JP2024034038A - 溶接機の制御器および溶接機の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】開先の状態にかかわらず溶接の質を安定化させることができる溶接機の制御器および溶接機の制御方法を提供する。【解決手段】溶接機の制御器は、溶接トーチと、溶接トーチを、溶接対象であるワークの開先の幅方向に移動させるとともに、ワークに対して高さ方向に移動させるアクチュエータと、を備え、溶接トーチを、ワークの開先の幅方向に所定のウィービング幅で周期的に移動させつつワークの溶接線方向に所定のトーチ高さで移動させてワークの溶接線を倣わせる溶接機の制御器であって、プロセッサは、記憶器から複数の制御モードを取得し、溶接トーチの周期的な移動におけるオシレート周期に基づいて予め定められたタイミングごとに、複数の制御モードのうちの何れの制御モードを実行するかを定めた実行計画に従って、アクチュエータに対する制御指令を生成し、複数の制御モードは、２以上の開先倣い制御モードを含む。【選択図】図５

Description

本開示は、溶接機の制御器および溶接機の制御方法に関する。

溶接対象であるワークに対してワークの溶接線に沿って溶接トーチを自動的に移動させる溶接機が知られている。このような溶接機は、溶接トーチがワークの開先の幅方向に所定のウィービング幅および所定のトーチ高さで周期的に移動しながらワークの溶接線方向に沿ってビードが形成されるように制御される。

ワークの開先への溶接を適切に行うために種々の倣い制御が知られている。例えば下記特許文献１では、ワークの開先幅に対して適切なウィービング幅を得るためにウィービング幅を制御している。

また、溶接トーチの先端に突出された電極とワークとの間で発生するアークによる溶接電流またはアーク電圧から電極の先端とワークとの距離を得ることにより、ワークに対するトーチ高さの制御を行うことも知られている。

特公平４－７０１１７号公報

しかし、例えば大型構造物の製造において、開先のルート面の高さ、ルート間隔等が不均一な場合があり、そのような対象に対して既存の開先倣い制御では品質が安定しない問題がある。

そこで、本開示は、開先の状態にかかわらず溶接の質を安定化させることができる溶接機の制御器および溶接機の制御方法を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る溶接機の制御器は、溶接トーチと、前記溶接トーチを、溶接対象であるワークの開先の幅方向に移動させるとともに、前記ワークに対して高さ方向に移動させるアクチュエータと、を備え、前記溶接トーチを、前記ワークの開先の幅方向に所定のウィービング幅で周期的に移動させつつ前記ワークの溶接線方向に所定のトーチ高さで移動させて前記ワークの溶接線を倣わせる溶接機の制御器であって、複数の制御モードを記憶した記憶器と、前記アクチュエータに対する制御指令を生成するプロセッサと、を含み、前記プロセッサは、前記記憶器から前記複数の制御モードを取得し、前記溶接トーチの周期的な移動におけるオシレート周期に基づいて予め定められたタイミングごとに、前記複数の制御モードのうちの何れの制御モードを実行するかを定めた実行計画に従って、前記アクチュエータに対する制御指令を生成し、前記複数の制御モードは、２以上の開先倣い制御モードを含む。

本開示の他の態様に係る溶接機の制御方法は、溶接トーチと、前記溶接トーチを、溶接対象であるワークの開先の幅方向に移動させるとともに、前記ワークに対して高さ方向に移動させるアクチュエータと、を備え、前記溶接トーチを、前記ワークの開先の幅方向に所定のウィービング幅で周期的に移動させつつ前記ワークの溶接線方向に所定のトーチ高さで移動させて前記ワークの溶接線を倣わせる溶接機の制御方法であって、前記溶接トーチの周期的な移動におけるオシレート周期に基づいて予め定められたタイミングごとに、予め用意された複数の制御モードのうちの何れの制御モードを実行するかを定めた実行計画に従って、前記アクチュエータを制御し、前記複数の制御モードは、２以上の開先倣い制御モードを含む。

本開示によれば、溶接機において開先の状態にかかわらず溶接の質を安定化させることができる。

図１は、本開示の一実施の形態に係る溶接システムを示す概略構成図である。 図２は、高さ倣い制御モードの概念図である。 図３は、中央倣い制御モードの概念図である。 図４は、幅倣い制御モードの概念図である。 図５は、本実施の形態における実行計画の例を示す図である。 図６は、開先の形状の位置ずれを示す図である。 図７は、開先に形成されるビードの形状不良の例を示す図である。

以下、本開示の一実施の形態に係る溶接機の制御器について説明する。本実施の形態においては、溶接機として、非消耗電極式の溶接機であるＴＩＧ溶接機を例示する。

図１は、本開示の一実施の形態に係る溶接システムを示す概略構成図である。本実施の形態において、溶接システム１は、溶接機１０と、溶接機１０を制御する制御器２０と、を備えている。制御器２０は、溶接機１０に搭載されてもよいし、溶接機１０とは離間して配置されてもよい。制御器２０と溶接機１０とは、無線または有線通信可能に接続される。

溶接機１０は、先端に電極１１を有する溶接トーチ１２を含んでいる。溶接トーチ１２の電極１１は、溶接対象に向けられる。溶接トーチ１２は、溶接対象に対してシールドガスを供給するノズルを有している。溶接トーチ１２には、電源１３からの電力線１４が接続され、電力が供給される。

さらに、溶接機１０は、溶接トーチ１２を移動させるアクチュエータを含んでいる。アクチュエータは、溶接トーチ１２を第１方向に移動させる第１アクチュエータ１５と、溶接トーチ１２を第１方向に直交する第２方向に移動させる第２アクチュエータ１６と、を含む。これらのアクチュエータ１５，１６は、制御器２０からの制御指令に基づいて作動し、溶接トーチ１２を第１方向および第２方向に移動させる。

本実施の形態において、溶接機１０は、第１方向に延びる第１レール５１および第２方向に延びる第２レール５２を含んでいる。溶接トーチ１２は、第１レール５１に対して第１方向に摺動可能に取り付けられている。第１レール５１は、第２レール５２に対して第２方向に摺動可能に取り付けられている。第１アクチュエータ１５は、第１レール５１上の溶接トーチ１２を第１方向に摺動させる。第２アクチュエータ１６は、第２レール５２を第２方向に摺動させることにより、溶接トーチ１２を第２方向に移動させる。なお、溶接トーチ１２を移動させる構成は、これに限られず、例えば、先端部に溶接トーチ１２が備えられた多関節のロボットにより構成されてもよい。

溶接機１０は、台車１９を含んでいる。台車１９に第２レール５２が固定されている。台車１９は、溶接対象であるワーク３０に対して移動可能に構成されている。

溶接対象であるワーク３０は、２つの被溶接材が突き合わされた状態で配置されており、溶接すべき箇所に開先３１が形成されている。開先３１は、２つの被溶接材が突き合わされた状態で各々の開先面が所定の開先角度を有するように配置されている。なお、この開先角度は、被溶接材同士の当接部近傍が曲面となっている場合もあるため、開先面同士を延長した面同士が交差した際のなす角を意味している。開先３１の形状は、種々の形状の中から適宜選択される。

溶接機１０は、溶接トーチ１２の電極１１の先端がワーク３０の開先３１に向くように配置される。このとき、第１方向が開先３１の幅方向に一致し、第２方向がワーク３０の開先３１が形成される表面に対して直交する方向に一致するように溶接機１０が配置される。これにより、第１アクチュエータ１５は、溶接トーチ１２を、ワーク３０の開先３１の幅方向に移動させるアクチュエータとして構成される。また、第２アクチュエータ１６は、溶接トーチ１２を、ワーク３０に対して高さ方向に移動させるアクチュエータとして構成される。

図１の例では、水平面に載置されたワーク３０の上方に溶接トーチ１２が位置し、電極１１が下方を向いている。この場合、第１アクチュエータ１５は、溶接トーチ１２を水平方向に移動させるアクチュエータであり、第２アクチュエータ１６は、溶接トーチ１２を鉛直方向に移動させるアクチュエータである。また、図１の例において、台車１９は、ワーク３０上において開先３１の溶接線方向に移動可能に載置されている。

さらに、溶接機１０は、開先３１に溶加材を供給する溶加材供給ノズル１８を含んでいる。溶加材は、棒状またはワイヤ状の形状を有している。溶加材供給ノズル１８は、アクチュエータ１５，１６により溶接トーチ１２との位置関係を保持するように三次元的に移動する。溶加材供給ノズル１８は、溶接トーチ１２の電極１１に向けられる。

電源１３は、ワーク３０に電力線１７を介して接続される。電源１３から供給される電力により、溶接トーチ１２の電極１１とワーク３０との間に電圧が印加される。これにより、溶接トーチ１２の先端から突出された電極１１とワーク３０との間にアークが発生する。発生したアークに溶加材が供給されることにより、溶加材とワーク３０とが溶着し、ビードが形成される。このようにして、ワーク３０が溶接される。溶接機１０は、電力線１４，１７間に印加される電圧、すなわち、アーク電圧を検出する電圧検出器４１を含んでいる。

電圧検出器４１で検出されたアーク電圧は、制御器２０に送られる。アーク電圧は、電極１１のワーク３０に対する位置情報に対応付けられる。電極１１の位置は、ワーク３０の所定位置に対応付けられた電極１１の基準位置からの第１方向移動量および第２方向移動量から決定される。このために、溶接機１０は、第１アクチュエータ１５による基準位置からの第１方向移動量を検出する第１方向位置検出器４２および第２アクチュエータ１６による基準位置からの第２方向移動量を検出する第２方向位置検出器４３を備えている。電圧検出器４１、第１方向位置検出器４２および第２方向位置検出器４３は、後述するデータ取得器として機能する。

制御器２０は、プロセッサ２１および記憶器２２を含んでいる。記憶器２２は、データ取得器から取得したデータを記憶する。本実施の形態において、記憶器２２は、アーク電圧を電極１１の位置情報に対応付けて記憶する。さらに、記憶器２２は、溶接機１０を制御するための制御プログラムを記憶する。プロセッサ２１は、例えばマイクロコントローラ、パーソナルコンピュータ、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等のコンピュータを備えている。例えば、プロセッサ２１は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の処理回路、レジスタ、ＲＡＭおよび周辺回路等を備えている。

なお、本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuits)、従来の回路、または、それらの組み合わせを含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本明細書において、回路、ユニット、または手段は、列挙された機能を実行するハードウェアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、ユニット、または手段はハードウェアとソフトウェアとの組み合わせであり、ソフトウェアはハードウェアまたはプロセッサの構成に使用される。

