JPH06320274A

JPH06320274A - アークセンサー

Info

Publication number: JPH06320274A
Application number: JP11266993A
Authority: JP
Inventors: Kei Aimi; 圭相見; Yoshiro Sasano; 良郎笹野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-05-14
Filing date: 1993-05-14
Publication date: 1994-11-22
Anticipated expiration: 2015-05-08
Also published as: JP3039198B2

Abstract

(57)【要約】【目的】短絡が頻発するショートアーク溶接におい
て、短絡後続電流の影響のない有効で精度のよい検出デ
ータを十分に得て、広範囲の溶接条件に適用できる優れ
たアークセンサーを提供する。【構成】アークセンサー信号源検出手段１と、短絡判
定手段２と、領域区分設定手段７と、積分領域設定手段
８と、アークセンサー本体回路９とを備て、回転アーク
溶接中に発生する短絡の発生領域を標準発生領域、拡大
発生領域、発生禁止領域に区分し、アークセンサー信号
源の積分領域として標準積分領域と縮小積分領域を設定
して、回転アークの１回転中に短絡が発生しないときお
よび短絡が標準発生領域で発生したときは標準積分領域
を、短絡が拡大発生領域で発生したときは縮小積分領域
を採用し、短絡が発生禁止領域で発生したときはデータ
を不採用とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ショートアーク領域で
行う消耗電極式自動アーク溶接（以下ショートアーク溶
接という）に有効な回転アークセンサーに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動アーク溶接において回転アー
ク溶接法が、溶接における溶け込み形状の均一化、ビー
ド形状の平坦化等に効果を発揮する等の特徴を有するば
かりでなく、溶接電流またはアーク電圧の変化から得ら
れる信号により、ノズルの中心軸線を常に被溶接物の開
先部の中央に位置させて溶接を行うアークセンサー制御
に適しているところから、厚板の自動溶接に広く適用さ
れ始めている。

【０００３】このアークセンサー技術を薄板に適したシ
ョートアーク溶接に適用しようとするとき、信号源であ
る溶接電流またはアーク電圧が短絡の影響で大きく乱れ
るため、アークセンサーとして正常に働かない。そこ
で、ショートアーク溶接におけるアークセンサー制御の
具体的な従来の技術として、特開平３−１８４７９号公
報に開示された方法が試みられつつある。以下、特開平
３−１８４７９号公報に開示された従来のアークセンサ
ーについて図面を参照しながら説明する。

【０００４】図４は従来のアークセンサーの制御ブロッ
ク図、図５は従来のアークセンサーのショートアーク溶
接における積分領域を示す図で溶接の進行方向を矢印で
示している。

【０００５】図４において、１１はアークの回転位置検
出器で、溶接トーチの回転位置を検出する。１２はアー
クの１回転ごとに検出されるアーク電圧波形Ｅａ、１３
はあらかじめ設定された基準電圧波形Ｅｏでそれぞれ差
動アンプ１４に入力される。

【０００６】１５は回転位置検出器１１および積分領域
設定回路１６からの信号の入力により積分領域を決める
ためのスイッチング論理回路、１７は回転アークの左側
（Ｌ）領域を積分するときのスイッチで、スイッチング
論理回路１５のＬ領域指令により動作し、差動アンプ１
４により増幅されたアーク電圧波形差信号（Ｅａ−Ｅ
ｏ）をプラスとして積分器２０に送る。１８は回転アー
クの右側（Ｒ）領域を積分するときのスイッチで、スイ
ッチング論理回路１５のＲ領域指令により動作し、差動
アンプ１４により増幅されたアーク電圧波形差信号（Ｅ
ａ−Ｅｏ）を反転器１９によりマイナスにして積分器２
０に送る。積分器２０はスイッチング論理回路１５の積
分領域指令によって動作し、両スイッチ１７，１８を通
じて入力される信号をそれぞれ積分し、積分値差Ｓｄと
して記憶器２１に送り、ここで一時記憶される。

【０００７】一方、積分領域での短絡の有無を検出する
ための短絡検出回路２２が設けられており、検出された
アーク電圧波形１２の信号Ｅａと、短絡検出レベル設定
器２３によりあらかじめ設定された短絡レベル信号Ｅlo
wとを、短絡検出回路２２に入力し、短絡検出回路２２
において短絡の有無が判定されるようになっている。こ
の判定結果はスイッチング論理回路１５にデータ採否指
令として送られる。なお、短絡検出回路２２の上記動作
はスイッチング論理回路１５からの積分領域指令によっ
て行われる。

