JP3209138B2 - 溶接条件適応制御方法 - Google Patents
溶接条件適応制御方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アーク溶接におけ
る溶接条件適応制御方法に係り、特に高速回転アーク溶
接法のアークセンサ技術を用いて、アーク直下の開先の
ルートギャップの変化を精度よく検出し、そのルートギ
ャップの変化に対応して適正な溶接条件を適用するよう
にした溶接条件適応制御方法に関する。
る溶接条件適応制御方法に係り、特に高速回転アーク溶
接法のアークセンサ技術を用いて、アーク直下の開先の
ルートギャップの変化を精度よく検出し、そのルートギ
ャップの変化に対応して適正な溶接条件を適用するよう
にした溶接条件適応制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、溶接条件に関する適応制御技術
は、熟練作業者が溶接条件データベースを構築し、その
部材の幾何学的形状情報や脚長などの溶接情報などによ
り、適正溶接条件を溶接施工以前に決定している。この
ため、溶接中の溶接条件は開ループ制御となっている。
これは、インプロセスで開先のルートギャップや脚長を
センシングする技術が確立されていなかったことに起因
する。但し、従来技術として画像処理装置とレーザセン
サを組み合わせてギャップ計測やビード幅の検出を行
い、溶接条件を制御する技術は存在するが、溶接中のア
ーク直下におけるギャップのセンシングを行い、コント
ローラにフィードバックして溶接条件を制御する技術は
今までに存在していない。
は、熟練作業者が溶接条件データベースを構築し、その
部材の幾何学的形状情報や脚長などの溶接情報などによ
り、適正溶接条件を溶接施工以前に決定している。この
ため、溶接中の溶接条件は開ループ制御となっている。
これは、インプロセスで開先のルートギャップや脚長を
センシングする技術が確立されていなかったことに起因
する。但し、従来技術として画像処理装置とレーザセン
サを組み合わせてギャップ計測やビード幅の検出を行
い、溶接条件を制御する技術は存在するが、溶接中のア
ーク直下におけるギャップのセンシングを行い、コント
ローラにフィードバックして溶接条件を制御する技術は
今までに存在していない。
【０００３】また、溶接ロボットなどを用いた自動機器
による溶接施工の場合には、溶接施工以前にオフライン
プログラム手法により動作プログラムが作成される。こ
の動作プログラムは、ＣＡＤデータをベースとしてロボ
ットの動作経路点である溶接の開始点・終了点、干渉回
避処理による姿勢変更点などの動作経路点を算定し、そ
の点に対して溶接条件である溶接電流、溶接電圧、溶接
速度、トーチ角度などのパラメータを引き当てる構成と
なっている。
による溶接施工の場合には、溶接施工以前にオフライン
プログラム手法により動作プログラムが作成される。こ
の動作プログラムは、ＣＡＤデータをベースとしてロボ
ットの動作経路点である溶接の開始点・終了点、干渉回
避処理による姿勢変更点などの動作経路点を算定し、そ
の点に対して溶接条件である溶接電流、溶接電圧、溶接
速度、トーチ角度などのパラメータを引き当てる構成と
なっている。
【０００４】ところが、溶接施工時においては、実際の
部材とＣＡＤデータに差異が存在するため、ワイヤタッ
チセンサで溶接開始点の検出を行い、アークセンサで溶
接中開先ならい制御を行いながら、動作経路点を逐次補
間して溶接施工を行っている。しかし、動作経路点の補
間に伴った溶接条件パラメータの変更までは対応しきれ
ていない問題がある。すなわち、動作経路点に対して
は、アークセンサなどによるフィードバックルーチンと
なっているのに対し、溶接条件に対してはフィードバッ
クがない開ループの制御となってしまっている。そのた
め、実部材でギャップが存在しているにもかかわらず、
溶接施工以前にＣＡＤデータベースで選定された溶接条
件のまま溶接を行うと、脚長不足になり適正な溶接品質
を維持することが困難になる場合がある。しかも、この
ようなギャップは、ワークの加工精度、取付精度、およ
び溶接中の動的な熱変形などにより不可避的に発生する
ものである。
部材とＣＡＤデータに差異が存在するため、ワイヤタッ
チセンサで溶接開始点の検出を行い、アークセンサで溶
接中開先ならい制御を行いながら、動作経路点を逐次補
間して溶接施工を行っている。しかし、動作経路点の補
間に伴った溶接条件パラメータの変更までは対応しきれ
ていない問題がある。すなわち、動作経路点に対して
は、アークセンサなどによるフィードバックルーチンと
なっているのに対し、溶接条件に対してはフィードバッ
クがない開ループの制御となってしまっている。そのた
め、実部材でギャップが存在しているにもかかわらず、
溶接施工以前にＣＡＤデータベースで選定された溶接条
件のまま溶接を行うと、脚長不足になり適正な溶接品質
を維持することが困難になる場合がある。しかも、この
ようなギャップは、ワークの加工精度、取付精度、およ
び溶接中の動的な熱変形などにより不可避的に発生する
ものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一般的に、適応制御で
は、制御対象を数式化モデルで表現し、その数式化モデ
ルに基づいて制御対象の動的挙動を推測し、最適値を保
持するように制御することが可能であるが、溶接条件適
応制御では、溶接現象を数式化モデルで表現すること
が、パラメータも多く、しかも複雑に絡み合っているた
め、非常に困難であるという問題がある。本発明者ら
は、この問題に対し鋭意研究した結果、周知の高速回転
アークセンサの原理を用いることにより、アーク直下の
溶融池の表面形状の変化とルートギャップの変化との間
に一定の相関があることを見出し、溶接現象を数式化モ
デルで表現することに成功した。
は、制御対象を数式化モデルで表現し、その数式化モデ
ルに基づいて制御対象の動的挙動を推測し、最適値を保
持するように制御することが可能であるが、溶接条件適
応制御では、溶接現象を数式化モデルで表現すること
が、パラメータも多く、しかも複雑に絡み合っているた
め、非常に困難であるという問題がある。本発明者ら
は、この問題に対し鋭意研究した結果、周知の高速回転
アークセンサの原理を用いることにより、アーク直下の
溶融池の表面形状の変化とルートギャップの変化との間
に一定の相関があることを見出し、溶接現象を数式化モ
デルで表現することに成功した。
【０００６】本発明は、かかる知見に基づいてなされた
ものであり、高速回転アークセンサにより得られる溶接
現象の情報をもとに精度の良いルートギャップの検出を
可能とし、フィードバック制御により、実ワークの溶接
に即応し、かつ安定した溶接品質を得るための溶接条件
適応制御方法を提供することを目的とする。
ものであり、高速回転アークセンサにより得られる溶接
現象の情報をもとに精度の良いルートギャップの検出を
可能とし、フィードバック制御により、実ワークの溶接
に即応し、かつ安定した溶接品質を得るための溶接条件
適応制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る溶接条件適
応制御方法は、高速回転アーク溶接法によって、アーク
センサ方式による溶接線ならいと溶接トーチ高さ（電極
チップ−母材間距離）の制御を行いながら溶接をしてい
るときに、開先のルートギャップＧの変化によって変化
する、アーク直下の溶融池表面形状の変化を、高速回転
アークの溶接電圧または溶接電流の波形によって認識
し、現在のルートギャップＧに対応する適正な溶接条件
を適用するよう制御する溶接条件適応制御方法におい
て、基準となるギャップＧref に対する適正溶接条件に
おける前記溶接電圧または前記溶接電流の波形を基準波
形として記憶しておき、前記基準波形に対する現波形の
偏差部分の面積｜ΔＳG ｜をアークの１回転分について
求め、さらにアーク回転位置の後方部における偏差部分
の積分の符号から波形差ΔＳG の正負を判定してΔＳG
を求め、このΔＳG の値とルートギャップＧの関係を予
め実験により求めておき、現在のΔＳG の値から現在の
ルートギャップＧを認識し、Ｇ＝Ｇref に対する適正溶
接条件にて、ルートギャップＧが変化する継手を溶接し
たときに得られる溶接ビード形状、ビード高さ、脚長、
または溶け込みより、ルートギャップＧの許容範囲＋Δ
ｇ1 、−Δｇ2 を定め、前記の方法で求めたΔＳG −Ｇ
特性曲線から前記波形差ΔＳG の許容範囲＋ΔＳ1 、−
ΔＳ2 を求め、このΔＳG が前記許容範囲に達したら溶
接条件をギャップがＧ＝Ｇref ＋Δｇ1 、またはＧ＝Ｇ
ref −Δｇ2 に対して予め求めている適正溶接条件に変
更することを特徴とするものである。
応制御方法は、高速回転アーク溶接法によって、アーク
センサ方式による溶接線ならいと溶接トーチ高さ（電極
チップ−母材間距離）の制御を行いながら溶接をしてい
るときに、開先のルートギャップＧの変化によって変化
する、アーク直下の溶融池表面形状の変化を、高速回転
アークの溶接電圧または溶接電流の波形によって認識
し、現在のルートギャップＧに対応する適正な溶接条件
を適用するよう制御する溶接条件適応制御方法におい
て、基準となるギャップＧref に対する適正溶接条件に
おける前記溶接電圧または前記溶接電流の波形を基準波
形として記憶しておき、前記基準波形に対する現波形の
偏差部分の面積｜ΔＳG ｜をアークの１回転分について
求め、さらにアーク回転位置の後方部における偏差部分
の積分の符号から波形差ΔＳG の正負を判定してΔＳG
を求め、このΔＳG の値とルートギャップＧの関係を予
め実験により求めておき、現在のΔＳG の値から現在の
ルートギャップＧを認識し、Ｇ＝Ｇref に対する適正溶
接条件にて、ルートギャップＧが変化する継手を溶接し
たときに得られる溶接ビード形状、ビード高さ、脚長、
または溶け込みより、ルートギャップＧの許容範囲＋Δ
ｇ1 、−Δｇ2 を定め、前記の方法で求めたΔＳG −Ｇ
特性曲線から前記波形差ΔＳG の許容範囲＋ΔＳ1 、−
ΔＳ2 を求め、このΔＳG が前記許容範囲に達したら溶
接条件をギャップがＧ＝Ｇref ＋Δｇ1 、またはＧ＝Ｇ
