JP3202828B2 - 消耗電極式ガスシールドアーク溶接の出力制御方法およびその溶接装置 - Google Patents

消耗電極式ガスシールドアーク溶接の出力制御方法およびその溶接装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、消耗電極式ガスシール
ドアーク溶接の出力制御方法およびその装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】CO2あるいはマグ溶接などの消耗電極
式ガスシールドアーク溶接では、作業状況やワーク形状
に応じて溶接電流値を選定する。ところで、良好な溶接
結果を得るためには、溶接電流値に応じた適切なアーク
電圧が得られるように溶接機の出力電圧を設定する必要
がある。しかし、適切なアーク電圧は溶接電流値だけで
なく、作業環境や形態によっても異なる。このため、選
定した溶接電流値に対し、適正なアーク電圧が得られる
ように溶接機の出力電圧を設定するにはかなりの熟練と
技能の向上とが必要であり、初心者が容易に修得できる
ものではない。◆そこで、初心者でも熟練者と同等の溶
接結果が得られるようにするため、特開昭56−158
281号公報(以下、第1の従来技術という)には、予
め溶接電流と適正出力電圧の関係をデータベース化して
おき、溶接電流が選定されると溶接機の出力電圧が一元
的に設定される機能を設けた技術が開示されている。ま
た、特開昭60−128340号公報(以下、第2の従
来技術という)ならびに特開昭60−162577号公
報(以下、第3の従来技術という)には、溶接中の電流
と電圧波形の観測結果を所定の関数で演算し、演算した
値が最小となるように出力電圧を設定する技術が開示さ
れている。◆ところで、たとえば大形構造物を溶接する
時には、溶接ケーブルを延長することが多い。この場
合、適切なアーク電圧とするためには、溶接機の出力電
圧を高くし、延長した溶接ケーブルで発生する電圧降下
の影響を補正する必要がある。しかし、上記第1の従来
技術の場合、適切なアーク電圧として自動設定される出
力電圧は、所定の基準条件ならびに標準作業環境のもと
でデータとして選定されたものであるため、標準作業環
境から外れる場合は適正値とはならない。なお、アーク
電圧を検出するための検出線を溶接部まで配線すれば適
正値を得ることができるが、配線が増加すると操作性は
低下する。さらに、データとして選定されたものは特定
の熟練溶接作業者によって選定されたものであり、必ず
しも不偏的な適正値であるとは言えない。また、上記第
2ないし第3の従来技術の場合、延長ケーブル使用時の
電圧降下を補正することは可能であるが、所定の関数で
演算される値を最小とするには、出力電圧を操作して少
なくとも3個の演算値を求める必要があり、適正なアー
ク電圧を得る迄に時間を要する。◆上記した課題を解決
するため、本願出願人は、特願平4−128570号に
おいて、溶接中に測定される少くとも2種類の溶接波形
因子の値を前件部、また出力電圧の操作量を後件部と
し、予め定めた制御規則に従ってファジィ推論を実行す
ることにより出力電圧設定の増減操作量を決定するよう
にした消耗電極式ガスシールドアーク溶接の出力制御方
法を提案した。この技術により作業環境や形態の変化あ
るいは作業者の熟練の程度に拘らず、常に良好な溶接結
果を得ることができた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ファジィ制御
により適正電圧が得られた後、次の作業が同一の条件を
用いる場合であっても、ファジィ推論を初めからやり直
さなければならず、適正条件を得るまでに不必要な時間
がかかった。◆本発明の目的は、上記した課題を解決
し、同一の溶接条件を用いる繰り返し溶接作業におい
て、作業性を向上することのできる消耗電極式ガスシー
ルドアーク溶接の出力制御方法を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記した課題は、ワイヤ
を略定速度で送給し、短絡とアークを交互に繰返しなが
ら溶接をする消耗電極式ガスシールドアーク溶接の出力
制御方法において、溶接電源の外部特性を定電圧特性と
し、今回の溶接電流及び出力電圧の設定値が前回の溶接
電流及び出力電圧の設定値と同じであるとき、溶接中に
測定される短絡期間の標準偏差およびアーク期間の標準
偏差を前件部、また出力電圧の操作量を後件部として予
め定めた制御規則に従い所定のアーク状態を得るための
出力電圧の操作量を推論するファジィ推論を実行するこ
とにより適正な値に補正された前回の出力電圧の最終値
を今回の出力電圧値として溶接を開始することにより解
決される。
【0005】
【作用】今回と前回の溶接電流および出力電圧の設定
値、例えばツマミの位置、が同じであるとき、適正な値
に補正された前回の出力電圧の最終値を今回の出力電圧
値とするからファジィ推論に要する時間が不要となる。
【0006】
