JPS6284875A - 溶落ち予知方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、消耗電極式アーク溶接時に生ずる溶落ち現象
の予知方法に関する。

〔従来の技術〕

消耗電極式アーク溶接時、特に、母材が薄板である場合
には、母材に穴があくいわゆる溶落ち現象が発生するこ
とがある。これは、溶接電流の増加、母材開先のギャッ
プの増加等が原因して発生するが、これが、一旦、発生
すると、以後は溶断状態となってしまい、正常な溶接に
復帰させることはできない。従来、この溶落ち現象の発
生を予知する技術、予知して溶落ち現象の発生を回避も
しくは防止する技術は無く、溶落ち現象が発生すると、
溶接を停止するようにしているので、作業能率が低下し
、また、溶接を再開するには、ワーク交換、ワーク手直
しを行わなければならず不経済であるという問題があっ
た。また、ロボット溶接の場合は、この溶落ち現象の発
生を恐れて、安全を充分に見越した溶接条件を設定する
のが通常であるので低能率になるという問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は上記従来の問題を解消するためになされたもの
で、溶落ち前の溶接条件の変更を可能にして溶落ちの防
止もしくは回避を実現し得る溶落ち防止方法を得ること
を目的とする。

〔発明の構成〕

本発明は上記目的を達成するため、短絡周期を監視し、
該短絡周期が増大傾向を呈した場合に溶４〉 落ち発生前である判定するものであり、より具体的には
、短絡周期を監視し、短絡周期毎に、該短絡周期の多数
回平均値を演算するとともに少数回平均値を演算し、少
数回平均値／多数回平均値の比が所定のしきい値を越え
た場合に溶落ち発生前であると判定するものである。

〔発明の実施例〕

第１図（ａ）〜（ｄ）は、本発明者等が、溶落ち現象と
密接に相関する因子を求めて繰り返し行った測定のうち
の代表的な波形図を示したもので、この測定は、光セン
サを用い、薄板のアーク溶接時に、上記光センサで溶接
点を母材の裏面側からトレースしたものである。該アー
ク溶接におけるアーク電圧波形を第２図に示す。第１図
（ａ）の波形は上記光センサの出力波形であって、その
Ｙ軸方向は上記アーク電圧における短絡周期Ｔの大きさ
を示し、波形のＡ部は溶落ち部分における出力波形を示
している。第１図（ｂｌは上記出力波形をローパスフィ
ルタ（ＬＰＦ）（この場合は、カットオフ周波数ｆ　ｃ
＝５Ｈｚのもの）に通して、短絡周期Ｔのバラツキを平
均化した波形であり、第１図（Ｃ１はｆｃ＝ＩＨｚのＬ
ＰＦで平滑した波形である。

この第１図（ｂ）及び（Ｃ１の波形から明らかなように
、溶落ち開始前に、短絡周期が増大しており、本発明は
、この短絡周期Ｔの溶落ち前の増大傾向に着目してなさ
れたもので、アーク電圧を監視してこの増大傾向を検知
し溶落ちを予知するものある。

いわゆる溶落ちが起こった場合、その溶落ち発生時点で
溶接を停止すれば、溶融金属の表面張力によって、母材
にあいた穴は自然に塞がれ、補修溶接を行うことが可能
であるが、溶接ビード外観の乱れを嫌う場合や溶接を続
行させたい場合には溶落ちをその発生前に予知する必要
があり、溶落ちを予知できれば、該溶落ち前に、時間的
余裕をもって溶接条件を変更（電流の低減、溶接速度の
増大）することにより溶落ちの発生を防止することがで
きる。

上記短絡周期Ｔの増大傾向は、しきい値レベルＶｏ（電
圧）を設定して上記Ｌ−ＰＦの出力波形を比較器で該し
きい値レベルＶｏと比較することにより電気的に検出す
ることができ、上記測定によれば、上記増大傾向は、例
えば、溶落ち発生時点より２００〜３００ｍｓ　ｅ　ｃ
前から始まるので、上記比較器の出力信号（同図（ｄ）
）を予知信号とし、該信号を用いて、溶落ちが発生する
前に溶接条件を変更することができる。溶落ちの予知が
早いほど、この溶接条件の変更は容易になり溶落ちの回
避もしくは防止には好適であるが、そのためにしきい値
レベルＶｏを低く設定し過ぎると、個々の短絡周期のバ
ラツキのため、誤検出する確率が大きくなる。これに対
処する方法として、しきい値レベルを高いしきい値レベ
ルＶＨ（溶落ち検知レベル）と低いしきい値レベルＶＬ
　　（溶落ち予知レベル）の２段に設定し、短絡周期Ｔ
が低いしきい値レベルＶＬを越えた場合には、溶接条件
を変更させ、高いしきい値レベルＶＨを越えた場合には
溶接を停止させる構成としてもよい。

