JP3793750B2 - 薄板の重ね接合用パルスプラズマ自動溶接方法及びその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄板の重ね接合用パルスプラズマ自動溶接方法及び装置に関し、メンブレーン型ＬＮＧ貯蔵タンクの内面に設置されて平面及び曲面部位を備える薄板ステンレス鋼の重ね接合部をプラズマ自動溶接により最適条件で迅速に溶接することができる薄板の重ね接合用パルスプラズマ自動溶接方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に溶接は接合しようとする２つの金属材料、即ち、母材の接合部を加熱し溶融または半溶融状態にし母材だけでまたは母材と溶加材を融合し接合する方法で、アーク溶接、ガス溶接、テルミット溶接、エレクトロスラグ溶接、電子ビーム溶接等々に分類される。アーク溶接の場合、電極の消耗の可否により使用電極が消耗される消耗式と、使用電極が消耗されない非消耗式溶接法に分類される。これらの中で、非消耗式溶接法の代表的な溶接技法にガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ，ガスタングステンアークウェルディング）及びプラズマ溶接等があり、各々固有な特性と使用用途によって手動または自動溶接に分類できる。
【０００３】
前記ガスタングステンアーク溶接は、Ａｒ、Ｈｅ等のような不活性ガスを保護ガス（シールドガス）に使用しながら非消耗性電極であるタングステン電極と母材間に発生されたアーク熱で母材を溶融させ接合する溶接法で、別途の溶加材を供給し母材と共に溶融させたりもする。保護ガスには母材とタングステン電極棒の酸化を防ぐため不活性ガスであるＡｒやＨｅ等を使用することでＴＩＧ（タングステンイナートガス）溶接ともいう。本溶接法は全ての溶接姿勢に適用可能で、アークが非常に安定されて溶接部品質に優れることから酸化や窒化等に敏感な材質の溶接や低加熱・高品質構成が要求される場合に使用される。
【０００４】
前記プラズマアーク溶接は高速噴出されるプラズマジェットを利用した溶接法で、ＴＩＧ溶接の特殊な形態ということができる。プラズマ溶接には保護ガス以外にもプラズマガスが別途に供給されて、タングステン電極棒は水冷型収縮ノズル内部に位置する。この溶接法の特徴はアークが収縮ノズルにより収縮され円筒形状を備えるためノズルと母材との間の距離が変わったとしてもアーク熱源を受ける母材部位の面積はほとんど変わらないということである。結局プラズマアーク溶接は収縮ノズルによりアークの集中性を向上させた側面を除いてＴＩＧ溶接工程とほとんど同一といえる。
【０００５】
また、パルス電流は真の定電流源は溶接作業中常に同一の電流値を供給するためアークの長さにより電流値が変化しないことからアークの長さが制限されているＧＴＡＷ及びプラズマ溶接に非常に大きな利点がある。
【０００６】
しかし、溶融溜及び浸透の大きさを調整するため電流の変化が要求され２段階水準の電流を連続的に変化させながら供給してくれる機械装置が開発された。この際、出力される電流がパルス状波を有するのでこれをパルス電流という。このようなパルス溶接法は位置ずれ溶接や片面溶接部の初層溶接用に多く使用されるが、これは溶融金属が流れ落ちることを防止することで溶接を正しく進行するのに非常に有利なためである。
【０００７】
従来には前記の溶接方法の中で、装備の構成、制御、信号伝達等の困難により薄板の重ね接合部にＴＩＧ溶接法を使用した。しかし、薄板の重ね接合部は直線部と曲線部とを備え、特に曲線部の場合溶接トーチの指向方位が連続的に変化されるのみならず加工誤差や嵌合時生ずる組立誤差等により健全な溶接結果を導き出すことが困難な問題点があった。
【０００８】
また、前記ＴＩＧ溶接はプラズマ溶接法に比べ溶接速度が遅く、これにより作業能率が低下されるだけでなく、薄板の平面部と曲面部の交差部や曲面部の変曲部位から溶接欠陥が多く発生される等色々な問題点があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記のような問題点を考慮しなされたもので、その目的は薄板の重ね接合部にプラズマ溶接を適用して、これにより作業能率及び生産性を向上させ、薄板の重ね接合部の各部位ごとに最適な条件を付与し溶接品質を向上させ得る薄板の重ね接合用パルスプラズマ自動溶接方法及びその装置を提供することである。
【００１０】
本発明は平面部と曲面部を備える薄板の重ね接合部の曲面部を多数個の区間に分割して、各区間別の最適溶接条件を付与し、光センサにより曲面部を感知し２個の接触式センサ敏感度を向上させると同時に２個の接触式センサ出力偏差値により溶接トーチのθ軸を移動させて、溶接トーチのθ軸に設置されたポテンシオメーターの出力電圧値により曲面部での溶接トーチ角度を認識した後、各区間に該当する検出電圧が認識されると、該当される区間の溶接条件を最適な溶接条件に可変／設定し薄板の重ね接合部をパルスプラズマ溶接することを特徴とする薄板の重ね接合用パルスプラズマ自動溶接方法及びその装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
