JPH0557443A - 溶接継手終端部の検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶接装置の稼動率を向上させ、溶接継手の終
端における良好な溶接品質を安定して確保できるように
すること。 【構成】 高速回転アーク溶接法において、溶接中に検
出したアーク電圧又は溶接電流のうち、下板側と立板側
との２つの所定角度範囲におけるアーク電圧波形又は溶
接電流波形のそれぞれの積分値の差をしきい値と比較
し、その差がしきい値以上のときに溶接トーチが溶接継
手終端にきたと判断することにより、溶接終端部の位置
を高精度に検出し、所定の端部処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速回転アーク溶接法
における溶接継手終端部の検出方法及び装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】高速回転アーク溶接法によって溶接継手
に対して溶接を行う場合、通常、溶接線の自動追従のた
めにアークセンサによる開先倣い制御方法を採用してい
る。ここで、高速回転アーク溶接法とは電極ワイヤの先
端を偏心させておき、溶接トーチの電極ノズルを機械的
に回転させることによりアークを高速で回転させながら
溶接を行う方法である。また、かかる開先倣い制御方法
は、特開昭６２−２４８５７１号公報等で公知であり、
図８を参照して説明すると、アーク電圧波形とアーク回
転位置（Ｃｆ，Ｒ，Ｃｒ，Ｌ）を検出し、溶接進行方向
前方のＣｆ点を中心に、左右同一の位相角φ（５°≦φ
≦９０°）の範囲で、アーク電圧波形を積分し（ＳＬ，
ＳＲ）、その差（ＳＬ−ＳＲ）が零になるように開先幅
方向（Ｘ軸）のトーチ位置を修正するものである。ま
た、トーチ高さ方向（Ｙ軸）については、アークの１回
転ごとに溶接電流波形の積分値が一定になるように制御
している。

【０００３】ところで、下板と立板とからなるＴ字形ワ
ークの溶接継手の終端部の品質を安定に確保するために
は溶接継手の終端位置を精度良く検出することが必要で
あった。

【０００４】図９は従来のワイヤタッチセンサによる溶
接継手終端部の検出方法を示す斜視図である。図におい
て、１は溶接継手であるＴ字形ワークで、下板１ａと立
板１ｂとから構成されている。２は下板１ａと立板１ｂ
とで形成される溶接線、３は溶接トーチの電極ノズルで
ある。

【０００５】かかるＴ字形ワーク１に対してその終端を
検出する方法としてはワイヤタッチセンサの原理を利用
したものがある。ここにワイヤタッチセンサの原理とは
溶接トーチのワイヤとワークとの間に無負荷電圧を印加
し、ワイヤをワークに接近させていき、ワイヤがワーク
に接触した時に電圧が０となることによりその接触を検
出する原理をいう。そして、このワイヤタッチセンサの
原理を利用したワークの終端位置を検出する方法は図９
に示すように、まず溶接トーチの電極ノズル３を立板１
ｂの端部近傍位置に設定する（この位置は、ワークの取
付位置の誤差を考慮してあらかじめ教示される）。次
に、電極ノズル３を立板１ｂ及び下板１ａに接触するま
で移動させて立板１ｂ及び下板１ａに対する電極ノズル
３の補正量Δｘ，Δｙを確認し、その後は電極ノズル３
を溶接進行方向に立板１ｂの終端を越えるまで移動させ
た後にΔｘ＋α（立板１ｂの厚みｔの約半分の寸法）だ
け移動させ、更に立板１ｂの端部に接触するまで移動さ
せてΔＺを求め、当初設定位置から演算により立板１ｂ
の終端位置を検出する方法である。

【０００６】図１０は従来のもう１つの溶接継手終端部
の検出方法を示す正面図である。この方法は、溶接トー
チの電極ノズル３の前方に磁気センサ４を配し、溶接
中、磁気センサ４がＴ字形ワーク１の終端にくると、立
板１ｂがなくなって磁気が変化することから、その変化
をとらえて終端を検出する方法である。なお、この方法
は磁気センサ４と電極ノズル３との間の距離だけ、遅延
制御して終端を算出するようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような図９に示
す従来の溶接継手終端部の検出方法では、溶接前に予め
終端を検出するようにしているから、その終端を検出す
る工程の分だけ溶接装置の稼動率が下がるという問題点
があった。

