JP3447217B2 - コンジットライナーの寿命評価方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動的に溶接を実
施する自動アーク溶接装置や溶接ロボットにおいて、溶
接心線送給装置から繰出される溶接心線を案内して溶接
トーチに導出するコンジットライナーの寿命評価方法お
よび装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】心線送給装置から繰出される溶接心線
を、作業アームにより任意の溶接狙い位置に移動される
溶接トーチにスムーズに送り出すために、溶接心線の送
給経路はフレキシブルである必要があり、このため任意
方向に溶接心線を案内可能なコンジットライナーがスプ
リングを介して設けられている。

【０００３】このコンジットライナーの摩耗や溶接心線
の摩耗滓の詰まりなどにより、溶接心線のスムーズな送
給が阻害されて溶接不良の要因となるため、作業者が溶
接が不安定となる状態を観察した時に、経験に基づいて
コンジットライナーを新しいものと交換していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、作業者の判断
では、個人により偏りが発生して、融合不良やブローホ
ールなどの溶接欠陥が発生するおそれがある。また、一
定の使用時間経過ごとに交換を義務付けることも可能で
あるが、溶接姿勢の変動状態や溶接心線の曲がり状態で
コンジットライナーの摩耗状態が大きく変化するため、
信頼性がなく合理的でない。

【０００５】本発明は上記問題点を解決して、コンジッ
トライナー交換時期を正確に検知できるコンジットライ
ナーの寿命評価方法および装置を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の請求項１記載の発明は、溶接用定電圧電源装
置から溶接トーチに供給される溶接電流の変化を検出
し、溶接電流の変動幅が通常時の３０％以下となり電流
値が低下する状態の発生頻度が一定時間内で所定の回数
となった時に、コンジットライナーが使用限界にあるこ
とを判断するものである。

【０００７】また請求項２記載の発明は、溶接用定電圧
電源装置から溶接トーチに供給される溶接電圧の変化を
検出し、溶接電圧の変動幅が通常時の３０％以下となり
電圧値が上昇する状態の発生頻度が一定時間内で所定の
回数となった時に、コンジットライナーが使用限界にあ
ることを判断するものである。

【０００８】さらに請求項３記載の発明は、溶接用定電
圧電源装置から溶接トーチに供給される溶接電流を検出
する電流計とこの溶接電流の数ヘルツ以下の変化を通す
フィルタとを有する溶接電流検出部を設け、前記溶接電
流検出部により検出された溶接電流値から通常時の変動
値を検出するとともに、この通常の変動値の約３０％以
下となり電流値が低下する変動が一定時間内に所定回数
以上検出された時に、コンジットライナーが使用限界に
あると判断して限界信号を出力する寿命判断部を設け、
この寿命診断部からの限界信号により使用限界を告知す
る表示部を設けたものである。

【０００９】さらにまた請求項４記載の発明は、溶接用
定電圧電源装置から溶接トーチに印加される溶接電圧を
検出する電圧計とこの溶接電圧の数ヘルツ以下の変化を
通すフィルタとを有する溶接電圧検出部を設け、前記溶
接電圧検出部により検出された溶接電圧値から通常時の
変動幅を検出するとともに、この通常の変動幅の約３０
％以下となり電圧値が上昇する変動が一定時間内に所定
回数以上検出された時に、コンジットライナーが使用限
界にあると判断して限界信号を出力する寿命判断部を設
け、このチップ診断部からの限界信号により使用限界を
告知する表示部を設けたものである。

【００１０】上記発明によれば、コンジットライナーの
摩耗程度を、アーク長の変化に起因して発生する溶接電
流または溶接電圧の変動により、客観的に判断すること
ができるので、溶接欠陥が発生する前に正確にコンジッ
トライナーの交換を実施することができ、コンジットラ
イナーの摩耗に起因する融合欠陥やブローホールなどの
溶接欠陥の発生を未然に防止することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】ここで、本発明に係る溶接用コン
ジットライナーの寿命評価装置の実施の形態を図１〜図
６に基づいて説明する。

【００１２】図１に示すように、このガスシールドアー
ク溶接（パルス溶接）を行う自動溶接ロボットには、溶
接トーチ１の溶接チップ１ａに一定の送給力で溶接心線
３を供給する溶接心線送給装置２が配設され、この溶接
心線供給装置２には、溶接心線３が巻回された収納リー
ル４と、溶接心線３の湾曲を矯正する心線矯正器５と、
一定の送給力で溶接心線３を供給する送給ローラ６と、
ばね７によりフレシキブルに支持されて溶接心線３を溶
接トーチ１に沿う方向に案内するコンジットライナー８
とが具備されている。また、溶接用定電圧電源９から電
源ケーブル１０を介してワーク１１と溶接トーチ１に溶
接電流が供給されている。

