JPH08252670A - アークセンサ装置 - Google Patents

アークセンサ装置

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JPH08252670A
JPH08252670A JP5785895A JP5785895A JPH08252670A JP H08252670 A JPH08252670 A JP H08252670A JP 5785895 A JP5785895 A JP 5785895A JP 5785895 A JP5785895 A JP 5785895A JP H08252670 A JPH08252670 A JP H08252670A
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Keiji Yasui
啓二 安井
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガスメタルアーク(GMA)溶接において、
溶接トーチと被溶接物との相対位置を正確に検出する。 【構成】 周期運動をする溶接トーチ1と被溶接物2の
間の電圧を検出するアーク電圧検出器3と、設定された
変化率とアーク電圧検出器3により検出された溶接電圧
の時間変化率とを比較し、設定変化率より溶接電圧が大
きく変化したことを判定し、同時に時間変化が設定され
た時間より早くかつ変化率が設定変化率より小さいこと
を判定する瞬時変化判定器4とを備え、アークセンサ6
は、周期運動の位相を検出する位相検出器5の出力を考
慮に入れて、瞬時変化中の電圧を取り除いた溶接電圧か
ら、溶接トーチ1と被溶接物2との相対位置を検出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスシールドメタルア
ーク(GMA)溶接に有効なアークセンサ装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、自動アーク溶接において、トーチ
を揺動動作や回転動作など周期運動をさせて、溶接電流
の変化から得られる信号により、トーチの中心軸線を常
に被溶接物の開先部の中央付近に位置させて溶接を行う
アークセンサが広く適用されている。
【0003】トーチを周期運動させるアークセンサ制御
の具体的な従来方法としては、特公昭53−11502
号公報に開示され、実用されたが、周期運動の周波数が
高くなるにつれ、特公昭53−11502号公報に開示
された溶接電流を用いるより、溶接電圧を用いるほうが
センサを高性能で使用できることがわかってきた。従来
のアークセンサ制御で溶接電圧を用いた方法について図
5および図6を参照しながら説明する。
【0004】図5は従来のアークセンサ制御を適用した
アーク溶接の溶接状態を示す側面図である。図5におい
て、2a,2bは被溶接物、Mは開先でその中央部を一
点鎖線Nで表している。溶接チップ7は開先M内に挿入
され、その溶接チップ7から溶接ワイヤ8が送り出さ
れ、溶接中は被溶接物2a,2bとの間でアークを発生
させる。溶接トーチ(図示せず)が周期運動するにつ
れ、溶接トーチに固定されている溶接チップ7が7aか
ら7bへ、次に7a,7cへ、そして7aへと移動す
る。
【0005】図5(a)のように溶接チップ7の周期運
動の中心が開先Mの中央部Nを通る場合には溶接電圧は
図6(a)に示すように変化する。溶接チップ7が7a
の位置では図6(a)のpの溶接電圧となり、7bの位
置ではq、また7aの位置に戻るとr、7cの位置では
s、7aに戻るとp1 の溶接電圧になる。
【0006】次に、図5(b)のように溶接チップの周
期運動の中心が開先Mの中央部Nから上にはずれている
場合には、溶接電圧は図6(b)に示すように変化す。
逆に下にはずれている場合には、図6(b)の時間軸の
pをr、qをs、rをp、sをqと読み替えた状態とな
る。
【0007】この溶接電圧をアークの上下1/2周期
(図6(a),図6(b)のp−r間とr−p1 間)ご
とに積分して、上下の積分値を比較することにより、周
期運動の中心が開先Mのどの位置にあるか検知でき、こ
れにより軌跡修正し、常に中央部Nに位置するよう、あ
るいは設定された量だけ中心部からずらした位置になる
よう制御可能となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来の
アークセンサは、主に溶接電源の出力が一定の電圧でC
2 溶接、MAG溶接の理想的な状態のものであるが、
実際の溶接電圧波形は図6のようにスムーズに変化して
いるわけではなく、アーク短絡やワイヤ送給の変動や周
期運動させるためなどの理由により、スムーズなときと
変化が大きいときとがある。そのとき従来の制御方法で
は相対位置を算出した結果大きな誤差を発生し、軌跡が
蛇行する、あるいは軌跡追従能力が落ちるといった問題
点があった。
【0009】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、ガスメタルアーク(GMA)溶接において、溶接ト
ーチと被溶接物との相対位置を正確に検出することがで