ref −Δｇ2 に対して予め求めている適正溶接条件に変
更することを特徴とするものである。
【０００８】まず、本発明におけるルートギャップの検
出方法は、隅肉溶接、Ｖ形状の突き合わせ溶接などにお
いて、高速回転アーク溶接法によるアークセンサによ
り、開先のルートギャップＧの変動によって変化するア
ーク直下の溶融池表面形状の変化を、高速回転アークの
溶接電圧ＶT または溶接電流Ｉの波形によって認識する
方法である。この場合、溶接トーチが開先の中心に対す
るずれがあると、検出波形にギャップ変動以外の影響を
与えるので、ＶT 波形またはＩ波形を用いて、すなわち
アークセンサによる開先ならい制御によって開先幅方向
と、溶接トーチ高さ方向の位置を制御する。そして、基
準ギャップＧref に対する適正溶接条件における基準溶
接電圧波形ＶTrefに対し、ギャップＧで溶接したときの
溶接電圧波形ＶT の波形差（面積の偏差）ΔＳG は、ギ
ャップＧとの間に一定の相関があることが判明してい
る。従って、このΔＳG −Ｇ特性曲線を予め実験により
求めておけば、現在のΔＳG の検出値から現在のルート
ギャップＧを認識することができる。
出方法は、隅肉溶接、Ｖ形状の突き合わせ溶接などにお
いて、高速回転アーク溶接法によるアークセンサによ
り、開先のルートギャップＧの変動によって変化するア
ーク直下の溶融池表面形状の変化を、高速回転アークの
溶接電圧ＶT または溶接電流Ｉの波形によって認識する
方法である。この場合、溶接トーチが開先の中心に対す
るずれがあると、検出波形にギャップ変動以外の影響を
与えるので、ＶT 波形またはＩ波形を用いて、すなわち
アークセンサによる開先ならい制御によって開先幅方向
と、溶接トーチ高さ方向の位置を制御する。そして、基
準ギャップＧref に対する適正溶接条件における基準溶
接電圧波形ＶTrefに対し、ギャップＧで溶接したときの
溶接電圧波形ＶT の波形差（面積の偏差）ΔＳG は、ギ
ャップＧとの間に一定の相関があることが判明してい
る。従って、このΔＳG −Ｇ特性曲線を予め実験により
求めておけば、現在のΔＳG の検出値から現在のルート
ギャップＧを認識することができる。
【０００９】次に、本発明の溶接条件適応制御方法にお
いては、Ｇ＝Ｇref に対する適正溶接条件で溶接したと
きの溶接ビード形状、ビード高さ、脚長、または溶け込
みより、ギャップＧの許容範囲＋Δｇ1 、−Δｇ2 を定
めておき、前記の方法で検出されたΔＳG に対し、前記
のΔＳG −Ｇ特性曲線からΔＳG の許容範囲＋ΔＳ1、
−ΔＳ2 を求め、このΔＳG が前記許容範囲内であれば
そのままの溶接条件で、ΔＳG が前記許容範囲に達した
ときは溶接条件をＧ＝Ｇref ＋Δｇ1 、またはＧ＝Ｇre
f −Δｇ2 に対して予め求めている適正溶接条件に変更
するものである。
いては、Ｇ＝Ｇref に対する適正溶接条件で溶接したと
きの溶接ビード形状、ビード高さ、脚長、または溶け込
みより、ギャップＧの許容範囲＋Δｇ1 、−Δｇ2 を定
めておき、前記の方法で検出されたΔＳG に対し、前記
のΔＳG −Ｇ特性曲線からΔＳG の許容範囲＋ΔＳ1、
−ΔＳ2 を求め、このΔＳG が前記許容範囲内であれば
そのままの溶接条件で、ΔＳG が前記許容範囲に達した
ときは溶接条件をＧ＝Ｇref ＋Δｇ1 、またはＧ＝Ｇre
f −Δｇ2 に対して予め求めている適正溶接条件に変更
するものである。
【００１０】以下、本発明の原理について説明する。
【００１１】（１）開先のルートギャップ変動における
溶接電圧波形の変動 図１は、隅肉溶接において、ギャップＧの変化によって
変化する溶接電圧ＶTの波形の一例を示す図である。図
中、Ｃf 、Ｒ、Ｃr 、Ｌはアークの回転位置を示し（図
２参照）、横軸のθは溶接電圧波形の位相である。図１
（ａ）のＶTref波形（実線で示す波形）は、ギャップＧ
の値が基準値Ｇref のときの適正溶接条件で溶接をした
ときの基準溶接電圧波形であり、ＶTAV はＶTref波形の
平均電圧である。また、Ｃf 、Ｒ、Ｃr 、Ｌの位置は、
図２に示すように回転アークの１回転において、溶接の
進行方向に向かって、θ＝０゜の前方中央位置をＣf 、
右側９０゜の位置をＲ、後方中央位置（１８０゜）をＣ
r 、左側２７０゜の位置をＬとしている。これらの位置
信号は溶接トーチの回転モータのエンコーダから出力さ
れるパルス信号で定められる。
溶接電圧波形の変動 図１は、隅肉溶接において、ギャップＧの変化によって
変化する溶接電圧ＶTの波形の一例を示す図である。図
中、Ｃf 、Ｒ、Ｃr 、Ｌはアークの回転位置を示し（図
２参照）、横軸のθは溶接電圧波形の位相である。図１
（ａ）のＶTref波形（実線で示す波形）は、ギャップＧ
の値が基準値Ｇref のときの適正溶接条件で溶接をした
ときの基準溶接電圧波形であり、ＶTAV はＶTref波形の
平均電圧である。また、Ｃf 、Ｒ、Ｃr 、Ｌの位置は、
図２に示すように回転アークの１回転において、溶接の
進行方向に向かって、θ＝０゜の前方中央位置をＣf 、
右側９０゜の位置をＲ、後方中央位置（１８０゜）をＣ