【００１３】次に図２〜図４を参照して、コンジットラ
イナー８の使用時間経過に伴う溶接電流および溶接電圧
の変化を説明する。すなわち、コンジットライナー８の
使用時間が長くなると、コンジットライナー８のガイド
孔が摩耗し、完全に矯正されていない溶接心線３の形状
や溶接トーチ１の変位、移動に伴って引っ掛かりが生じ
てスムーズに給送されず、溶接心線３の先端部からワー
ク１１の間に形成されるアーク長さＬが変化し、アーク
長さＬの変化に伴って溶接電流Ｉおよび溶接電圧Ｖが変
化する。

【００１４】ところで、このアーク長さＬと、溶接電圧
Ｖの関係は、図３に示すように、アーク長さＬが大きく
なるほど溶接電圧が高くなる比例関係にあり、また溶接
電圧Ｖと溶接電圧Ｉの関係は、アークの動特性により、
アーク長さＬ＝大の場合とアーク長さＬ＝小の場合とで
異なり、図４に示す２つの曲線に示す通りである。ここ
で、定電圧電源９を使用すると、２点が現われるが、電
流Ｉの低い点は不安定点であるため、通常電流Ｉの高い
安定点が選択されている。したがって、電圧が一定であ
る場合、アーク長さＬが大きくなると電流Ｉは低く、反
対にアーク長さＬが小さくなると溶接電流Ｉは高くな
る。また、この溶接電流Ｉの変化に伴って溶接電圧Ｖに
変化が生じる。

【００１５】図５に示すように、コンジットライナー８
が新しく使用時間が短い場合には、定電圧電源９による
パルス波形に応答して現われる溶接電流Ｉおよび溶接電
圧Ｖ（図８）の振幅はそれぞれほぼ一定である。しか
し、コンジットライナー８の使用時間が累積されて摩耗
が増大し寿命（溶接欠陥が発生しやすい状態）となる
と、図６に示すように、アーク長さＬの変化に起因して
不連続な変化、すなわち、溶接電流Ｉでは振幅が通常時
の約１／３以下となり、平均電流Ｉが低下する現象がた
びたび現われることになる。またこの時の溶接電圧Ｖ
も、振幅が通常時の約１／３以下となり、平均電圧Ｖが
低下する現象がたびたび現われる。本発明では、この変
化を読み取ることにより、コンジットライナー８の適正
な交換時期を検知するものである。

【００１６】すなわち、本発明に係る寿命評価装置２１
の第１の構成は、図１に示すように、溶接電流検出部２
２とコンジットライナー寿命判断部２３と表示部である
限界表示ランプ２４とで構成されている。溶接電流検出
部２２には、溶接用定電圧電源装置９から溶接トーチ１
に供給される溶接電流を検出する電流計２５と、この溶
接電流の数ヘルツ以下の変化を通すフィルタ２６とが設
けられている。またコンジットライナー寿命判断部２３
には、溶接電流検出部２２により検出された溶接電流値
から溶接パルス波形に応答する通常時の基準振幅を検出
する電流振幅検出部２７と、この基準振幅の約３０％以
下となる振幅が一定時間内に所定回数以上検出された時
に、コンジットライナー８が使用限界にあると判断して
限界信号を出力するコンジットライナー診断部２８とが
設けられてる。さらに限界表示ランプ２４は、コンジッ
トライナー診断部２８からの限界信号により点灯して作
業員に使用限界を告知するように構成されている。

【００１７】次にこの寿命評価装置１１によるコンジッ
トライナー８の寿命評価方法を説明する。 １．溶接ロボットが駆動されて、定電圧電源９から電源
ケーブル１０を介して溶接トーチ１とワーク１１に溶接
電流が供給され、溶接心線３とワーク１１との間にアー
クが形成されて肉盛り溶接される。たとえばここで実験
された溶接施工は、Ａｒガス８０％−ＣＯ₂ ２０％の混
合ガスシールドアーク溶接で、溶接電流は３００Ａであ
る。この時、溶接心線３は、送給ローラ６により収納リ
ール４から一定の送給力で繰出されて溶接トーチ１に所
定の送給速度で供給されている。

