JP2508141B2 - 電縫管溶接装置の入熱制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は電縫管溶接装置の入熱制御方法に係り、特に
オペレータの介入を不要とした全自動の入熱制御方法に
関する。

B.発明の概要 本発明は電縫管溶接装置の溶接電力制御の自動化を図
ったもので、タイマを備えて、演算処理装置を設けた制
御装置が外部から送出されるミル稼動情報としてミル運
転開始信号を検出した場合には、被加熱材の速度Vrを予
め設定した速度Vsと比較演算し、その差が設定した変動
幅ΔＶより大きい場合には の制御式から成る立上がり制御の加熱電力量Eo₁の指令
を実施し、小さい場合には前記タイマを一定時間駆動す
ると共に前記立上がり制御を実施し、タイマがタイムア
ップした後には の制御式から成る定常制御の加熱電力量Eo₂の指令を自
動的に行い、制御装置がミル運転停止信号を検出した場
合には 制御式から成る加熱電力量Eo₁の指令を実施して、ミル
運転開始からミル運転停止に至る全工程での電縫管溶接
装置における溶接電力の入熱制御を全自動で実施を可能
としたものである。

C.従来の技術 第６図は誘導式高周波電縫管溶接を示し、図中、２は
電磁誘導のためのワークコイル、2a,2bはスクイズロー
ル、１は被加熱材である溶接される管素材、1b,1cはＶ
字状ギャップを形成する縁部1aは溶接点、３は高周波電
源装置である。

ワークコイル２はスクイズロール2a,2bの前段部に配
置されており、これらにより多段の成形ロール（図示省
略）によって管素材１に作られたＶ字状ギャップの対向
する縁部1b,1cに高周波電流ｉを流すと、対向する縁部1
b,1cが高周波電流によって加熱され溶接点1aにおいて最
高温度に達するとともにスクイズロール2a,2bによって
加圧溶接される。

上述した電縫管溶接において、縁部（Ｖ字状ギャッ
プ）1b,1cに流す高周波電流の大きさを制御する入熱制
御方法としては、被加熱材１の移送速度の変化に応じて
高周波電源装置の出力を制御する方法が提供されてい
る。

第５図は上記の入熱制御方法を実施する電縫管溶接装
置の入熱制御部の構成要部を示したもので、第６図に示
した部材と同一の部材には同一番号を付して示してい
る。１は被加熱材の管素材（以下管素材と記す）で、２
はワークコイル、３は高周波電源装置で、４は高周波電
源装置に加熱電力指令を行う制御装置であり、この制御
装置４は演算処理装置を備えて管素材１によって最適な
加熱電力指令の演算処理を行う。５は管素材１に設定さ
れた移送速度に応じて手動により上記制御装置４に加熱
電力指令を与える主設定器で、６は管素材１に応じた移
送速度を手動により制御装置４に設定する速度設定器
で、７は管素材１の実際の移送速度を検出する速度検出
器である。

上記の構成から成る電縫管溶接装置の入熱制御部が行
う加熱電力指令による入熱制御は３区分に分けられる。
この加熱電力の推移を示したものが第３図で、図は電縫
管溶接装置の加熱電力量の推移を、横軸に時間Ｔをとり
縦軸に加熱電力量Ｐをとることにより、管素材１の移送
速度に対応して投入される入熱電力量を示したものであ
る。図に示すように管素材１の移送速度が零から一定速
度に達するまでの非定常運転時T₁においては立上がり制
御の加熱電力制御が行われ、管素材１の移送速度が一定
速度の定常運転時T₂においては定常制御が行われ、移送
速度が一定速度から零速度になる非定常運転時T₃におい
ては立下がり制御が行われる。

上記の３区分された制御を入熱制御部は、次のような
加熱電力指令の手順により実施する。制御装置４は通常
外部から送出されるミル稼動情報、即ち造管装置の稼動
情報のミル運転開始信号であるステータス信号により制
御を自動的に開始する。一方速度検出器７は管素材１の
移送速度Vrを検出して、その検出速度信号から立上がり
制御（時間T₁）を実施する。この時制御装置４はワーク
コイル２に供給する加熱電力を、上記検出速度信号に応
じたものに演算処理して算出し、主設定器５が設定した
設定加熱電力指令を補正した立上がり制御の電力量を高
周波電源装置３に指令する。管素材１の移送速度は定常
速度に上昇され、この時オペレータは移送速度が定常速
度の範囲に入ったことを確認して、手動によって入熱制
御を定常制御に切換操作する。オペレータによるこの切
換操作によって制御装置４は管素材１が定常速度で移送
される場合の定常制御（時間T₂）を実施する。そして外
部からのミル稼動情報であるミル運転停止信号により、
定常制御から立下がり制御（時間T₃）に制御を切り換
え、管素材１の移送速度に対応した入熱制御を実施す
る。

