JPH06510485A - Penetration control welding machine - Google Patents
Penetration control welding machineInfo
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- JPH06510485A JPH06510485A JP5501377A JP50137793A JPH06510485A JP H06510485 A JPH06510485 A JP H06510485A JP 5501377 A JP5501377 A JP 5501377A JP 50137793 A JP50137793 A JP 50137793A JP H06510485 A JPH06510485 A JP H06510485A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 溶け込み制御溶接機 技術分野 本発明は高品質自動溶接を実施するため溶接場面の画像を利用する溶接機に関す る。本溶接機は溶け込み制御式である。すなわち、溶け込みを特徴ずける溶接パ ラメータを実時間で自動的に修正する。[Detailed description of the invention] Penetration control welding machine Technical field The present invention relates to a welding machine that uses images of welding scenes to perform high-quality automatic welding. Ru. This welding machine is a penetration control type. In other words, the weld pattern that characterizes penetration Automatically correct parameters in real time.
背景技術 溶け込みとは溶接作業の際に母材が溶け込んだ深さのことである。Background technology Penetration is the depth to which the base metal melts during welding.
高品質溶接には厚み全体にわたって金属が溶融していることが必要であり、した がって裏面に僅かなから余盛(表面盛り上がり部)が生じるのが普通である。こ れに加え肉盛溶接をする場合には、溶融個所に肉盛りをすることになるので溶接 を終えたビードの表面余盛(表面盛り上がり部)になるのが普通である。一般に 表面および裏面の盛り上がり部ならびにその幅は溶接部検収仕様の項目に挙げら れる。本発明は、TIG溶接(タングステン溶接棒を用いたイナートガス溶接) で溶加俸を用いて当該溶接ビードをつくる場合に応用するものであって、とくに 表面盛り上がり部に変化を持たせることが出来る。High-quality welds require molten metal throughout the thickness; Therefore, it is normal for a slight excess buildup (surface bulge) to occur on the back surface. child In addition, when overlay welding is performed, overlay is applied to the melted area, so welding It is normal for this to become the surface excess (surface bulge) of the bead that has been finished. in general The raised areas on the front and back sides and their widths are listed in the welded part acceptance specifications. It will be done. The present invention is TIG welding (inert gas welding using a tungsten welding rod) It is applied when making the weld bead using filler metal, and especially It is possible to vary the raised portions of the surface.
本発明は数多くの分野、とりわけ宇宙工学、原子力、航空機、農産物加工などの ハイテク産業に応用することが出来る。The invention can be applied to many fields, especially space engineering, nuclear power, aircraft, agricultural processing, etc. It can be applied to high-tech industry.
大多数の自動溶接機において(溶接プロセスや軌道などに関する)溶接パラメー タを設計条件に合わせて調整した溶接手順を系統的に再現し、次いで実際の溶接 条件の如何にかかわらずこれを録画登録し複写する方法は周知のものである。Welding parameters (regarding welding process, trajectory, etc.) in most automatic welding machines The welding procedure is systematically reproduced with the data adjusted to the design conditions, and then the actual welding process is performed. The method of recording and copying this regardless of the conditions is well known.
しかしながら、実際の生産現場においては、溶接条件が一定不変であることは稀 であり、また予測不可能な乱れが発生するのが通常であり、これにより許容値を 越える諸条件が発生し、不良品や返品が出る可能性がある。However, in actual production sites, welding conditions rarely remain constant. It is normal for unpredictable disturbances to occur, which may cause tolerances to be exceeded. Exceeding conditions may occur, resulting in defective products or returns.
しかしながら、これらの予測不可能な乱れを考慮に入れその悪影響を極力抑制し ようとする若干の装置が存在している。一般に、このような装置には既存の設備 に配設されることになるセンサが内蔵される。However, taking these unpredictable disturbances into account, we are trying to minimize their negative effects. There are some devices that attempt to do so. Such equipment generally requires existing equipment. It has a built-in sensor that will be installed in the
エルメス(HERMES)社から出版されているジエイ・エム・デトリッシュ( J、 M、 DETRIcHE)著「溶接ロボットセンサならびに軌道整合性( Robots de soudage、Capteurs et Adapta tivite de Trajectoire) Jには上記のような装置の大 部分が紹介されている。G.M. Detriche (published by HERMES) J, M, DETRIcHE) “Welding Robot Sensors and Trajectory Consistency ( Robots de soudage, Capteurs et Adapta tivite de Trajectoire) J has the size of the equipment as mentioned above. parts are introduced.