【００１８】２．溶接電流検出部２２では電流計２５に
より溶接電流が検出される。この時、フィルタ２６を介
して検出される電流波形は、定電圧電源９で付加された
パルス波形に応答されて一定の基準振幅ａ、たとえば４
０〜５０Ａの振幅でほぼ一定で連続する波形が見られ
る。

【００１９】３．しかし、使用時間が長くなりコンジッ
トライナー８が摩耗してくると、図６に示すように、コ
ンジットライナー８内での摩擦や摩耗滓の詰まりにより
溶接心線３に送給遅れが生じてアーク長さＬが拡大され
る現象が発生し、これに起因して正常な振幅ａ＝たとえ
ば５０Ａの３０％以下となる不良振幅ｂ＝１５Ａが表れ
始め、この不良振幅ｂは不等間隔で発生する。コンジッ
トライナー診断部２８では、この一秒間以上保持される
不良振幅ｂの発生頻度（度数）をカウントして一定時間
内に所定回数（度数）以上（たとえば１分内に３回以
上）検出された時に、コンジットライナー８が使用限界
にあると判断して使用限界信号を出力する。

【００２０】４．コンジットライナー診断部２８の使用
限界信号により、限界表示ランプ２４が点灯されて作業
員にコンジットライナー８が使用限界にあることを知ら
せる。

【００２１】上記実施の形態によれば、コンジットライ
ナー８の摩耗や摩耗滓の詰まりにより溶接心線の送給遅
れが生じ、この送給遅れによるアーク長さＬの変化に起
因して生じる溶接電流の変化から、コンジットライナー
８の摩耗程度を正確に検知することができるので、適正
なコンジットライナー８の交換時期を知ることができ
る。また、フィルタ２６を介して溶接電流の比較的周期
の大きい変動を検出し、この基準振幅ａの３０％以下と
なる不良振幅ｂが、一定時間内に所定回数（度数）以上
検出された時に、コンジットライナー８が使用限界を判
断し、限界表示ランプ２４により作業員に溶接チップ１
の交換時期を知らせるので、従来の交換時期を、作業員
の経験や勘に頼って判断するのに比べて、合理的なコン
ジットライナー８の交換が行え、また使用可能なコンジ
ットライナー８を交換してしまうこともなく、使用限界
を越えてコンジットライナー８を使用し溶接不良を出す
こともない。

【００２２】本発明に係るコンジットライナーの寿命評
価装置の第２の構成は、溶接電流に代えて溶接電圧を使
用したもので、図７〜図９に基づいて説明する。ここ
で、先の実施の形態と同一の部材には同一の符号を付し
て説明は省略する。

【００２３】この寿命評価装置３１は、溶接電圧検出部
３２とコンジットライナー寿命判断部３３と表示部であ
る限界表示ランプ３４とで構成されている。前記溶接電
圧検出部３２には、溶接用定電圧電源装置９から溶接ト
ーチ１に供給される溶接電圧を検出する電圧計３５と、
この溶接電流の数ヘルツ以下の変化を通すフィルタ３６
とが設けられている。またコンジットライナー寿命判断
部３３には、溶接電圧検出部３２により検出された溶接
電圧値から溶接パルス波形に応答する通常時の基準振幅
を検出する電圧振幅検出部３７と、この基準振幅の約３
０％以下となる振幅が一定時間内に所定回数以上検出さ
れた時に、コンジットライナー８が使用限界にあると判
断して限界信号を出力するコンジットライナー診断部３
８とが設けられてる。さらに限界表示ランプ３４は、コ
ンジットライナー診断部３８からの限界信号により点灯
して作業員に使用限界を告知するように構成されてい
る。

【００２４】上記構成において、溶接時、フィルタ３６
を介して検出される電圧波形は、定電圧電源９で付加さ
れたパルス波形に応答されて一定の基準振幅ｃ、たとえ
ば０〜３Ｖの振幅でほぼ一定で連続する波形が見られ
る。図８に示すように、使用時間が長くなりコンジット
ライナー８が摩耗してくると、図９に示すように、コン
ジットライナー８内での摩擦により溶接心線３に送給遅
れが生じてアーク長さＬが発生し、これに起因して正常
な振幅ｃ＝たとえば３Ｖの３０％以下となる不良振幅ｄ
＝１Ｖが表れ始め、この不良振幅ｄは不等間隔で発生す
る。コンジットライナー診断部２８では、この１秒以上
保持される不良振幅ｄの発生頻度（度数）をカウントし
て一定時間内に所定回数（度数）以上（たとえば１分内
に３回）検出された時に、コンジットライナー８が使用
限界にあると判断して使用限界信号を出力する。