【実施例】図1は、本発明を実施するための溶接装置の
構成例図である。◆同図において、1は商用交流を直流
に変換するための入力側整流器、2はパワー半導体素子
で構成されたインバータ回路で、上記直流を高周波交流
に変換する。3は溶接トランスでその入力側はインバー
タ回路2に接続されている。4は溶接トランス3の出力
側に接続された出力側整流器で、上記インバータ回路2
で作り出す高周波交流を再び直流に変換する。5は直流
リアクタで、出力側整流器4で整流された直流出力を平
滑する。6はワイヤで、ワイヤ送給装置7により溶接部
に供給される。8は母材。9は溶接電流設定器で、ワイ
ヤ6の送給速度を設定するためのものである。なお、イ
ンバータ回路2は外部特性が定電圧特性となるように制
御される。◆10は出力電圧設定器で、出力電圧V0
設定するためのものである。11は判定器で、以下〜
の機能を備えている。◆ :溶接電流設定器9に設定された電流値の記憶。◆ :出力電圧設定器10に設定された出力電圧値V0
記憶。◆ :出力電圧設定器10で設定された出力電圧V0と、
後述するファジィ制御器22から出力される出力電圧の
操作量△Vとを合成し、その結果を新たな出力電圧VL
として記憶すると共に、出力電圧VLをパルス幅制御回
路12に出力。 :今回設定された出力電圧値V0nと前回設定された出
力電圧値V0n-1との比較。:今回設定された溶接電流
nと前回設定された溶接電流In-1との比較。◆ :出力電圧値V0n=V0n-1で、かつ溶接電流In=I
n-1のときには、出力電圧値をVLとして出力。◆ パルス幅制御回路12は判定器11からの信号に基づき
駆動回路13を介してインバータ回路2の出力を制御す
る。14は電圧検出器。15は電圧検出器14のサンプ
リング条件設定器。16は判定電圧設定器。17は短絡
かアークかを判定する判定器で、サンプリング条件設定
器15で設定されるサンプリング間隔およびサンプリン
グ時間に従って、電圧検出器14で計測される溶接電圧
υと判定電圧設定器16で設定された判定電圧Vjの大
小を比較する。そして、判定器17は、υ≦Vjのとき
には短絡期間であることの判定信号をTs測定器18
へ、またυ>Vjのときには、アーク期間であることの
判定信号をTa測定器19へ、それぞれ出力する。◆上
記Ts測定器18およびTa測定器19は、短絡とアー
クが交互に繰返される各短絡周期毎に、それぞれの時間
の計測値(TsおよびTaの値)を、短絡期間の標準偏
差sTsの演算器20ならびにアーク期間の標準偏差sTa
の演算器21へ入力する。なお、演算器20は、上記T
s測定器18の出力を用いて、Tsの総和ΣTsおよび
Tsの平方和ΣTs2の演算、ならびにTsの個数Nの
カウントを行い、標準偏差sTsの値を下記の式1により
算出し、その値をファジィ制御器22へ出力する。演算
器21も上記演算器20と同様にして標準偏差sTaの値
を下記の式2により算出し、その値をファジィ制御器2
2へ出力する。◆
【0007】
【数1】
【0008】設定器23は、ファジィ推論の前件部を構
成する因子である標準偏差sTs、sTaおよび後件部を構
成する因子△V(出力電圧操作量)のファジィ変数とメ
ンバシップ関数の基本パターン、ならびにこれらの因子
についての推論規則を入力するためのものである。
【0009】以下、図2を参照しながら動作を説明す
る。なお、溶接条件は全く設定されていないものとす
る。◆溶接電源をオンしたら、先ず、判定器11に内蔵
されている溶接電流設定器9用のカウンタ(m)および
出力電圧設定器10用のカウンタ(n)をリセットする
(S100)。次に電流値Iおよび出力電圧値V0を設
定する(S110)。アーク起動信号により、溶接が開
始され、判定器11は設定されている電流値Iおよび出
力電圧値V0を記憶する(S120)。そして、mの値
を判断し(S130)、m=0すなわちファジィ推論に
よる適正電圧の設定が全く行なわれていない状態のとき
には、アークデータのサンプリングを行ない(S14
0)、短絡期間およびアーク期間の標準偏差を求め(S
150,S160)、これらの値に基づいてファジィ推
論を実行し、出力電圧の操作量△Vを求める(S17
0)。そして、判定器11は出力電圧設定器10に設定
された出力電圧値V0と操作量△Vとを合成し、その結
果を新たな出力電圧VLとして記憶すると共に、出力電
圧VLをパルス幅制御回路12に出力する(S18
0)。そして、操作量△Vと予め定められた許容値△V
R値とを比較し(S190)、△V≧△VRの場合にはn
=n+1として(S200)S140に戻る。また、△
V<△VRの場合には、ファジィ推論を終了するととも
に出力電圧VLを記憶する(S210)。そして、出力
電圧をVLとして溶接終了を待つ(S220)。そし
て、溶接終了信号により、m=m+1,n=n+1とす
る(S230)。なお、ファジィ制御器22の推論の詳
細については説明を省略する。
【0010】再アーク信号が出されると(S240)、