r 、左側２７０゜の位置をＬとしている。これらの位置
信号は溶接トーチの回転モータのエンコーダから出力さ
れるパルス信号で定められる。
【００１２】溶接電圧波形は溶融池の表面形状に対応し
て変化するアーク長の影響を受けて、Ｃf とＣr の位置
で最も高くなり、ＲとＬの位置で最も低くなる。この溶
接条件において、ギャップＧがＧref より大となったと
きの溶接電圧波形をＶT 波形（破線）として図１（ａ）
に示している。すなわち、ギャップＧがＧref より大に
なると、Ｃr 部における位相θ1 〜θ2 の範囲において
ＶT ＞ＶTrefとなり、その他の部分ではＶT ＜ＶTrefと
なる。これは、図３に示すように、ギャップが大になる
と脚長（ビード高さ）が減少し、アーク３直下の溶融池
４が後退するためにＣr 部のアーク電圧が増加するため
である。平均電圧は溶接トーチ１のトーチ高さ制御によ
り一定になるので、他の部分のアーク電圧が低下する。
逆に、ギャップＧがＧref より小になると、図１（ｂ）
に示すように、Ｃr 部でＶT ＜ＶTrefとなり、その他の
部分ではＶT ＞ＶTrefとなる。なお、図２、図３におい
て、１は溶接トーチ、２は溶接ワイヤ、３は回転アー
ク、４は溶融池、５は溶接ビード、６は立板、７は下板
である。
て変化するアーク長の影響を受けて、Ｃf とＣr の位置
で最も高くなり、ＲとＬの位置で最も低くなる。この溶
接条件において、ギャップＧがＧref より大となったと
きの溶接電圧波形をＶT 波形（破線）として図１（ａ）
に示している。すなわち、ギャップＧがＧref より大に
なると、Ｃr 部における位相θ1 〜θ2 の範囲において
ＶT ＞ＶTrefとなり、その他の部分ではＶT ＜ＶTrefと
なる。これは、図３に示すように、ギャップが大になる
と脚長（ビード高さ）が減少し、アーク３直下の溶融池
４が後退するためにＣr 部のアーク電圧が増加するため
である。平均電圧は溶接トーチ１のトーチ高さ制御によ
り一定になるので、他の部分のアーク電圧が低下する。
逆に、ギャップＧがＧref より小になると、図１（ｂ）
に示すように、Ｃr 部でＶT ＜ＶTrefとなり、その他の
部分ではＶT ＞ＶTrefとなる。なお、図２、図３におい
て、１は溶接トーチ、２は溶接ワイヤ、３は回転アー
ク、４は溶融池、５は溶接ビード、６は立板、７は下板
である。
【００１３】（２）波形差ΔＳG の検出方法 図１の結果から、溶接中に他の何らの検出器を用いるこ
となく、溶接電圧波形を検出することにより、つまりア
ークセンサ方式によって、アーク直下部のルートギャッ
プの変化を検出できることがわかる。基準溶接電圧波形
ＶTrefに対する現波形ＶT の偏差部分（図１の斜線部
８）の面積の回転アークの１回転分の総和は基準ギャッ
プＧref に対するギャップ変化量の絶対値として認識す
ることができる。また、位相θ1 〜θ2 （Ｃr 部）にお
ける電圧波形の偏差部分の積分値の符号が正のときＧ＞
Ｇref 、負のときＧ＜Ｇref と判定することができる。
このように電圧波形の瞬時値をとらず積分値とするの
は、電圧波形には溶接アーク現象に起因する高調波ノイ
ズが重畳されるのでその影響を防止するためである。こ
こでは電圧波形を用いているが、アークセンサの周知の
原理より、電流波形を用いることもできるのは当然であ
り、ここでは省略する。
となく、溶接電圧波形を検出することにより、つまりア
ークセンサ方式によって、アーク直下部のルートギャッ
プの変化を検出できることがわかる。基準溶接電圧波形
ＶTrefに対する現波形ＶT の偏差部分（図１の斜線部
８）の面積の回転アークの１回転分の総和は基準ギャッ
プＧref に対するギャップ変化量の絶対値として認識す
ることができる。また、位相θ1 〜θ2 （Ｃr 部）にお
ける電圧波形の偏差部分の積分値の符号が正のときＧ＞
Ｇref 、負のときＧ＜Ｇref と判定することができる。
このように電圧波形の瞬時値をとらず積分値とするの
は、電圧波形には溶接アーク現象に起因する高調波ノイ
ズが重畳されるのでその影響を防止するためである。こ
こでは電圧波形を用いているが、アークセンサの周知の
原理より、電流波形を用いることもできるのは当然であ
り、ここでは省略する。
【００１４】（３）波形差ΔＳG の求め方 図１の斜線部８の面積の総和を｜ΔＳG ｜とすると、
【数１】 Ｃr 部における偏差部分の積分値をＩcrとすると、
【数２】 である。従って、Ｉcrの符号からΔＳG の正負を定める
ことができる。すなわち、 Ｉcr＞０のとき ΔＳG ＞０ Ｉcr＜０のとき ΔＳG ＜０ となる。故に、
ことができる。すなわち、 Ｉcr＞０のとき ΔＳG ＞０ Ｉcr＜０のとき ΔＳG ＜０ となる。故に、
【数３】
【００１５】この（３）、（４）式から、波形差ΔＳG
の値を求めることができる。しかし、現実の電圧波形に
おいては位相θ1 、θ2 は回転アークの１回転ごと、あ
るいは溶接条件やギャップ値によってかなり変動するの
で、インプロセスで検出するのは容易でない。従って、
実験結果から近似値として与える。このΔＳG の算出方