【００２５】上記構成によれば、第１の構成と同様の作
用効果を奏することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上に述べたごとく本発明によれば、コ
ンジットライナーの摩耗程度を、アーク長の変化に起因
して発生する溶接電流または溶接電圧の変動により、客
観的に判断することができるので、溶接欠陥が発生する
前に正確にコンジットライナーの交換を実施することが
でき、コンジットライナーの摩耗に起因する融合欠陥や
ブローホールなどの溶接欠陥の発生を未然に防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るコンジットライナーの寿命評価装
置の第１の実施の形態を示す構成図である。

【図２】同溶接アーク長さの説明図である。

【図３】同アーク長さと溶接電圧の関係を示すグラフで
ある。

【図４】同溶接電圧と溶接電流の関係を示すグラフであ
る。

【図５】同新設コンジットライナー使用時の溶接電流の
変化を示すグラフである。

【図６】同使用限界のコンジットライナー使用時の溶接
電流の変化を示すグラフである。

【図７】本発明に係るコンジットライナーの寿命評価装
置の第２の実施の形態を示す構成図である。

【図８】同新設コンジットライナー使用時の溶接電圧の
変化を示すグラフである。

【図９】同使用限界のコンジットライナー使用時の溶接
電圧の変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 溶接トーチ ２ 溶接心線送給装置 ３ 溶接心線 ４ 収納リール ５ 心線矯正器 ６ 送給ローラ ７ 溶接用定電圧電源 １１ ワーク ２１ 寿命評価装置 ２２ 溶接電流検出部 ２３ 寿命判断部 ２４ 限界表示ランプ ２５ 電流計 ２６ フィルタ ２７ 電流振幅特定部 ２８ コンジットライナー診断部 ３１ 寿命評価装置 ３２ 溶接電流検出部 ３３ 寿命判断部 ３４ 限界表示ランプ ３５ 電流計 ３６ フィルタ ３７ 電流振幅特定部 ３８ コンジットライナー診断部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中谷 光良 大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番 89号 日立造船株式会社内 (72)発明者 武田 慎之助 大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番 89号 日立造船株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−57438（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−318372（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 9/10 B23K 9/12 301 B23K 9/127 507 B23K 9/133 504 B23K 31/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接用定電圧電源装置から溶接トーチに供
   給される溶接電流の変化を検出し、溶接電流の変動幅が
   通常時の３０％以下となり電流値が低下する状態の発生
   頻度が一定時間内で所定の回数となった時に、コンジッ
   トライナーが使用限界にあることを判断することを特徴
   とするコンジットライナーの寿命評価方法。
2. 【請求項２】溶接用定電圧電源装置から溶接トーチに供
   給される溶接電圧の変化を検出し、溶接電圧の変動幅が
   通常時の３０％以下となり電圧値が上昇する状態の発生
   頻度が一定時間内で所定の回数となった時に、コンジッ
   トライナーが使用限界にあることを判断することを特徴
   とするコンジットライナーの寿命評価方法。
3. 【請求項３】溶接用定電圧電源装置から溶接トーチに供
   給される溶接電流を検出する電流計とこの溶接電流の数
   ヘルツ以下の変化を通すフィルタとを有する溶接電流検
   出部を設け、 前記溶接電流検出部により検出された溶接電流値から通
   常時の変動幅を検出するとともに、この通常の変動幅の
   約３０％以下となり電流値が低下する変動が一定時間内
   に所定回数以上検出された時に、コンジットライナーが
   使用限界にあると判断して限界信号を出力する寿命判断
   部を設け、 この寿命診断部からの限界信号により使用限界を告知す
   る表示部を設けたことを特徴とするコンジットライナー
   の寿命評価装置。
4. 【請求項４】溶接用定電圧電源装置から溶接トーチに印
   加される溶接電圧を検出する電圧計とこの溶接電圧の数
   ヘルツ以下の変化を通すフィルタとを有する溶接電圧検
   出部を設け、 前記溶接電流検出部により検出された溶接電流値から通
   常時の変動幅を検出するとともに、この通常の変動幅の
   約３０％以下となり電圧値が上昇する変動が一定時間内
   に所定回数以上検出された時に、コンジットライナーが
   使用限界にあると判断して限界信号を出力する寿命判断
   部を設け、 このチップ診断部からの限界信号により使用限界を告知
   する表示部を設けたを具備したことを特徴とするコンジ
   ットライナーの寿命評価装置。