平面及び曲面部を備える薄板の重ね接合部溶接時、溶接トーチの指向方位が変化することで優れた品質を得るためには溶接場の部位別に夫々他の溶接条件を適用しなければならない。特に、曲面開始部（頭部）と曲面終了部（足部）で溶接トーチの姿勢が正確でなかったり、溶接条件が適切でないと加熱過多、加熱不足等により所望する溶接ビードが生成されなかったり溶接欠陥が頻繁に発生する。よって、薄板の溶接場を複数区間に分けて、各部位に適合した最適な溶接条件を設定しなければならない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による全体構成を示し、図２は本発明による信号の流れの構成を示し、図６は本発明によるパルス溶接電流と時間との関係を示す。本発明は薄板の重ね接合部をパルスプラズマ溶接により溶接するもので、溶接トーチ１１０を移動させるキャリッジ１００と、キャリッジ１００が移動されるガイドレール１２０と、溶接トーチ１１０に溶接電力を供給するプラズマ溶接器部２００と、プラズマ溶接器部２００及び溶接トーチ１１０と連結されるプラズマガス貯蔵部３００及び保護ガス貯蔵部４００と、プラズマ溶接器部２００及びキャリッジ１００と連結される制御器部５００と、制御器部５００と連結されるインターフェース部６００とリモコン部７００及びタッチスクリーン部８００等を含んで構成される。
【００１３】
キャリッジ１００は溶接トーチ１１０が固定されていて、ガイドレール１２０にしたがい前／後移動されて、２個の接触式センサ１３０、１４０と光センサ１６０及びポテンシオメーター１７０が設置され部材の状態を認識し、トーチ角度を調節しながら走行する。
【００１４】
溶接トーチ１１０は走行方向であるＸ軸方向に溶接ラインに従い前後移動されて、Ｙ軸スライダーにより上下移動され、Ｚ軸スライダーにより溶接ラインを基準に左右移動されるようキャリッジ１００に設置される。
【００１５】
また、溶接トーチ１１０は溶接トーチ角移動用ドライバー１８０によるトーチ角移動モータ１９０により溶接部材９００に対応し溶接トーチ１１０が変化する角（以下‘θ軸’という）が部材面に垂直に変化するようになっている。
【００１６】
プラズマ溶接器部２００はパルス電流を出力して、保護ガス及びプラズマガスを別途制御する機能及びトーチを冷却する機能が内蔵されている。
【００１７】
タッチスクリーン８００は各区間別に可変される溶接条件を具体的に設定して、データを貯蔵し、表示する機能がある。また、タッチスクリーンは溶接部位の形状及び各部位別溶接条件の設定のため図式化され構成されている。
【００１８】
制御器部５００はＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）で具現され、溶接部の位置を認識する部分と、タッチスクリーンから入力された溶接条件が出力されるよう溶接器出力制御部分及び、溶接トーチを支持して溶接線に従い移動するキャリッジを制御する部分から構成されている。
【００１９】
タッチスクリーン８００と制御器部５００は通信ユニットを介して溶接条件を取り交わし、制御器部５００はタッチスクリーン８００を介して受けた溶接条件が出力されるよう溶接器に指令信号を送ると同時にキャリッジ１００を制御する。
【００２０】
キャリッジ１００に連結／設置されている２個の接触式センサ１３０、１４０は薄板の重ね接合部（溶接部材）に接触され感知するもので、キャリッジ１００の進行方向に対し溶接トーチ１１０より先行するよう設置されて、図７に示すように溶接トーチと走行方向（Ｘ軸）にキャリッジの同一線上に位置するよう設置されて、前記２個の接触式センサは一側の接触式センサ１４０が先行してまた他の接触式センサ１３０が後続するよう約１〜５ｍｍ間隔を維持して設置されている。この時、前記後続する接触式センサ１３０はトーチの高さ認識用センサで、先行する接触式センサ１４０は後続する接触式センサとの出力値の差を比較し現在部材角を認識するトーチ部材角認識用センサである。
【００２１】
即ち、前記２個の接触センサ１３０、１４０により薄板の重ね接合部（溶接部材）の表面状態が感知されて、接触式センサ１３０、１４０の感知信号は制御器部５００に入力されて、制御器部５００により溶接トーチ角移動用ドライバー１８０を作動しトーチ角移動モータ１９０を作動させる。
【００２２】
