JP3209139B2 - Welding condition adaptive control method - Google Patents

Welding condition adaptive control method

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JP3209139B2
JP3209139B2 JP07527697A JP7527697A JP3209139B2 JP 3209139 B2 JP3209139 B2 JP 3209139B2 JP 07527697 A JP07527697 A JP 07527697A JP 7527697 A JP7527697 A JP 7527697A JP 3209139 B2 JP3209139 B2 JP 3209139B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for adaptively controlling welding conditions in arc welding, and more particularly, to accurately detecting a change in a root gap immediately below an arc by using an arc sensor technology of a high-speed rotating arc welding method. In addition, the present invention relates to a welding condition adaptive control method for applying an appropriate welding condition in response to a change in the root gap.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an adaptive control technique relating to welding conditions, a skilled worker constructs a welding condition database, and determines appropriate welding conditions before welding by using welding information such as geometrical shape information of members and leg length. Has been decided. Therefore, the welding conditions during welding are open-loop control.
This is because the technology for sensing the root gap and the leg length of the groove in the in-process has not been established. However, as a conventional technology, there is a technology that controls the welding conditions by measuring the gap and detecting the bead width by combining an image processing device and a laser sensor.However, sensing the gap immediately below the arc during welding and feedback to the controller are performed. There is no technology to control welding conditions.

【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。
[0003] In the case of welding work by automatic equipment using a welding robot or the like, an operation program is created by an off-line program method before welding work. This operation program calculates operation path points such as welding start and end points, which are operation path points of the robot, and a posture change point due to interference avoidance processing based on CAD data, and sets welding conditions for the points. It is configured to assign parameters such as welding current, welding voltage, welding speed, and torch angle.

【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。
However, at the time of welding, there is a difference between the actual member and the CAD data. Therefore, the welding start point is detected by the wire touch sensor, and the welding operation is performed while controlling the groove during welding by the arc sensor. Welding is performed by sequentially interpolating path points. However, there is a problem that the method cannot cope with the change of the welding condition parameter accompanying the interpolation of the operation path point. That is, a feedback routine using an arc sensor or the like is performed for an operation path point, whereas open loop control is performed without feedback for welding conditions. Therefore, despite the existence of a gap in the actual member,
If welding is performed under the welding conditions selected in the CAD database before welding, the leg length may be insufficient and it may be difficult to maintain proper welding quality. In addition, such gaps are inevitably generated due to processing accuracy of the work, mounting accuracy, dynamic thermal deformation during welding, and the like.

【0005】[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。
Generally, in adaptive control, a controlled object is represented by a mathematical model, a dynamic behavior of the controlled object is estimated based on the mathematical model, and an optimum value is held. However, in the welding condition adaptive control, there is a problem that it is very difficult to express a welding phenomenon by a mathematical model because of many parameters and complicated intertwining. The present inventors have conducted intensive studies on this problem, and as a result, by using the well-known principle of a high-speed rotating arc sensor, there is a certain correlation between the change in the surface shape of the molten pool immediately below the arc and the change in the root gap. And succeeded in expressing the welding phenomenon with a mathematical model.

【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。
The present invention has been made based on such knowledge, and enables accurate detection of a root gap based on information of a welding phenomenon obtained by a high-speed rotating arc sensor. It is an object of the present invention to provide a method for adaptively controlling welding conditions in order to obtain a stable welding quality in response to welding.