【０００８】更に、溶接前に終端位置を正確に検出して
いても、溶接による熱歪や収縮等の変型によってズレが
生じ、終端部分の溶接品質の確保が困難という問題点も
あった。

【０００９】また、図１０に示す従来のもう１つの溶接
継手の終端部検出方法では電極ノズル３の近傍に磁気セ
ンサ４が配設されているから、電極ノズル３と磁気セン
サ４を結ぶ線上に溶接方向が制限されると共に電極ノズ
ル３のトーチ廻りが磁気センサ４があるために複雑とな
り、Ｔ字形ワーク１との干渉も問題になり、適用範囲が
限定されるという問題点があった。

【００１０】更に、電極ノズル３の前方に磁気センサ４
が配設されて溶接アークの前方を検出することとなるか
ら、遅延制御を行う必要があり、そのため制御が繁雑に
なるという問題点があった。また、電極ノズル３と磁気
センサ４との位置関係を常に一定に保つ必要があること
から、電極ノズル３を交換する毎に補正しなければなら
ず補正作業が面倒であり、ワイヤの曲がりグセ等にも対
応できないという問題点があった。

【００１１】本発明はかかる問題点を解決するためにな
されたもので、溶接装置の稼動率を向上させ、溶接継手
の終端における良好な溶接品質を安定して確保でき、特
別な検出器が不要であるため溶接トーチのトーチ廻りが
簡素となり、溶接方向の制約等もなくなって適用範囲が
制限されない溶接継手終端部の検出方法及び装置を得る
ことを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明に係る溶
接継手終端部の検出方法は、溶接トーチの電極ノズルの
先端に円運動を与えてワイヤ先端に発生するアークを高
速回転させながら溶接する高速回転アーク溶接法におい
て、溶接中にアーク電圧又は溶接電流を検出し、５°以
上１８０°以下の２つの所定角度範囲の電極ノズルの回
転位置におけるアーク電圧波形又は溶接電流波形のそれ
ぞれの積分値の差を所定のしきい値と比較し、前記差が
しきい値を越えたときに溶接トーチが溶接継手終端にき
たと判断して終端検出するようにしたものである。

【００１３】更に、本発明に係る溶接継手終端部の検出
装置は、高速回転アーク溶接法により溶接する溶接トー
チの電極ノズルとワーク間のアーク電圧又は溶接電流を
検出するアーク電圧検出器又は溶接電流検出器と、電極
ノズルの回転角度位置を検出する回転位置検出器と、ア
ーク電圧検出器又は溶接電流検出器の検出信号のうち、
回転位置検出器の位置検出信号に基づいて設定した２つ
の所定角度範囲の電極ノズルの回転位置における検出信
号を出力させるゲート手段と、ゲート手段によって出力
させられた２つの所定角度範囲における検出信号をそれ
ぞれ積分する２つの積分器と、各積分器によって積分さ
れた検出信号をそれぞれ出力させる２つのサンプルホー
ルド回路と、２つのサンプルホールド回路からそれぞれ
出力された積分値の差を求め、所定のしきい値と比較し
て溶接トーチが溶接継手終端にきたことを示す終端検出
信号を出力する終端判定回路とを備えて構成されてい
る。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の実施例である溶接継手終端部
の検出装置を示すブロック図、図２は溶接継手と電極ノ
ズルの関係を示す説明図、図３は電極ノズルのワイヤの
回転位置を示す線図、図４は溶接継手終端部の検出方法
の原理を示す説明図である。

【００１５】図において、１は溶接継手であるＴ字形ワ
ーク、１ａはＴ字形ワーク１の下板、１ｂは立板、２は
下板１ａと立板１ｂとで形成される溶接線、３ａは電極
ノズルのワイヤである。

