JPH0484673A

JPH0484673A - アーク溶接モニタ装置

Info

Publication number: JPH0484673A
Application number: JP19891790A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Takahashi; 高橋　好之
Original assignee: Miyachi Technos Corp
Current assignee: Miyachi Technos Corp
Priority date: 1990-07-26
Filing date: 1990-07-26
Publication date: 1992-03-17
Anticipated expiration: 2010-01-18
Also published as: JPH072275B2

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】［産業上の利用分野コ本発明は、アーク溶接を監視するアーク溶接モニタ装置
に関する。

夕表示するものであった。

［従来の技術］アーク溶接は、アークを利用して被溶接材（母材）を加
熱し融接する溶接法で、船舶、建築物。

自動車、各種電気・電子製品等の加工に広（活用されて
いる。アーク溶接では、溶接電極（アーク溶接棒）と母
材との間に電圧を印加すると、溶接電極の先端がアーク
熱によって加熱され溶滴きなって母材表面に移行する。

アーク溶接における溶滴移行の形態には第８図に示すよ
うな３種類の基本型がある。第８図（Ａ）はクロビュー
ル移行型、第８図（Ｂ）はスプレー移行型、第８図（Ｃ
）は短絡移行型である。いずれにせよ、溶接加工中、ア
ークが安定し、溶滴移行が安定に繰り返されることで、
所期の溶接結果が得られる。

従来、アーク溶接を監視する装置としては、メータリレ
ーが知られている。この装置は、例えば１秒置きに溶接
電流を測定し、その測定値をメー［発明が解決しようと
する課題］しかしながら、アーク溶接においては、ピンチ効果、プ
ラズマ気流、磁気吹き等の諸現象が絡む複雑な作用によ
って、あるいはシールドガスの供給量やワイヤの送給速
度等の変動によって、アークが不規則に変動することが
ある。メータリレーは、応答速度が遅いうえ、一定時間
置きでしかモニタしないため、小刻みなアーク変動、不
規則なアーク変動を正しく捉えることかできなかった。

また、メータリレーは、溶滴移行の特性（特にサイクル
）の異なる他のアーク溶接機には使えないという欠点も
あった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、アー
ク溶接の状況を正確に捉え、任意のアーク溶接機に適応
可能なアーク溶接モニタ装置を提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］上記の目的を達成するため、本発明の第１のアーク溶接
モニタ装置は、溶接電極と母材を流れる溶接電流を検出
する電流検出手段と、この電流検出手段のアナログ出力
信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、この
Ａ／Ｄ変換器のディジタル出力信号から溶接電流の移動
平均を求める演算手段と、溶接電流の移動平均値に基づ
いて溶接状況ないし溶接結果を判定する判定手段とを具
備する構成とした。

また、本発明の第２のアーク溶接モニタ装置は溶接電極
と母材間のアーク電圧を検出する電圧検出手段と、この
電圧検出手段のアナログ出力信号をディジタル信号に変
換するＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器のディジタル
出力信号からアーク電圧の移動平均を求める演算手段と
、アーク電圧の移動平均値に基づいて溶接状況ないし溶
接結果を判定する判定手段とを具備する構成とした。

また、アーク溶接特性に関するアーク溶接機間のバラツ
キに対応するために、移動平均の演算期間および移動ピ
ンチを設定するための手段を具備する構成とした。

また、信頼性の高い監視を行うために、アーク溶接を監
視する区間を設定する手段を具備する構成とした。

［作用コ第７図に、例として短絡移行型における溶滴移行サイク
ルと溶接電流の波形を示す。図かられかるように、溶滴
移行は周期的に繰り返されこれに対応して溶接電流も周
期的に変化する。したがって、溶接電流を監視すること
によってアーク溶接の状況を捉えることができる。しか
し、アーク溶接においては、アークという電離層（気体
〕が溶接回路の一部を構成し、アークが変動すれば、そ
れに応して溶接電流も微妙・小刻みにも、大雑把・不規
則にも変動する。したがって、従来のメータリレーのよ
うに単に一定時間置きに溶接電流を測定しただけでは、
アーク溶接の状況を正しく捉えることはできない。

本発明の第１の装置では、移動平均法を利用することに
より上記の問題点を解決する。このため電流検出手段の
アナログ出力信号をＡ／Ｄ変換により所定の量子化数、
所定のサンプリング周波数でディジタル信号（データ）
に変換し、このデータを基に溶接電流の移動平均を求め
る。移動平均によれば、所定の演算期間に含まれる一定
数のデータについて平均値を求めることにより無意味な
細かい変動を除去するとともに、演算期間を所定ピッチ
て移動させることにより実質的な変動を確実に捉えるこ
とができる。こうして得られる溶接電流の移動平均値か
らアーク溶接の状況ないし結果を正しく捉えることがで
きる。

本発明の第２の装置は、溶接電流の代わりにアーク電圧
について、上記と同様な処理を行う。溶接電流とアーク
電圧は一定の関係（通常は逆相関係）で変化するので、
アーク電圧の移動平均を求め、その移動平均値からもア
ーク溶接の状況ないし結果を正しく捉えることができる
。