【0007】[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、アークの1回転分の前記溶接
電圧または前記溶接電流の波形について、アーク回転位
置の後方部の位相区間θ1 〜θ2 の積分値から、その他
の区間θ2 〜(2π+θ1 )の積分値を減算して前記波
形の面積差SG を求め、一方、基準となるギャップGre
f に対する適正溶接条件における前記溶接電圧または前
記溶接電流の基準波形について、前記と同じ位相区間の
積分値の減算により求められる面積差をSGrefとして記
憶しておき、現波形における前記SG から前記SGrefを
減算することにより波形差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=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
するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method for adaptively controlling welding conditions according to the present invention, wherein a welding is performed while controlling the height of a welding line and the height of a welding torch by an arc sensor method by a high-speed rotating arc welding method. In addition, a change in the surface shape of the molten pool immediately below the arc, which is changed by a change in the root gap G of the groove, is recognized based on the waveform of the welding voltage or welding current of the high-speed rotating arc, and an appropriate value corresponding to the current root gap G is recognized. In the welding condition adaptive control method for controlling to apply the welding condition, the welding voltage or the welding current waveform for one rotation of the arc is calculated based on the integral value of the phase section θ1 to θ2 behind the arc rotation position, The area difference SG of the waveform is obtained by subtracting the integral value of the section θ2 to (2π + θ1), while the gap Gre serving as a reference is obtained.
For the reference waveform of the welding voltage or the welding current under the appropriate welding conditions for f, the area difference obtained by subtracting the integral value of the same phase section as above is stored as SGref, and the SG from the SG in the current waveform is stored as SGref. By subtraction, the waveform difference ΔSG is obtained, the relationship between the value of ΔSG and the root gap G is obtained in advance by experiments, the current root gap G is recognized from the current value of ΔSG, and the appropriate welding conditions for G = Gref are obtained. At, from the weld bead shape, bead height, leg length, or penetration obtained when welding a joint in which the root gap G changes,
The allowable ranges + Δg1 and −Δg2 of the root gap G are determined, and the allowable ranges + ΔS1 and −ΔS2 of the waveform difference ΔSG are determined from the ΔSG-G characteristic curve obtained by the above method. When the ΔSG reaches the allowable range, the welding conditions are determined. Is changed to an appropriate welding condition in which the gap is previously determined for G = Gref + Δg1 or G = Gref−Δg2.

【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。
First, the root gap detecting method according to the present invention is based on an arc sensor based on a high-speed rotating arc welding method in a fillet welding, a V-shaped butt welding, or the like. Is recognized by the waveform of the welding voltage VT or welding current I of the high-speed rotating arc. In this case, if the welding torch is displaced from the center of the groove, the detected waveform has an effect other than the fluctuation of the gap. Therefore, the VT waveform or I waveform is used, that is, the groove width direction is controlled by the groove profile control by the arc sensor. And the position in the height direction of the welding torch is controlled. The difference (area deviation) ΔSG of the welding voltage waveform VT when welding is performed at the gap G with respect to the reference welding voltage waveform VTref under appropriate welding conditions for the reference gap Gref has a certain correlation with the gap G. It turns out that there is. Therefore, if the ΔSG-G characteristic curve is obtained in advance by an experiment, the current root gap G can be recognized from the current detected value of ΔSG.

【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。
Next, in the welding condition adaptive control method of the present invention, the allowable range of the gap G + Δg 1, based on the weld bead shape, bead height, leg length, or penetration when welding is performed under appropriate welding conditions for G = Gref, −Δg 2 is determined, and ΔSG detected by the above method is compared with the allowable range of ΔSG + ΔS 1 from the ΔSG-G characteristic curve.
When ΔSG is within the allowable range, the welding conditions are unchanged, and when ΔSG reaches the allowable range, the welding conditions are set to G = Gref + Δg1 or G = Gre.
This is to change the welding conditions to f-Δg2 which are determined in advance as appropriate.

【0010】以下、本発明の原理について説明する。Hereinafter, the principle of the present invention will be described.

【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。
(1) Fluctuation of Welding Voltage Waveform due to Fluctuation of Root Gap of Groove FIG. 1 is a diagram showing an example of the waveform of the welding voltage VT that changes with the change of the gap G in fillet welding. In the drawing, Cf, R, Cr, and L indicate the rotational positions of the arc (see FIG. 2), and θ on the horizontal axis is the phase of the welding voltage waveform. FIG.
The VTref waveform (waveform indicated by the solid line) in FIG.
Is a reference welding voltage waveform when welding is performed under appropriate welding conditions when the value of the reference value is the reference value Gref, and VTAV is an average voltage of the VTref waveform. The positions of Cf, R, Cr and L are
As shown in FIG. 2, in one rotation of the rotating arc, the front center position of θ = 0 ° is Cf,
The right 90 ° position is R, the rear center position (180 °) is C
r, L is the position at 270 ° on the left side. These position signals are determined by pulse signals output from the encoder of the rotary motor of the welding torch.