光センサ１６０は２個の接触センサの中から、先行する一側の接触センサ１４０と薄板の重ね接合部（溶接部材）との接触点より約１０〜１５ｍｍ程度先行する地点を検出（光センサポイント）するようキャリッジ１００に設置されて、薄板の重ね接合部の平面部９１０から曲面部９２０への変化地点を検出する。光センサ１６０は非接触式センサとして、センサと部材との距離により出力される値が変わる。即ち、キャリッジ１００が薄板の重ね接合部の平面部９１０を移動する場合、センサと部材との距離に変化がないため、測定される値は‘オフ’状態（平面認識状態）になり、キャリッジ１００が薄板の重ね接合部の平面部９１０上を移動し曲面部９２０に近接する場合、センサと部材との距離が近くなりこれにより測定される値は‘オン’状態（曲面認識状態）となる。
【００２３】
前記のように光センサ１６０により検出された曲面部９２０認識信号は制御器部５００に入力されて、制御器部５００では入力された光センサ１６０の検出信号により２個の接触式センサ１３０、１４０に対する敏感度を調節するようになっている。即ち、光センサ１６０により曲面部９２０が検出されると、前記曲面部検出信号は制御器部５００に伝送／入力されて、制御器部５００では前記曲面部検出信号により接触式センサ１３０、１４０の敏感度を‘高’に選択し増加させる。また、光センサ１６０により平面部９１０が検出されると、前記平面部検出信号は制御器部５００に伝送／入力されて、制御器部５００では平面部検出信号により接触式センサの敏感度を‘低’に選択し減少させるようになっている。
【００２４】
前記敏感度は接触式センサの検出能力を向上させたもので、敏感度を‘高’にする場合、接触式センサによる薄板の重ね接合部の表面状態検出間隔時間（２個の接触式センサ出力偏差値の検出間隔時間）が短くなって、検出された信号を迅速に処理（トーチ角移動モータに印加される指令信号の利得値を大きく）し溶接トーチ角移動用ドライバー１８０への信号伝達を迅速にする。平面部９１０から曲面部９２０への変換時、溶接トーチ１１０の回転を迅速で容易にできる。
【００２５】
また、敏感度を‘低’にする場合、接触式センサによる薄板の重ね接合部（溶接部材）の表面状態検出速度及び検出間隔時間が敏感度を‘高’に選択する時に比べて増えるよう、即ち、２個の接触式センサ出力偏差値の検出間隔時間を長くして、トーチ角移動モータに印加される指令信号の利得値を小さくし平面部９１０の溶接進行時不必要な検出を防止し溶接作業を容易にできる。
【００２６】
ポテンシオメーター１７０は光センサ１６０の曲面部９２０の感知により溶接トーチ角移動用ドライバー１８０及びトーチ角移動モータ１９０により回転される溶接トーチの回転角を測定するもので、光センサ１６０により曲面部９２０が検出されると、前記検出信号により制御器部５００により作動され溶接トーチ１１０の回転角が認識されて、認識された回転角に対する該当電圧値を出力し制御器部のゲート５１０に伝送／入力する。
【００２７】
即ち、前記薄板の接合部の溶接時、溶接トーチ１１０は特別な場合でなければ溶接部材に対し垂直を維持しなければならないため、薄板の重ね接合部の曲面部溶接時、溶接部材９００に対し溶接トーチ１１０が垂直を維持するためには曲面部９２０を多数個の区間に分割して、夫々の区間ごとに溶接トーチの角度を調節しなければならない。この時、前記溶接トーチの回転角はポテンシオメーター１７０により感知されて、ポテンシオメーター１７０は該当電圧値を出力、制御器部５００に入力し、制御器部５００ではポテンシオメーター１７０の出力値と予め設定された各区間別電圧値を比較し該当区間が最適な溶接条件で溶接されるよう溶接条件を可変する。
【００２８】
例えば、ポテンシオメーター１７０の出力電圧範囲を０〜１５Ｖにして、トーチのθ軸が左側（溶接トーチが左側に位置して、溶接部材が右側に位置する場合）に完全に移動した時を０Ｖ、トーチのθ軸が右側（溶接トーチが右側に位置して、溶接部材が左側に位置する場合）に完全に移動した時１５Ｖが出力されるよう設定すると、平面部９１０の溶接中には７Ｖが検出されて、曲面部９２０を上り始めながら電圧が７Ｖ以下に漸次減少し足部（平面部から曲面部への変化地点）近くで０Ｖが検出される。この際、溶接トーチは左側に位置する。また、曲面部９２０の頂上に向かって移動すると再び電圧が増加し頂上部分に到達すると再び７Ｖが検出される。また、再び曲面部９２０が徐々に下りてくると電圧が増加し足部（曲面部から平面部への変化地点）近くで１５Ｖが検出される。この時、前記溶接トーチは右側に位置する。また溶接トーチが再び平面部９１０に転換されるとポテンシオメーター１７０の出力電圧が１５Ｖから減少し７Ｖ状態に維持される。
【００２９】