きるアークセンサ装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のアークセンサ装置は、周期運動する溶接トー
チと被溶接物間の電圧を検出するアーク電圧検出器と、
設定された変化率と前記アーク電圧検出器により検出さ
れた溶接電圧の時間変化率とを比較し、設定変化率より
溶接電圧が大きく変化したことを判定し、同時に時間変
化が設定された時間より早くかつ変化率が設定変化率よ
り小さいことを判定する瞬時変化判定器と、周期運動の
位相を検出する位相検出器を備え、溶接トーチと被溶接
物との相対位置を正確に検出するものである。
【0011】
【作用】本発明は上記構成によって、アークセンサは瞬
時変化中であると判定された電圧信号を取り除いた電圧
信号により位相検出器の出力を考慮して、正確に溶接ト
ーチと被溶接物との相対位置を検出することができる。
また、溶接トーチの進行方向に向かって左の電圧平均値
と右の電圧平均値から、被溶接物と溶接トーチの進行方
向に向かって左右の位置も検出することができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図1〜図4
を参照しながら説明する。なお、従来例で説明したもの
と同一構成部材には同一番号を用いる。
【0013】図1は本発明の一実施例のアークセンサ装
置のブロック図である。図1に示すように、ガスシール
ドメタルアーク溶接機において、アークセンサ装置は周
期運動をする溶接トーチ1と被溶接物2の間の電圧を検
出するアーク電圧検出器3と、設定された変化率とアー
ク電圧検出器3により検出された溶接電圧の時間変化率
とを比較し、設定変化率より溶接電圧が大きく変化した
ことを判定し、同時に時間変化が設定された時間より早
くかつ変化率が設定変化率より小さいことを判定する瞬
時変化判定器4と、周期運動の位相を検出する位相検出
器5を備えており、アークセンサ6はアーク電圧検出器
3が検出した溶接電圧のうち瞬時変化判定器4により瞬
時変化中であることを判定された区間を取り除いた溶接
電圧から、位相検出器5の出力を考慮に入れて、溶接ト
ーチ1と被溶接物2との相対位置を検出するように構成
されている。
【0014】図2はアーク溶接時における溶接チップの
ウィービング状態を示す斜視図である。図2において、
2a,2bはそれぞれ被溶接物で、下向き重ね継手を形
成している。Aは溶接線で、被溶接物2a,2bの重な
っている境界を示している。7は溶接チップで、溶接ト
ーチ(図示せず)に固定されている。8は溶接ワイヤ
で、溶接チップ7の中心部から送り出され、溶接中は被
溶接物2a,2bとの間にアークを発生させるとともに
溶融し、被溶接物2a,2bを溶接する。そして溶接ト
ーチ(図示せず)がウィービングと呼ばれる周期運動す
るにつれ、溶接チップ7の中心軸Bは被溶接物2a,2
b上に投影線C(p−q−r−s−p1 )を描く。
【0015】以上のように溶接トーチがウィービングと
呼ばれる周期運動をするガスシールドメタルアーク溶接
(CO2 溶接)におけるアークセンサ装置について説明
する。なお、この実施例では溶接トーチの姿勢は溶接チ
ップ7が被溶接物2aに対して45度の狙い角で溶接し
ており、1運動周期が20msの場合である。
【0016】溶接チップの周期運動の中心が開先の中心
部からはずれていて、アークの状態が比較的安定してい
る場合(従来例では図6(b)の場合)は、溶接電圧は
図3のパターンAのように比較的スムーズになり、従来
法でも問題はない(期間は0〜20ms)。
【0017】しかし、溶接ワイヤが被溶接物に完全に短
絡した場合、図3のパターンB(期間は20〜40m
s)のように溶接電圧は長期間(5ms前後)低い状態
(0〜10V)になり、溶接電流は大きく300〜50
0Aへ跳ね上がり、このときはセンサの特性(溶接電流
と溶接電圧の関係)が大きく変わるためにセンサ信号と
して採用するのは難しい。
【0018】本実施例により改善されるのは、図3のパ
ターンC(期間は40〜60ms)のように溶接電圧が
比較的小さく(1〜10V)かつ短期間(〜4ms)に
変動した場合である(ここでは、変動した期間は40〜
60ms内の50ms前後である)。図3のパターンC
において溶接電流、溶接電圧は時間が40msのときは
図2のpの位置に、45msのときはqの位置に、50
msのときはrの位置に、55msのときはsの位置
に、60msのときはp1 の位置にそれぞれ対応してい
る。このとき、溶接電圧の時間変化率(微分値)を算出
し、設定値(2V/ms程度)より大きく変化しはじ
め、かつその急激な変化が設定時間(4ms程度)内に
終わることを判定する瞬時変化判定器4によって、溶接
電圧が瞬時変化中であることを判定し(図3の溶接電圧
では48〜51msの期間)、アークセンサ6では瞬時
変化中の溶接電圧データをセンサの信号から取り除き、
位相検出器5の出力を考慮に入れて、溶接トーチ1と被
溶接物2との相対位置を検出する。これにより、被溶接
物による電圧の変化とアーク短絡やワイヤ送給の変動や
周期運動させるためなどの理由による溶接電圧の変化を