【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。
The welding voltage waveform is highest at the positions of Cf and Cr and lowest at the positions of R and L under the influence of the arc length which changes according to the surface shape of the molten pool. Under these welding conditions, the welding voltage waveform when the gap G becomes larger than Gref is defined as a VT waveform (broken line) in FIG.
Is shown in That is, when the gap G becomes larger than Gref, VT> VTref in the range of the phase .theta.1 to .theta.2 in the Cr portion, and VT <VTref in other portions. This is because, as shown in FIG. 3, when the gap becomes large, the leg length (bead height) decreases, and the molten pool 4 immediately below the arc 3 recedes, so that the arc voltage of the Cr portion increases. Since the average voltage becomes constant by controlling the torch height of the welding torch 1, the arc voltage in other portions decreases.
Conversely, when the gap G becomes smaller than Gref, FIG.
As shown in FIG. 7, VT <VTref in the Cr portion, and VT> VTref in the other portions. 2 and 3, 1 is a welding torch, 2 is a welding wire, 3 is a rotating arc, 4 is a molten pool, 5 is a welding bead, 6 is a standing plate, and 7 is a lower plate.

【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。
(2) Method of Detecting Waveform Difference ΔSG From the results shown in FIG. 1, by detecting the welding voltage waveform without using any other detector during welding, that is, by using the arc sensor method, the arc immediately below the arc can be obtained. It can be seen that the change in the root gap can be detected. The sum of the area of the deviation portion (the hatched portion 8 in FIG. 1) of the current waveform VT with respect to the reference welding voltage waveform VTref for one rotation of the rotating arc can be recognized as the absolute value of the gap change amount with respect to the reference gap Gref. When the sign of the integral of the deviation of the voltage waveform in the phase θ1 to θ2 (Cr portion) is positive, G>
When Gref is negative, it can be determined that G <Gref.
The reason why the integral value is used instead of the instantaneous value of the voltage waveform is to prevent harmonic noise caused by the welding arc phenomenon from being superimposed on the voltage waveform, thereby preventing the influence. Although a voltage waveform is used here, a current waveform can be naturally used according to a well-known principle of an arc sensor, and a description thereof is omitted here.

【0014】(3)波形差ΔSG の求め方 図1の斜線部8の面積をCr 部(θ1 〜θ2 )とR、L
部(θ2 〜2π+θ1)の和で表示すると、
(3) How to Calculate Waveform Difference ΔSG The area of the hatched portion 8 in FIG.
When expressed as the sum of the parts (θ2 to 2π + θ1),

【数1】 (2)式の右辺第1項をSG 、第2項をSGrefとおく
と、
(Equation 1) If the first term on the right side of the equation (2) is SG and the second term is SGref,

【数2】 となる。(Equation 2) Becomes

【0015】この(3)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、基準波形をアークの1回転分の積分値の1データで
済むので検出装置は安価で済む。
From the equation (3), the value of the waveform difference ΔSG can be obtained. However, in an actual voltage waveform, the phases θ1 and θ2 vary considerably with each rotation of the rotating arc, or depending on welding conditions and gap values, so that it is not easy to detect them in-process. Therefore, it is given as an approximate value from the experimental results. According to the method for calculating ΔSG, the detection device can be inexpensive because the reference waveform can be one data of the integral value for one rotation of the arc.

【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。
(4) Method of Recognizing Root Gap The value of ΔSG obtained from the equation (3) corresponds to the amount of change in the gap, and has a substantially linear relationship with the root gap G as shown in FIG. Has been confirmed by experiment. The ΔSG-G characteristic line obtained here is obtained when welding is performed under an appropriate condition of G = Gref. Therefore, Δ
The current route gap can be recognized from the value of SG.