法によれば、θ1 、θ2 のバラツキがΔＳG の値に影響
しないため、検出精度は良好となる。
の値を求めることができる。しかし、現実の電圧波形に
おいては位相θ1 、θ2 は回転アークの１回転ごと、あ
るいは溶接条件やギャップ値によってかなり変動するの
で、インプロセスで検出するのは容易でない。従って、
実験結果から近似値として与える。このΔＳG の算出方
法によれば、θ1 、θ2 のバラツキがΔＳG の値に影響
しないため、検出精度は良好となる。
【００１６】（４）ルートギャップの認識方法 （３）式より求められるΔＳG の値はギャップ変化量に
対応し、図４に示すようにルートギャップＧとの間にほ
ぼ直線的な関係があることが実験により確かめられてい
る。ここで得られたΔＳG −Ｇ特性線は、Ｇ＝Ｇref に
おける適正条件で溶接したときに得られる。従って、Δ
ＳG の値から現在のルートギャップを認識することがで
きる。
対応し、図４に示すようにルートギャップＧとの間にほ
ぼ直線的な関係があることが実験により確かめられてい
る。ここで得られたΔＳG −Ｇ特性線は、Ｇ＝Ｇref に
おける適正条件で溶接したときに得られる。従って、Δ
ＳG の値から現在のルートギャップを認識することがで
きる。
【００１７】（５）ルートギャップの認識による溶接条
件の制御方法 Ｇ＝Ｇref の適正溶接条件によって得られる溶接ビード
形状、溶接ビードの溶け込み、ビード高さ、脚長などが
適正に得られるギャップの許容範囲を図４に示すように
＋ｇ1 、−ｇ2 とすれば、波形差出力ΔＳG の許容範囲
も同図のように＋ΔＳ1 、−ΔＳ2 として求められる。
従って、ΔＳG がこの範囲に達したらＧ＝（Ｇref ＋Δ
ｇ1 ）または（Ｇref −Δｇ2 ）に対する適正溶接条件
に変更する。図５はＧ＝Ｇn で溶接を開始し、以後ギャ
ップＧが増加または減少した場合のΔＳG 出力波形の変
化を太実線で示したものである。従って、ギャップＧの
変化に対して、溶接中即時に、適正溶接条件の変更適用
が可能なため、ギャップの存在に拘わらず常に安定した
高品質の溶接継手が得られる。
件の制御方法 Ｇ＝Ｇref の適正溶接条件によって得られる溶接ビード
形状、溶接ビードの溶け込み、ビード高さ、脚長などが
適正に得られるギャップの許容範囲を図４に示すように
＋ｇ1 、−ｇ2 とすれば、波形差出力ΔＳG の許容範囲
も同図のように＋ΔＳ1 、−ΔＳ2 として求められる。
従って、ΔＳG がこの範囲に達したらＧ＝（Ｇref ＋Δ
ｇ1 ）または（Ｇref −Δｇ2 ）に対する適正溶接条件
に変更する。図５はＧ＝Ｇn で溶接を開始し、以後ギャ
ップＧが増加または減少した場合のΔＳG 出力波形の変
化を太実線で示したものである。従って、ギャップＧの
変化に対して、溶接中即時に、適正溶接条件の変更適用
が可能なため、ギャップの存在に拘わらず常に安定した
高品質の溶接継手が得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】図６は本発明による溶接条件適応
制御方法において使用する制御回路例を示すブロック図
である。図６において、１１はアークセンサにより検出
された現在の溶接電圧ＶT0と溶接線ならい制御およびト
ーチ高さ制御のもとでの平均電圧ＶTAV との偏差を増幅
する差動増幅器、１２は基準溶接電圧波形ＶTrefのデー
タが記憶されている波形メモリ、１３は差動増幅器１１
の出力ＶT と波形メモリ１２の基準出力ＶTrefとの偏差
を増幅する差動増幅器、１４は前記（１）式の右辺の積
分をする絶対値積分器、１５は前記（２）式の右辺の積
分をする積分器、１６は前記（３）、（４）式によりΔ
ＳG の符号の正負を判定する符号判定器である。以上の
差動増幅器１１、波形メモリ１２、差動増幅器１３、絶
対値積分器１４、積分器１５、および符号判定器１６に
より、この制御回路のΔＳG 検出部１０を構成してい
る。
制御方法において使用する制御回路例を示すブロック図
である。図６において、１１はアークセンサにより検出
された現在の溶接電圧ＶT0と溶接線ならい制御およびト
ーチ高さ制御のもとでの平均電圧ＶTAV との偏差を増幅
する差動増幅器、１２は基準溶接電圧波形ＶTrefのデー
タが記憶されている波形メモリ、１３は差動増幅器１１
の出力ＶT と波形メモリ１２の基準出力ＶTrefとの偏差
を増幅する差動増幅器、１４は前記（１）式の右辺の積
分をする絶対値積分器、１５は前記（２）式の右辺の積
分をする積分器、１６は前記（３）、（４）式によりΔ
ＳG の符号の正負を判定する符号判定器である。以上の
差動増幅器１１、波形メモリ１２、差動増幅器１３、絶
対値積分器１４、積分器１５、および符号判定器１６に
より、この制御回路のΔＳG 検出部１０を構成してい
る。
【００１９】２１はΔＳG 検出部１０の出力ΔＳG と、
ΔＳG に対して予め設定されている許容範囲ΔＳ1 、−
ΔＳ2 とを比較する比較器、２２はこの許容範囲ΔＳ1
、−ΔＳ2 を設定するしきい値設定器、２３は比較器
２１の出力に基づいてギャップＧの適・不適を判定する