このように本発明は２個の接触式センサ１３０、１４０により検出された感知信号は夫々の増幅器１５０を介し増幅された後制御器部５００に入力されて、アナログ−デジタル変換器５２０を介しデジタル信号に変換されゲート５１０に伝送／入力される。また、光センサ１６０により検出された感知信号は制御器部５００に入力されて入力された値により制御器部５００で敏感度部５３０の接触式センサの敏感度を調節すると同時にポテンシオメーター１７０により溶接トーチ１１０の回転角を測定し、前記調節された敏感度値及びポテンシオメーターの出力電圧値は制御器部のゲート５１０に伝送／入力される。
【００３０】
前記のように接触式センサの出力値、敏感度の高／低値及びポテンシオメーター測定値等多数個の値がゲート５１０に伝送／入力されると、ゲート５１０では入力された値により溶接トーチ角移動用ドライバー１８０を作動しキャリッジ１００に設置された溶接トーチ１１０の回転角を変更して、各区間により最適な溶接条件が付与される。
【００３１】
この際、前記各区間は溶接部材及び条件により必要に応じて多数個の区間に分割することができ、各区間別の最適な溶接条件変数にはパルス電流のピーク電流（Ｐ）、ベース電流（Ｂ）、パルス周波数（Ｆ）及び溶接速度等を使用することができる。前記ピーク電流（Ｐ）は母材を加熱及び溶融する役割をして、溶接部溶融に影響を及ぼす。前記ベース電流（Ｂ）は溶融溜を冷却したり凝固させる役割をする。また、パルス周波数（Ｆ）は溶接部全般にかけて一定の溶接ビード粒を得るのに影響を及ぼす。即ち、溶接速度が速い所ではパルス周波数を高めてやり、溶接速度が遅い所ではパルス周波数を低く設定し全体的に溶接速度が可変されても溶接ビード粒が一定間隔を維持するようになっている。また、各区間別溶接条件はタッチスクリーンを使用し具現し、溶接部位別形状、溶接部位別溶接条件を図式化し設定して貯蔵することで、使用者が便利に活用できるようになっている。
【００３２】
また、前記のような溶接条件の具現方法は曲面部９２０をポテンシオメーター１７０を介し認識して、所望する区間に該当するポテンシオメーター１７０の出力が出る所で溶接条件が可変されるよう制御器部５００から溶接器部２００に送り出す指令信号を調整する。
【００３３】
この際、適用された溶接条件の範囲には平面部９１０でピーク電流７０〜８０Ａ、ベース電流８〜２０Ａ、パルス周波数２〜５Ｈｚで、曲面部９２０でピーク電流３５〜５０Ａ、ベース電流８〜１５Ａ、パルス周波数１．５〜４Ｈｚである。
【００３４】
図３は本発明による薄板の区間分割状態を示し、図４は本発明による区間認識及び曲面部区間分割の流れを示した図、図５は本発明による作動状態を示した図である。平面部９１０では溶接トーチ１１０の角度変化がほとんどないため、前記に記載されたように平面部９１０では２個の接触式センサ１３０、１４０に対する敏感度を小さくし、誤差検出サンプリング時間を大きくしてもよいが、曲面部９２０では溶接条件が平面部９１０と異なるため、平面部９１０と区別する必要があり、溶接トーチ１１０の角度を屈曲変化に対応し調節しなければならない。
【００３５】
前記のように溶接トーチの角度を薄板の重ね接合部（溶接部材）の表面屈曲変化に対応するためには溶接トーチ角移動用ドライバー１８０により回転される溶接トーチの回転角を感知しなければならず、本発明は前記溶接トーチの回転角をポテンシオメーター１７０により感知して、これをゲート５１０に伝送／入力するようになっている。即ち、本発明のキャリッジ１００には光センサ１６０と２個の接触式センサ１３０、１４０及びポテンシオメーター１７０が設置されて、光センサ１６０の曲面部９２０の感知によりポテンシオメーター１７０が作動され、ポテンシオメーター１７０の作動により溶接トーチ１１０の回転角が検出されるようになっている。
【００３６】
次に、薄板の重ね接合部の溶接区間を図３に示したようにＣ１〜Ｃ６の６区間に分けて、これを実施例により詳細に説明する。
【００３７】
（実施例１）
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸スライダーにより溶接トーチを移動して、前記溶接トーチが設置されたキャリッジ１００がガイドレール１２０にしたがい前後移動されるキャリッジ１００の一側即ち、溶接トーチ１１０に先行する位置に２個の接触式センサ１３０、１４０を設置し、接触式センサ１３０、１４０に先行するようキャリッジ１００に光センサ１６０を設置する。
【００３８】
薄板の重ね接合部（溶接部材）にガイドレール１２０を設置して、ガイドレール１２０にしたがい溶接トーチ１１０が設置されたキャリッジ１００を移動させながら、薄板の重ね接合部（溶接部材）の溶接ラインにしたがい溶接する。
【００３９】
前記のように溶接ラインに沿ってキャリッジ１００が移動されると、光センサ１６０が溶接トーチ先端に位置する２個の接触式センサ１３０、１４０の中から、先行する接触式センサ１４０より約１０ｍｍ先端部を検出して、２個の接触式センサ１３０、１４０は薄板の重ね接合部の表面に接触されながら移動され表面状態を感知する。
