewpoint of the cumulative average processing of the cumulative moving average. Therefore, when the arc voltage is monitored with a short sampling period in in-line inspection, it is assumed that noise and undulation occurred in the waveform by picking up sudden fluctuations due to arc and molten pool instability along with fine voltage fluctuations. However, it is possible to generate data that can be easily compared with the calibration curve data by the cumulative moving averaging of the arc voltage. Therefore, the matching means 322 of the through-hole diameter detecting means 32A compares the detected cumulative moving average data with the calibration curve data without using the raw data of the arc voltage whose amplitude of vertical movement is larger than before the penetration detection. The through-hole diameter can be detected with high accuracy.

(第2実施形態の変形例)
ワーク間に隙間がある場合の貫通溶接におけるインライン検査方法を変形例として説明する。貫通溶接のフェーズP1(プラズマアーク溶接中)にて、所定の溶接条件で3枚重ねのワークの貫通前後に実測したアーク電圧の時系列データを図15(a)に示す。ここでは、3枚のワークの板厚は、下から2.0mm、1.0mm、1.2mmであり、例えば下から1枚目のワークとその上のワークとの間に1.0mmのギャップ(隙間)があるものとした。ギャップがあること以外は、図13を参照して説明した例と条件が同じなので説明を適宜省略する。
(Modification of the second embodiment)
An in-line inspection method in penetration welding when there is a gap between workpieces will be described as a modification. FIG. 15A shows time series data of the arc voltage measured before and after the penetration of a three-layer workpiece under a predetermined welding condition in the phase P1 of penetration welding (during plasma arc welding). Here, the thicknesses of the three workpieces are 2.0 mm, 1.0 mm, and 1.2 mm from the bottom, for example, a gap of 1.0 mm between the first workpiece from the bottom and the workpiece above it. It was assumed that there was a (gap). Except for the presence of a gap, the conditions are the same as the example described with reference to FIG.

図15(a)に示すように、電圧の波形151には、時刻が約2.7秒(一点差線152で仕切った時刻)より前の時間帯では、以降の時間帯と比べるとほぼ一定でおよそ28Vの電圧値が観測され、この一定電圧値を振動の中心とする微小振動が生じている。また、図15(a)に示すように、電圧の波形151には、その後の時間帯では、前よりも電圧が上昇し、前よりも大きな振幅の小刻みな振動が生じながら、およそ29〜32Vの変動幅を有した大きなうねりも合わせて生じている。   As shown in FIG. 15A, in the voltage waveform 151, the time before the time of about 2.7 seconds (the time divided by the one-dotted line 152) is substantially constant compared to the subsequent time. A voltage value of approximately 28 V is observed, and a minute vibration having the constant voltage value as the center of vibration is generated. Further, as shown in FIG. 15 (a), the voltage waveform 151 has a voltage higher than before in the subsequent time zone, and a slight vibration with a larger amplitude than before occurs, while approximately 29 to 32V. There is also a large swell with a fluctuation range of.

この場合の所定時刻に3枚重ねのワークの裏面から観察したアーク洩れ光の画像を、測定されたアーク電圧のグラフと共に図15(a)に示す。
時刻がおよそ2.6秒であるとき、画像153に示すように、貫通孔の位置にうっすらと光が洩れはじめる。
時刻が約2.8秒であるとき、画像154に示すように、貫通孔の位置に光が洩れており、貫通していることが分かる。
時刻がおよそ3.5秒であるとき、画像155に示すように、貫通孔の下孔からアークが洩れており、充分な孔径が確保されたことが分かる。
FIG. 15A shows an image of arc leakage light observed from the back surface of the three-layered workpiece at a predetermined time in this case, together with a graph of the measured arc voltage.
When the time is about 2.6 seconds, as shown in the image 153, light begins to leak slightly into the position of the through hole.
When the time is about 2.8 seconds, as shown in an image 154, it can be seen that light has leaked to the position of the through hole and has penetrated.
When the time is about 3.5 seconds, as shown in the image 155, it can be seen that an arc leaks from the lower hole of the through hole, and a sufficient hole diameter is secured.