ギャップ判定器、２４はＣＡＤ／ＣＡＭシステム２５
の、またはこのシステムから与えられる適正溶接条件の
データベースで、この溶接条件データベース２４には、
適正溶接条件として、ギャップ毎に、溶接ビード形状・
溶接ビードの溶け込み・ビード高さ・脚長より定められ
ている溶接電流・溶接電圧・溶接速度・ワイヤ送給速度
等の溶接条件、および前記のΔＳG −Ｇ特性曲線、ΔＳ
G の許容範囲（＋ΔＳ1 、−ΔＳ2 ）が格納されてい
る。
ΔＳG に対して予め設定されている許容範囲ΔＳ1 、−
ΔＳ2 とを比較する比較器、２２はこの許容範囲ΔＳ1
、−ΔＳ2 を設定するしきい値設定器、２３は比較器
２１の出力に基づいてギャップＧの適・不適を判定する
ギャップ判定器、２４はＣＡＤ／ＣＡＭシステム２５
の、またはこのシステムから与えられる適正溶接条件の
データベースで、この溶接条件データベース２４には、
適正溶接条件として、ギャップ毎に、溶接ビード形状・
溶接ビードの溶け込み・ビード高さ・脚長より定められ
ている溶接電流・溶接電圧・溶接速度・ワイヤ送給速度
等の溶接条件、および前記のΔＳG −Ｇ特性曲線、ΔＳ
G の許容範囲（＋ΔＳ1 、−ΔＳ2 ）が格納されてい
る。
【００２０】このΔＳG 検出部１０では、高速回転アー
ク溶接のアークセンサによって開先ならい制御とトーチ
高さ制御を行いながら溶接をしているときに、アークセ
ンサにより検出された現在の溶接電圧ＶT0と基準ギャッ
プＧref に対する適正溶接条件のときの平均電圧ＶTAV
を差動増幅器１１に入力しており、差動増幅器１１はそ
の偏差ＶT を出力する。この出力ＶT を差動増幅器１３
に入力する一方、波形メモリ１２に記憶されている基準
ギャップＧref に対応する基準電圧ＶTrefのデータを取
り出し、このデータを差動増幅器１３に入力する。さら
に、この差動増幅器１３の出力（ＶT −ＶTref）がそれ
ぞれ絶対値積分器１４と積分器１５に入力され、絶対値
積分器１４において差動増幅器１３の出力（ＶT −ＶTr
ef）を絶対値化したうえでアーク回転の１回転分につい
て波形の面積差の総和｜ΔＳG ｜を求めるべく前記
（１）式の右辺の積分を行う。一方、積分器１５ではＣ
r 部の位相θ1 〜θ2 の範囲についてのみ面積差Ｉcrを
求めるべく前記（２）式の右辺の積分を行う。これらの
積分値は符号判定器１６に送られ、前記（３）、（４）
式により符号の正負を判定し、Ｇ＞Ｇref のときは正の
ΔＳG を、Ｇ＜Ｇref のときは負のΔＳG をそれぞれ出
力する。
ク溶接のアークセンサによって開先ならい制御とトーチ
高さ制御を行いながら溶接をしているときに、アークセ
ンサにより検出された現在の溶接電圧ＶT0と基準ギャッ
プＧref に対する適正溶接条件のときの平均電圧ＶTAV
を差動増幅器１１に入力しており、差動増幅器１１はそ
の偏差ＶT を出力する。この出力ＶT を差動増幅器１３
に入力する一方、波形メモリ１２に記憶されている基準
ギャップＧref に対応する基準電圧ＶTrefのデータを取
り出し、このデータを差動増幅器１３に入力する。さら
に、この差動増幅器１３の出力（ＶT −ＶTref）がそれ
ぞれ絶対値積分器１４と積分器１５に入力され、絶対値
積分器１４において差動増幅器１３の出力（ＶT −ＶTr
ef）を絶対値化したうえでアーク回転の１回転分につい
て波形の面積差の総和｜ΔＳG ｜を求めるべく前記
（１）式の右辺の積分を行う。一方、積分器１５ではＣ
r 部の位相θ1 〜θ2 の範囲についてのみ面積差Ｉcrを
求めるべく前記（２）式の右辺の積分を行う。これらの
積分値は符号判定器１６に送られ、前記（３）、（４）
式により符号の正負を判定し、Ｇ＞Ｇref のときは正の
ΔＳG を、Ｇ＜Ｇref のときは負のΔＳG をそれぞれ出
力する。
【００２１】さらに、ΔＳG 検出部１０の出力ΔＳG
は、比較器２１に入力され、ここでΔＳG の許容範囲＋
ΔＳ1 、−ΔＳ2 と比較され、比較結果をギャップ判定
器２３に入力する。ギャップ判定器２３では、ΔＳG が
許容範囲内にあるときには適正ギャップとしての信号
を、また、許容範囲の上限値＋ΔＳ1 あるいは下限値−
ΔＳ2 に達しているときには、不適正ギャップとしての
信号を溶接条件データベース２４に入力し、適正ギャッ
プのときにはそのままの溶接条件を維持するように、Δ
ＳG の許容範囲＋ΔＳ1 、−ΔＳ2 に達しているときに
は、次の大きさのギャップに適用すべき適正溶接条件に
変更するように、溶接条件データベース２４により溶接
条件をフィードバック制御しながら高速回転アーク溶接
が施工される。
は、比較器２１に入力され、ここでΔＳG の許容範囲＋
ΔＳ1 、−ΔＳ2 と比較され、比較結果をギャップ判定
器２３に入力する。ギャップ判定器２３では、ΔＳG が
許容範囲内にあるときには適正ギャップとしての信号
を、また、許容範囲の上限値＋ΔＳ1 あるいは下限値−
ΔＳ2 に達しているときには、不適正ギャップとしての
信号を溶接条件データベース２４に入力し、適正ギャッ
プのときにはそのままの溶接条件を維持するように、Δ