【００１６】１０は電極ノズルのワイヤ３ａとワーク１
間のアーク電圧を検出するアーク電圧検出器、１１は基
準電圧Ｅｏを設定し、出力する基準値設定器、１２はア
ーク電圧検出器１０のアーク電圧Ｅａと基準値設定器１
１の基準電圧Ｅｏの差を出力する差動アンプ、１３ａ，
１３ｂは差動アンプ１２の出力側に設けられたゲート用
スイッチ、１４はワイヤ３ａの回転角度位置を検出する
エンコーダ等の回転位置検出器、１５は回転検出器１３
の位置検出信号に基づいて、ゲート用スイッチ１３ａ，
１３ｂを開閉するスイッチ駆動回路で、ゲート用スイッ
チ１３ａ，１３ｂとでゲート手段を構成している。１６
ａ，１６ｂは差動アンプ１２の出力側にゲート用スイッ
チ１３ａ，１３ｂを介してそれぞれ設けられた積分器、
１７ａ，１７ｂは各積分器１６ａ，１６ｂによって積分
された検出信号をそれぞれ出力させるサンプルホールド
回路、１８は２つのサンプルホールド回路１７ａ，１７
ｂからそれぞれ出力された積分値の差を求める差動アン
プ、１９は終端判定器で、差動アンプ１８から出力され
た差と、しきい値設定器２０によって設定された所定の
しきい値ｓｏとを比較して電極ノズルがＴ字形ワーク１
の溶接継手終端にきたことを示す終端検出信号を出力す
るものであり、差動アンプ１８とで終端判定回路を構成
している。

【００１７】まず、溶接継手終端部の検出方法の原理に
ついて図４に基づいて説明する。

【００１８】高速回転アーク溶接法により、アークセン
サによる開先倣い制御をしながら、電極ノズルのワイヤ
３ａがＴ字形ワーク１の溶接線２に沿って溶接を行って
いく。このとき、アーク電圧検出器１０が検出するアー
ク電圧は図２に示すように、回転位置の変化に応じて溶
接ワイヤ３ａとワーク１との距離が変化するため図４の
Ａに示すように規則的に変化している。

【００１９】そして、電極ノズルが溶接継手終端である
立板１ｂの端部付近に差しかかると立板１ｂがなくなる
ため、図４のＢ，Ｃに示すように立板側（Ｒ側）の回転
位置でのアーク電圧が次第に上昇するが、下板側（Ｌ
側）の回転位置でのアーク電圧は変化しない。そして、
電極ノズルが更に移動して図４のＥに示すように立板１
ｂの端部を完全に越えると、立板側（Ｒ側）の回転位置
でのアーク電圧の上昇は最大となり、下板側（Ｌ側）の
回転位置でのアーク電圧はあまり変化しない。従って、
回転する電極ノズル３の立板側と下板側のアーク電圧を
それぞれ検出し、両者の電圧を比較すれば、電極ノズル
３が立板１ｂの終端にきていることがわかる。そこで、
立板側と、下板側とのアーク電圧を検出し、検出した電
圧を比較してその差を求め、その差を終端を検出できる
よう設定されたしきい値と比較することにより、電極ノ
ズルが立板１ｂの終端にきたかどうかを判断して終端を
検出することができるという訳である。この原理はアー
クセンサの原理を利用したものであり、開先倣い制御方
法により溶接を行っている場合にはかかる開先倣い制御
とは別にアーク電圧を検出して信号処理することによ
り、溶接継手の終端を検出するということになる。

【００２０】次に上記のように構成された溶接継手終端
部の検出装置の動作について説明する。

【００２１】まず、終端検出が行なわれる高速回転アー
ク溶接法における実施例について述べる。

【００２２】アーク回転速度Ｎは１０Ｈｚ以上、アーク
回転直径Ｄは１〜６mm、溶接速度Ｓｐは５０ｍ／分、溶
接ワイヤ径０．６mm〜２．０mm、溶接電流は１００〜１
０００Ａである。