S130に戻る。そして、m≠0であることを確認し、
電流値ImとIm-1とを比較し(S250)、Im≠Im-1
の場合には溶接条件が変更されているため、S100に
戻る。また、Im=Im-1の場合には引続き出力電圧値V
mとVm-1とを比較し(S260)、Vm≠Vm-1の場合に
は溶接条件が変更されているから、S100に戻る。ま
た、Vm=Vm-1の場合にはS220に移り、出力電圧を
Lとする。◆なお、本実施例では、△V<△VRの場合
には出力電圧VLを記憶するとともにファジィ推論を終
了させたが、ファジィ推論をそのまま続行させ、△V≧
△VRとなったときにのみ出力電圧VLを記憶し直すよう
にしてもよい。また、S250およびS260において
全く変化がないことを判定基準としたが、ある幅を持た
せ、Im≒Im-1あるいはVm≒Vm-1を判定基準とするよ
うにしてもよい。さらに、判定器11のメモリを不揮発
性のものとすれば、例えばいったん溶接電源をオフし、
翌日全く同一の条件で作業を再開する場合に効果があ
る。
【0011】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
設定する電流値Iおよび出力電圧値V0が操作されない
限り前回のファジィ推論結果をそのまま採用するように
したから、同一の溶接条件を用いる繰り返し溶接作業に
おいて、作業性を向上することができるという効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施するための溶接装置の構成例。
【図2】動作を示すフローチャート
【符号の説明】
2 インバータ回路 5 直流リアク
タ 6 ワイヤ 10 出力電圧設
定器 11 判定器 12 パルス幅
制御回路 14 電圧検出器 15 サンプリ
ング条件設定器 16 判定電圧設定器 17 判定器 18 Ts測定器 19 Ta測定
器 20,21 演算器 22 フ
ァジィ制御器 23 設定器
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−42367(JP,A) 特開 平4−343137(JP,A) 特開 平4−322882(JP,A) 特開 平4−322881(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 9/073 B23K 9/095 B23K 9/12 G05B 13/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ワイヤを略定速度で送給し、短絡とアー
    クを交互に繰返しながら溶接をする消耗電極式ガスシー
    ルドアーク溶接の出力制御方法において、溶接電源の外
    部特性を定電圧特性とし、今回の溶接電流及び出力電圧
    の設定値が前回の溶接電流及び出力電圧の設定値と同じ
    であるとき、溶接中に測定される短絡期間の標準偏差お
    よびアーク期間の標準偏差を前件部、また出力電圧の操
    作量を後件部として予め定めた制御規則に従い所定のア
    ーク状態を得るための出力電圧の操作量を推論するファ
    ジィ推論を実行することにより適正な値に補正された前
    回の出力電圧の最終値を今回の出力電圧値として溶接を
    開始することを特徴とする消耗電極式ガスシールドアー
    ク溶接の出力制御方法。
  2. 【請求項2】ワイヤを略定速度で送給し、短絡とアーク
    を交互に繰返しながら溶接をする消耗電極式ガスシール
    ドアーク溶接の溶接装置において、溶接電源の外部特性
    を定電圧特性とし、短絡期間の標準偏差およびアーク期
    間の標準偏差の算出手段と、その算出手段の算出結果を
    入力として予め定めた制御規則に従い所定のアーク状態
    を得るための出力電圧の操作量を推論するファジィ制御
    器と、溶接電流の設定器と、出力電圧の設定器と、記憶
    した前回の溶接電流および出力電圧の設定器の設定値
    と、今回の溶接電流および出力電圧の設定器の設定値を
    比較する機能と溶接中に設定された出力電圧に操作量を
    加算して新たな出力電圧として記憶する機能とを持ち上
    記ファジィ制御器、溶接電流の設定器、出力電圧の設定
    器及び溶接電源の出力電圧設定値の増減を行う手段に接
    続された判定器を備え、今回の溶接電流及び出力電圧の
    設定値が前回の溶接電流及び出力電圧の設定値と同じで
    あるとき、予め定めた制御規則に従い所定のアーク状態
    を得るための出力電圧の操作量を推論するファジィ推論
    を実行することにより適正な値に補正された前回の出力
    電圧の最終値を今回の出力電圧値として溶接を開始する
    ように構成したことを特徴とする消耗電極式ガスシール
    ドアーク溶接の溶接装置。
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