【００４０】
この際、前記溶接トーチが薄板の重ね接合部の平面部（Ｃ１区間）を溶接する場合、平面部（Ｃ１区間）は表面に屈曲の変化がほとんどないため、光センサ１６０により検出される検出値に変化がなく、先行する接触式センサ１４０の出力値と後続する接触式センサ１３０の出力値間に偏差がなかったり極めて微細な偏差が発生するようになる。
【００４１】
前記のように接触式センサ１３０、１４０の出力値偏差がなく、光センサ１６０による屈曲変化感知がないなら、溶接トーチ１１０の角度は変化しないようになる。また、光センサ１６０による曲面部９２０の検出信号がないことで、ポテンシオメーター１７０による溶接トーチの回転角度を測定しないようになる。
【００４２】
また、この時には平面部を溶接するものであるため、使用電流を高く、溶接速度を速くする平面溶接条件を付与する。
【００４３】
（実施例２）
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸スライダーにより溶接トーチが移動して、前記溶接トーチが設置されたキャリッジ１００がガイドレールに沿って前後移動されるキャリッジ１００の一側即ち、溶接トーチに先行する位置に２個の接触式センサを設置し、前記接触式センサに先行するようキャリッジ１００に光センサ１６０を設置する。
【００４４】
薄板の重ね接合部にガイドレールを設置して、前記ガイドレールに沿って溶接トーチが設置されたキャリッジ１００を移動させながら、薄板の重ね接合部の溶接ラインに沿って溶接する。
【００４５】
前記のような溶接ラインに沿ってキャリッジ１００が移動されると、光センサ１６０が溶接トーチ先端に位置する２個の接触式センサ１３０、１４０の中から、先行する接触式センサ１４０より約１０ｍｍ先端部を検出（光センサポイント）して、２個の接触式センサ１３０、１４０は薄板の重ね接合部の表面に接触されながら移動され表面状態を感知する。
【００４６】
この際、光センサ１６０により薄板の重ね接合部の平面部９１０から曲面部９２０への転換地点（Ｃ２区間）が感知されると、前記感知された信号は制御器部５００に入力されて、制御器部５００によりポテンシオメーター１７０が作動されると同時に、制御器部の敏感度部５３０で接触式センサの敏感度が‘低’から‘高’に変換され、制御器部５００により溶接トーチ角移動用ドライバー１８０が作動され溶接トーチの進行方向に対し溶接品質に影響を与えない範囲で前進角に垂直方向から約６〜７゜の予備傾きを溶接トーチ１１０に付与する。この際、前記溶接トーチに付与される予備傾きの回転程度はポテンシオメーター１７０により感知され、光センサ１６０のポイントは接触式センサ１４０より約１０〜１５ｍｍ先端地点にあるため、実際には曲面部９２０の開始点より約１０〜１５ｍｍ先立った地点から曲面部９２０の溶接条件が出力される。
【００４７】
（実施例３）
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸スライダーにより溶接トーチが移動して、前記溶接トーチが設置されたキャリッジ１００がガイドレールに沿って前後移動されるキャリッジ１００の一側即ち、溶接トーチに先行する位置に２個の接触式センサを設置し、前記接触式センサに先行するようキャリッジ１００に光センサ１６０を設置する。
【００４８】
薄板の重ね接合部にガイドレールを設置して、前記ガイドレールにしたがい溶接トーチが設置されたキャリッジ１００を移動させながら、薄板の重ね接合部の溶接ラインに沿って溶接する。
【００４９】
前記のような溶接ラインに沿ってキャリッジ１００が移動されると、光センサ１６０が溶接トーチ先端に位置する２個の接触式センサ１３０、１４０の中から、先行する接触式センサ１４０より約１０ｍｍ先端部を検出して、２個の接触式センサ１３０、１４０は薄板の重ね接合部の表面に接触されながら移動し表面状態を感知する。
【００５０】
この時、光センサ１６０により薄板の重ね接合部の曲面部（Ｃ２区間）が感知され、溶接トーチに予備傾きが与えられて、２個の接触式センサが平面部９１０から曲面部９２０への変化地点（Ｃ２区間）に到達すると、先行する接触式センサ１４０の出力値と、後続する接触式センサ１３０の出力値偏差により溶接トーチ角移動用ドライバー１８０がトーチ角移動モータ１９０を作動し変化地点（Ｃ２、Ｃ６区間）及び曲面部９２０（Ｃ３〜Ｃ５区間）にしたがい溶接トーチのθ軸を左側または右側に回転させ、前記θ軸の変化値をポテンシオメーター１７０が感知し制御器部５００に入力する。
【００５１】