図15(b)に示すように、電圧の時間微分値の波形156(時間微分値)には、時刻が約2.7秒(一点差線152で仕切った時刻)より前の時間帯では、以降の時間帯と比べるとほぼ一定でおよそ変化率0の状態が観測され、この変化率0を振動の中心とする微小振動が生じている。また、その後の時間帯では、電圧の時間微分値の波形156には、変化率0を振動の中心として前よりも大きな振幅の振動が生じている。そして、一点差線152で仕切った時刻において、電圧変化50V/sを超える大きな電圧増加率が観測される。したがって、この変形例の場合であっても、貫通検出手段31Aの増加率判別手段315はワークの貫通を精度よく検出することができる。   As shown in FIG. 15B, the waveform 156 (time differential value) of the voltage time differential value has a time zone before the time of about 2.7 seconds (time divided by the one-point difference line 152). Compared to the subsequent time zones, a state of almost constant change rate 0 is observed, and a minute vibration having the change rate 0 as the center of vibration is generated. In the subsequent time zone, the waveform 156 of the time differential value of the voltage has a vibration with a larger amplitude than before, with the rate of change 0 being the center of vibration. A large voltage increase rate exceeding a voltage change of 50 V / s is observed at the time divided by the one-point difference line 152. Therefore, even in the case of this modification, the increase rate determination means 315 of the penetration detection means 31A can accurately detect penetration of the workpiece.

図15(a)に示す実測電圧値から、前記した式(3a)を計算することによって求めた、測定アーク電圧の移動平均SMAのデータを図16(a)に示す。
電圧の移動平均SMAの波形161は、図15(a)に示す電圧の波形151から求められている。図16において一点差線162で仕切った時刻(約2.7秒)は、図15において一点差線152で仕切った時刻と同じである。図16において一点差線163で仕切った時刻(約2.8秒)は、図15において画像154が観測された時刻と同じである。電圧の移動平均SMAの波形161には、全体的にはノイズ低減効果があらわれ、時刻が約2.7秒(一点差線162で仕切った時刻)以降の時間帯では、生データと同様な大きな振幅の振動が生じている。約2.8秒の時刻に波形161のピークが現れたことはワーク間のギャップによるものと考えられる。仮に移動平均SMAで貫通孔径を検出しようとするならば、このピークを誤検出する虞があると考えられる。
FIG. 16A shows the moving average SMA data of the measured arc voltage obtained by calculating the above-described equation (3a) from the actually measured voltage value shown in FIG.
The voltage moving average SMA waveform 161 is obtained from the voltage waveform 151 shown in FIG. In FIG. 16, the time (about 2.7 seconds) partitioned by the one-point difference line 162 is the same as the time partitioned by the one-point difference line 152 in FIG. In FIG. 16, the time (about 2.8 seconds) divided by the one-point difference line 163 is the same as the time when the image 154 is observed in FIG. The waveform 161 of the voltage moving average SMA shows a noise reduction effect as a whole, and in the time zone after the time of about 2.7 seconds (the time divided by the one-point difference line 162), it is as large as the raw data. An amplitude vibration has occurred. The appearance of the peak of the waveform 161 at the time of about 2.8 seconds is considered to be due to the gap between the workpieces. If the through-hole diameter is to be detected by moving average SMA, this peak may be erroneously detected.

図16(a)の二点鎖線で示す時間帯164、すなわち、2.5〜3.5秒の時間帯における実測電圧値を図16(b)に示す。図16(b)に示す電圧の波形151aは、図15(a)に示す電圧の波形151の一部分(2.5〜3.5秒の時間帯)を拡大して示したものである。   FIG. 16B shows measured voltage values in a time zone 164 indicated by a two-dot chain line in FIG. 16A, that is, a time zone of 2.5 to 3.5 seconds. A voltage waveform 151a shown in FIG. 16B is an enlarged view of a part of the voltage waveform 151 shown in FIG. 15A (a time zone of 2.5 to 3.5 seconds).

累積移動平均算出手段321は、時刻が約2.7秒(図16(a)の一点差線162で仕切った時刻)に累積移動平均の演算を開始する。図16(b)に示す電圧の累積移動平均の波形165は、約2.7秒の時刻以降に出現している。
全体的には、電圧の累積移動平均の波形165は、アーク電圧(生データ)の波形151aと比べて、ノイズが大幅に小さくなっていることが分かる。また、比較例によるSMAの波形161と比べても、ノイズ振幅がおよそ半分になっていることが分かる。
The cumulative moving average calculating means 321 starts the calculation of the cumulative moving average at a time of about 2.7 seconds (the time divided by the one-point difference line 162 in FIG. 16A). A waveform 165 of the cumulative moving average of voltage shown in FIG. 16B appears after about 2.7 seconds.
Overall, it can be seen that the noise in the cumulative moving average waveform 165 of the voltage is significantly smaller than the waveform 151a of the arc voltage (raw data). It can also be seen that the noise amplitude is approximately halved even when compared with the SMA waveform 161 of the comparative example.

また、図16(b)に示すように、電圧の累積移動平均の波形165からは、比較例によるSMAの波形161に現れたピークの影響が除去されている。すなわち、波形165には、約2.8秒の時刻に目立ったピークが現れなかった。そして、ワーク貫通後の孔径拡大に伴って生じる電圧の生データの波形全体の電圧増加傾向もよく再現している。したがって、ワーク間に隙間がある場合であっても、貫通溶接におけるインライン検査方法は、ワーク間に隙間がない場合と同様の効果を奏することができる。   Also, as shown in FIG. 16B, the influence of the peak appearing in the waveform 165 of the SMA according to the comparative example is removed from the waveform 165 of the cumulative moving average of the voltage. That is, the waveform 165 did not show a conspicuous peak at a time of about 2.8 seconds. And the voltage increase tendency of the whole waveform of the raw data of the voltage which arises with the hole diameter expansion after a workpiece | work penetration is reproduced well. Therefore, even when there is a gap between the workpieces, the in-line inspection method in penetration welding can achieve the same effect as when there is no gap between the workpieces.

また、第1実施形態に係るインライン検査方法を、ワーク間に隙間がある場合に適用した場合であっても、ワーク間に隙間がない場合と同様の効果を奏することができる。
さらに、プラズマアーク溶接とMIG溶接とを組み合わせたプラズマ-MIG溶接方法に対して本発明の各実施形態に係るインライン検査方法を用いることにより、このプラズマ-MIG溶接方法を実施するための溶接システム(例えば図4参照)において各実施形態と同様に品質保証精度を向上させることができる。
Moreover, even when the inline inspection method according to the first embodiment is applied when there is a gap between the workpieces, the same effect as when there is no gap between the workpieces can be obtained.
Further, by using the in-line inspection method according to each embodiment of the present invention for the plasma-MIG welding method in which plasma arc welding and MIG welding are combined, a welding system for performing this plasma-MIG welding method ( For example, in FIG. 4), the quality assurance accuracy can be improved in the same manner as each embodiment.

以上、本発明のインライン検査装置の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、前記した各実施形態に限定されるものではない。例えば、各実施形態のインライン検査装置10(10A)は、貫通検出手段31、貫通孔径検出手段32(32A)および貫通孔径保証手段33を備えるベストモードで説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、貫通検出手段31および貫通孔径検出手段32(32A)を備え、アーク再点弧はしないこととしてもよい。アーク再点弧をしない場合、つまり貫通孔の下孔径を再検出しない場合、構成が簡易になり、インライン検査を迅速に行うことができ、製造コストを低減することもできる。   As mentioned above, although preferable embodiment of the in-line test | inspection apparatus of this invention was described, this invention is not limited to each above-described embodiment. For example, the in-line inspection apparatus 10 (10A) of each embodiment has been described in the best mode including the through detection means 31, the through hole diameter detection means 32 (32A), and the through hole diameter guarantee means 33, but the present invention is limited to this. Instead of this, the penetration detecting means 31 and the through hole diameter detecting means 32 (32A) may be provided, and arc re-ignition may not be performed. When arc re-ignition is not performed, that is, when the diameter of the through hole of the through hole is not re-detected, the configuration becomes simple, the in-line inspection can be performed quickly, and the manufacturing cost can be reduced.