【０００８】積分器２０にて積分中において、短絡検出
回路２２によりオープンアーク状態と判定された場合、
積分が終わると同時にスイッチング論理回路１５により
記憶器２１に対してリセット信号を出し、ほぼ同時にサ
ンプルホールド信号を出す。これにより、前回の一時記
憶されている積分値差Ｓｄをリセットするとともに、今
回の積分値差Ｓｄを一時記憶し、新たに記憶された積分
値差Ｓｄによって、その積分値差Ｓｄが零になるよう
に、Ｘ軸コントローラ２４により溶接トーチをＸ軸方向
（すなわち、溶接の進行方向と直交する方向）に移動さ
せる。

【０００９】一方、積分器２０にて積分中において、短
絡検出回路２２により短絡状態と判定された場合には、
そのときのアーク電圧波形をセンサー信号源として用い
ることは不適当であるので、記憶器２１をリセットする
ことなく、例えば前回の積分値差Ｓｄをそのまま保持
し、その積分値差Ｓｄが零となるようにＸ軸コントロー
ラ２４により溶接トーチをＸ軸方向に移動させる。この
ように、積分中に短絡が発生するとそのデータは採用で
きないので、積分領域を短絡が発生しにくい位置に限定
することが望ましい。

【００１０】アーク回転中の溶接アーク長は図５に示し
た最後部Ｃｒで最も短くなり、回転アークの１回転ごと
にこの点で短絡が発生する確率が高いことは明らかであ
る。したがってショートアーク溶接においては、図５に
示すように積分領域３１，３２を短絡が発生しにくいア
ーク回転の最前部Ｃｆを中心として左右に例えば４５度
づつとすることが望ましく、一般的には５度〜９０度の
範囲で左右同一の位相角をとるように定められる。

【００１１】このように上記従来の方法は、高速回転ア
ーク溶接を採用して、ショートアーク溶接の短絡をアー
ク回転の溶接方向後部側で周期的に発生させ、アーク電
圧波形差信号の積分領域をアーク回転の最前部±５度〜
９０度と狭くすることにより、短絡が積分領域内で発生
する確率を低くするとともに、積分領域内で短絡が発生
した場合にはそのデータを不採用とすることにより、短
絡の影響の少ないアークセンサー制御をショートアーク
溶接に適用している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の方法では、ショートアーク溶接において広く実用さ
れているアークの安定性向上のために溶接電流回路に挿
入されるインダクタンスにより、短絡終了後もその溶接
電流は短絡の影響を受けるため積分領域を広くとれず、
積分領域を狭くするとアークセンサーの精度は悪くなる
という問題点があった。

【００１３】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、アークの安定性向上のために溶接電流回路にインダ
クタンスを挿入して行う短絡が頻発するショートアーク
溶接においても、精度のよいアークセンサーを提供する
ことを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明のアークセンサーは、アークセンサー信号源
検出手段と、短絡判定手段と、領域区分設定手段と、積
分領域設定手段と、アークセンサー本体回路を備えて、
回転アーク溶接中に発生する短絡の発生領域を標準発生
領域、拡大発生領域、発生禁止領域に区分し、アークセ
ンサー信号源の積分領域として標準積分領域と縮小積分
領域とを設定して、回転アークの一回転中に短絡が発生
しないときおよび短絡が標準発生領域で発生したときは
標準積分領域を、短絡が拡大発生領域で発生したときは
縮小積分領域を採用し、短絡が発生禁止領域で発生した
ときはデータを不採用とするものである。

【００１５】

【作用】上記した手段によれば、アークの安定性向上の
ために溶接電流回路にインダクタンスを挿入して行う短
絡が頻発するショートアーク溶接においても、通常は広
い領域を積分し、短絡が広い積分領域に影響するときに
のみ狭い領域を積分することにより、有効な検出データ
を十分に得ることができる優れたアークセンサーを実現
できる。

【００１６】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の第１の実施例について図面
を参照しながら説明する。