即ち、溶接部材に対し溶接トーチが上向きに移動（Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４区間）中の場合、接触式センサ１４０の出力値が接触式センサ１３０の出力値より大きくなるため、接触式センサ１３０、１４０の出力偏差値は陽の値になって、溶接トーチのθ軸は左側に回転され、この時、ポテンシオメーター１７０は０〜７Ｖの出力電圧値を具備するようになって、出力電圧値は制御器部５００に入力される。
【００５２】
また、溶接部材に対し溶接トーチが下向きに移動（Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６区間）中の場合、接触式センサ１４０の出力値が接触式センサ１３０の出力値より小さくなるため、接触式センサ１３０、１４０の出力偏差値は陰の値になって、溶接トーチのθ軸は右側に回転される。この時、ポテンシオメーター１７０は７〜１５Ｖの出力電圧値を具備するようになって、出力電圧値は制御器部５００に入力される。
【００５３】
前記のようにポテンシオメーター１７０の出力電圧値が入力されると、制御器部５００はポテンシオメーター１７０の出力値にしたがいＣ１〜Ｃ６の区間を検出して、各区間に該当される最適な溶接条件を付与する。
【００５４】
（実施例４）
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸スライダーにより溶接トーチが移動して、前記溶接トーチが設置されたキャリッジ１００がガイドレールに沿って前後移動されるキャリッジ１００の一側即ち、溶接トーチに先行する位置に２個の接触式センサを設置し、前記接触式センサに先行するようキャリッジ１００に光センサ１６０を設置する。
【００５５】
薄板の重ね接合部にガイドレールを設置して、前記ガイドレールに沿って溶接トーチが設置されたキャリッジ１００を移動させながら、薄板の重ね接合部の溶接ラインに沿って溶接する。
【００５６】
前記のように溶接ラインに沿ってキャリッジ１００が移動されると、光センサ１６０が溶接トーチ先端に位置する２個の接触式センサ１３０、１４０の中から、先行する接触式センサ１３０より約１０ｍｍ先端部を検出して、２個の接触式センサ１３０、１４０は薄板の重ね接合部の表面に接触されながら移動され表面状態を感知する。
【００５７】
この時、前記２個の接触式センサ１３０、１４０はＣ６区間を過ぎＣ１区間に再び進入する場合、出力偏差値が‘陰の値’から‘０’に変わり、これをポインシオメーター１７０が感知し制御器部５００に出力値を伝送／入力して、制御器部５００では溶接区間を平面部Ｃ１区間に認識するようになる。即ち、溶接区間を平面部９１０の溶接で認識し実施例１のようにポテンシオメーター１７０による溶接トーチの回転角度を測定しなくなって、２個の接触式センサ１３０、１４０の敏感度を‘高’から‘低’に変化させる。
【００５８】
前記のように本発明は光センサ１６０の出力状態がオフ（Ｃ１区間認識）の場合、平面部溶接条件（使用電流を高く、溶接速度を速く、θ軸変化検出鈍感）が出力されて、２個の接触式センサ１３０、１４０の敏感度が‘低’に設定され、光センサ１６０の出力状態がオン（Ｃ２区間認識）の場合、トーチ前進角（６〜７゜）移動されて、２個の接触式センサの敏感度が‘低’から‘高’に設定される。
【００５９】
また、２個の接触式センサ出力偏差値によりＣ２区間の到達が感知されて、溶接トーチの回転角が変化されると、前記溶接トーチの回転角をポテンシオメーター１７０により感知し回転角を認識した後、Ｃ２区間に対する最適な溶接条件が付与されて、最適な溶接条件によりＣ２区間が溶接される。
【００６０】
ポテンシオメーター１７０によりＣ２区間の溶接完了が感知されると、再びＣ３区間の溶接条件が出力されＣ２区間に連続しＣ３区間を自動溶接する。この時、２個の接触式センサの敏感度は‘高’を維持する。
【００６１】
前記のようにポテンシオメーター１７０の感知によりＣ３〜Ｃ６区間までの溶接条件が全て出力され曲面部９２０の溶接が全て完了されると、再び光センサ１６０の出力状態（オン／オフ）にしたがって繰り返し溶接作業を行うようになっている。また、前記Ｃ１〜Ｃ６区間の溶接進行中にはタッチスクリーン８００に進行中の溶接区間が表示されるようになっている。
【００６２】
また、本発明は曲面部９２０をＣ１〜Ｃ６区間の６区間でなく、溶接部材９００の屈曲程度により多数個の区間に分け最適な溶接条件を設定することができ、この時の溶接区間もポテンシオメーター１７０の出力値により感知し該当される区間別に最適な溶接条件を付与できる。
【００６３】
本発明は上述した特定の望ましい実施例に限定されず、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱せず当該発明が属する技術分野で通常の知識を備える者なら誰でも多様な変形実施が可能なことはもちろん、そのような変形は請求の範囲に記載の範囲内にある。
【００６４】
【発明の効果】