ところで、上記短絡周期Ｔは、溶接電源によって制御し
得るものではなく、電流・電圧・速度、ワイヤ突出長、
母材の板厚、表面状態等によって変動するので、予測す
ることは不可能であり、しきい値レベルとして絶対値を
用いる上記方法では汎用的な予知もしくは検知を行うこ
とが難＋７い。

また、個々の短絡周期Ｔがバラツクので上記のようにＬ
ＰＦを用いて短絡周期を平均化する必要があるが、アナ
ログＬＰＦを使用する場合は、溶接条件毎に最適なカッ
トオフ周波数ｆｃを選定しなくてはならず汎用性の面か
ら限界がある。

これらを考慮して本発明者等は広い範囲の溶接条件に対
応し得る汎用性の高い溶落ち方法を発明したので、以下
に、これを説明する。

この方法では、測定される短絡周期の多数回Ｎの平均値
Ｔｄと小数回ｎの平均値Ｔｃとを求め、両者の比Ｔ　ｃ
　／　Ｔ　ｄをあるしきい値Ａ（予知倍率）と比較して
前者が後者を越えたことにより、すなわち、下記式が成
立した場合に、予知信号ａを発生せしめて溶落ちを予知
する。

Ｔｃ／Ｔｄ＞Ａ・・・・・・・・（１）ここで、 （１）平均値Ｔｄは溶接を行いながら取込んだ正常溶接
時の短絡周期のデータから演算する値であり、第３図に
示す如く、短絡周期毎に新しいデータを取込み古いデー
タを捨てて演算更新される。

（２）キ均値ＴＣも、短絡周期毎に新しいデータを取込
み古いデータを捨てて更新されるが、少数回ｎの平均値
であるので、個々の短絡周期のバラツキを平滑しながら
、かつ、短絡周期の増大に敏感に追随する値とすること
ができる。

（３）シきい値Ａは、平均値比Ｔ　ｃ　／　Ｔ　ｄに対
するものであるので、ＶＯ％　ＶＨ、ＶＬと異なり相対
値としての内容を有し、溶接条件に一々対応して変更す
る必要がなく、１個の値で広い溶接条件に対応させるこ
とができる。

本発明者等の実験によれば、多数回Ｎ＝２０回以上、少
数回ｎ＝３〜１０回、Ａ　＝　１．５以上の場合に溶落
ち防止に効果のある検知を行うことができた。

・Ｎく２０の場合は、Ｔｄが変動し良好な予知を行えず
、 ・ｎ＜３の場合は、Ｔｃの変動が大きくなり、誤検知が
多くなり、 ・ｎ〉１０の場合は、Ｔｃの変化が短絡周期の増加傾向
に追随せず、予知は困難であった。

・Ａ＜１．５の場合は、ノイズの影響が大きく、誤検知
が増え、また、 ・Ａ　＞　２．５の場合には、溶落ちを看過する可能性
が高（なる傾向があった。

なお、このＡの値は、溶接電流の高低、開先形状により
変更することが好ましい。

また、この溶落ち予知方法の場合にも、しきい植入を高
低２段階設定し、低いレベルＡＢＬ（溶落ち予知レベル
）を越えた場合には予知信号を発生させて溶接条件を溶
落ち回避レベル側へ変更せしめ、高いレベルＡＨ（溶落
ち検知レベル）を越えた場合には溶接を停止させるよう
にしてもよい。