【００２３】電極ノズルのワイヤ３ａが高速回転アーク
溶接法によってＴ字形ワーク１に対して溶接を行ってい
るとき、アーク電圧検出器１０は電極ノズルの回転によ
って変化しているアーク電圧を検出し、差動アンプ１２
では常時基準値設定器１１によって設定された基準電圧
Ｅｏとアーク電圧Ｅａとの差を出力している。かかる差
を求めるようにしているのはその後の信号処理の分解能
を高めるためである。また、回転位置検出器１４は、回
転している電極ノズルの回転位置を検出して位置検出信
号を出力している。そして、スイッチ駆動回路１５では
差動アンプ１２から出力されている差の信号のうち、回
転位置検出器１４の位置検出信号に基づき、予め設定し
た下板側の例えば図５に示すように２２５°〜３１５°
（Ｇを原点とし、Ｒ方向への角度で、以下同様とする）
である９０°の角度範囲と立板側の例えば４５°〜１３
５°である９０°の角度範囲の差の信号を積分器１６ａ
と１６ｂにそれぞれ出力するように、ゲート用スイッチ
１３ａ，１３ｂを開く駆動制御をする。積分器１６ａで
は下板側の９０°の角度範囲における差の信号を積分
し、積分器１６ｂでは立板側の９０°の角度範囲におけ
る差の信号を積分し、サンプルホールド回路１７ａは積
分器１６ａによって積分された差の信号の積分値を差動
アンプ１８に入力し、サンプルホールド回路１７ｂは積
分器１６ｂによって積分された差の信号の積分値を差動
アンプ１８に入力する。このように積分器１６ａ，１６
ｂで積分するのはアーク電圧波形にノイズがあり、その
影響を受けないようにするためである。差動アンプ１８
では積分器１６ａによる積分値Ｓ_１と積分器１６ｂによ
る積分値Ｓ_２の差Δs を求め、図５に示すような出力信
号Δs を終端判定器１９に出力する。尚図５中のＬは本
検出法の確認のために用意したレーザセンサによる終端
検出の信号を示している。終端判定器１９では差動アン
プ１８で求めた積分値の差Δs としきい値設定器２０に
よって設定された所定のしきい値Ｓｏと比較し、その積
分値の差Δs がしきい値Ｓｏを越えた時電極ノズルがＴ
字形ワーク１の立板１ｂの終端にきたことを示す終端検
出信号を出力する。従って、終端判定器１９から出力さ
れた終端検出信号によって電極ノズルが立板１ｂの終端
にきたことを高精度で検出することができる。なお、し
きい値設定器２０によるしきい値Ｓｏは差動アンプ１８
の出力信号Δs が次第に増大して終端位置にきたことを
示す値に設定されており、終端判定器１９はΔs の値が
Ｓｏを越えた瞬間、あるいは所定回数だけＳｏを越えた
時に終端と判定する。

【００２４】このように、溶接中におけるアーク電圧を
検出し、アーク電圧値を信号処理して立板１ｂの終端を
検出するようにしているため、溶接アーク自体がセンサ
の役目を果たし、溶接による熱歪や収縮等の変形やワイ
ヤの曲がりぐせ等の影響を受けず、溶接過程で溶接継手
の終端位置を高精度に検出することができる。従って、
継手終端の良好な溶接品質を安定して確保することがで
きる。

【００２５】上記図５に示す実施例では、積分器１６
ａ，１６ｂで積分するアーク電圧の対象を下板側では２
２５°〜３１５°である９０°の角度範囲とし、立板側
では４５°〜１３５°である９０°の角度範囲としてい
るが、図６の（ｉ）に示すように、下板側で２７０°〜
３１５°である４５°の角度範囲とし、立板側では４５
°〜９０°である４５°の角度範囲とするか、図６の
（ｉｉ）に示すように下板側で２２５°〜２７０°であ
る４５°の角度範囲Ｓ_１とし、立板側では９０°〜１３
５°である４５°の角度範囲Ｓ_２としても、終端検出で
きることはいうまでもない。

【００２６】更に、上記実施例では積分器１６ａ，１６
ｂで積分するアーク電圧の対象を下板側の所定角度範囲
と立板側の所定角度範囲としているが、図７の（ｉ）に
示すように立板側だけで０°〜４５°である４５°の角
度範囲と４５°〜９０°である４５°の角度範囲とする
か、図７の（ｉｉ）に示すように下板側と立板側とを含
む３２０°〜８５°である８５°の角度範囲と立板側で
４５°〜１３０°である８５°の角度範囲としても、図
５や図６に示す対象範囲のものに比べて、アーク電圧の
差は終端部分で小さいものの十分に終端検出できること
はいうまでもない。なお、積分器１６ａ，１６ｂで積分
するアーク電圧の対象となる二つの角度範囲は図５乃至
図７に示す角度範囲に限られるものでなく、５°以上〜
１８０°以下であれば十分に終端検出できることは勿論
である。

【００２７】更に、上述したいずれの実施例もアーク電
圧を検出し、それを信号処理して溶接継手の終端を検出
しているが、溶接電流を検出し、それを上述した実施例
と同様に信号処理するようにしても溶接継手の終端を検
出できることはもちろんであり、アーク電圧では立板側
のＲ位置での電圧が増大するのに対し、溶接電流では逆
に立板側のＲ位置での電流が減少するという相違がある
だけである。