【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。
(5) Method of controlling welding conditions by recognizing the root gap The allowable range of the gap in which the weld bead shape, weld bead penetration, bead height, leg length, and the like obtained by proper welding conditions of G = Gref can be obtained properly. Is + g1 and -g2 as shown in FIG. 4, the permissible range of the waveform difference output .DELTA.SG is also obtained as + .DELTA.S1 and -.DELTA.S2 as shown in FIG.
Therefore, when ΔSG reaches this range, G = (Gref + Δ
g1) or (Gref-Δg2). FIG. 5 shows a change in the .DELTA.SG output waveform when the welding is started at G = Gn and thereafter the gap G increases or decreases by a thick solid line. Therefore, it is possible to apply the change of the appropriate welding conditions immediately during the welding to the change of the gap G, so that a stable and high quality welded joint can be always obtained regardless of the existence of the gap.

【0018】[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は図1の斜線部8の面積をCr 部
(θ1 〜θ2 )について積分するCr部積分器、13は
図1の斜線部8の面積をR、L部(θ2 〜2π+θ1 )
について積分するR・L部積分器、14はCr部積分器
12の積分値とR・L部積分器13の積分値との差、す
なわち前記(2)式の右辺第1項の偏差を求める差動増
幅器、15は前記(2)式の右辺第2項の積分値が記憶
されている積分値メモリ、16は前記(3)式によりS
G とSGrefの偏差を求める差動増幅器である。以上の差
動増幅器11、Cr部積分器12、R・L部積分器1
3、差動増幅器14、積分値メモリ15、および差動増
幅器16により、この制御回路のΔSG 検出部10を構
成している。
FIG. 6 is a block diagram showing an example of a control circuit used in the welding condition adaptive control method according to the present invention. 6, reference numeral 11 denotes a differential amplifier for amplifying a deviation between the current welding voltage VT0 detected by the arc sensor and the average voltage VTAV under welding line tracing control and torch height control. The Cr integrator 13 integrates the area of the hatched portion 8 with respect to the Cr portion (.theta.1 to .theta.2), and the R and L portions (.theta.2 to 2.pi. +. Theta.1) represent the area of the hatched portion 8 in FIG.
The R / L integrator 14 calculates the difference between the integrated value of the Cr integrator 12 and the integrated value of the R / L integrator 13, that is, the deviation of the first term on the right side of the above equation (2). The differential amplifier 15 is an integral value memory in which the integral value of the second term on the right side of the expression (2) is stored, and 16 is S in accordance with the expression (3).
This is a differential amplifier for obtaining a deviation between G and SGref. The above differential amplifier 11, Cr section integrator 12, and R / L section integrator 1
3, the differential amplifier 14, the integral value memory 15, and the differential amplifier 16 constitute a ΔSG detecting section 10 of the control circuit.

【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。
Reference numeral 21 denotes an output ΔSG of the ΔSG detecting unit 10;
Allowable range ΔS1, which is set in advance for ΔSG,-
A comparator 22 for comparing ΔS2 with the allowable range ΔS1
, -ΔS2, 23 is a gap determiner for determining whether the gap G is appropriate or not based on the output of the comparator 21; 24 is a CAD / CAM system 25.
Or a database of proper welding conditions provided by this system.
Appropriate welding conditions are:
Welding conditions such as welding current, welding voltage, welding speed, wire feed speed, etc. determined from the penetration of the weld bead, the bead height, and the leg length, and the above ΔSG-G characteristic curve, ΔS
The allowable range of G (+ ΔS1, −ΔS2) is stored.