ＳG の許容範囲＋ΔＳ1 、−ΔＳ2 に達しているときに
は、次の大きさのギャップに適用すべき適正溶接条件に
変更するように、溶接条件データベース２４により溶接
条件をフィードバック制御しながら高速回転アーク溶接
が施工される。
【００２２】このように、予めルートギャップＧとΔＳ
G の関係を実験により求めておくことにより、ΔＳG の
符号から、現在のギャップＧが基準ギャップＧref より
大となったか、小となったか、あるいは基準ギャップＧ
ref のままであるかをインプロセスで認識することがで
きる。従ってまた、このΔＳG の算出結果から、現在の
ギャップＧに対応する適正な溶接条件に変更して溶接す
ることができるため、ルートギャップの変化に対応する
溶接条件適応制御が可能となる。
G の関係を実験により求めておくことにより、ΔＳG の
符号から、現在のギャップＧが基準ギャップＧref より
大となったか、小となったか、あるいは基準ギャップＧ
ref のままであるかをインプロセスで認識することがで
きる。従ってまた、このΔＳG の算出結果から、現在の
ギャップＧに対応する適正な溶接条件に変更して溶接す
ることができるため、ルートギャップの変化に対応する
溶接条件適応制御が可能となる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
溶接トーチの近傍に何らの検出器を用いることなく高速
回転アーク溶接法のアークセンサによる溶接電圧または
溶接電流の情報のみで、溶接中のアーク直下のルートギ
ャップの変化を認識でき、ルートギャップの変化に対応
して溶接中即時に適正溶接条件を変更適用することがで
きるという効果がある。また、アーク直下の溶融池の表
面形状の変化とルートギャップの変化との間の相関に基
づいて溶接現象を数式化モデルで表現し、適正溶接条件
のフィードバック制御を可能にしたものであるから、制
御系が安定し、従って、本発明の制御方法を用いれば、
実ワークに即応した安定かつ品質の高い溶接継手が得ら
れるという効果がある。
溶接トーチの近傍に何らの検出器を用いることなく高速
回転アーク溶接法のアークセンサによる溶接電圧または
溶接電流の情報のみで、溶接中のアーク直下のルートギ
ャップの変化を認識でき、ルートギャップの変化に対応
して溶接中即時に適正溶接条件を変更適用することがで
きるという効果がある。また、アーク直下の溶融池の表
面形状の変化とルートギャップの変化との間の相関に基
づいて溶接現象を数式化モデルで表現し、適正溶接条件
のフィードバック制御を可能にしたものであるから、制
御系が安定し、従って、本発明の制御方法を用いれば、
実ワークに即応した安定かつ品質の高い溶接継手が得ら
れるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】基準ギャップに対してルートギャップが変化し
たときの回転アークの溶接電圧の変化を示す波形図であ
る。
たときの回転アークの溶接電圧の変化を示す波形図であ
る。
【図２】アーク回転位置の定義図である。
【図３】回転アークの後方部においてアーク長が変化し
たとき、溶融池が後退する状況を示す説明図である。
たとき、溶融池が後退する状況を示す説明図である。
【図４】波形差ΔＳG とルートギャップＧの関係を示す
ΔＳG −Ｇ特性線図である。
ΔＳG −Ｇ特性線図である。
【図５】ルートギャップの増加、減少による波形差ΔＳ
G の変化を示す波形図である。
G の変化を示す波形図である。
【図６】本発明の溶接条件適応制御方法において使用す
る制御回路のブロック図である。
る制御回路のブロック図である。
１ 溶接トーチ ２ 溶接ワイヤ ３ 回転アーク ４ 溶融池 ５ 溶接ビード ６ 立板 ７ 下板 ８ 斜線部（ＶT 波形とＶTref波形の偏差部分） １１ 差動増幅器 １２ 波形メモリ １３ 差動増幅器 １４ 絶対値積分器 １５ 積分器 １６ 符号判定器 ２１ 比較器 ２２ しきい値設定器 ２３ ギャップ判定器 ２４ 溶接条件データベース ２５ ＣＡＤ／ＣＡＭシステム
フロントページの続き (72)発明者 勘定 義弘 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 村山 雅智 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−80971（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−24862（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−248571（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 9/095 B23K 9/127
Claims (1)
- 【請求項１】 高速回転アーク溶接法によって、アーク
センサ方式による溶接線ならいと溶接トーチ高さの制御
を行いながら溶接をしているときに、開先のルートギャ
ップＧの変化によって変化する、アーク直下の溶融池表
面形状の変化を、高速回転アークの溶接電圧または溶接