制御器２０は、溶接機１０の基本動作として、溶接トーチ１２を、ワーク３０の開先３１の幅方向に所定のウィービング幅で周期的に移動させつつ、ワーク３０の溶接線方向に所定のトーチ高さで移動させてワーク３０の溶接線を倣わせる。本実施の形態において、溶接トーチ１２の溶接線方向への移動は、台車１９により溶接機１０自体が移動することによって実現される。なお、これに代えて、溶接トーチ１２の溶接線方向への移動が、溶接機１０に対して溶接トーチ１２が移動する態様、または、ワーク３０が溶接機１０に対して移動する態様の何れかの態様で実現されてもよい。また、１つの溶接線に対して複数回の溶接作業が行われ得る。この場合、１回目の溶接作業で形成されたビード上に２回目の溶接作業によるビードが形成される。これにより、開先３１において複数回の溶接作業による複数層のビードが積層される。

プロセッサ２１は、制御プログラムに基づいて溶接機１０に対する制御指令を生成する。記憶器２２には、溶接機１０を制御する際の溶接条件が記憶されている。溶接機１０の性能、ワーク３０の材質、発生するアークの大きさ等に基づいて、複数のパラメータに対して上限値または下限値等が、溶接条件として設定される。プロセッサ２１は、溶接条件を満たすような制御指令を生成する。複数回の溶接作業を行う場合、プロセッサ２１は、溶接トーチ１２が開先３１の溶接線方向の移動を複数回繰り返すような制御指令を生成する。

例えば、溶接条件が設定される複数のパラメータは、溶接電流、ウィービング幅、オシレート周期、両端停止時間、中央停止時間、溶加材への供給電流、溶接速度、溶加材の供給速度等を含み得る。溶接電流は、電源１３から溶接トーチ１２の電極１１に供給される電流である。溶加材への供給電流は、溶加材に電流を供給する場合に溶加材に供給される電流である。所定の周期ごとに電圧を上下させるパルス溶接を行う場合には、溶接電流および溶加材への供給電流に関する溶接条件として、ピーク電流およびベース電流をそれぞれ設定し得る。

ウィービング幅は、ワーク３０の開先３１の幅方向への溶接トーチ１２の移動量である。オシレート周期は、溶接トーチ１２における開先３１の幅方向にウィービングを行う際の移動周期である。両端停止時間は、溶接トーチ１２がウィービングの開先幅方向一方側端部へ到達してから他方側へ向けて反転移動を開始するまでの時間である。中央停止時間は、溶接トーチ１２がウィービングの開先幅方向中心位置で停止する時間である。これらの停止時間は、０すなわち停止しない場合も含み得る。溶接速度は、溶接トーチ１２の溶接線方向への移動速度である。溶加材の供給速度は、溶加材を開先３１に供給する速度である。

プロセッサ２１は、データ取得器である電圧検出器４１により検出されたアーク電圧を、ワーク３０に対する溶接トーチ１２の高さまたはウィービングの開先幅方向両端位置に関するデータとして取得する。上述したように、検出されたアーク電圧とその検出位置とは対応付けられているため、プロセッサ２１は、溶接トーチ１２の電極１１における所望の位置でのアーク電圧を取得することができる。

ここで、記憶器２２は、複数の制御モードを記憶している。さらに、制御プログラムは、複数の制御モードのうちの何れの制御モードを実行するかを定めた実行計画を含んでいる。実行計画は、ユーザが設定してもよいし、複数の溶接の要求仕様に応じた複数の実行計画がプリセットされており、ユーザにより選択または自動的に選択されてもよい。プロセッサ２１は、記憶器２２から複数の制御モードを取得するとともに、記憶器２２に記憶された各種のデータおよび制御プログラムの実行計画に基づいて複数の制御モードの中から１つの制御モードを選択し、当該制御モードに基づいて溶接機１０に対する制御指令を生成する。

複数の制御モードは、２以上の開先倣い制御モードを含む。例えば、２以上の開先倣い制御モードは、高さ倣い制御モード、中央倣い制御モードおよび幅倣い制御モードを含む。また、複数の制御モードは、開先倣い制御モードを実行しない制御モードを含み得る。例えば、複数の制御モードは、前のオシレート周期における動作後の溶接トーチ１２の高さ、ウィービングの開先幅方向中心位置およびウィービング幅を維持するように溶接トーチ１２を動作させる制御モードを含み得る。

図２は、高さ倣い制御モードの概念図である。高さ倣い制御モードは、溶接トーチ１２とワーク３０との間の相対距離を一定にする開先倣い制御モードである。アーク電圧は、溶接トーチ１２の電極１１と開先３１との間の相対距離を示す。アーク電圧が高いほど相対距離は長くなる。したがって、アーク電圧が一定であれば、相対距離も一定であると言える。高さ倣い制御モードにおいて、プロセッサ２１は、溶接トーチ１２の開先３１の幅方向への移動時にアーク電圧が一定となるような制御指令を生成する。

図３は、中央倣い制御モードの概念図である。中央倣い制御モードは、ウィービングの開先幅方向中心位置をワーク３０の開先３１の幅方向中心位置に合わせる開先倣い制御モードである。以下では、ウィービングの開先幅方向中心位置を単にウィービング中心位置Ｃｗと称する場合がある。プロセッサ２１は、中央倣い制御モードの実行を開始する第１タイミングにおいて溶接トーチ１２の高さを固定した上でウィービングを行い、開先幅方向におけるウィービングの第１端におけるアーク電圧Ｖ１および第２端におけるアーク電圧Ｖ２を取得する。