さらに、ディー・ハヴエイ(D、 HARVEY)とビー・ルーカス(B、 L UCAS)両氏が1溶接協会広報(Welding In5titute Bu lletin)J誌の1990年576月号に発表した論文は、自動溶は込み制 御装置について述べている。当該装置は、ビデオカメラを用いて溶接電流の波形 を所望の値に調整することにより溶は込みを一定に保つことを可能にするもので ある。当該カメラは、溶接トーチに対向する側で観察される光のレベルを光導体 を介して当該情報をカメラに送る光学レンズによりビデオ信号に変換する。こう してカメラの出力側で得られたビデオ信号は増幅され目標値と比較され、これに より所期の溶は込み度にすることが出来る。In addition, Dee Havey (D, HARVEY) and Bea Lucas (B, L) UCAS) Both are 1 Welding Association Public Relations (Welding In5 titute Bu) The paper published in the June 1990 issue of J. It describes the control equipment. The device uses a video camera to record the waveform of welding current. It is possible to keep the melt penetration constant by adjusting the value to the desired value. be. The camera monitors the light level observed on the side facing the welding torch. The information is converted into a video signal by an optical lens that is sent to the camera via a video signal. like this The video signal obtained at the output of the camera is amplified and compared with the target value, which The desired depth of melting can be achieved.
当該装置の主な難点は画像が反転することで、裏面へのアクセス可能性ならびに トーチとカメラとの同期に問題が生じることになる。The main drawback of the device is that the image is inverted, making it difficult to access the back side and There will be problems synchronizing the torch and camera.
幸いにして、本発明はこれらの不都合を改善し、かつ溶は込みノくラメータを自 動的かつ実時間で調整することが出来る。Fortunately, the present invention ameliorates these disadvantages and automatically adjusts the weld penetration parameter. It can be adjusted dynamically and in real time.
発明の開示 本発明による溶接機は、溶接ヘッドを制御する処理装置から溶は込み制御を実行 する。溶接電流による制御とアーク電圧の調整を組み合わせることにより、この ように溶接溶は込みをほぼ一定にすることが出来る。Disclosure of invention The welding machine according to the present invention performs penetration control from the processing device that controls the welding head. do. This can be achieved by combining control by welding current and adjustment of arc voltage. In this way, weld penetration can be kept almost constant.
より正確には、本発明は以下のものを内蔵した制御溶接機に関す−一定のアーク 電圧ならびに一定の溶接電流を保証する当該へ・ノドの電源装置、 −一定不変(適当)の溶接溶は込みを得るための制御・処理装置であって以下の ことを特徴とするもの。すなわち、−溶接部域に対し測定可能な高さに位置する 溶接へ・ノドが高さ方向で制御可能であること。More precisely, the invention relates to a controlled welding machine incorporating - a constant arc; A power supply device for the joint, which guarantees voltage and constant welding current; - A control and processing device for obtaining a constant (appropriate) weld penetration, which includes the following: something that is characterized by i.e. - located at a measurable height relative to the weld area; For welding: The throat should be controllable in the height direction.
−一定不変の溶は込みを得るための制御・処理装置が一方では溶接ヘッドの高さ を制御するに適した装置であって、アーク電圧を最初の基準値に制御するための もの、他方では表面盛り上がり部を第2の基準値に制御するための溶接電流制御 に適した装置を内蔵する。- On the one hand, the control and processing equipment to obtain a constant weld penetration is A device suitable for controlling the arc voltage to the first reference value. On the other hand, welding current control is used to control the surface bulge to a second reference value. Built-in equipment suitable for
本明細書においてrヘッドの高さ1とは、水平姿勢での溶接であり、他の姿勢、 たとえば上進姿勢で溶接する場合には、ヘッドと溶接表面に対する接゛平面との 間の距離になるであろうことは明らかである。In this specification, the height 1 of the r head refers to welding in a horizontal position, and in other positions, For example, when welding in an upward position, the contact plane between the head and the welding surface is It is clear that the distance between
当該溶接ヘッドは溶接部域に光点を当てる装置を配設して(するので有利である 。さらに、当該ヘッドは溶接部域を観察する装置を配備、当該観察装置自体は、 上記光点位置から溶接へ・ノドの高さを決定するに適した少なくとも1基の光点 位置検出器で構成される。Advantageously, the welding head is equipped with a device that shines a light spot on the welding area. . Furthermore, the head is equipped with a device for observing the weld area, and the observation device itself is At least one light spot suitable for determining the height of the welding throat from the above light spot position Consists of a position detector.
本発明によれば、ヘッドの高さを制御する装置には以下のものが配設される。す なわち、 −測定対象アーク電圧に対応する第1の信号を受信する第1の人力部および目標 値に対応する第2の入力部、ならびに出力部を有するコンパレータ1基。According to the present invention, the following are arranged in the device for controlling the height of the head. vinegar In other words, - a first human power section and a target receiving a first signal corresponding to the arc voltage to be measured; One comparator with a second input corresponding to a value, and an output.
−コンパレータの出力側に接続した入力部ならびに溶接へ・ノドの高さ修正装置 に接続した出力側を有するへ・ノド高さ調節装置1基。- Input section connected to the output side of the comparator and a device for adjusting the height of the welding throat 1 x gutter height adjustment device with output side connected to.
同様に、溶接電流を制御する装置には以下のものが配設される。Similarly, the following are arranged in the device for controlling the welding current.
すなわち、 −測定対象高さに対応する第1の信号を受信する第1の入力部と目標値に対応す る第2の信号を受信する第2の入力部、ならびに1つの出力部を有するコンパレ ータ1基。That is, - a first input for receiving a first signal corresponding to the height of the object to be measured and a first signal corresponding to the target value; a second input for receiving a second signal, and one output. 1 unit.
− コンパレータの出力側に接続した入力部と溶接へ・ノドに電流を供給する溶 接発電機に接続した出力部を有する電流調整器1基。- The input part connected to the output side of the comparator and the welding part that supplies current to the welding/nod. One current regulator with output connected to the generator.
溶接部域を観察するための装置には撮像用カメラを内蔵することが望ましい。本 発明の1つの変更態様によれば、光点位置決定装置は当該カメラと一体化してい る。Preferably, the device for observing the weld area includes a built-in imaging camera. Book According to one variant of the invention, the light spot positioning device is integrated with the camera. Ru.
他方、当該撮像用カメラは溶接作業実施状態を遠隔監視するに適した画像監視装 置に接続することも同様に望ましい。On the other hand, the imaging camera is an image monitoring device suitable for remotely monitoring the status of welding work. It is equally desirable to connect the
本発明の他の特徴ならびに利点は、図面を参照しながら説明することによってよ り明確になるであろう。ただし当該図面を参照しながらの記述は説明を明確にす るためのものであって、本発明を限定するものではない。Other features and advantages of the invention will be apparent from the description with reference to the drawings. It will become clearer. However, descriptions that refer to the drawings should clarify the explanation. The present invention is not limited to the present invention.
図面の簡単な説明 本明細書に添付した唯一の図面は、溶接ヘッドおよび処理装置を配備した本溶接 機を略図解するものである。Brief description of the drawing The only drawing attached to this specification shows the actual welding with the welding head and processing equipment This is a schematic illustration of the machine.
発明を実施するための最良の形態 本発明による溶接機の溶は込み制御は、溶は込みの特徴的パラメータ、たとえば 溶接ビードの「裏面盛り上がり部jを、当該ビードの「表面盛り上がり部1の測 定により溶接電流を修正することによって、一定不変の値に制御することである 。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The penetration control of the welding machine according to the present invention is based on characteristic parameters of penetration, e.g. Measure the ``back side raised part j'' of the weld bead to the ``surface raised part 1'' of the bead. The method is to control the welding current to a constant value by modifying the welding current according to the .
「裏面盛り上がり部」とは、溶接ヘッドに対向する側で観察される溶接ビードの 裏側余盛のことで、しばしば溶接の合格判定の基準となるものである。“Back side raised area” is the weld bead observed on the side facing the welding head. This refers to backside reinforcement, and is often used as a criterion for passing welding.
実際には、表面盛り上がり部パラメータは溶接作業現場の上方に抜き出た溶接ヘ ッドの高さの測定値を基準にして測定することが出来る。ただし、この測定は、 アーク電圧が一定値に制御されるという条件が立証される時に実施されるもので ある。当該アーク電圧の調整は溶接ヘッドの高さを調節することによって実施さ れる。In reality, the surface bulge parameters are the welds extracted above the welding work site. It can be measured based on the measured value of the height of the pad. However, this measurement It is carried out when the condition that the arc voltage is controlled to a constant value is established. be. Adjustment of the arc voltage is carried out by adjusting the height of the welding head. It will be done.
したがって、特定のパラメータ間の組み合わせが存在するのは、間接的には、溶 接電流がヘッドの高さに応じて変動するからであり、またヘッド高さの変動によ ってアーク電圧を変えることが出来るからである。Therefore, the existence of certain combinations of parameters is indirectly due to This is because the contact current varies depending on the height of the head, and also due to variations in the head height. This is because the arc voltage can be changed.
相関側(本明細書では単にr関係jともいう)は相異なるパラメータ間で決定す ることが出来る。相関側を制御という観点から利用できるようにするためには、 当該相関側は1対l対応でなくてはならない。すなわち、単調相関でありヌルで ない勾配でなくてはならない。裏面盛り上がり部と溶接電流の間にはこのような 相関側が存在するのである。上記ビードの表面盛り上がり部と裏面盛り上がり部 との間には第2の相関側が成立する。The correlation side (also simply referred to as r-relationship j in this specification) is determined between different parameters. Rukoto can. In order to make the correlation side usable from a control perspective, The correlation sides must have a one-to-l correspondence. In other words, it is a monotonous correlation and is null. The slope must not be too steep. There is a gap like this between the raised part on the back side and the welding current. There is a correlation side. The raised part on the surface and the raised part on the back of the above bead. A second correlation is established between .
図面に示したのは本発明による溶接機である。当該溶接機は、主として単一の溶 接ヘッドl、複数の処理装置2ならびに単一の視覚監視装置3から構成される。Shown in the drawing is a welding machine according to the invention. The welding machine mainly uses a single welding machine. It consists of a contact head l, a plurality of processing units 2 and a single visual monitoring unit 3.
溶接ヘッドl溶接棒11で終端する溶接トーチ10が内蔵される。当該溶接トー チlOにより溶加棒を用いてTIGタイプの溶接(タングステン溶接棒を用いた イナートガス溶接)をすることが出来る。その溶接棒11は電気アークを発生す るに適しており、電気アークの強さはアーク電圧ならびに溶接トーチ10が受け るアーク電流の関数である。A welding torch 10 terminating in a welding head l welding rod 11 is built-in. The welding toe TIG type welding using a filler rod (using a tungsten welding rod) inert gas welding). The welding rod 11 generates an electric arc. The strength of the electric arc depends on the arc voltage and the welding torch 10. is a function of arc current.
照明装置12は溶接部域全体に光点13を投することが出来る。ここで溶接部域 というのは、溶接棒11、溶接ビード片ならびに溶接をしようとする継手部分の ある溶接面部分のことである。光点を発するための装置12は溶接方向から見て トーチIOの前方に向いている。当該方位は観察装置(14〜17)の光強に対 しほぼ45°の角度とするのが最適である。このような角度にすれば当該溶接部 域全体にわたり光点】3を最適に投することが出来る。このようにして、溶接ヘ ッドの高さを周知の三角測量法によって計測することが出来る。The illumination device 12 can cast a light spot 13 over the entire weld area. Here weld area This is because the welding rod 11, the weld bead piece, and the joint part to be welded are It refers to a certain welding surface part. The device 12 for emitting a light spot is seen from the welding direction. It faces the front of the torch IO. The direction corresponds to the light intensity of the observation device (14 to 17). An angle of approximately 45° is optimal. If the angle is set like this, the welding part will be It is possible to optimally cast a light spot】3 over the entire area. In this way, welding The height of the pad can be measured using well-known triangulation methods.
溶接部域を観察するための装置14〜17は、溶接トーチ10の前方に位置し、 当該部域を視覚化しそのパラメータの幾つかを測定することを可能にする。当該 溶接部域観察用装置14〜17は視覚化のための光学装置17、ビームスプリッ タ15ならびに撮像用カメラ14で構成している。Devices 14 to 17 for observing the weld zone are located in front of the welding torch 10, It makes it possible to visualize the area and measure some of its parameters. concerned The welding area observation devices 14 to 17 include an optical device 17 for visualization and a beam splitter. 15 and an imaging camera 14.
ビームスプリッタ15により溶接部域の画像が測定チャンバ16内に形成される 。当該チャンバ16には光点13の位置を検出する単一ないし2つの位置検出直 線検波器が配設されている。当該位置検出器は標準型のもので当該光点13を観 察出来るような構造になっている。An image of the weld area is formed in the measurement chamber 16 by the beam splitter 15. . The chamber 16 has one or two position detection stations for detecting the position of the light spot 13. A line detector is installed. The position detector is a standard type and can observe the light spot 13. It has a structure that is easy to understand.
上記検出器によって溶接部域に当たる光点の位置から溶接ヘッドの高さを割り出 すことが出来る。The height of the welding head is determined from the position of the light spot hitting the welding area using the above detector. I can do it.
たとえば、アナログ式位置感知装置(PSD)型回路がその例で、適当な電子装 置と組み合わせることにより、感光板上に投じられる光点の「重心1の長手方向 位置が分かる。An example is an analog position-sensing device (PSD) type circuit, where appropriate electronics are By combining this with the I know the location.
撮像用カメラ14はCCD (電荷結合素子)型のものとし光による眩惑を防ぎ 、またアーク近傍に存在する強い電磁波にも比較的惑わされないため高品質の画 像を得ることが出来る。The imaging camera 14 is a CCD (charge-coupled device) type to prevent dazzle from light. , and is relatively unaffected by the strong electromagnetic waves that exist near the arc, resulting in high-quality images. You can get the image.
当該カメラ14の出力側は、視覚化監視装置3に接続する。当該監視装置3は、 本実施態様によれば、モノクロームである。当該監視装置3の第1の機能はユー ザーが溶接部域を遠隔監視することを可能にすることである。また、第2の機能 により撮像条件を実験的に最適化する、とくに、監視装置3に位置を固定標示し た光点位置検出器を好条件(すなわち、溶接部域外、反射なし、など)で作動さ せることが可能になる。The output side of the camera 14 is connected to the visualization monitoring device 3 . The monitoring device 3 is According to this embodiment, it is monochrome. The first function of the monitoring device 3 is to The purpose is to allow the user to remotely monitor the weld area. Also, the second function Experimentally optimize the imaging conditions by Operate the light spot position detector under favorable conditions (i.e., outside the weld zone, no reflections, etc.). It becomes possible to
光点発出装置12ならびに溶接部域観察装置14〜17から出発する光路は、透 明な窓を経てノズル18を貫通し、溶接棒11の尖端部分近傍の溶接対象板に収 束する。The light path starting from the light point emitting device 12 and the welding area observation devices 14 to 17 is transparent. It passes through the nozzle 18 through a clear window and is stored in the plate to be welded near the tip of the welding rod 11. bundle.
さらに、チャンバ16の位置感知装置(PSD)による位置測定値は出力側から 複数の溶は込み処理装置2に送信される。当該複数装置2は、一方ではアーク電 圧制御装置20〜22、他方では溶接電流制御装置23〜25を内蔵する。Furthermore, position measurements by the position sensing device (PSD) of chamber 16 are taken from the output side. The information is sent to a plurality of melting processing devices 2. The plurality of devices 2, on the one hand, It incorporates pressure control devices 20-22 and welding current control devices 23-25 on the other hand.