【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。そして、現在のギャップGが基準
ギャップGref より変化したとき、差動増幅器11は出
力VT をCr部積分器12とR・L部積分器13に入力
し、Cr部積分器12により、図1の斜線部8の面積を
Cr 部(θ1 〜θ2 )について積分し、一方、R・L部
積分器13により、図1の斜線部8の面積をR、L部
(θ2 〜2π+θ1 )について積分する。これらの積分
値は差動増幅器14に入力され、この差動増幅器14で
前記(3)式の右辺第1項のSG を計算し、出力SG と
して積分値メモリ15および差動増幅器16に与えられ
る。積分値メモリ15では、基準ギャップGref に対応
する基準溶接電圧波形VTrefのCr 部(θ1 〜θ2 )お
よびR、L部(θ2 〜2π+θ1 )について図1の斜線
部8の面積を積分した値が記憶されているので、その記
憶されているSGrefを取り出し、このデータを差動増幅
器16に入力する。そして、この差動増幅器16におい
て前記(3)式の右辺第1項と第2項の偏差を計算し、
差動増幅器16によりΔSG を出力する。
In the ΔSG detecting section 10, the current welding voltage VT0 detected by the arc sensor and the reference value are compared with the current welding voltage VT0 detected by the arc sensor during the welding while performing the groove contouring control and the torch height control by the arc sensor of the high-speed rotating arc welding. The average voltage VTAV under the proper welding conditions for the gap Gref is input to the differential amplifier 11, and the differential amplifier 11 outputs the deviation VT. When the current gap G has changed from the reference gap Gref, the differential amplifier 11 inputs the output VT to the Cr part integrator 12 and the R / L part integrator 13, and the Cr part integrator 12 The area of the hatched portion 8 is integrated for the Cr portion (θ1 to θ2), while the area of the hatched portion 8 in FIG. 1 is integrated for the R and L portions (θ2 to 2π + θ1) by the RL integrator 13. These integrated values are input to the differential amplifier 14, which calculates SG of the first term on the right side of the above equation (3), and is provided as an output SG to the integrated value memory 15 and the differential amplifier 16. . The integrated value memory 15 stores a value obtained by integrating the area of the hatched portion 8 in FIG. 1 for the Cr portion (θ1 to θ2) and the R and L portions (θ2 to 2π + θ1) of the reference welding voltage waveform VTref corresponding to the reference gap Gref. Then, the stored SGref is taken out, and this data is input to the differential amplifier 16. Then, the differential amplifier 16 calculates a deviation between the first term and the second term on the right side of the equation (3),
ΔSG is output by the differential amplifier 16.

【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。
Further, the output ΔSG of the ΔSG detecting section 10
Is input to the comparator 21, where the allowable range of ΔSG is +
Are compared with ΔS1 and −ΔS2, and the comparison result is input to the gap determination unit 23. When ΔSG is within the allowable range, the gap determination unit 23 outputs a signal as an appropriate gap, and outputs the upper limit value of the allowable range + ΔS1 or the lower limit value −
When ΔS2 has been reached, a signal indicating an improper gap is input to the welding condition database 24.
When the allowable range of SG reaches + ΔS1 and −ΔS2, the high-speed rotating arc welding is performed while the welding conditions are feedback-controlled by the welding condition database 24 so as to change to the appropriate welding conditions to be applied to the next gap. Will be constructed.

【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、現在のΔ
SG の値から、現在のギャップGを認識することがで
き、これにより現在のギャップ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Gref 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。
As described above, the route gap G and ΔS
By determining the relationship of G experimentally, the current Δ
From the value of SG, the current gap G can be recognized, whereby the current gap G becomes the reference gap Gref.
It can be recognized in-process whether it has become larger, smaller, or remains at the reference gap Gref. Further, since the welding result can be changed to an appropriate welding condition corresponding to the current gap G from the calculation result of ΔSG, welding condition adaptive control corresponding to a change in the root gap can be performed.

【0023】[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。
As described above, according to the present invention,
Without using any detector near the welding torch, only the information of welding voltage or welding current by the arc sensor of the high-speed rotating arc welding method can recognize the change of the root gap just below the arc during welding, and the change of the root gap Accordingly, there is an effect that appropriate welding conditions can be changed and applied immediately during welding. In addition, since the welding phenomenon is represented by a mathematical model based on the correlation between the change in the surface shape of the molten pool immediately below the arc and the change in the root gap, feedback control of appropriate welding conditions has been enabled, The control system is stable, therefore, if the control method of the present invention is used,
There is an effect that a stable and high-quality welded joint can be obtained immediately corresponding to the actual work.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIG. 1 is a waveform diagram showing a change in welding voltage of a rotating arc when a root gap changes with respect to a reference gap.