前述したように、アーク電圧は、溶接トーチ１２の電極１１と開先３１との間の相対距離を示す。そのため、アーク電圧は、電極１１の開先３１の近い側の壁までの距離を示すともいえる。したがって、第１端におけるアーク電圧Ｖ１と第２端におけるアーク電圧Ｖ２との差ΔＶ＝Ｖ１－Ｖ２は、開先３１の幅方向中心位置Ｃｇに対するウィービング中心位置Ｃｗのずれを示す。ウィービング両端におけるアーク電圧の差ΔＶと、開先３１の幅方向中心位置Ｃｇに対するウィービング中心位置Ｃｗのずれ量とは、相関している。プロセッサ２１は、次の制御モードの実行タイミングである第２タイミングにおいて上記第１タイミングにおいて検出されたウィービング両端におけるアーク電圧の差ΔＶがゼロになるまたは小さくなるように、ウィービング中心位置Ｃｗを修正するような制御指令を生成する。

図４は、幅倣い制御モードの概念図である。幅倣い制御モードは、ウィービング幅を所定値に調整する開先倣い制御モードである。プロセッサ２１は、開先幅方向におけるウィービングの第１端におけるアーク電圧Ｖ１および第２端におけるアーク電圧Ｖ２を取得し、これらの値が所定値になるようにウィービング幅Ｗを修正するような制御指令を生成する。

前述したように、アーク電圧は、電極１１の開先３１の近い側の壁までの距離を示す。したがって、ウィービングの両端におけるアーク電圧を所定の電圧Ｖｏにすることで、ウィービングの両端のそれぞれの位置における電極１１の開先３１の近い側の壁からの距離を所定の距離とすることができる。すなわち、ウィービングの両端におけるアーク電圧を所定の電圧Ｖｏにすることでウィービング幅Ｗを所定の幅Ｗｏにすることができる。

なお、幅倣い制御モードは、中央倣い制御モードと同様に第１タイミングにおいて検出されたウィービングの両端におけるアーク電圧を用いて第２タイミングにおいてウィービング幅を修正するような制御モードであってもよい。例えば、第１タイミングにおいて検出されたウィービングの両端におけるアーク電圧が所定の電圧Ｖｏより高い場合、制御器２０は、ウィービング幅Ｗを広げるように溶接トーチ１２を制御する。また、例えば、第１タイミングにおいて検出されたウィービングの両端におけるアーク電圧が所定の電圧Ｖｏより低い場合、制御器２０は、ウィービング幅を狭めるように溶接トーチ１２を制御する。

あるいは、幅倣い制御モードにおいて、当該幅倣い制御モードの開始前におけるウィービング幅にかかわらず、アーク電圧が所定の電圧Ｖｏになる位置がウィービングの端部になるように溶接トーチ１２の移動が制御されてもよい。例えば、制御器２０は、開先幅方向の中央寄りの基準位置からウィービングの第１端に向けて溶接トーチ１２を移動させ、アーク電圧が所定の電圧Ｖｏになった位置で溶接トーチ１２の移動方向を反転させる。反転後、制御器２０は、アーク電圧が再び所定の電圧Ｖｏになる位置、すなわち、ウィービングの第２端まで溶接トーチ１２を移動させる。

ここで、複数の制御モードのうちの何れの制御モードを実行するかを定めた実行計画は、溶接トーチ１２の周期的な移動におけるオシレート周期に基づいて予め定められたタイミングごとに、複数の制御モードのうちの何れの制御モードを実行するかが定められる。本実施の形態において、各制御モードの実行または切替のために予め定められたタイミングは、オシレート周期における１周期ごとに設定される。すなわち、実行計画は、オシレート周期における１周期ごとに、実行される制御モードが設定されている。

図５は、本実施の形態における実行計画の例を示す図である。図５において「周期」は、オシレート周期を示す。また、「高さ」は、その周期におけるトーチ高さの設定態様を示し、「中央」は、その周期におけるウィービング中心位置の設定態様を示し、「幅」は、その周期におけるウィービング幅の設定態様を示す。丸印は、対応する開先倣い制御モードを実行することを示す。すなわち、図５において、１周期目、３周期目、５周期目、７周期目、９周期目および１１周期目に高さ倣い制御モードが実行される。また、２周期目、６周期目および１０周期目に中央倣い制御モードが実行される。また、４周期目および８周期目に幅倣い制御モードが実行される。また、図５における右向き矢印は、前のオシレート周期における値を用いることを示す。

図５の例において、プロセッサ２１は、オシレート周期における１周期目に高さ倣い制御モードを実行するような制御指令を生成する。このとき、ウィービング中心位置およびウィービング幅は、予め設定された初期値が用いられる。プロセッサ２１は、２周期目に中央倣い制御モードを実行するような制御指令を生成する。具体的には、プロセッサ２１は、２周期目においてもウィービング中心位置として１周期目と同じ初期値を用いた制御指令を生成する。プロセッサ２１は、２周期目におけるウィービング両端におけるアーク電圧を取得し、それらの差ΔＶを算出する。このとき、ウィービング両端におけるトーチ高さは、１周期目に実行された高さ倣い制御モードで用いられた値が用いられ、ウィービング幅は、１周期目と同じ初期値が用いられる。

プロセッサ２１は、３周期目においてウィービング両端におけるアーク電圧の差ΔＶに基づいてウィービング中心位置を修正するような制御指令を生成する。さらに、プロセッサ２１は、３周期目において高さ倣い制御モード実行するような制御指令を生成する。このとき、ウィービング中心位置は、上記の通り修正された値が用いられ、ウィービング幅は、１周期目と同じ初期値が用いられる。