一方、アーク再点弧をする場合、つまり貫通孔の下孔径を再検出する場合、インライン検査を高精度に行うことができるというメリットがある。ここで、アーク再点弧をする場合、高精度に行うことができる理由は、図7および図8のグラフから自明である。図7および図8のグラフは、横軸の目盛りがほぼ同じであるが、縦軸の電圧値の目盛りが大きく異なる。具体的には、図7のグラフにおいて、例えばトーチ高さ5mmの場合、3φのテストピースを用いたときのアーク電圧値と、6φのテストピースを用いたときのアーク電圧値との間の電圧変化幅701は2V程度であった。一方、図8のグラフにおいて同様な電圧変化幅801は50V程度である。したがって、貫通孔径保証手段33の立上り電圧照合手段332は、貫通孔径検出手段32よりも高精度に下孔径を検出することができる。   On the other hand, there is an advantage that in-line inspection can be performed with high accuracy when arc re-ignition is performed, that is, when the through hole diameter of the through hole is re-detected. Here, the reason why the arc can be re-ignited with high accuracy is obvious from the graphs of FIGS. In the graphs of FIGS. 7 and 8, the horizontal scale is substantially the same, but the vertical scale of the voltage value is greatly different. Specifically, in the graph of FIG. 7, for example, when the torch height is 5 mm, the voltage between the arc voltage value when a 3φ test piece is used and the arc voltage value when a 6φ test piece is used. The change width 701 was about 2V. On the other hand, a similar voltage change width 801 in the graph of FIG. 8 is about 50V. Therefore, the rising voltage collating means 332 of the through hole diameter guaranteeing means 33 can detect the lower hole diameter with higher accuracy than the through hole diameter detecting means 32.

また、各実施形態では、インライン検査装置10を溶接電源5や溶接制御装置7とは別に設けたが、これに限定されず、溶接電源5または溶接制御装置7の中に組み込んでもよい。あるいはそれらを1つのユニットに組み込む構成としてもよいことは勿論である。   Moreover, in each embodiment, although the in-line inspection apparatus 10 was provided separately from the welding power supply 5 and the welding control apparatus 7, it is not limited to this, You may incorporate in the welding power supply 5 or the welding control apparatus 7. Of course, they may be incorporated into one unit.

1 溶接システム
2 溶接トーチ
3 ロボット
4 ロボット制御装置
5 溶接電源
6 フィラー供給装置
7 溶接制御装置
8 プラズマトーチ
9 MIGトーチ
10,10A インライン検査装置
11 電圧監視手段
12 記憶手段
13 処理手段
21 下孔径−電圧データ(検量線データ)
22 再点弧データ(検量線データ)
23 アーク長−電圧データ(検量線データ)
31,31A 貫通検出手段
311 トーチ高さ算出手段
312 増分演算手段
313 増分判別手段
314 増加率演算手段
315 増加率判別手段
32,32A 貫通孔径検出手段
321 累積移動平均算出手段
322 照合手段
33 貫通孔径保証手段
331 アーク点弧制御手段
332 立上り電圧照合手段
333 孔径確認手段
51 プラズマ電源
52 MIG電源
53 ガス供給装置
54 電圧検出器
W ワーク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Welding system 2 Welding torch 3 Robot 4 Robot control apparatus 5 Welding power supply 6 Filler supply apparatus 7 Welding control apparatus 8 Plasma torch 9 MIG torch 10, 10A Inline inspection apparatus 11 Voltage monitoring means 12 Storage means 13 Processing means 21 Lower hole diameter-Voltage Data (calibration curve data)
22 Re-ignition data (calibration curve data)
23 Arc length-voltage data (calibration curve data)
31, 31A Penetration detection means 311 Torch height calculation means 312 Increment calculation means 313 Increment discrimination means 314 Increase rate calculation means 315 Increase rate discrimination means 32, 32A Through hole diameter detection means 321 Cumulative moving average calculation means 322 Verification means 33 Through hole diameter guarantee Means 331 Arc ignition control means 332 Rising voltage collating means 333 Hole diameter confirmation means 51 Plasma power supply 52 MIG power supply 53 Gas supply device 54 Voltage detector W Workpiece

Claims (6)

重ね合わせた複数のワークを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査するインライン検査装置におけるインライン検査方法であって、
前記インライン検査装置は、
ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた、ワークに形成された貫通孔の下孔径と、プラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データを記憶する記憶手段と、処理手段とを備え、
前記処理手段は、
プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、アーク電圧に基づいて前記重ね合わせた複数のワークが貫通したことを検出する貫通検出工程と、
前記アーク電圧を監視し、前記複数のワークの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を前記検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する貫通孔径検出工程とを実行することを特徴とするインライン検査方法。
An in-line inspection method in an in-line inspection apparatus that inspects through holes in-line when through welding a plurality of stacked workpieces,
The in-line inspection apparatus is
Storage means for storing calibration curve data indicating the relationship between the prepared hole diameter of the through-hole formed in the workpiece and the arc voltage of plasma arc welding, which is obtained in advance for each workpiece thickness and welding condition; With
The processing means includes
A penetration detection step of monitoring the arc voltage during plasma arc welding and detecting that the plurality of superimposed workpieces have penetrated based on the arc voltage;
A through-hole diameter detection step of monitoring the arc voltage and detecting the prepared hole diameter of the through-hole formed by comparing the arc voltage measured after a predetermined time has passed since the penetration of the plurality of workpieces with the calibration curve data. And an in-line inspection method.
重ね合わせた複数のワークを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査するインライン検査装置におけるインライン検査方法であって、
前記インライン検査装置は、
ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた、ワークに形成された貫通孔の下孔径と、プラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データを記憶する記憶手段と、処理手段とを備え、
前記処理手段は、
プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、アーク電圧に基づいて前記重ね合わせた複数のワークが貫通したことを検出する貫通検出工程と、
前記アーク電圧を監視し、該アーク電圧の累積移動平均データを検出し、前記複数のワークの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧累積移動平均データを前記検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する貫通孔径検出工程とを実行することを特徴とするインライン検査方法。
An in-line inspection method in an in-line inspection apparatus that inspects through holes in-line when through welding a plurality of stacked workpieces,
The in-line inspection apparatus is
Storage means for storing calibration curve data indicating the relationship between the prepared hole diameter of the through-hole formed in the workpiece and the arc voltage of plasma arc welding, which is obtained in advance for each workpiece thickness and welding condition; With
The processing means includes
A penetration detection step of monitoring the arc voltage during plasma arc welding and detecting that the plurality of superimposed workpieces have penetrated based on the arc voltage;
The arc voltage is monitored, the accumulated moving average data of the arc voltage is detected, and the arc voltage accumulated moving average data measured after a predetermined time has passed since the penetration of the plurality of workpieces is collated with the calibration curve data. And an in-line inspection method characterized by executing a through-hole diameter detecting step of detecting a prepared hole diameter of the formed through-hole.
前記検量線データは、前記重ね合わせた複数のワークの板厚および溶接条件ごとに求められ、前記重ね合わせた複数のワークに所望サイズの貫通孔が形成されたときの裏面側の孔の内径を示す下孔径と、前記貫通孔に点弧されたアークが安定したときのアーク電圧を示す安定電圧との対応関係を示す下孔径−電圧データであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のインライン検査方法。   The calibration curve data is determined for each plate thickness and welding condition of the plurality of superimposed workpieces, and the inner diameter of the hole on the back surface side when a through hole of a desired size is formed in the plurality of superimposed workpieces. 3. The lower hole diameter-voltage data indicating a correspondence relationship between a prepared lower hole diameter and a stable voltage indicating an arc voltage when an arc ignited in the through hole is stabilized. Inline inspection method as described in. 前記インライン検査装置の前記記憶手段は、ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた検量線データとして、前記重ね合わせた複数のワークに既に形成された所望サイズの貫通孔にプラズマアーク溶接によりアークを再点弧したときの電圧立上り時のアークが安定する前の時刻であって予め定められた絶縁破壊時間内のアーク電圧と前記下孔径との対応関係を示す再点弧データをさらに記憶し、
前記処理手段は、
前記貫通孔径検出工程において前記貫通孔の下孔径を検出した後、アークを一旦切り、直後にプラズマアーク溶接のアークを再点弧する再点弧ステップと、
前記アークを再点弧した後のアーク電圧を、前記検量線データである再点弧データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する再検出ステップとを実行することを特徴とする請求項3に記載のインライン検査方法。
The storage means of the in-line inspection apparatus uses, as a calibration curve data obtained in advance for each workpiece thickness and welding condition, plasma arc welding to through holes of a desired size already formed in the plurality of superimposed workpieces. Re-ignition data indicating the correspondence between the arc voltage within the predetermined dielectric breakdown time and the diameter of the pilot hole is further stored before the arc at the time of voltage rise when the arc is re-ignited and before the arc is stabilized And
The processing means includes
After detecting the lower hole diameter of the through-hole in the through-hole diameter detecting step, the arc is once cut off, and immediately after that, a re-igniting step of re-igniting the plasma arc welding arc;
Performing a re-detection step of detecting a prepared hole diameter of the through-hole by comparing arc voltage after re-igniting the arc with re-ignition data which is the calibration curve data. The in-line inspection method according to claim 3.
重ね合わせた複数のワークを貫通溶接する際、貫通孔をインラインで検査するインライン検査装置であって、
ワークの板厚および溶接条件ごとに予め求められた、ワークに形成された貫通孔の下孔径と、プラズマアーク溶接のアーク電圧との関係を示す検量線データを記憶する記憶手段と、
プラズマアーク溶接中のアーク電圧を監視し、前記アーク電圧を所定の頻度で測定する電圧監視手段と、
測定されたアーク電圧に基づいて前記重ね合わせた複数のワークが貫通したことを検出する貫通検出手段と、
測定されたアーク電圧に基づいて、前記複数のワークの貫通から所定時間経過した後に測定されたアーク電圧を前記検量線データと照合することで、形成された貫通孔の下孔径を検出する貫通孔径検出手段と、
を備えることを特徴とするインライン検査装置。
An in-line inspection device for in-line inspection of through-holes when through-welding a plurality of stacked workpieces,
Storage means for storing calibration curve data indicating the relationship between the diameter of the through hole formed in the workpiece and the arc voltage of plasma arc welding, which is obtained in advance for each plate thickness and welding condition of the workpiece;
Voltage monitoring means for monitoring the arc voltage during plasma arc welding and measuring the arc voltage at a predetermined frequency;
A penetration detection means for detecting that the plurality of superimposed workpieces have penetrated based on the measured arc voltage;
Based on the measured arc voltage, by comparing the arc voltage measured after a predetermined time has passed since the penetration of the plurality of workpieces with the calibration curve data, the through hole diameter for detecting the lower hole diameter of the formed through hole is detected. Detection means;
An in-line inspection apparatus comprising:
プラズマアーク溶接とMIG溶接とを組み合わせたプラズマ-MIG溶接方法であって、
重ね合わせた複数のワークにプラズマアークによって貫通孔を形成する工程と、
請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のインライン検査方法で前記貫通孔をインラインで検査する工程と、
MIG溶接により前記貫通孔を埋めて前記重ね合わせた複数のワークを溶接する工程と、を有することを特徴とするプラズマ-MIG溶接方法。
A plasma-MIG welding method combining plasma arc welding and MIG welding,
Forming a through-hole by a plasma arc in a plurality of stacked workpieces;
Inspecting the through hole in-line by the in-line inspection method according to any one of claims 1 to 4,
And a step of welding the plurality of stacked workpieces by filling the through-holes by MIG welding.
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