JP2023148951A - 検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スパッタの付着位置を具体的に検出することができる検出装置を提供する。【解決手段】溶接を行う際にシールドガスを流す溶接トーチにおいて、溶接トーチのノズルの詰まりを検出する検出装置は、第１圧力測定部と、第２圧力測定部と、判定部と、出力部と、を備える。第１圧力測定部は、ノズルの内部の第１位置におけるシールドガスの圧力を測定するよう構成される。第２圧力測定部は、ノズルの内部における第１位置とは異なる第２位置において、ノズルの内部のシールドガスの圧力を測定するよう構成される。判定部は、第１圧力測定部の測定値と、第２圧力測定部の測定値と、に基づき、ノズルの詰まりが生じているか否かを判定するよう構成される。【選択図】図１

Description

本開示は、溶接トーチのノズルの詰まりを検出する検出装置に関する。

アーク溶接作業において、溶接部で発生したスパッタが飛散し、溶接トーチのノズルの内周面に付着することがある。スパッタがノズルの内周面に付着すると、シールドガスの流れに影響を与える可能性がある。特許文献１には、ガス供給路に配置された流量検出器を用いて、ガス供給路内を流れるシールドガスの流量を検出する、溶接トーチのノズル詰まり検出装置が開示されている。当該検出装置は、予め設定されているシールドガス流量の判定値と、流量検出器で検出されたシールドガス流量を比較して、ガス供給路内を流れるシールドガスの流量が判定値よりも小さくなったとき、溶接を中断させるとともに溶接トーチの清掃時期であることを表示する。

特開平１１－２６７８４８号公報

しかしながら、ガス供給路内を流れるシールドガスの流量が判定値よりも大きい場合でも、ガス供給路内の一部分にスパッタが偏って付着した場合、シールドガスの流れが乱れることがある。シールドガスの流れが乱れると、十分なシールド効果が得られなくなることから、溶接不良を招く可能性がある。よって、スパッタが付着した箇所を清掃する必要があるが、引用文献１の検出装置では、スパッタの付着位置を具体的に検出することができなかった。

本開示の一局面では、スパッタの付着位置を具体的に検出することができる検出装置を提供する。

本開示の一態様は、溶接を行う際にシールドガスを流す溶接トーチにおいて、溶接トーチのノズルの詰まりを検出する検出装置であって、第１圧力測定部と、第２圧力測定部と、判定部と、出力部と、を備える。第１圧力測定部は、ノズルの内部の第１位置におけるシールドガスの圧力を測定するよう構成される。第２圧力測定部は、ノズルの内部における第１位置とは異なる第２位置において、ノズルの内部のシールドガスの圧力を測定するよう構成される。判定部は、第１圧力測定部の測定値と、第２圧力測定部の測定値と、に基づき、ノズルの詰まりが生じているか否かを判定するよう構成される。出力部は、判定部によりノズルの詰まりが生じていると判定された場合、所定の出力を行うよう構成される。このような構成によれば、検出装置は、ノズルの内部における複数の位置において、シールドガスの圧力を測定する。複数の位置におけるシールドガスの圧力の測定値を比較することにより、第１位置と第２位置とのいずれの位置にスパッタが付着したかを検出することができる。よって、スパッタの付着位置を具体的に検出することができる。

本開示の一態様では、第１位置と、第２位置と、はノズルの内部において、周方向における異なる位置に位置してもよい。このような構成によれば、第１位置と第２位置とのどちらかにノズルの詰まりが生じていなければ、第１位置と第２位置とでシールドガスの圧力の測定値はほぼ同じ値となるが、詰まりが生じていれば、第１位置と第２位置とでシールドガスの圧力の測定値が異なる。よって、第１位置と第２位置とのいずれの位置にスパッタが付着したかを検出することができる。

上述した構成において、判定部は、第１圧力測定部の測定値と、第２圧力測定部の測定値と、の差が、所定の差以上である場合、ノズルの詰まりが生じていると判定してもよい。このような構成によれば、第１位置と第２位置とのいずれかで、ノズルの詰まりが生じていることを検出することができる。