分別でき、被溶接物による電圧の変化を正確に測定で
き、アークセンサの精度を上げることができる。
【0019】さらに、前記のように溶接電圧が瞬時的変
化をしたときのデータを用いないこともできるが、図4
のように溶接電圧が瞬時変化を開始した電圧値と終了し
た電圧値を補間(図では直線補間:点線)し、アークセ
ンサのデータとして用いることもできる。
【0020】この瞬時変化した電圧を取り除いた溶接電
圧データより、溶接トーチの進行方向に向かって左右の
位置検出に用いることができる。溶接トーチの前後方向
(つっこみ下がり方向)には一般的に溶接電流の時間移
動平均値(期間は50〜300ms)を用いる。
【0021】また、周期運動中の進行方向に向かって左
の溶接電圧平均値と右の溶接電圧平均値との差から、溶
接トーチの進行方向に向かって左右方向の位置検出をす
ることができる。一般的にはこの差電圧が事前に設定さ
れた電圧(オフセット電圧)になるよう制御する。この
オフセット電圧の絶対値が小さいと継手の中心に近くな
り、大きくなるほど継手中心からはずれ、溶接ビード位
置を設定できる。
【0022】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、周期運動
する溶接トーチと被溶接物間の電圧を検出するアーク電
圧検出器と、設定された変化率と前記アーク電圧検出器
により検出された溶接電圧の時間変化率とを比較し、設
定変化率より溶接電圧が大きく変化したことを判定し、
同時に時間変化が設定された時間より早くかつ変化率が
設定変化率より小さいことを判定する瞬時変化判定器
と、周期運動の位相を検出する位相検出器を備えたこと
により、溶接トーチと被溶接物との相対位置を正確に検
出することができるため、ガスシールドメタルアーク溶
接において、常に溶接トーチの周期運動の中心か、被溶
接物の継手の設定位置になるよう軌跡制御が可能となる
優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のアークセンサ装置のブロッ
ク図
【図2】同アークセンサ装置における溶接チップのウィ
ービング状態を示す斜視図
【図3】同アークセンサ装置における溶接チップを周期
運動させたときの溶接電流および溶接電圧の一例を示す
図で、 パターンAは溶接電圧が比較的スムーズな場合 パターンBは溶接ワイヤが被溶接物に完全に短絡した場
合 パターンCは溶接電圧が瞬時変化した場合
【図4】同アークセンサ装置において溶接電圧が瞬時変
化したときの補間の一例を示す図
【図5】(a)は従来例のウィービング動作の中心軸線
が開先の中央部に位置した場合の溶接状態を示す側面図 (b)は従来例のウィービング動作の中心軸線が開先の
中央部からはずれている場合の溶接状態を示す側面図
【図6】(a)は従来例のウィービング動作の中心軸線
が開先の中央部に位置した場合の溶接電流の波形図 (b)は従来例のウィービング動作の中心軸線が開先の
中央部からはずれている場合の溶接電流の波形図
【符号の説明】
1 溶接トーチ 2 被溶接物 3 アーク電圧検出器 4 瞬時変化判定器 5 位相検出器 6 アークセンサ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 周期運動する溶接トーチと被溶接物間の
    電圧を検出するアーク電圧検出器と、設定された変化率
    と前記アーク電圧検出器により検出された溶接電圧の時
    間変化率とを比較し、設定変化率より溶接電圧が大きく
    変化したことを判定し、同時に時間変化が設定された時
    間より早くかつ変化率が設定変化率より小さいことを判
    定する瞬時変化判定器と、周期運動の位相を検出する位
    相検出器を備え、アークセンサは、前記アーク電圧検出
    器が検出した溶接電圧のうち前記瞬時変化判定器により
    瞬時変化中であることを判定された区間を取り除いた溶
    接電圧から、前記位相検出器の出力を考慮に入れて、溶
    接トーチと被溶接物との相対位置を検出することを特徴
    とするアークセンサ装置。
  2. 【請求項2】 瞬時変化判定器により瞬時変化中である
    ことを判定された区間の開始時と終了時の溶接電圧を補
    間し溶接電圧として用いることを特徴とする請求項1記
    載のアークセンサ装置。
  3. 【請求項3】 瞬時変化判定器により瞬時変化中である
    ことを判定された区間を取り除いた溶接電圧から、溶接
    トーチの進行方向に向かって左右の位置検出に用いるこ
    とを特徴とする請求項1記載のアークセンサ装置。
  4. 【請求項4】 瞬時変化判定器により瞬時変化中である
    ことを判定された区間を取り除いた溶接電圧のうち、周
    期運動中溶接トーチの進行方向に向かって左の電圧の平
    均値と右の電圧の平均値の差から、溶接トーチの進行方
    向に向かって左右の位置検出に用いることを特徴とする
    請求項1記載のアークセンサ装置。
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