ところで、短絡周期Ｔは、短絡回数の逆数であるので、
短絡回数を用いても溶落ち現象の予知が可能であるが、
この場合には下記に述べるような問題がある。すなわち
、 短絡回数の測定にはサンプリング時間が必要となる。つ
まり、サンプリング時間ｔ（Ｓｅｃ）の間の短絡回数を
Ｍ回とすると、単位時間当たりの短絡回数はＭ／ｌとな
る。個々の短絡周期のバラツキの影響を低減するために
は、このサンプリング時間ｔを大きくとることが好まし
いが、サブリング時間ｔを大きくとると、溶落ちの予知
が遅れることになる。また、広い溶接条件に亘って同じ
Ｓ／Ｎ比を得ようとすれば、サンプリング時間を内に含
まれる短絡回数Ｍを同一にする必要があり、そのために
は溶接条件により時間ｔを変化させなくてはならない。

中厚板の裏波制御のような処理が遅くてもよい制御対象
と異なり、薄板溶接における溶落ちのような、せいぜい
４００　ｍ　ｓ　ｅ　ｃ以下で進行する現象に対しては
、この時間ｔの選択は相当に難しいものとなる。

これに対し、「短絡周期」は、短絡毎に得ることができ
、前記少数回平均値Ｔｃを用いれば、ある微小な時間遅
れをもって、実際の短絡周期の増加に時々刻々追随させ
ることができる上、溶接条件を変更した時の短絡周期の
変化に伴いサンプリング時間ｔに相当するｎ×（短絡回
数）は自動的に増減され、広い溶接条件に亘りＴｃの値
にＳ／Ｎ比を見込むことができる。このため、「短絡周
期」を用いることは、単に、物理的な、〔短絡周期＝１
／（短絡回数）〕という以上の意味を持っているという
ことができる。

第４図は、上記短絡周期の平均値比を用いる溶落ち予知
方法を実施した具体的装置をブロック図で示したもので
ある。同図において、■は短絡検知部、２はカウンタ、
３はラッチ部、４はＣＰＵ、５は発振部である。

短絡検知部１は、アーク電圧を受けて短絡検知信号を発
生し、アーク発生期間中ゲート信号をカウンタ２に送出
すると共にラッチ部３に対してラッチ信号を、ＣＰＵ４
に割込み信号を供給する。

該カウンタ２は上記ゲート信号によりゲートされて発振
動部５が出力するクロックを計数し、該計数値（短絡周
期Ｔ）はラッチ部３に記憶される。

ＣＰＵ４は割込み信号を受けると、ラッチ部３に記憶さ
れている短絡周期を読取り、Ｔｄ、Ｔｃ、Ｔ　ｃ　／　
Ｔ　ｄを演算して、上記（１）式の比較演算を行い、該
（１）式が成立した場合に、溶落ち予知信号を送出する
。この予知信号により溶接電源の出力電流を溶落ち回避
レベル側へ低減制御すれば溶落ちを事前に回避すること
ができる。しきい値をＡＢＬとＡＢｌｌの高低２つ設定
した場合には、Ｔ　ｃ　／　Ｔ　ｄ＞ＡＢＬの場合に溶
落ち予知信号を、Ｔ　ｃ　／　Ｔ　ｄ　＞ＡＢＩ（の場
合に溶落ち検知信号を発生させ該溶落ち検知信号により
溶接を一時中断し、警報を発生させるようにすればよい
。

〔発明の効果〕 本発明は以上説明した通り、溶落ちを予知することがで
きるので、溶落ち前の溶接条件の変更を可能にして溶落
ちの防止もしくは回避を実現することが可能となり、薄
板のアーク溶接の能率を向上することができ、特に、溶
接ロボットによる場合、溶落ちを恐れて安全サイドの溶
接条件を設定する必要がなくなり、その効果は特に大で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の詳細な説明するための
波形図、第２図はアーク電圧波形図、第３図は本発明の
一実施例を説明するための図、第４図は本発明を実施し
た溶落ち予知装置のブロック図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）消耗電極式アーク溶接において、アーク電圧から
   ワイヤと母材の短絡から短絡までの時間である短絡周期
   を監視し、該短絡周期が増大傾向を呈した場合に溶落ち
   発生前であると判定することを特徴とする溶落ち予知方
   法。
2. （２）消耗電極式アーク溶接において、アーク電圧から
   ワイヤと母材の短絡から短絡までの時間である短絡周期
   を監視し、短絡周期毎に、該短絡周期の多数回平均値を
   演算するとともに少数回平均値を演算し、少数回平均値
   ／多数回平均値の比が所定のしきい値を越えた場合に溶
   落ち発生前であると判定することを特徴とする溶落ち予
   知方法。