本開示の一態様では、第１位置及び第２位置は、ノズルの先端近傍に位置してもよい。このような構成によれば、最もノズルの詰まりが生じやすいノズルの先端近傍において、ノズルの詰まりを検出することができる。

溶接システムの構成を示すブロック図である。 溶接トーチの模式的な端面図である。 圧力測定部の構成を説明するための図である。 第１位置～第４位置を説明するためのガスノズルの模式的な端面図である。 ばらつき判定処理のフローチャートである。 第２実施形態の溶接トーチの模式的な端面図である。

以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１に示す溶接システム１は、消耗電極式のガスシールドアーク溶接を行うよう構成されている。溶接システム１は、アーク溶接を行う際にシールドガス７０を流す溶接トーチ１３において、溶接トーチ１３のガスノズル３１の詰まりを検出する。ガスノズル３１の詰まりとは、シールドガス７０の流れに影響が生じる程度にスパッタがガスノズル３１の内部に堆積することである。溶接システム１は、溶接電源装置１１と、送給装置１２と、溶接トーチ１３と、シールドガス供給源１４と、判定部１５と、出力部１６と、を備える。

溶接電源装置１１には、溶接システム１のオンオフを設定するボタンが設けられている。また、溶接電源装置１１には、溶接電圧、ワイヤ送給速度などを設定する調整つまみが設けられている。溶接電源装置１１から、バルブ１４２のオンオフを指示する信号や、送給装置１２への溶接指示の信号が出力される。バルブ１４２がオンのとき、送給装置１２にシールドガス７０の送給が指示される。

送給装置１２は、溶接電源装置１１の設定に基づいて、溶接ワイヤ６０及びシールドガス７０を溶接トーチ１３に送給する。溶接ワイヤ６０は、一例としてソリッドワイヤであり、消耗電極として機能する。なお、溶接ワイヤ６０の種類はこれに限定されるものではない。例えば、溶接ワイヤ６０は、フラックス入りワイヤであってもよい。また、溶接ワイヤ６０の材質も限定されるものではない。例えば、溶接ワイヤ６０の材質は、軟鋼でもよいし、ステンレスやアルミニウム、チタンでもあってもよい。

図２に示されるように、溶接トーチ１３は、ガスノズル３１と、コンタクトチップ３２と、チップボディ３３と、ノズルインシュレータ３４と、チップボディ取付ネジ３５と、コンジットチューブ３６と、を備える。

ガスノズル３１は、コンタクトチップ３２の外側において、環状空間を形成する筒状部材である。ガスノズル３１の先端は開放している。ガスノズル３１は、シールドガス７０をガイドするように構成されている。

コンタクトチップ３２は、溶接ワイヤ６０を通すための挿通孔が基端から先端まで貫通状に形成されている。コンタクトチップ３２は、溶接ワイヤ６０に通電すると共に、溶接ワイヤ６０をガイドするように構成されている。

チップボディ３３は、チップボディ取付ネジ３５の先端部に位置し、コンタクトチップ３２とネジ手段によって連結されている。チップボディ３３は、コンタクトチップ３２に挿通した溶接ワイヤ６０を固定するように構成されている。

ノズルインシュレータ３４は、チップボディ取付ネジ３５の長手方向における中間部外面に外嵌されている。ノズルインシュレータ３４は、シールドガス７０が溶接トーチ１３から漏れるのを抑制するように構成されている。

チップボディ取付ネジ３５は、図示しないトーチボディの先端に取り付けられている。チップボディ取付ネジ３５がトーチボディに取り付けられると、チップボディ３３がコンタクトチップ３２の方へ押される。

コンジットチューブ３６は、溶接電源装置１１からの電力を溶接トーチ１３に送るとともに、シールドガス供給源１４からのシールドガス７０を溶接トーチ１３に送るチューブである。