【図2】アーク回転位置の定義図である。FIG. 2 is a definition diagram of an arc rotation position.

【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。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a situation in which a molten pool retreats when an arc length changes in a rear part of a rotating arc.

【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。
FIG. 4 is a ΔSG-G characteristic diagram showing a relationship between a waveform difference ΔSG and a root gap G.

【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。
FIG. 5 is a waveform difference ΔS due to increase and decrease of the root gap.
FIG. 9 is a waveform chart showing a change in G.

【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。
FIG. 6 is a block diagram of a control circuit used in the welding condition adaptive control method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 Cr部積分器 13 R・L部積分器 14 差動増幅器 15 積分値メモリ 16 差動増幅器 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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Welding torch 2 Welding wire 3 Rotating arc 4 Weld pool 5 Weld bead 6 Standing plate 7 Lower plate 8 Hatched part (deviation part of VT waveform and VTref waveform) 11 Differential amplifier 12 Cr part integrator 13 R ・ L part integrator Reference Signs List 14 differential amplifier 15 integrated value memory 16 differential amplifier 21 comparator 22 threshold value setting device 23 gap judgment device 24 welding condition database 25 CAD / CAM system

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 Continuation of the front page (72) Inventor Yoshihiro Hashi 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Kokan Co., Ltd. (72) Inventor Masatomo Murayama 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Kokan Co., Ltd. (56) reference Patent Sho 63-80971 (JP, a) JP Akira 62-24862 (JP, a) JP Akira 62-248571 (JP, a) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 7 , DB name) B23K 9/095 B23K 9/127

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【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、 アークの1回転分の前記溶接電圧または前記溶接電流の
波形について、アーク回転位置の後方部の位相区間θ1
〜θ2 の積分値から、その他の区間θ2 〜(2π+θ1
)の積分値を減算して前記波形の面積差SG を求め、
一方、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基準波形に
ついて、前記と同じ位相区間の積分値の減算により求め
られる面積差をSGrefとして記憶しておき、現波形にお
ける前記SG から前記SGrefを減算することにより波形
差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。
1. An arc which changes due to a change in a root gap G of a groove when welding is performed by controlling a welding torch height and a welding line by an arc sensor by a high-speed rotating arc welding method. In a welding condition adaptive control method of recognizing a change in the surface shape of a molten pool immediately below by a welding voltage or a welding current waveform of a high-speed rotating arc and controlling to apply an appropriate welding condition corresponding to the current root gap G, With respect to the waveform of the welding voltage or the welding current for one rotation of the arc, the phase section θ1 behind the arc rotation position.
From the integrated value of .theta.2, the other sections .theta.2 to (2.pi. +. Theta.1
) Is subtracted to obtain an area difference SG of the waveform,
On the other hand, with respect to the reference waveform of the welding voltage or the welding current under the proper welding conditions for the reference gap Gref, the area difference obtained by subtracting the integral value of the same phase section as above is stored as SGref, and The waveform difference ΔSG is obtained by subtracting the SGref from the SG, the relationship between the value of the ΔSG and the root gap G is previously obtained by an experiment, and the current root gap G is recognized from the current ΔSG value. = Appropriate range of root gap G + Δg 1, −Δg 2 is determined from the weld bead shape, bead height, leg length, or penetration obtained when welding a joint having a variable root gap G under appropriate welding conditions for Gref. From the ΔSG-G characteristic curve obtained by the above method, the waveform difference ΔS
The allowable ranges of G + ΔS1 and −ΔS2 are obtained. When the ΔSG reaches the allowable range, the welding conditions are changed to G = Gre.
A welding condition adaptive control method characterized in that f + .DELTA.g1 or G = Gref-.DELTA.g2 is changed to an appropriate welding condition previously determined.
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