【００２８】更にまた、終端検出が行なわれる高速回転
アーク溶接法における電極ノズルの回転条件及び溶接条
件は次の範囲でも適用できることはもちろんである。

【００２９】アーク回転速度Ｎは１０Ｈｚ以上、アーク
回転直径Ｄは１mm〜６mm、溶接電流１ａは１００〜１０
００Ａである。

【００３０】

【発明の効果】本発明は以上説明したとおり、ワークに
対して高速回転アーク溶接法で溶接を行っている場合
に、アーク電圧又は溶接電流を検出し、５°以上１８０
°以下の２つの所定角度範囲の電極ノズルの回転位置に
おけるアーク電圧波形又は溶接電流波形のそれぞれの積
分値の差を所定のしきい値と比較し、前記差がしきい値
以上のときに溶接トーチが溶接継手終端にきたと判断し
て終端検出するようにしたので、溶接アーク自体がセン
サの役目を果たし、溶接による熱歪や収縮等の変型やワ
イヤの曲がりぐせ等の影響を受けず、溶接過程で溶接継
手の終端位置を高精度に検出し、継手終端の良好な溶接
品質を安定して確保できるという効果を有する。

【００３１】また、溶接アーク自体がセンサとなるか
ら、従来のように磁気センサなどの特別な検出器が不要
であり、トーチ廻りが簡単に行え、ワークとの干渉の問
題や溶接方向の制約もなくなるという効果が得られる。

【００３２】更に、溶接の過程で溶接継手の終端位置を
検出するようにしているから、従来行なわれていた溶接
前に終端を検出する工程がなくなって溶接装置の稼動率
が向上するという効果も有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である溶接継手終端部の検出
装置を示すブロック図である。

【図２】溶接継手と電極ノズルの関係を示す説明図であ
る。

【図３】電極ノズルのワイヤの回転軌跡を示す線図であ
る。

【図４】溶接継手終端部の検出方法の原理を示す説明図
である。

【図５】２つの所定角度範囲のアーク電圧波形の積分値
の差を示す信号の波形図である。

【図６】積分器で積分するアーク電圧の下板側と立板側
の対象角度範囲の態様を示す説明図である。

【図７】積分器で積分するアーク電圧の主として立板側
の対象角度範囲の態様を示す説明図である。

【図８】従来のアークセンサによる開先倣い制御方法を
示す説明図である。

【図９】従来の溶接継手終端部の検出方法を示す斜視図
である。

【図１０】従来のもう１つの溶接継手終端部の検出方法
を示す正面図である。

【符号の説明】

１０ アーク電圧検出器 １３ ゲート用スイッチ（ゲート手段） １４ 回転位置検出器 １５ スイッチ駆動回路（ゲート手段） １６ａ，１６ｂ 積分器 １７ａ，１７ｂ サンプルホールド回路 １８ 差動アンプ（終端判定回路） １９ 比較器（終端判定回路）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接トーチの電極ノズルの先端に円運動
   を与えてワイヤ先端に発生するアークを高速回転させな
   がら溶接する高速回転アーク溶接法において、 溶接中にアーク電圧又は溶接電流を検出し、５°以上１
   ８０°以下の２つの所定角度範囲の電極ノズルの回転位
   置におけるアーク電圧波形または溶接電流波形のそれぞ
   れの積分値の差を所定のしきい値と比較し、前記差がし
   きい値を越えた時に溶接トーチが溶接継手終端にきたと
   判断して終端検出するようにしたことを特徴とする溶接
   継手終端部の検出方法。
2. 【請求項２】 高速回転アーク溶接法により溶接する溶
   接トーチの電極ノズルとワーク間とのアーク電圧又は溶
   接電流を検出するアーク電圧検出器又は溶接電流検出器
   と、電極ノズルの回転角度位置を検出する回転位置検出
   器と、アーク電圧検出器又は溶接電流検出器の検出信号
   のうち、回転位置検出器の位置検出信号に基づいて設定
   した２つの所定角度範囲の電極ノズルの回転位置におけ
   る検出信号を出力させるゲート手段と、ゲート手段によ
   って出力させられた２つの所定角度範囲における検出信
   号をそれぞれ積分する２つの積分器と、各積分器によっ
   て積分された検出信号をそれぞれ出力させる２つのサン
   プルホールド回路と、２つのサンプルホールド回路から
   それぞれ出力された積分値の差を求め、所定のしきい値
   と比較して溶接トーチが溶接継手終端にきたことを示す
   終端検出信号を出力する終端判定回路とを備えてなるこ
   とを特徴とする溶接継手終端部の検出装置。