電流の波形によって認識し、現在のルートギャップＧに
対応する適正な溶接条件を適用するよう制御する溶接条
件適応制御方法において、 基準となるギャップＧref に対する適正溶接条件におけ
る前記溶接電圧または前記溶接電流の波形を基準波形と
して記憶しておき、前記基準波形に対する現波形の偏差
部分の面積｜ΔＳG ｜をアークの１回転分について求
め、さらにアーク回転位置の後方部における偏差部分の
積分の符号から波形差ΔＳG の正負を判定してΔＳG を
求め、このΔＳG の値とルートギャップＧの関係を予め
実験により求めておき、現在のΔＳG の値から現在のル
ートギャップＧを認識し、 Ｇ＝Ｇref に対する適正溶接条件にて、ルートギャップ
Ｇが変化する継手を溶接したときに得られる溶接ビード
形状、ビード高さ、脚長、または溶け込みより、ルート
ギャップＧの許容範囲＋Δｇ1 、−Δｇ2 を定め、前記
の方法で求めたΔＳG −Ｇ特性曲線から前記波形差ΔＳ
G の許容範囲＋ΔＳ1 、−ΔＳ2 を求め、このΔＳG が
前記許容範囲に達したら溶接条件をギャップがＧ＝Ｇre
f ＋Δｇ1 、またはＧ＝Ｇref −Δｇ2 に対して予め求
めている適正溶接条件に変更することを特徴とする溶接
条件適応制御方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07527597A JP3209138B2 (ja) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | 溶接条件適応制御方法 |
| DE69816839T DE69816839T2 (de) | 1997-03-27 | 1998-03-26 | Verfahren zur ermittlung der spaltbreite und lichtbogenschweisserverfahren mit anwendung des vorigen verfahrens |
| US09/381,784 US6150631A (en) | 1997-03-27 | 1998-03-26 | Method of detecting root gap and arc welding method using the former |
| EP98911014A EP1013370B1 (en) | 1997-03-27 | 1998-03-26 | Method of detecting root gap and arc welding method using the former |
| PCT/JP1998/001344 WO1998043773A1 (fr) | 1997-03-27 | 1998-03-26 | Procede de detection de l'ecartement des bords et procede de soudage a l'arc utilisant le procede susmentionne |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07527597A JP3209138B2 (ja) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | 溶接条件適応制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10263820A JPH10263820A (ja) | 1998-10-06 |
| JP3209138B2 true JP3209138B2 (ja) | 2001-09-17 |
Family
ID=13571527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07527597A Expired - Fee Related JP3209138B2 (ja) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | 溶接条件適応制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3209138B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7161903B2 (ja) * | 2018-09-28 | 2022-10-27 | 株式会社小松製作所 | 溶接装置および溶接方法 |
| CN112091374B (zh) * | 2020-09-11 | 2022-03-22 | 中国航发贵州黎阳航空动力有限公司 | 焊接间隙动态变化下的自动氩弧焊方法 |
-
1997
- 1997-03-27 JP JP07527597A patent/JP3209138B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10263820A (ja) | 1998-10-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |