JPH07121458B2 - 溶接継手終端部の検出方法及び装置 - Google Patents

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９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）のトーチ位置ずれ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１０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１
ｂ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１
０に示すように、まず溶接トーチの電極ノズル３を立板
１ｂの端部近傍位置に設定する（この位置はワーク取付
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１１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１０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形によってズレが
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１１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積分値を微
分し、微分値を所定のしきい値と比較し、微分値が所定
の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
れた所定角度範囲の検出信号を積分する積分器と、積分
器によって積分された検出信号を出力させるサンプルホ
ールド回路と、サンプルホールド回路から出力された積
分値を微分する微分回路と、微分回路から出力された微
分値を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、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。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１１の基準電圧Ｅｏの差を出力する差動アン
プ、１３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は回転位置検出
器１３の位置検出信号に基づいてゲート用スイッチ１３
を開閉するスイッチ駆動回路で、ゲート用スイッチとで
ゲート手段を構成している。１６は差動アンプ１２の出
力側にゲート用スイッチ１３を介して設けられた積分
器、１７は積分器１６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はサンプ
ルホールド回路１７から出力された積分値を微分する微
分回路、１９終端判定回路で、微分回路１８から出力さ
れた微分値としきい値設定器２０によって設定された所
定のしきい値Δｓｏとを比較して電極ノズルがＴ字形ワ
ーク１の溶接終端にきたことを示す終端検出信号を出力
するものである。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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の立板側のアーク電圧の変化をみ
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、立板側のアーク電圧を検出し、検出し
た電圧の変化の状態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
を応用したものであり、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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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５０cm／分、溶
接ワイヤ径は０．６〜２．０mm、溶接電流は１００〜１
０００Ａである。

【００２２】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角度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下板側の例
えば図５に示すように４５°〜９０°（Ｇを原点とし、
Ｒ方向への角度で、以下同様とする）である４５°の角
度範囲の差の信号を積分器１６に出力するようにゲート
用スイッチ１３を開く駆動制御をする。積分器１６では
その４５°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１７は積分器１６によって積分された
差の信号の図５に示すような積分値Ｓを微分回路１８に
入力する。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。このように積分器１６で積分するのはアーク電圧波
形にノズルがあり、その影響を受けないようにするため
である。微分回路１８では図６の（ａ）に示すサンプル
ホールド回路１７から出力された積分値Ｓを微分した微
分値ΔＳ（図６のｂ参照）を終端判定回路１９に入力す
る。終端判定回路１９では微分回路１８から出力された
微分値ΔＳとしきい値設定器１９によって設定された所
定のしきい値ΔＳｏと比較し、その微分値ΔＳがしきい
値以上のときに電極ノズルが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、終端判定回路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ΔＳｏは微分回路１８の出力信号ΔＳが一
定値以上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、また、終端判定回路１９は、ΔＳの値がΔ
Ｓｏを越えた瞬間、あるいは所定回数だけΔＳｏを越え
た時に、終端と判定する。

【００２３】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。

【００２４】上記図５に示す実施例では、積分器１６で
積分するアーク電圧の対象を上板側では４５°〜９０°
である４５°の角度範囲としているが、図７に示すよう
に、上板側で９０°〜１３５°である４５°の角度範囲
とするか、図８の（ｉ）に示すように上板側で４５°〜
１３５°である９０°の角度範囲とするか、図８の（ｉ
ｉ）に示すように上板側全域即ち０°〜１８０°である
１８０°の角度範囲としても終端検出できることはいう
までもない。なお、積分器１６で積分するアーク電圧の
対象とすなる二つの角度範囲は図５、図７、図８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。

【００２５】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
出できることは勿論であり、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。

【００２６】更にまた、終端検出が行われる高速回転ア
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勿論である。

【００２７】アーク回転速度Ｎは１０Ｈｚ以上、アーク
回転直径Ｄは１mm〜６mm、溶接ワイヤ径０．６〜２．０
mm、溶接電流Ｉａは１００〜１０００Ａである。

【００２８】

【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積分値を微分し、微
分値を所定のしきい値と比較し、微分値がしきい値以上
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。

【００２９】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。

【００３０】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】所定角度範囲のアーク電圧波形の積分値を示す
信号の波形図である。

【図６】所定角度範囲のアーク電圧波形の積分値を示す
信号とその信号の微分値を示す信号の波形図である。

【図７】別の所定角度範囲のアーク電圧波形の積分値を
示す信号の波形図である。

【図８】積分器で積分するアーク電圧の立板側の対象角
度範囲の態様を示す説明図である。

【図９】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１０】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１１】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） １６ 積分器 １７ サンプルホールド回路 １８ 微分回路 １９ 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積分値を微分
   し、微分値を所定のしきい値と比較し、微分値が所定の
   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
   力された所定角度範囲の検出信号を積分する積分器と、
   積分器によって積分された検出信号を出力させるサンプ
   ルホールド回路と、サンプルホールド回路から出力され
   た積分値を微分する微分回路と、微分回路から出力され
   た微分値を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。