プロセッサ２１は、４周期目に幅倣い制御モードを実行するような制御指令を生成する。具体的には、プロセッサ２１は、４周期目においてもウィービング幅として１周期目と同じ初期値を用いた制御指令を生成する。プロセッサ２１は、４周期目におけるウィービング両端におけるアーク電圧を取得する。このとき、ウィービング両端におけるトーチ高さは、３周期目に実行された高さ倣い制御モードで用いられた値が用いられ、ウィービング中心位置は、３周期目と同じ値が用いられる。

プロセッサ２１は、５周期目においてウィービング両端におけるアーク電圧と所定の電圧Ｖｏとの差に基づいてウィービング幅を修正するような制御指令を生成する。さらに、プロセッサ２１は、５周期目において高さ倣い制御モード実行するような制御指令を生成する。このとき、ウィービング中心位置は、３周期目と同じ値が用いられ、ウィービング幅は、上記の通り修正された値が用いられる。

上記５周期目の動作は、ウィービング中心位置およびウィービング幅が対応する開先倣い制御によって初期値から変化している可能性があることを除いて１周期目の動作と同じである。以降、６周期目ないし８周期目の動作は、２周期目ないし４周期目の動作と同じであり、９周期目ないし１２周期目の動作は、１周期目ないし４周期目の動作と同じというように、オシレート周期の４周期分を１つの動作群としてそれが周期的に繰り返される。

上記のように、本実施の形態によれば、プロセッサ２１が、溶接トーチ１２の周期的な移動におけるオシレート周期に基づいて予め定められたタイミングごとに、複数の制御モードのうちの何れの制御モードを実行するかを定めた実行計画に従って、アクチュエータ１５，１６に対する制御指令を生成する。複数の制御モードには、２以上の開先倣い制御モードが含まれるため、溶接動作全体として見れば、２以上の開先倣い制御が包括的に実施される。したがって、開先３１の状態にかかわらず溶接の質を安定化させることができる。

また、本実施の形態においては、実行計画は、高さ倣い制御モードを実行する割合が他の１つの開先倣い制御モード、すなわち、中央倣い制御モードまたは幅倣い制御モードを実行する割合よりも高く設定される。より具体的には、中央倣い制御モードおよび幅倣い制御モードがオシレート周期における４周期に１回実行されるのに対して、高さ倣い制御モードがオシレート周期における２周期に１回実行される。

高さ倣いを優先することにより溶接の溶着量を優先的に制御しつつウィービング中心位置およびウィービング幅の調整も併せて行うことができる。また、高さ倣いを優先することにより、溶接により形成されるビード表面を平坦にすることができる。

本実施の形態において、プロセッサ２１は、上記のような開先倣い制御モードに際して取得した溶接トーチの高さまたはウィービングの開先幅方向両端位置に関するデータに基づいて、制御指令を生成するための溶接条件を修正し得る。

図６は、開先の形状の位置ずれを示す図である。図６の左側に、基準となる開先部分３１Ｘの形状が例示されている。基準の開先部分３１Ｘにおいては、ワーク３０における一方の被溶接材３０ａと他方の被溶接材３０ｂとが同一平面上に位置し、開先部分３１Ｘのルート面３１ａ，３１ｂの高さも一致している。また、ルート面３１ａ，３１ｂ間の間隔であるルート間隔もほとんどないまたはゼロである。

一方、図６の右側に、位置ずれが生じた開先部分３１Ｙの形状が例示されている。位置ずれが生じた開先部分３１Ｙにおいては、一方の被溶接材３０ａと他方の被溶接材３０ｂとが上下方向にずれており、開先部分３１Ｙのルート面３１ａ，３１ｂの上下方向位置もずれている。また、ルート面３１ａ，３１ｂ間の間隔も基準の開先部分３１Ｘに比べて広くなっている。被溶接材３０ａと被溶接材３０ｂとを溶接する場合、開先３１の形状は、一の開先３１において、溶接線方向の位置によって基準の開先部分３１Ｘおよび位置ずれが生じた開先部分３１Ｙが混在し得る。また、位置ずれが生じた開先部分３１Ｙにおける位置ずれの程度も溶接線方向の位置によって異なり得る。このように、開先３１のルート面の高さ、ルート間隔等は、不均一である恐れがある。特に、被溶接材３０ａ，３０ｂが大きく溶接線の長さが長い場合、または、被溶接材３０ａ，３０ｂが曲面である場合には位置ずれが生じた開先部分３１Ｙが発生し易い。

位置ずれが生じた開先部分３１Ｙにおいて基準の開先部分３１Ｘとおなじ溶接条件で溶接を行うと、溶着量、すなわち、ビードの積層高さが基準の開先部分３１Ｘとは異なってしまう恐れがある。溶着量が溶接線方向の位置によって異なると、溶接欠陥が生じる、強度が不均一になる等、溶接品質を保持できない場合がある。

そのため、プロセッサ２１は、開先３１の形状に基づいて、開先３１における溶着量が所定の目標値になるように溶接条件を修正する。開先３１の形状は、例えばウィービング両端位置またはウィービング中心位置で検出されるアーク電圧の溶接線方向における変化から推定可能である。例えば、中央倣い制御モードを実行した後の周期において、ウィービング両端位置におけるアーク電圧Ｖ１，Ｖ２に差が生じる場合、被溶接材３０ａ，３０ｂが上下方向にずれている可能性がある。中央倣い制御モードの実行結果とウィービング両端位置におけるアーク電圧Ｖ１，Ｖ２の差とに基づいて被溶接材３０ａ，３０ｂの上下方向ずれが推定され得る。

また、幅制御モードの実行による溶接線方向におけるウィービング幅の変化傾向からルート間隔の変化が推定され得る。

修正される溶接条件は、例えば、溶接速度または溶加材の開先３１への供給速度等を含む。溶接速度を遅くすることにより溶着量は増加する。また、溶加材の供給速度を速くすることによっても溶着量は増加する。このように溶接速度または溶加材の供給速度を増減させることによって溶着量が増減する。溶接速度および溶加材の供給速度の双方が修正されてもよい。

さらに、溶接速度または溶加材の供給速度が修正されることにより、他の溶接条件も付随して修正され得る。溶接速度または溶加材の供給速度の変更に伴い、良好な溶接状態を担保するために、例えば、溶接電流、オシレート周期、両端停止時間、溶加材への供給電流等が修正され得る。

これによれば、リアルタイムで検出される開先の形状に関するデータに基づいて逐次溶接条件を変更しながら溶接を実行することができる。開先の形状によらず、溶着量が所定の目標値Ｈｗとなるように溶接条件が変化する。このため、位置ずれが生じた開先部分３１Ｙにおいても基準の開先部分３１Ｘと同じ溶着量に制御することができる。したがって、開先３１の形状が不均一であっても溶着量を一定にすることができ、所望の溶接品質を保持することができる。

図７は、開先に形成されるビードの形状不良の例を示す図である。図７は、ビードが凸状に形成されている例を示している。図７の例では、複数回の溶接作業を行う態様において、前回の溶接作業によりビードＢが開先３１に形成されている。このビードＢは、開先幅方向中心部が両端部に対して盛り上がった凸状のビードとなっている。しかしながら、ビードＢの表面は平坦であることが望ましい。

従来であれば、前層のビードＢが凸状に形成された場合、次の層の溶接作業を実施する前に、グラインダ等を用いてビードＢの表面を削る作業を行う必要が生じる。これに対して、本実施の形態においては、次の層の溶接作業において溶接条件を修正することにより、前層のビードＢが凸状に形成されているにもかかわらず、次の層のビード表面Ｓｂが平坦になるような溶接作業を行う。

このために、プロセッサ２１は、溶接トーチ１２の前回の移動時にデータ取得器である電圧検出器４１が取得したデータに基づいて次回の移動時において形成されるビード形状が平坦になるように溶接条件を修正する。例えば、高さ倣い制御モード実行時におけるウィービング中心位置Ｃｗにおけるトーチ高さが所定値以上であれば、前層のビードＢが凸状に形成されていることが推定される。これは、高さ倣い制御モード実行時におけるトーチ高さの軌跡がビード形状を示すとみなされるためである。

プロセッサ２１は、前層においてビードＢが凸状に形成されていると推定される溶接線方向位置における溶接条件を修正する。修正される溶接条件は、例えば、両端停止時間、中央停止時間、オシレート周期、溶接電流またはこれらのうちのいくつかの組み合わせを含む。両端停止時間を長くすることにより、ウィービング両端位置におけるビードの形成量が増加する。また、中央停止時間を短くすることにより、ウィービング中心位置におけるビードの形成量が減少する。オシレート周期および溶接電流を調整することによっても形成されるビードの形状を調整し得る。本例においても、両端停止時間等の変更に伴い、良好な溶接状態を担保するために、他の溶接条件が併せて修正され得る。

本例においても、リアルタイムで検出される開先の形状に関するデータに基づいて逐次溶接条件を変更しながら溶接を実行することができる。前層のビードＢの形状によらず、次層のビード表面Ｓｂが平坦になるように溶接条件が変化する。このため、途中でグラインダ等によりビード表面を削らなくても最終的なビード表面Ｓｂを平坦にすることができ、所望の溶接品質を保持することができる。

なお、上記例では、ビード形状が凸状に形成された場合の修正態様について例示したが、ビード形状が凹状に形成された場合も同様に、修正できる。例えば、高さ倣い制御モード実行時におけるウィービング中心位置Ｃｗにおけるトーチ高さが所定値以下であれば、前層のビードＢが凹状に形成されることが推定される。

［他の実施形態］
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。

例えば、上記実施の形態においては、実行計画に３つの開先倣い制御モードが含まれる態様を例示したが、実行計画に含まれる開先倣い制御モードの種類は２つでも４つ以上でもよい。例えば、実行計画に含まれる開先倣い制御モードは、高さ倣い制御モードおよび幅倣い制御モードの２つであってもよい。上記実施の形態で説明した３つの開先倣い制御モード以外の開先倣い制御モードが実行計画に含まれてもよい。

また、実行計画に含まれる複数の制御モードには、開先倣い制御モード以外の制御モードを含んでもよい。例えば、図５の例において１周期目に、高さ倣い制御モードを実行する代わりに、ウィービングの両端位置におけるトーチ高さを初期値として当該トーチ高さを変えずに溶接トーチ１２を移動させる制御モードを実行してもよい。すなわち、トーチ高さ、ウィービング中心位置およびウィービング幅の何れも初期値または前の周期の値を利用するような制御モードが実行されてもよい。このような開先倣い制御モード以外の制御モードは、１周期目だけでなく、何れかの開先倣い制御モードが実行される２つのタイミングの間のタイミングにも実行され得る。

また、上記実施の形態においては、溶接機１０がＴＩＧ溶接機である場合を例示したが、プラズマ溶接機等の他の非消耗電極式の溶接機についても本開示の制御方法を適用可能である。また、本開示の制御方法は、例えば、ＭＡＧ溶接機、ＦＣＡＷ溶接機、ＭＩＧ溶接機等の消耗電極式の溶接機についても適用可能である。なお、消耗電極式の溶接機においては、データ取得器として、アーク電圧を検出する電圧検出器４１に代えて、溶接電流を検出する電流検出器が用いられる。なお、溶接機１０が非消耗電極式と消耗電極式とで切り替え可能な構成の場合、データ取得器は、電圧検出器および電流検出器の双方を含み得る。

また、上記実施の形態においては、制御モードが切り替えられるタイミングがオシレート周期における１周期ごとに到来する態様を例示したが、これに限られない。例えば、オシレート周期における所定数の周期ごとに制御モードが切り替えられてもよい。例えば、オシレート周期における２周期ごとに制御モードが切り替えられてもよい。

なお、制御モードの切替タイミングにかかわらず、同じ制御モードを連続して実行してもよい。例えば、オシレート周期における１周期目および２周期目に、高さ倣い制御モードが実行され、３周期目に、幅倣い制御モードが実行されてもよい。言い換えると、制御モードが切り替えられるタイミングは、一定でなくてもよい。例えば、制御モードが切り替えられる１回目のタイミングと２回目のタイミングとの間の時間間隔と、２回目のタイミングと３回目のタイミングとの間の時間間隔とが、異なっていてもよい。

［本開示のまとめ］
［項目１］
本開示の一態様に係る溶接機の制御器は、溶接トーチと、前記溶接トーチを、溶接対象であるワークの開先の幅方向に移動させるとともに、前記ワークに対して高さ方向に移動させるアクチュエータと、を備え、前記溶接トーチを、前記ワークの開先の幅方向に所定のウィービング幅で周期的に移動させつつ前記ワークの溶接線方向に所定のトーチ高さで移動させて前記ワークの溶接線を倣わせる溶接機の制御器であって、複数の制御モードを記憶した記憶器と、前記アクチュエータに対する制御指令を生成するプロセッサと、を含み、前記プロセッサは、前記記憶器から前記複数の制御モードを取得し、前記溶接トーチの周期的な移動におけるオシレート周期に基づいて予め定められたタイミングごとに、前記複数の制御モードのうちの何れの制御モードを実行するかを定めた実行計画に従って、前記アクチュエータに対する制御指令を生成し、前記複数の制御モードは、２以上の開先倣い制御モードを含む。

上記構成によれば、プロセッサが、溶接トーチの周期的な移動におけるオシレート周期に基づいて予め定められたタイミングごとに、複数の制御モードのうちの何れの制御モードを実行するかを定めた実行計画に従って、アクチュエータに対する制御指令を生成する。複数の制御モードには、２以上の開先倣い制御モードが含まれるため、溶接動作全体として見れば、２以上の開先倣い制御が包括的に実施される。したがって、開先の状態にかかわらず溶接の質を安定化させることができる。

［項目２］
項目１の溶接機の制御器において、前記２以上の開先倣い制御モードは、前記溶接トーチと前記ワークとの間の相対距離を一定にする高さ倣い制御モード、ウィービングの開先幅方向中心位置を前記ワークの開先の幅方向中心位置に合わせる中央倣い制御モード、および、前記ウィービング幅を所定値に調整する幅倣い制御モードのうちの少なくとも何れか２つを含んでもよい。

［項目３］
項目１または２の溶接機の制御器において、前記溶接機は、非消耗電極式の溶接機であり、アーク電圧を検出する電圧検出器を備え、前記プロセッサは、前記アーク電圧を、前記ワークに対する前記溶接トーチの高さまたは前記ウィービングの開先幅方向両端位置に関するデータとして取得してもよい。

［項目４］
項目１から３の何れかの溶接機の制御器において、前記実行計画は、前記オシレート周期における１周期ごとに、実行される制御モードが設定されていてもよい。

［項目５］
項目１から４の何れかの溶接機の制御器において、前記２以上の開先倣い制御モードは、前記ワークに対する前記溶接トーチの高さを一定にする高さ倣い制御モードを含み、前記実行計画は、前記高さ倣い制御モードを実行する割合が他の１つの開先倣い制御モードを実行する割合よりも高く設定されてもよい。

高さ倣いを優先することにより溶接の溶着量を優先的に制御することができる。また、高さ倣いを優先することにより、溶接により形成されるビード表面を平坦にすることができる。

［項目６］
項目１から５の何れかの溶接機の制御器において、前記ワークに対する前記溶接トーチの高さまたは前記ウィービングの開先幅方向両端位置に関するデータを取得するデータ取得器を備え、前記プロセッサは、前記データ取得器が取得したデータに基づいて前記制御指令を生成するための溶接条件を修正してもよい。

これによれば、リアルタイムで検出される開先の形状に関するデータに基づいて逐次溶接条件を変更しながら溶接を実行することができる。

［項目７］
項目６の溶接機の制御器において、前記溶接条件は、溶接速度または溶加材の前記開先への供給速度を含み、前記プロセッサは、前記開先における溶着量が所定の目標値になるように前記溶接条件を修正してもよい。

これにより、開先の形状によらず、溶着量が所定の目標値となるように溶接条件が変化する。このため、位置ずれが生じた開先部分においても基準の開先部分と同じ溶着量に制御することができる。したがって、開先の形状が不均一であっても溶着量を一定にすることができ、所望の溶接品質を保持することができる。

［項目８］
項目６または７の溶接機の制御器において、前記プロセッサは、前記溶接トーチが前記開先の溶接線方向の移動を複数回繰り返すような前記制御指令を生成し、前回の移動時に前記データ取得器が取得したデータに基づいて次回の移動時において形成されるビード形状が平坦になるように前記溶接条件を修正してもよい。

これによれば、前層のビードの形状によらず、次層のビード表面が平坦になるように溶接条件が変化する。このため、途中でグラインダ等によりビード表面を削らなくても最終的なビード表面を平坦にすることができ、所望の溶接品質を保持することができる。

［項目９］
本開示の他の態様に係る溶接機の制御方法は、溶接トーチと、前記溶接トーチを、溶接対象であるワークの開先の幅方向に移動させるとともに、前記ワークに対して高さ方向に移動させるアクチュエータと、を備え、前記溶接トーチを、前記ワークの開先の幅方向に所定のウィービング幅で周期的に移動させつつ前記ワークの溶接線方向に所定のトーチ高さで移動させて前記ワークの溶接線を倣わせる溶接機の制御方法であって、前記溶接トーチの周期的な移動におけるオシレート周期に基づいて予め定められたタイミングごとに、予め用意された複数の制御モードのうちの何れの制御モードを実行するかを定めた実行計画に従って、前記アクチュエータを制御し、前記複数の制御モードは、２以上の開先倣い制御モードを含む。

１０ 溶接機
１２ 溶接トーチ
１５，１６ アクチュエータ
２０ 制御器
２１ プロセッサ
２２ 記憶器
３０ ワーク
３１ 開先
４１ 電圧検出器（データ取得器）
４２ 第１方向位置検出器（データ取得器）
４３ 第２方向位置検出器（データ取得器）

Claims (9)

1. 溶接トーチと、前記溶接トーチを、溶接対象であるワークの開先の幅方向に移動させるとともに、前記ワークに対して高さ方向に移動させるアクチュエータと、を備え、前記溶接トーチを、前記ワークの開先の幅方向に所定のウィービング幅で周期的に移動させつつ前記ワークの溶接線方向に所定のトーチ高さで移動させて前記ワークの溶接線を倣わせる溶接機の制御器であって、
   複数の制御モードを記憶した記憶器と、
   前記アクチュエータに対する制御指令を生成するプロセッサと、を含み、
   前記プロセッサは、前記記憶器から前記複数の制御モードを取得し、前記溶接トーチの周期的な移動におけるオシレート周期に基づいて予め定められたタイミングごとに、前記複数の制御モードのうちの何れの制御モードを実行するかを定めた実行計画に従って、前記アクチュエータに対する制御指令を生成し、
   前記複数の制御モードは、２以上の開先倣い制御モードを含む、溶接機の制御器。
2. 前記２以上の開先倣い制御モードは、
   前記溶接トーチと前記ワークとの間の相対距離を一定にする高さ倣い制御モード、
   ウィービングの幅方向中心位置を前記ワークの開先の幅方向中心位置に合わせる中央倣い制御モード、および、
   前記ウィービング幅を所定値に調整する幅倣い制御モード
   のうちの少なくとも何れか２つを含む、請求項１に記載の溶接機の制御器。
3. 前記溶接機は、非消耗電極式の溶接機であり、アーク電圧を検出する電圧検出器を備え、
   前記プロセッサは、前記アーク電圧を、前記ワークに対する前記溶接トーチの高さまたは前記ウィービングの幅方向両端位置に関するデータとして取得する、請求項１または２に記載の溶接機の制御器。
4. 前記実行計画は、前記オシレート周期における１周期ごとに、実行される制御モードが設定されている、請求項１または２に記載の溶接機の制御器。
5. 前記２以上の開先倣い制御モードは、前記ワークに対する前記溶接トーチの高さを一定にする高さ倣い制御モードを含み、
   前記実行計画は、前記高さ倣い制御モードを実行する割合が他の１つの開先倣い制御モードを実行する割合よりも高く設定される、請求項１または２に記載の溶接機の制御器。
6. 前記ワークに対する前記溶接トーチの高さまたは前記ウィービングの開先幅方向両端位置に関するデータを取得するデータ取得器を備え、
   前記プロセッサは、前記データ取得器が取得したデータに基づいて前記制御指令を生成するための溶接条件を修正する、請求項１または２に記載の溶接機の制御器。
7. 前記溶接条件は、溶接速度または溶加材の前記開先への供給速度を含み、
   前記プロセッサは、前記開先における溶着量が所定の目標値になるように前記溶接条件を修正する、請求項６に記載の溶接機の制御器。
8. 前記プロセッサは、
   前記溶接トーチが前記開先の溶接線方向の移動を複数回繰り返すような前記制御指令を生成し、
   前回の移動時に前記データ取得器が取得したデータに基づいて次回の移動時において形成されるビード形状が平坦になるように前記溶接条件を修正する、請求項６に記載の溶接機の制御器。
9. 溶接トーチと、前記溶接トーチを、溶接対象であるワークの開先の幅方向に移動させるとともに、前記ワークに対して高さ方向に移動させるアクチュエータと、を備え、前記溶接トーチを、前記ワークの開先の幅方向に所定のウィービング幅で周期的に移動させつつ前記ワークの溶接線方向に所定のトーチ高さで移動させて前記ワークの溶接線を倣わせる溶接機の制御方法であって、
   前記溶接トーチの周期的な移動におけるオシレート周期に基づいて予め定められたタイミングごとに、予め用意された複数の制御モードのうちの何れの制御モードを実行するかを定めた実行計画に従って、前記アクチュエータを制御し、
   前記複数の制御モードは、２以上の開先倣い制御モードを含む、溶接機の制御方法。
   

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