【００１７】図１において、１は変流器などの溶接電流
検出手段でアークセンサー信号源としての溶接電流信号
を出力する。２は短絡判定手段で短絡の有無を検出する
短絡検出機能３と短絡強さ判定機能４と短絡位相検出機
能５と短絡領域判定機能６とを有している。７は短絡強
さ判定機能４の判定結果により短絡の発生領域の区分と
積分領域の区間を設定する領域区分設定手段、８は積分
領域設定手段で短絡発生領域判定機能６の判定結果によ
り領域区分設定手段７で設定されたどの積分領域で積分
するのかを設定してアークセンサー本体回路９に出力す
る。９は例えば図４に示した従来のアークセンサー本体
回路で、前記積分領域設定手段８で決定した位相領域で
溶接電流信号に所定の積分処理を行ってアークセンサー
出力を得て出力する。

【００１８】以上のようなアークセンサーについてその
動作を図２を用いて説明する。ショートアーク溶接にお
いて発生した短絡による短絡後続電流の継続時間は溶接
電流回路のインダクタンスなど使用する溶接装置の諸定
数と短絡の強さに依存し、短絡の強さは溶接電流やアー
ク電圧などの溶接条件によってほぼ決定するから、一つ
の溶接条件で溶接しているときは後続電流継続時間は短
絡の都度ほぼ同じと考えてよい。本実施例において行っ
た実験における溶接条件では短絡後続電流がアーク回転
の約１／６回転（６０度）継続した。

【００１９】図２（ａ）に示すように積分領域ＴL、ＴR
を溶接進行方向の最前部Ｃｆ±９０度とすると、短絡が
領域Ａにおいて発生した場合は積分領域に短絡の影響が
及ばないが、短絡が領域Ｂにおいて発生した場合は積分
領域に短絡の影響が及びこの場合のデータは採用できな
い。しかしながら、図２（ｂ）に示すように積分領域Ｔ
_L’、Ｔ_R’をＣｆ±４５度に縮小すれば短絡の影響が及
ばない領域はＡ’に広がる。そこで、図２（ｃ）に示し
たように、前記領域Ａを標準発生領域、領域Ｂ’を発生
禁止領域、領域Ｃ（＝Ａ’−Ａ）を拡大発生領域と定義
して区分し、回転アークの一回転中に短絡が発生しない
とき、および短絡が標準発生領域Ａで発生したときには
積分領域を標準積分領域Ｔ_L、Ｔ_R（Ｃｆ±９０度）と
し、短絡が拡大発生領域Ｃで発生したときには積分領域
を縮小積分領域Ｔ_L’、Ｔ_R’（Ｃｆ±４５度）とし、短
絡が発生禁止領域Ｂ’で発生したときにはデータを不採
用とした。本実施例では、回転アークの１回転中に短絡
がＡ、Ｂ’およびＣ領域で発生した頻度は、それぞれ８
０％、５％および１５％であった。

【００２０】以上のように本実施例によれば、短絡の発
生領域を標準発生領域Ａ、発生禁止領域Ｂ’および拡大
発生領域Ｃの３領域に区分し、積分領域も標準積分領域
Ｔ_L、Ｔ_R と縮小積分領域Ｔ_L’、Ｔ_R’を設定して、回
転アークの１回転中に短絡が発生しないときおよび短絡
が標準発生領域Ａで発生したときには積分領域を標準積
分領域Ｔ_L、Ｔ_Rとし、短絡が拡大発生領域Ｃで発生した
ときには積分領域を縮小積分領域Ｔ_L’、Ｔ_R’とし、短
絡が発生禁止領域Ｂ’で発生したときにはデータを不採
用とすることにより、通常は広い領域を積分するので精
度を下げることなく、また、データが不採用になる頻度
を低減させたアークセンサーを得ることができる。

【００２１】（実施例２）以下本発明の第２の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。

【００２２】第２の実施例は、溶接を２つの溶接条件で
行ったものである。第１の溶接条件は第１の実施例と同
じ条件であり、短絡後続電流の継続時間も第１の実施例
と同じであるが、第２の溶接条件としては短絡後続電流
の継続時間はアーク回転の約１／４回転（９０度）とな
る溶接条件を用いている。第２の溶接条件で溶接すると
きは、図３（ａ）、（ｂ）に示したように標準積分領域
Ｔ_L、Ｔ_RをＣｆ±６０度とし、縮小積分領域Ｔ_L’、
Ｔ_R’をＣｆ±３０度とし、図３（ｃ）に示すような短
絡の発生領域の区分Ａ、Ｂ’およびＣを設定した。