アーク電圧制御装置20〜22には電子比較装置21(たとえば、差動増幅器) が配設され、これにより当該電子装置21の入力側E2で受信したアーク電圧基 準値と溶接トーチ10で測定し当該比較装置(コンパレータ)21の入力側で受 信したアーク電圧を比較することが出来る。当該コンパレータ21の出力側Sで はアーク電圧誤差をヘッド高さ調整器20に入力する。これは、すでに述べたよ うに、アーク電圧をヘッドの高さ調節によって調整できるからである。当該調整 器20の出力側は複数のヘッド高さ移動装置22に接続している。The arc voltage control devices 20 to 22 include an electronic comparator 21 (for example, a differential amplifier). is arranged, whereby the arc voltage base received at the input side E2 of the electronic device 21 is The reference value is measured by the welding torch 10 and received at the input side of the comparator 21. It is possible to compare the received arc voltage. On the output side S of the comparator 21 inputs the arc voltage error to the head height adjuster 20. I've already mentioned this This is because the arc voltage can be adjusted by adjusting the height of the head. The adjustment The output side of the device 20 is connected to a plurality of head height moving devices 22.
同様にして、溶接電流制御装置23〜25には、電子装置21とほとんど同一の 電子比較装置24(差動増幅器)が配設されており、これにより入力側e2て受 信した高さ基準値と光点位置検出器によって測定されコンパレータ24の入力側 e1で受信した高さ値とを比較することが出来る。当該コンパレータ24の出力 側Sからは電流調整器23に高さ誤差が送信される。すなわち、先に述べたよう に、溶接電流によって溶は込みを制御することが可能になる。このようにして得 られた電流補正値は溶接発電機25に送信され、当該発電機は溶接ヘッドの電源 電流を修正することになる。Similarly, the welding current control devices 23 to 25 include almost the same electronic device 21. An electronic comparison device 24 (differential amplifier) is provided, which allows the input side e2 to receive The input side of the comparator 24 is measured by the received height reference value and the light spot position detector. It can be compared with the height value received at e1. Output of the comparator 24 From the side S, the height error is transmitted to the current regulator 23. In other words, as mentioned earlier Second, it becomes possible to control the penetration by the welding current. This way you get The corrected current value is sent to the welding generator 25, which is the power source for the welding head. This will correct the current.
以下に述べる説明によってヘッド高さ、溶接電流、およびアーク電圧の各パラメ ータ間の相互制御関係が理解しやすくなる。The head height, welding current, and arc voltage parameters are determined by the explanations below. It becomes easier to understand mutual control relationships between data.
アーク電圧は主として溶接棒の尖端と表面盛り上がり最上部との間の距離に左右 されるので、ヘッド高さを修正することによりアーク電圧を一定に保つ第1の制 御ループによって測定対象であるヘッド高さを直接表面盛り上がり部の関数とす ることが出来る。The arc voltage mainly depends on the distance between the tip of the welding rod and the top of the surface bulge. Therefore, the first control to keep the arc voltage constant is to correct the head height. The control loop allows the head height to be measured to be directly a function of the surface protrusion. Rukoto can.
溶接電流の修正によって表面盛り上がり部分を保持する第2の制御ループは、溶 は込みを一定不変に保つという目的を果たすことが出来る。A second control loop, which maintains the surface bulge by modifying the welding current, This can serve the purpose of keeping the inset constant.
上述した本発明の実施態様によれば、溶接機全体にケーブルを接続することが出 来る。According to the embodiment of the present invention described above, it is possible to connect the cable to the entire welding machine. come.
しかしながら、溶は込み処理部分全体ないしその一部にプログラミングをおこな うことにより同一の機能をもつ溶接機とすることも可能である。However, it is not possible to program the entire or part of the welding process. By doing so, it is also possible to create a welding machine with the same functions.
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