本発明は、光センサにより平面部から曲面部への変換地点を感知して、これを介し接触式センサの敏感度を向上させ、平面部から曲面部への変化に対応し溶接トーチの角度を容易に変化できる。
【００６５】
また、曲面部を検出する光センサの検出ポイントが接触式センサの検出地点より約１０〜１５ｍｍ先行する地点を検出するようになっており、実際の曲面部の開始地点より約１０〜１５ｍｍ先行する地点から曲面部の溶接条件が出力されるため、平面部から曲面部への変化にともない溶接条件の可変を容易にして、これにより平面部から曲面部への変化地点に対する溶接欠陥を防ぐことができる。
【００６６】
また、前記光センサの曲面部検出信号にしたがい溶接トーチの進行方向に対し前進角に約６〜７゜傾くようになっており、部材形状変化により瞬間的に溶接トーチのθ軸移動量を減らすことができ、これによりθ軸の変化に迅速に対応できる。また、平面部の速い走行速度により発生される曲面部開始地点と溶接トーチの接触及びこれによる溶接欠陥を防ぐことができる。
【００６７】
また、薄板の重ね接合部の平面部から曲面部への変化時点及び曲面部認識をキャリッジに設置されている光センサと２個の接触式センサ及びポテンシオメーターにより容易に把握することができ、該当区間に対し最適な溶接条件を付与することができ、これにより溶接ビードの不均一、溶接欠陥等による溶接品質の低下を未然に防ぐことができる。
【００６８】
また、各区間別溶接条件変数でパルス電流のピーク電流、ベース電流、パルス周波数及び溶接速度等の多用な要素を制御することで、最適な溶接条件を付与することができる。
【００６９】
また、ポテンシオメーターの出力電圧値により溶接トーチのθ軸回転程度を感知することができ、各区間別把握が容易で、該当区間別の最適な溶接条件の可変を容易にすることができる等多くの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による全体構成を示す例示図である。
【図２】本発明による信号の構成を示すフローチャートである。
【図３】本発明による区間認識及び曲面部区間分割の流れを示す図である。
【図４】本発明による薄板の区間分割状態を示す例示図である。
【図５】本発明による作動状態を示す例示図である。
【図６】本発明によるパルス溶接電流と時間との関係を示す例示図である。
【図７】本発明による接触式センサが設置されたキャリッジの概略図である。
【符号の説明】
１００ キャリッジ
１１０ 溶接トーチ
１２０ ガイドレール
１３０、１４０ 接触式センサ
１５０ 増幅器
１６０ 光センサ
１７０ ポテンシオメーター
１８０ 溶接トーチ角移動用ドライバー
１９０ トーチ角移動モータ
２００ プラズマ溶接器部
３００ プラズマガス貯蔵部
４００ 保護ガス貯蔵部
５００ 制御器部
５１０ ゲート
５２０ アナログ−デジタル変換器
５３０ 接触式センサの敏感度部
６００ インターフェース部
７００ リモコン部
８００ タッチスクリーン
９００ 溶接部材
９１０ 平面部
９２０ 曲面部

Claims (15)

1. 薄板の重ね接合用の溶接方法において、
   平面部と曲面部を備える薄板の重ね接合部の曲面部を多数個の区間に分割して、夫々区間別の最適な溶接条件を設定する段階と、
   前記薄板の重ね接合部にガイドレールを設置してガイドレールにより平面部溶接ラインにしたがいキャリッジを移動し平面部溶接ラインを溶接する段階と、
   前記キャリッジ先端に設置された光センサにより平面部から曲面部への変化地点を検出する段階と、
   前記光センサによる曲面部検出信号が制御器部へ伝送／入力される段階と、
   前記入力された光センサの曲面部検出信号に応じて制御器部により２個の接触式センサの敏感度が‘低’から‘高’に転換されて、キャリッジに設置された溶接トーチがその進行方向に対し前進角へ６〜７゜傾き、ポテンシオメーターが‘オン’状態に切換えることにより溶接トーチの回転角を検出する段階と、
   前記溶接トーチが固定されたキャリッジに、該キャリッジの走行方向に沿って一直線上に２個配置されると共に、その内の１個が前記キャリッジの進行方向に対して前記トーチより先行するよう配置された接触式センサにより、薄板の重ね接合部表面の曲面部を認識する段階と、
   前記２個の接触式センサの出力偏差値により溶接トーチ角移動用ドライバーを介してトーチ角移動モータを作動し溶接トーチのθ軸を溶接部材に垂直になるよう回転させる段階と、
   前記溶接トーチのθ軸回転をポテンシオメーターにより感知し出力電圧値を制御器部に伝送する段階と、
   前記制御器部に入力されたポテンシオメーターの出力電圧値により各区間に該当する電圧信号が検出されると、該当区間を認識して溶接条件を可変する段階と、
   前記溶接トーチが水平面に対し直角をなすに到る位置に基いて重ね接合部を平面部であると認識して再び平面部溶接を行う段階とにより、