上記のように電縫管溶接装置の入熱制御は、移送され
る管素材１の移送速度に応じて溶接の加熱電力を制御す
ることを可能としたものであった。

D.発明が解決しようとする問題点 しかし電縫管溶接装置の省人力化，自動化を進めてい
く上で従来の入熱制御方法には改善を図るべき問題点が
生じていた。その問題点として第１にオペレータによる
入熱制御への介入を必要としている点、即ち立上がり制
御から定常制御への移行をオペレータの手動切換操作に
よって実施している点であり、付随して第２にはオペレ
ータの監視，操作等のケアレスミスが発生する虞れのあ
ることで、第３には定常制御に用いられる制御の演算式
によって制御可能範囲は限定される点である。即ち管素
材１の移送速度の速度変化許容範囲は、基準としている
移送速度に対して約±10％の範囲に限定され、それ以外
の範囲の速度変化が生じると管素材１のオーバーヒート
若しくはアンダーヒートが発生し、管素材１に対する適
正な入熱制御の実施が不能となる虞れがあった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、電縫管溶
接装置の入熱制御を、ミル運転開始から運転停止までの
全工程にオペレータの介入を不要とした、全自動の入熱
制御方法を提供することを目的とする。

E.問題点を解決するための手段と作用 本発明は制御装置に備えるタイマに予め立上がり制御
に要する時間を設定して、その設定時間を経過した後の
管素材の移送速度を検出して、自動的に定常制御に切り
換え、定常制御に用いる制御式の構成を簡略化して、管
素材の移送速度変化分に対応可能とする制御式を用いた
もので、具体的に用いる手段として、 制御装置にタイマを備えて、該制御装置が前記ミル稼
動情報としてミル運転開始信号を検出した場合には、前
記被加熱材の移送速度Vrを予め設定した設定速度Vsと比
較演算し、その差が設定した変動幅ΔＶより大きい場合
には、 の制御式から成る立上がり制御の加熱電力量Eo₁の指令
を実施し、小さい場合には前記タイマを一定時間駆動す
ると共に前記立上がり制御を実施し、タイマがタイムア
ップした後には の制御式から成る定常制御の加熱電力量Eo₂の指令を自
動的に行い、制御装置がミル運転停止信号を検出した場
合には、 の制御式から成る立下がり制御の加熱電力量Eo₁の指令
を実施して、入熱制御を全自動で行うことを特徴とする
（但し上記制御式の記号はEso:被加熱材に対応した基準
電力、Vso:被加熱材の基準移送速度、α，β:1以下の正
の実数、C:正の実数）。

F.実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に
説明する。第１図は本発明の第１実施例の制御手順を示
すフローチャート図であり、第２図は本発明の第1,第２
実施例両方に用いられる入熱制御部の構成要部を示した
もので、第５図に示した部材と同一のものは同一番号で
示しており、重複する説明は省略する。

最初に第１実施例の構成から説明する。本発明の電縫
管溶接装置の入熱制御方法を実施する入熱制御部を示す
第２図において、従来技術の説明に引用した第５図の入
熱制御部の構成と異なるものは、タイマ4aが配設された
ことである。即ちタイマ4aは演算処理装置を備えた制御
装置４に接続され、制御装置４によってその駆動を制御
される。

また制御装置４に設けられた演算処理装置には、管素
材１に対応した各種の制御演算式や、該演算式に用いら
れる定数がテーブル化して配列収容されている。本実施
例における入熱制御の制御演算式は立上がり制御時，定
常制御時，立下がり制御時の３つに区分され、制御形態
夫々の制御演算式をテーブル化して収容して立上がり制
御と立下がり制御では から成る演算式がテーブル化されて収容している。

一方定常制御における制御演算式は前記従来の技術で
用いられていた制御演算式を改善し、演算式を構成する
変数の項目を整理して、管素材の移送速度の変動に対し
てより一層柔軟に対応することを図っている。即ち、第
４図に示すように被加熱材１の夫々に対して入熱する電
力量の設定値Esと、被加熱材の移送速度の設定値Vsとの
間には種々の実施例により次の関係式が成り立つことが
判明した。

（但しEso:対象とした被加熱材に対する基準電力量、Vs
o:対象とした被加熱材に対する基準移送速度）。

上記の関係式（ロ）を用いて従来よりテーブル化され
て演算処理装置に収容されている定常制御に用いられる
制御演算式 に代入することにより、 が得られる。上記の従来の制御演算式（ハ）は新しく算
出された制御演算式（ニ）と置換されて、演算処理装置
には制御演算式（ニ）が定常制御の演算式としてテーブ
ル化されて収容される（但し、Eo₂：定常制御時の加熱
電力）。

以上のように構成された第１実施例の入熱制御方法に
ついて、第１図のフローチャート図を用いて詳細に説明
する。

制御装置４が起動されて制御機能を開始すると、制御
装置４に備えられた演算処理装置のテーブルには制御の
演算に用いられる各定数値C,α，βや基準電力量Eso,基
準移送速度Vso等が設定される（ステップ）。続いて
制御装置４に設けられた速度設定器６に管素材１の移送
速度を予め設定する設定速度Vsが入力される（ステップ
）。一方造管装置が稼動を開始すると、ミル稼動情報
が図示しない検出部から外部へ送出され、制御装置４は
ミル稼動情報のミル運転開始信号を検出すると、入熱制
御を開始する（ステップ）。速度検出器７は管素材１
の移送速度Vrを検出して制御装置４に入力する（ステッ
プ）。制御装置４は入力した移送速度Vrを、制御装置
４に収容してある設定速度Vsと比較演算を行い、設定速
度Vsと実際の移送速度Vrとの差が設定した変動幅ΔＶ
［但し、ΔＶ＝Vs×γ（γ≪１）］より大か小かの判定
を|Vr-Vs|≧ΔＶから成る計算式によって実施する（ス
テップ）。この時の設定した変動幅ΔＶは概ね定常制
御時の速度変化分相当としている。

設定した変動幅ΔＶより、上記移送速度Vrと設定速度
Vsとの速度差が大きい場合には立上がり制御の加熱電力
指令を実施し（ステップ）、主設定器５の設定加熱電
力Esを補正して、 の演算式による立上がり制御加熱電力Eo₁の指令を高周
波電源装置３に出力する（ステップ）。

一方、上記移送速度Vrと設定速度Vsとの速度差が、設
定した変動幅ΔＶより小さい場合には、制御装置４に接
続されたタイマ4aを起動する（ステップ）。タイマ4a
には、上記管素材１の移送速度が定常速度に移行するた
めに要する時間が設定されており、設定された時間にタ
イムアップするまでは立上がり制御が実施され、タイム
アップすると定常時の加熱制御の実施に移行する（ステ
ップ）。定常制御における制御演算式としては上記に
説明した制御演算式（ニ）が用いられ、この に表わされる制御式を構成する項目は演算処理装置のテ
ーブルから引き出されて用いられ、主設定器５に設定さ
れた設定加熱電力量Esは補正されて、上記の制御演算式
（ニ）による定常制御加熱電力量Eo₂の出力指令を高周
波電源装置３に出力する（ステップ，）。

上記のように制御装置４が定常時の加熱制御を実施
し、電力量Eo₂で継続した加熱を行っている場合に、造
管装置から送出されるミル稼動情報のミル運転停止信号
を検出すると（ステップ）、制御装置４は立下がり制
御の実行に移行する（ステップ）。立下がり制御には
制御演算式として、上記立上がり制御に用いられた制御
演算式が用いられ、 によって演算された加熱電力指令が行われ、高周波電源
装置３は立下がり制御加熱電力量Eo₁を出力する（ステ
ップ）。管素材１の移送速度Vrの減速，停止によって
加熱電力量Eo₁は減少，零となる。

上記のように、ミル稼動情報のミル運転開始信号から
ミル運転停止信号までの全工程が全自動で入熱制御可能
となる。

次に本発明の第２実施例について説明する。第２実施
例は上記第１実施例の定常制御の実行時、即ち、管素材
１が定格速度域の移送速度の時に溶接温度をパラメータ
としたフィードバック制御を付加するもので、上記第１
実施例の構成に溶接温度を測定検出する温度検出部（図
示せず）を付設して、設定温度と比較することにより、
制御を実施するものである。制御装置４は演算処理装置
のテーブルに設定溶接温度θｓを収容し、上記の温度検
出部が検出する検出溶接温度θｒをもとに平均処理した
平均温度θａと比較を行って溶接温度による加熱制御を
実施する。この時の制御電力量をE_ATCで表わすと、定常
制御における制御演算式Eo₃は、 式で表わされる。この温度制御電力量E_ATCは E_ATC＝Ｂ（θｓ−θａ）＋E_ATC′−（ヘ） 式で表わされ、θａは 式で表わされる（但しB:定数、n:平均個数、E_ATC′：前
回の制御量）。

従って上記の制御演算式（ホ）において、定常制御に
用いられた制御演算式（ホ）に測定した検出溶接温度θ
ａをもとに演算式（ヘ）を代入すると、 となり、演算処理装置は加熱電力指令の演算に上記の式
（チ）を用いて定常制御を実行する。この制御式（チ）
は上記第１実施例の管素材１の移送速度を主パラメータ
とした制御に、溶接温度をパラメータとする制御を加算
したものであるから、管素材１の移送速度が加減速する
立上がり、立下がりの各制御時には、温度制御部分の制
御式は切り離されて第１実施例の制御式（イ）で加熱制
御が実施される。

上記のように第２実施例により、定常制御において管
素材の移送速度に対応した制御だけでなく、溶接温度の
変化に対応した制御を加えた加熱電力の制御が可能とな
る。

本発明の実施にあたっては上記実施例に限定されるも
のでなく、種々の態様をとり得るものであり、例えば、
制御装置４に外部記憶装置を備えて、上記実施例の実施
手順を全て入力して、２度目からは繰り返し実行させる
ことにより、演算処理を省略して全自動運転を行うこと
も可能である。

G.発明の効果 以上、説明したように本発明は制御装置にタイマを備
えて、制御装置がミル運転開始信号を検出して立上がり
制御を実施し、被加熱材の移送速度を、予め設定した目
標速度、並びに目標とする変動幅と比較演算し、目標と
する変動幅以内の場合にはタイマを起動し一定時間後自
動的に定常制御へと切り換えると共に、定常制御に用い
る制御演算式の構成を、主設定器が設定した設定加熱電
力量Esを被加熱材の管素材の設定移送速度Vsと基準移送
速度Vsoの比に置き換えたことにより、設定移送速度Vs
を基準移送速度Vsoに対して±10％以上変化させても管
素材をオーバーヒートもしくはアンダーヒートすること
なく安定的に加熱制御が実行できる大きな効果を生じ、
定常制御時における外乱等による管素材の移送速度の変
動に対し、フレキシブルにまた迅速に対応可能となり、
製品の安定的な生産に寄与すること大である。

また制御装置に設定する移送速度Vsの設定変更だけで
加熱制御が可能なので、制御装置への設定項目が簡略化
され、オペレータ操作が容易となると共に、オペレータ
が介入することなしに立上がり制御から定常制御への切
り換えを自動化して、ミル運転からミル停止に至る迄電
縫管溶接装置の全工程における入熱制御を全自動化，無
人化するという大きな効果を生じる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のフローチャート図で、第２図
は実施例に用いられる入熱制御部の構成を説明する説明
図であり、第３図は本実施例の入熱制御の加熱電力の推
移を表わした説明図で、第４図は被加熱材の移送速度と
入熱する設定電力量の関係を示す図で、第５図と第６図
は従来技術による実施例の説明図である。 １……管素材（被加熱材）、２……ワークコイル、３…
…高周波電源装置、４……制御装置、4a……タイマ、５
……主設定器、６……移送速度設定器、７……移送速度
検出器、α，β……１以下の正の実数、Vr……管素材の
移送速度（速度検出器の検出速度）、Vs……設定した移
送速度、ΔＶ……移送速度の設定変動幅、Vso……被加
熱材の基準移送速度、Eso……被加熱材に対応した基準
電力、Ｃ……正の実数。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電縫管溶接装置の高周波電源装置が出力す
   る加熱電力量を手動で設定する主設定器と、被加熱材の
   移送速度（Vr）を検出する速度検出器と、予め移送速度
   （Vs）を設定する速度設定器と、制御に必要な演算処理
   装置を設けた制御装置を備え、外部から送出されるミル
   稼動情報と前記速度検出器の検出する速度信号（Vr）に
   よって前記主設定器が設定する加熱電力量（Es）を補正
   して前記高周波電源装置へ加熱電力量（Eo）の指令を行
   う電縫管溶接装置の入熱制御方法において、 前記制御装置にタイマを備えて、該制御装置が前記ミル
   稼動情報としてミル運転開始信号を検出した場合には、
   前記被加熱材の移送速度（Vr）を予め設定した設定速度
   （Vs）と比較演算し、その差が設定した変動幅（ΔＶ）
   より大きい場合には、 の制御式から成る立上がり制御の加熱電力量（Eo₁）の
   指令を実施し、小さい場合には前記タイマを一定時間駆
   動すると共に前記立上がり制御を実施し、タイマがタイ
   ムアップした後には の制御式から成る定常制御の加熱電力量（Eo₂）の指令
   を自動的に行い、制御装置がミル運転停止信号を検出し
   た場合には、 の制御式から成る立下がり制御の加熱電力量（Eo₁）の
   指令を実施して入熱制御を全自動で行うことを特徴とし
   た電縫管溶接装置の入熱制御方法（但し上記制御式の記
   号はEso:被加熱材に対応した基準電力、Vso:被加熱材の
   基準移送速度、α，β:1以下の正の実数、C:正の実
   数）。