溶接電源装置１１からの電力は、送給装置１２に送られ、送給装置１２からコンジットチューブ３６を介して溶接トーチ１３に送られる。そして、当該電力は、コンタクトチップ３２を介して溶接ワイヤ６０に供給される。なお、溶接作業時の電流は、直流又は交流のいずれであってもよく、また、その波形は特に問わない。溶接ワイヤ６０は、コンタクトチップ３２からの通電により、先端からアークを発生する。

図１に示されるように、溶接トーチ１３は、図２にて説明したほかに、第１圧力測定部２１と、第２圧力測定部２２と、第３圧力測定部２３と、第４圧力測定部２４と、を備える。

図３に示されるように、第１圧力測定部２１は、ガスノズル３１の内部の第１位置４１におけるシールドガス７０の圧力を測定するよう構成されている。なお、図３は、図２に示す溶接トーチ１３に第１圧力測定部２１～第４圧力測定部２４を装着したときの図である。図３は、シールドガス７０の流れ方向と直交する方向の断面の模式図であって、ガスノズル３１及び溶接ワイヤ６０以外の構成は省略している。

第２圧力測定部２２は、ガスノズル３１の内部の第２位置４２におけるシールドガス７０の圧力を測定するよう構成されている。第３圧力測定部２３は、ガスノズル３１の内部の第３位置４３におけるシールドガス７０の圧力を測定するよう構成されている。第４圧力測定部２４は、ガスノズル３１の内部の第４位置４４におけるシールドガス７０の圧力を測定するよう構成されている。第１圧力測定部２１～第４圧力測定部２４は、測定した圧力の値を判定部１５にフィードバックする。

図４に示されるように、第１位置４１から第４位置４４は、周方向において異なる位置に位置する。より詳しくは、第１位置４１から第４位置４４は、シールドガス７０の流れ方向に垂直な同一平面Ｓ１上に位置する。図４は、図３の平面Ｓ１を基準とした端面図である。第１位置４１から第４位置４４は、ガスノズル３１の先端近傍に位置する。ガスノズル３１の先端とは、シールドガス７０を噴出する開口のことである。また、先端近傍とはガスノズル３１の第１位置４１から第４位置４４にスパッタが付着したり堆積したりしない程度の位置である。第１位置４１～第４位置４４には、ガスノズル３１を貫通する孔が形成されている。第１圧力測定部２１～第４圧力測定部２４は、管状部２１１と、圧力センサ２１２と、を備える。管状部２１１は、第１位置４１～第４位置４４に形成される孔に接続される管状の部材である。管状部２１１は、一例としてゴムホースである。圧力センサ２１２は、管状部２１１における、第１位置４１～第４位置４４とは反対側の端部に設けられる。

説明を図１に戻る。シールドガス供給源１４は、シールドガス７０が封入された容器１４１及びバルブ１４２等により構成される。シールドガス供給源１４から、シールドガス７０が、送給装置１２へ送られる。送給装置１２に送られたシールドガス７０は、コンジットチューブ３６を介して溶接トーチ１３に送られる。溶接トーチ１３に送られたシールドガス７０は、溶接トーチ１３内を流れ、ガスノズル３１に案内されて、溶接トーチ１３の先端から噴出する。シールドガス７０は、一例としてアルゴンである。なお、シールドガス７０として用いられるガスの種類はこれに限定されるものではない。例えば、窒素、ヘリウムのような不活性ガスであってもよいし、炭酸ガスであってもよいし、これらを混合したガスであってもよい。

判定部１５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等を有する周知のマイクロコンピュータを中心に構成される。ＣＰＵは、非遷移的実体的記録媒体であるＲＯＭに格納されたプログラムを実行する。当該プログラムが実行されることで、当該プログラムに対応する方法が実行される。具体的には、判定部１５は当該プログラムに従い、後述する図５に示すばらつき判定処理を実行する。なお、判定部１５は、１つのマイクロコンピュータを備えてもよいし、複数のマイクロコンピュータを備えてもよい。

判定部１５に含まれる各部の機能を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の機能は、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現されてもよい。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は、デジタル回路、又はアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現されてもよい。

判定部１５は、ばらつき判定処理において、ガスノズル３１の詰まりを検出したときには、出力部１６に清掃信号を出力する。また、判定部１５は、ばらつき判定処理において、ガスノズル３１の詰まりを検出したときには、溶接電源装置１１に、溶接システム１がオフとなるように設定するための信号を出力してもよい。

出力部１６は、ガスノズル３１に対して清掃が必要であることを使用者に知らせる装置である。出力部１６は、一例としてモニタである。判定部１５から清掃信号が入力されたときに、出力部１６は、「ノズルを清掃してください」とモニタに表示する。なお、ガスノズル３１の清掃時期であることを使用者に知らせる手段はこれに限定されるものではない。例えば、出力部１６は、アラームを鳴らすことにより使用者に知らせてもよいし、警告灯を点灯させることにより使用者に知らせてもよい。

［１－２．清掃タイミングの判断及び清掃チェック］
以下、図５のフローチャートを参照しつつ、溶接システム１を用いて実行する処理の一例について説明する。

まず、Ｓ１０１で、使用者は、溶接システム１を用いて溶接作業を実施する。
続いて、Ｓ１０２で、溶接作業を実行中に、第１圧力測定部２１～第４圧力測定部２４は、第１位置４１～第４位置４４において、ガスノズル３１を流れるシールドガス７０の圧力を測定する。

続いて、Ｓ１０３で、判定部１５は、第１圧力測定部２１～第４圧力測定部２４の測定値について、ばらつきの有無を判定する。具体的には、判定部１５は、第１圧力測定部２１～第４圧力測定部２４の測定値を全て比較し、測定値における最大値と最小値との差が、所定の差以上である場合、ばらつきがあると判定する。判定部１５は、ばらつきがあると判定した場合、ガスノズル３１の詰まりが生じていると判定する。

なお、ばらつきを判定する方法は上記の方法に限定されるものではない。例えば、判定部１５は、第１圧力測定部２１～第４圧力測定部２４における一定期間の測定値の平均値を全て比較し、平均値における最大値と最小値との差が、所定の差以上である場合、ばらつきがあると判定してもよい。

判定部１５は、Ｓ１０３でばらつきがあると判定した場合、Ｓ１０４に移行し、清掃信号を出力部１６に出力する。これにより、出力部１６は、「ノズルを清掃してください」とモニタに表示する。その後、Ｓ１０５に移行する。

一方、判定部１５は、Ｓ１０３でばらつきがないと判定した場合、Ｓ１０１に戻る。
Ｓ１０５で、使用者は、ガスノズル３１の清掃を行う。
続いて、Ｓ１０６で、使用者は、テストガスチェックが行う。具体的には、使用者は、溶接ワイヤ６０の送給や電流を流すことをせず、シールドガス７０のみを流す。

続いて、Ｓ１０５で、判定部１５は、Ｓ１０２と同様に、第１圧力測定部２１～第４圧力測定部２４の測定値について、ばらつきの有無を判定する。
判定部１５は、Ｓ１０５でばらつきがあると判定した場合、Ｓ１０３に移行する。一方、判定部１５は、Ｓ１０５でばらつきがないと判定した場合、Ｓ１０１に移行する。

［１－３．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）第１圧力測定部２１～第４圧力測定部２４は、シールドガス７０の流れ方向に垂直な同一平面Ｓ１上に位置する第１位置４１～第４位置４４において、ガスノズル３１を流れるシールドガス７０の圧力を測定する。このような構成によれば、第１位置４１～第４位置４４のいずれかにガスノズル３１の詰まりが生じていれば、シールドガス７０の圧力の測定値が他の測定値とは大きく異なる値が検出される。よって、シールドガス７０の流れの偏りを検出することができる。

（１ｂ）判定部１５は、第１圧力測定部２１～第４圧力測定部２４の測定値を全て比較し、いずれかの測定値の差が、所定の差以上である場合、ばらつきがあると判定する。このような構成によれば、第１位置４１～第４位置４４のいずれかで、ガスノズル３１の詰まりが生じていることを検出することができる。

（１ｃ）第１位置４１～第４位置４４は、ガスノズル３１の先端近傍に位置する。このような構成によれば、最もガスノズル３１の詰まりが生じやすいガスノズル３１の先端近傍において、ガスノズル３１の詰まりを検出することができる。

［２．第２実施形態］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

第１実施形態では、第１位置４１～第４位置４４において、ガスノズル３１を貫通する孔が形成されていた。一方、第２実施形態では、第１位置４１～第４位置４４を起点に、ガスノズル３１の部材の内部に流路５０が形成される。図６を用いて、第１位置４１～第４位置４４のうち、第１位置４１における構成について説明する。図６は、溶接トーチ１３のシールドガス７０の流れ方向における中心線を基準に片側半分を取り出した図である。第２位置４２～第４位置４４についても、第１位置４１と同様の構成である。流路５０は、ガスノズル３１から、ノズルインシュレータ３４の外側面におけるガス流れ方向の中間部まで延びる。ノズルインシュレータ３４の外側面における中間部に設けられた孔は、管状部２１１に接続している。なお、第２実施形態のチップボディ１３３は、ノズルインシュレータ３４の長さよりも長く形成されている。

上述した構成によれば、第１実施形態の効果に加え、次の効果を奏する。管状部２１１は、ノズルインシュレータ３４の中間部に設けられる。よって、ガスノズル３１には管状部２１１のような付属物が設けられないことから、溶接トーチ１３の操作性を抑制することがない。したがって、溶接トーチ１３の操作性を維持したまま、ガスノズル３１の詰まりを検出することができる。

［３．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

（３ａ）上記実施形態では、第１位置４１～第４位置４４の４箇所において、第１圧力測定部２１～第４圧力測定部２４によりガスノズル３１を流れるシールドガス７０の圧力を測定する構成を例示した。しかし、ガスノズル３１を流れるシールドガス７０の圧力を測定する位置の個数はこれに限定されるものではない。例えば、ガスノズル３１の任意の２箇所又は任意の３箇所において、ガスノズル３１を流れるシールドガス７０の圧力が測定されてもよい。また、ガスノズル３１の任意の５箇所以上において、ガスノズル３１を流れるシールドガス７０の圧力が測定されてもよい。

また、上記実施形態では、第１圧力測定部２１～第４圧力測定部２４は、周方向において異なる位置、より詳しくは、シールドガス７０の流れ方向に垂直な同一平面Ｓ１上に位置する第１位置４１～第４位置４４において、ガスノズル３１を流れるシールドガス７０の圧力を測定する構成を例示した。しかし、ガスノズル３１を流れるシールドガス７０の圧力を測定する位置はこれに限定されるものではない。例えば、ガスノズル３１における、シールドガス７０の流れ方向において異なる２箇所の位置の圧力を測定する構成であってもよい。ここで、シールドガス７０の流れ方向における異なる２箇所においては、測定位置の近傍にガスノズル３１の内側に配置される部品が存在するか否か、流路の断面積の相違による流速の変化、圧力損失などにより、スパッタが堆積していないときでも測定値が同じ値とならないことがある。よって、２箇所の測定値の差が、所定の差以上である場合であっても、ノズルの詰まりがあると判定することはできない。そこで、２箇所の測定値の、それぞれの変化分を求め、２箇所の変化分の差が、所定の差以上である場合、ノズルの詰まりがあると判定してもよい。より詳しくは、当該２箇所において、第１のタイミングと、第１のタイミングよりも後のタイミングである第２のタイミングとにてシールドガス７０の圧力を測定し、それぞれの変化分を求めてもよい。そして、一方の箇所における第１変化分と、他方の箇所における第２変化分とを比較して、第１変化分と第２変化分との差が、所定の差以上である場合、ノズルの詰まりがあると判定してもよい。シールドガス７０の流れ方向における異なる３箇所以上においてシールドガス７０の圧力を測定する場合も同様に、全ての箇所における変化分を比較し、いずれかの変化分同士の差が所定の差以上である場合、ノズルの詰まりがあると判定してもよい。

また例えば、第１位置４１～第４位置４４は、シールドガス７０の流れ方向に異なる位置であって、かつ、周方向に異なる位置に配置されていてもよい。例えば、第１位置４１は、シールドガス７０の流れ方向に垂直な第１平面上に位置し、第２位置４２～第４位置４４は、シールドガス７０の流れ方向に垂直な、第１平面とは異なる第２平面上に位置してもよい。また、第２位置４２～第４位置４４のうちのいずれかが第２平面上に位置してもよく、残りは、シールドガス７０の流れ方向に垂直な、第１平面及び第２平面とは異なる第３平面上に位置してもよいし、いずれにも配置されなくてもよい。このような構成によっても、複数の位置におけるシールドガス７０の圧力の測定値を比較することにより、いずれの位置にスパッタが付着したかを検出することができる。よって、スパッタの付着位置を具体的に検出することができる。

また例えば、第１位置４１～第４位置４４は、シールドガス７０の流れ方向に垂直な第１平面上に位置しており、さらに、シールドガス７０の流れ方向に垂直な、第１平面とは異なる第２平面上においても、周方向において第１位置４１～第４位置４４と同じ位置にて圧力を測定する構成であってもよい。

（３ｂ）上記実施形態では、消耗電極式のガスシールドアーク溶接を行う構成を例示した。しかし、溶接の種類はこれに限定されるものではない。例えば、ティグ溶接、プラズマ溶接等といった、非消耗電極式のアーク溶接を行う構成であってもよい。また、シールドガス７０を用いる他の溶接を行う構成であってもよい。

（３ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。

（３ｄ）本開示は、前述した検出装置の他、当該検出装置を構成要素とするシステム、当該検出装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、圧力測定の方法など、種々の形態で実現することができる。

１…溶接システム、１１…溶接電源装置、１２…送給装置、１３…溶接トーチ、１４…シールドガス供給源、１５…判定部、１６…出力部、２１…第１圧力測定部、２２…第２圧力測定部、２３…第３圧力測定部、２４…第４圧力測定部、３１…ガスノズル、３２…コンタクトチップ、３３，１３３…チップボディ、３４…ノズルインシュレータ、３５…チップボディ取付ネジ、３６…コンジットチューブ、５０…流路、６０…溶接ワイヤ、７０…シールドガス、１４１…容器、１４２…バルブ、２１１…管状部、２１２…圧力センサ、Ｓ１…平面。

Claims (4)

1. 溶接を行う際にシールドガスを流す溶接トーチにおいて、前記溶接トーチのノズルの詰まりを検出する検出装置であって、
   前記ノズルの内部の第１位置における前記シールドガスの圧力を測定するよう構成された第１圧力測定部と、
   前記ノズルの内部における前記第１位置とは異なる第２位置において、前記ノズルの内部の前記シールドガスの圧力を測定するよう構成された第２圧力測定部と、
   前記第１圧力測定部の測定値と、前記第２圧力測定部の測定値と、に基づき、前記ノズルの詰まりが生じているか否かを判定するよう構成された判定部と、
   前記判定部により前記ノズルの詰まりが生じていると判定された場合、所定の出力を行うよう構成された出力部と、
   を備える、検出装置。
2. 請求項１に記載の検出装置であって、
   前記第１位置と、前記第２位置と、は前記ノズルの内部において、周方向における異なる位置に位置する、検出装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の検出装置であって、
   前記判定部は、前記第１圧力測定部の測定値と、前記第２圧力測定部の測定値と、の差が、所定の差以上である場合、前記ノズルの詰まりが生じていると判定する、検出装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の検出装置であって、
   前記第１位置及び前記第２位置は、前記ノズルの先端近傍に位置する、検出装置。

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