   薄板の重ね接合部の平面部及び曲面部を認識しパルスプラズマ溶接することを特徴とする薄板の重ね接合用パルスプラズマ自動溶接方法。」
2. 前記２個の接触式センサはトーチ高さ認識用センサと溶接トーチの現在部材角を認識するトーチ部材角認識用センサであり、トーチ部材角認識用センサがトーチ高さ認識用センサに先行し検出することを特徴とする請求項１記載の薄板の重ね接合用パルスプラズマ自動溶接方法。
3. 前記敏感度‘高’は２個の接触式センサの出力偏差値のサンプリングの間隔を短くして、トーチ角移動モータに印加される指令信号の利得値を大きくし溶接部材の屈曲変化にトーチ角度が迅速に対応することを特徴とする請求項１記載の薄板の重ね接合用パルスプラズマ自動溶接方法。
4. 前記敏感度‘低’は２個の接触式センサの出力偏差値の検出間隔時間を大きくして、トーチ角移動モータに印加される指令信号の利得値を小さくすることを特徴とする請求項１記載の薄板の重ね接合用パルスプラズマ自動溶接方法。
5. 前記光センサの検出ポイントは２個の接触式センサの中から、先行する一側の接触式センサの溶接部材検出地点で１０〜１５ｍｍ先行する地点であることを特徴とする請求項１記載の薄板の重ね接合用パルスプラズマ自動溶接方法。
6. 前記設定される溶接条件はパルス電流のピーク電流、ベース電流、周波数、溶接速度からなる群から１つ以上を選択し使用することを特徴とする請求項１記載の薄板の重ね接合用パルスプラズマ自動溶接方法。
7. 前記パルス電流のピーク電流は平面部でピーク電流７０〜８０Ａ、曲面部でピーク電流３５〜５０Ａであることを特徴とする請求項６記載の薄板の重ね接合用パルスプラズマ自動溶接方法。
8. 前記ベース電流は平面部でベース電流８〜２０Ａ、曲面部でベース電流８〜１５Ａであることを特徴とする請求項６記載の薄板の重ね接合用パルスプラズマ自動溶接方法。
9. 前記パルス周波数は平面部でパルス周波数２〜５Ｈｚで、曲面部でパルス周波数１．５〜４Ｈｚであることを特徴とする請求項６記載の薄板の重ね接合用パルスプラズマ自動溶接方法。
10. 前記２個の接触式センサにより検出された感知信号は夫々の増幅器を介して増幅された後制御器部へ入力されて、アナログ−デジタル変化器を介してデジタル信号に変換され制御器部のゲートに伝送／入力されることを特徴とする請求項１記載の薄板の重ね接合用パルスプラズマ自動溶接方法。
11. 前記制御器部のゲートはポテンシオメーターの出力電圧値、２個の接触式センサの敏感度、２個の接触式センサの出力偏差値が入力されて溶接トーチ角移動用ドライバーに制御器部の指令信号を出力することを特徴とする請求項１０記載の薄板の重ね接合用パルスプラズマ自動溶接方法。
12. 薄板の重ね接合部の溶接装置において、
    前記溶接装置は溶接トーチが固定されて、ガイドレールにしたがい前／後移動され、２個の接触式センサと光センサ及びポテンシオメーターが設置されるキャリッジと、
    前記キャリッジと連結されてパルス電流を出力し、保護ガス及びプラズマガスを別途制御すると同時に溶接トーチを冷却するプラズマ溶接器部と、
    前記保護ガスが貯蔵されてプラズマ溶接器部と連結される保護ガス貯蔵部と、
    前記プラズマガスが貯蔵されてプラズマ溶接器部と連結されるプラズマガス貯蔵部と、
    前記プラズマ溶接器部及びキャリッジと連結されて、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）に具現され、溶接部の位置を認識する認識部分と、タッチスクリーンで入力された溶接条件を出力可能にする溶接器出力制御器部分及び溶接トーチを支持して溶接線にしたがい移動するキャリッジを制御するキャリッジ制御器部分を備える制御器部と、
    前記制御器部と通信ユニットを介して連結されて、溶接条件を設定／貯蔵するタッチスクリーン及びインターフェース部を含むことを特徴とする薄板の重ね接合用パルスプラズマ自動溶接装置。
13. 前記溶接トーチは走行軸であるＸ軸方向に溶接ラインにしたがい前後移動されて、Ｙ軸スライダーにより上下移動され、Ｚ軸スライダーにより溶接ラインを基準に左右移動されると同時に、溶接トーチ角移動用ドライバーによるトーチ角移動モータによりθ軸が可変されることを特徴とする請求項１２記載の薄板の重ね接合用パルスプラズマ自動溶接装置。
14. 前記ポテンシオメーターは溶接トーチのθ軸に設置されることを特徴とする請求項１２または１３記載の薄板の重ね接合用パルスプラズマ自動溶接装置。
15. 前記溶接トーチ、２個の接触式センサ、光センサは溶接ラインにしたがい先行するよう光センサ、２個の接触式センサ、溶接トーチが順次にキャリアに設置されたことを特徴とする請求項１２記載の薄板の重ね接合用パルスプラズマ自動溶接装置。

Images