【００２３】短絡判定手段２の短絡強さ判定機能４が短
絡の強さを判定したとき、領域区分設定手段７はあらか
じめ記憶した法則により短絡後続電流の継続時間を予測
して、短絡の発生領域の区分と積分領域の区間として図
２を採用するか図３を採用するかを判断して短絡の発生
領域判定機能６と積分領域設定手段８の領域区分設定を
行う。

【００２４】以上のように第２の実施例によれば、短絡
の発生領域の区分と積分領域の区間を短絡判定手段が判
定した短絡の強さによってそれぞれ２つずつ設定するこ
とにより２つの溶接条件を併用しても第１の実施例と同
様な精度をもつアークセンサーを得ることができる。

【００２５】なお、短絡電流の強さの判定は短絡電流の
ピーク値と立ち上がり波形とを用いても、また条件によ
ってはピーク値のみで行ってもよく、また短絡の発生領
域の区分と積分領域の区間の設定は本実施例に示した具
体的な値に限定されるものではなく、また併用する溶接
条件の数によっては領域区分の設定数を３以上としても
よいことは言うまでもない。

【００２６】また、本実施例においては、アークセンサ
ー信号源として溶接電流を利用したが、アークセンサー
信号源としてアーク電圧を利用しても同様の構成、動作
が実現できる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明は、アークセンサー
信号源検出手段と、短絡判定手段と、領域区分設定手段
と、積分領域設定手段と、アークセンサー本体回路を備
えて、回転アーク溶接中に発生する短絡の発生領域を標
準発生領域、拡大発生領域、発生禁止領域に区分し、ア
ークセンサー信号源の積分領域として標準積分領域と縮
小積分領域を設定して、回転アークの１回転中に短絡が
発生しないときおよび短絡が標準発生領域で発生したと
きは標準積分領域を、短絡が拡大発生領域で発生したと
きは縮小積分領域を採用し、短絡が発生禁止領域で発生
したときはデータを不採用とすることにより、アークの
安定性向上のために溶接電流回路にインダクタンスを挿
入して行う短絡が頻発するショートアーク溶接において
も、通常は広い領域を積分し、短絡が広い積分領域に影
響するときのみ狭い領域を積分することにより、有効な
検出データを十分に得ることができる高精度の優れたア
ークセンサーを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるアークセンサーのブ
ロック図

【図２】本発明の第１の実施例におけるアークセンサー
の領域区分図で（ａ）は標準積分領域と短絡後続電流の影響の及ぶ範囲
を示した図（ｂ）は縮小積分領域と短絡後続電流の影響の及ぶ範囲
を示した図（ｃ）は短絡の発生領域の区分を示した図

【図３】本発明の他の実施例の第２の溶接条件における
アークセンサーの領域区分図で（ａ）は標準積分領域と短絡後続電流の影響の及ぶ範囲
を示した図（ｂ）は縮小積分領域と短絡後続電流の影響の及ぶ範囲
を示した図（ｃ）は短絡の発生領域の区分を示した図

【図４】従来のアークセンサーの制御ブロック図

【図５】従来のアークセンサーのショートアーク溶接に
おける積分領域を示す図

【符号の説明】

１溶接電流検出手段（アークセンサー信号源検出手
段）２短絡判定手段７領域区分設定手段８積分領域設定手段９アークセンサー本体回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アークセンサー信号源検出手段と、短絡判
定手段と、領域区分設定手段と、積分領域設定手段と、
アークセンサー本体回路を備えたアークセンサーであっ
て、回転アーク溶接中に発生する短絡の発生領域を標準
発生領域、拡大発生領域、発生禁止領域に区分し、アー
クセンサー信号源の積分領域として標準積分領域と縮小
積分領域を設定して、回転アークの１回転中に短絡が発
生しないとき、および短絡が標準発生領域で発生したと
きは標準積分領域を、短絡が拡大発生領域で発生したと
きは縮小積分領域を採用し、短絡が発生禁止領域で発生
したときはデータを不採用とするアークセンサー。
【請求項２】短絡判定手段が判定した短絡の強さによっ
て短絡の発生領域の区分と積分領域の区間を設定する請
求項１記載のアークセンサー。