また、アーク溶接の特性、特に溶滴移行サイクルはアー
ク溶接機の機種または型式によって異なる。このような
溶接機間のバラツキに対しては、移動平均の演算期間お
よび移動ピッチを適当な値に選択することで、各溶接機
毎に最適化された移動平均処理が可能となり、常に精度
の高い移動平均値データが得られる。

また、一般にアーク溶接では、通電開始直後にパイロッ
ト（トリガ）的なアークを出し、終了間際にはアークを
徐々に衰退させながら消すようにしている。このような
開始直前および終了間際のアークは実際の溶接に関与す
るものではないのでこれらの期間でも判定を行うと誤判
定を出し、誤動作を招くおそれがある。そこで、監視区
間をを意義（有効）な期間に設定することで、信頼性の
高い判定を行うことができる。

［実施例コ以下、第１図ないし第６図を参照して本発明の詳細な説
明する。

第１図は、本発明のアーク溶接モニタ装置を直流アーク
溶接機に適用した一実施例の全体構成を示す。この直流
アーク溶接機は、電源装置１０より溶接トーチ１２側の
溶接電極（溶接ワイヤ）１４と母材１６との間に直流電
圧を印加し、ガスシールドアーク溶接法によりＭＩＧ溶
接またはＭＡＧ溶接を行う。溶接ワイヤ１４と母材１６
との間では、不活性ガスまたは炭酸ガス等からなるシー
ルドガスの雰囲気中でアークが発生し、消耗性の溶接ワ
イヤ１４は溶融しながら所定の速度で母材１６側へ送給
されるようになっている。

かかるアーク溶接機について本実施例のアーク溶接モニ
タ装置はアーク電圧および溶接電流を検出するための手
段を備える。

アーク電圧を検出するために、溶接ワイヤ１４および母
材１θに電圧検出回路１８の２入力端子がそれぞれ接続
される。電圧検出回路１８の出力端子はＡ／Ｄ変換器２
０の入力端子に接続され、Ａ／Ｄ変換器２０の出力端子
はＣＰＵ２８のデータ入力端子に接続される。アーク溶
接中、電圧検出回路１８の出力端子よりアーク電圧ＶＣ
・を表すアナログ出力信号が得られ、このアナログ出力
信号はＡ／Ｄ変換器２０により所定の量子化ビット数（
例えば８ビツト）および所定のサンプリング周波数（例
えば５０００Ｈｚ）でディジタル信号に変換され、この
ディジタル出力信号がＣＰＵ２８に入力される。

また、溶接電流を検出するために、電源装置１０と母材
２２との間の導体１５に電流検出コイル２２か取り付け
られ、このコイル２２の出力端子が電流検出回路２４の
入力端子に接続される。そして電流検出回路２４の出力
端子はＡ／Ｄ変換器２６の入力端子に接続され、Ａ／Ｄ
変換器の出力端子はＣＰＵ２８のデータ端子に接続され
る。アーク溶接中、電流検出回路２４の出方端子より溶
接電流ＩＣを表すアナログ出力信号が得られ、このアナ
ログ信号はＡ／Ｄ変換器２６で所定の量子化ビット数（
例えば８ビツト）および所定のサンプリング周波数（例
えば５０００Ｈｚ）でディジタル信号に変換され、この
ディジタル出力信号かＣＰＵ２８に入力される。

ＣＰＵ２８は、キーボード３０．ＲＯＭ３２゜ＲＡＭ３
４．表示装置３６．印字装置３８、外部インタフェース
４０等と接続し、ＲＯＭ３２に格納されているプログラ
ムを実行することにより、本アーク溶接モニタ装置にお
ける各種の演算、制御を行う。

第２図は、本アーク溶接モニタ装置においてＣＰＵ２８
の関係する機能のブロックである。データ入力部４２．
データ抽出部４６．平均値演算部４８、比較部５２９判
定部５４．出力部５６はそれぞれＣＰＵ２８とＲＯＭ３
２　とＲＡＭ３４とで構成される。演算期間／移動ピッ
チ設定部４４゜監視値設定部５０は、それぞれＣＰＵ２
８とキーボード３０とＲＯＭ３２とＲＡＭ３４とで構成
される。以下、第４図のタイミング図につき、これら機
能ブロックの作用を説明する。

データ入力部４２は、Ａ／Ｄ変換器２０または２６より
、例えば第４図（Ａ）に示すようなデインタル値をもつ
一連のディジタル信号（データ）を取り込む。データ間
隔ｔはＡ／Ｄ変換器２０，２６でのサンプリング周波数
に対応した値である。

演算期間／移動ピンチ設定部４４では、移動平均値を求
めるための演算期間および移動ピッチがそれぞれ当該ア
ーク溶接機に応じたｇｌＴ（例えば５００ｍ５　ｅｃ）
＋　δ（例えば２０ｍ５　ｅｃ）に設定されている。デ
ータ抽出部４６は、データ入力部４２に取り込まれた一
連のデータ（第４図（Ａ））の中から第４図（ＢＯ）、
（Ｂｌ）、（Ｂ２）、（Ｂ３）・・・・に示すように移
動ピッチδ毎に演算期間ＷＯ，Ｗｌ、Ｗ２．Ｗ３・・・
・に含まれるデータを抽出する。

平均値演算部４８は、データ抽出部４６より各演算期間
ＷＯ，Ｗｌ、Ｗ２．Ｗ３・・・・毎に抽出された一群の
データについて移動平均値Ｍ（１，Ｍｌ、Ｍ２．Ｍ３・
・・・を求める（第４図（Ｃ））。比較部５２は、演算
部４８より得られた各移動平均値ＭＯ，Ｍｌ、Ｍ２．Ｍ
３を監視値設定部５０からの上限監視値ＵＮ、下限監視
値ＬＭと比較する（第４図（Ｃ））。判定部５４は、比
較部Ｓ２から比較結果を受は取り、ＬＭ≦Ｍｌ≦ＵＭの
ときは「適正Ｊ　、Ｍｉ　＜ＬＭのときは「下限以下故
の不適Ｊ　、ＵＮ　＜Ｍｌのときは「下限以下故の不適
」との判定結果を出す（第４図一　１２− （Ｄ））。これらの判定結果は出力部５６より表示装置
Ｋｊ、　３　（３へ逐次出力される。

第３図は、表示装置３６の表示パネルの一例を示す。「
適正」の判定結果が得られたときはランプ３６Ａが点灯
し、「下限以下故の不適」の判定結果が得られたときは
ランプ３６Ｂが点灯し、「下限以下故の不適」の判定結
果が得られたときはランプ３６Ｃが点灯する。

また、判定部５４は、例えば１工程（通電）毎に全判定
結果を集計し、「不適」の個数が設定値を越えていれば
「注意」の判定結果（注意信号）を出力する。この場合
、第３図において、表示装置３６の「注意」ランプ３６
Ｄが点灯する。また外部インタフェース４０を介して溶
接機の制御部にも注意信号が送られる。さらに、判定部
５４は注意信号を設定回数以上出力したときはｒ異常」
の判定結果（異常信号）を出力し、表示装置３６の「異
常」ランプ３６Ｅを点灯させるとともに、溶接機に所要
の処置（例えば溶接の中止）をとらせる。判定部５４で
用いる設定値は監視値設定部５０より与えられる。また
、監視値設定部５０には、判定（監視）を行う監視区間
（例えば開始時間が１５０ｍ５ｅｃ１終了時間が９００
ｓｅｃ）も設定される。

以」二のような機能ブロック（第２図）の処理はＡ／Ｄ
変換器２０からのデータ（溶接電流ＩＣの検出データ）
　、Ａ／Ｄ変換器２６からのデータ（アーク電圧ＥＣの
検出データ）の双方について同時的に、またはいずれか
一方について行われる。

また、平均値演算部４８より得・られる移動平均値ＭＯ
，Ｍｌ、Ｍ２．・・・・を基に移動平均値波形を作成し
、それを印字装置３８よりプリントアウトすることもで
きる。

第５図および第６図に本実施例の移動平均処理の作用例
を示す。第５図は正常時の波形を示し、第５図（Ａ）は
電圧検出回路１８．電流検出回路２４の出力信号より得
られる移動平均前の溶接電流ＩＣ，アーク電圧ＥＣの波
形図、第５図（Ｂ）は平均値演算部４８の演算結果より
得られる移動平均後の溶接電流ＩＣ，アーク電圧ＥＣの
波形図である。一方、第６図は異常時の波形を示し、第
６図（Ａ）は第５図（Ａ）、第６図（Ｂ）は第５図（Ｂ
）にそれぞれ対応する波形図である。これらの図から明
らかなように、アーク溶接中の溶接電流ＩＣ，アーク電
圧ＥＣに対しては移動平均を求めることによってそれら
の変動をはっきりと解明することかでき、ひいてはアー
ク溶接の状況ないし結果を高い精度で判定することがで
きる。

また、溶接トーチ１２を一定の速度で送りながらアーク
溶接を行う場合は、判定部５４で得られる判定結果を基
に溶接不良箇所（位置）を割り出すことも可能であり、
その割出箇所を表示装置３６または印字装置３８より出
力するようにしてもよい。また、演算部４８の演算処理
において、演算期間内のデータについて挟装の平均値以
外にも実効値をもって、あるいは最大値、最小値等の値
をもって移動平均値とすることも可能である。

なお、ＣＰＵ２８の処理によって得られるすべてのデー
タについて印字装置３８よりプリントアウトし、表示装
置３６のランプまたは画面で表示し、ＲＡＭ３４に記憶
し、あるいは外部インタフェース４０を通して外部装置
へ転送することが可能である。また、本発明は、直流ア
ーク溶接機に限らず、交流アーク溶接機にも適用可能で
あり、アーク溶接法に関してもＭＩＧ、ＭＡＧ溶接に限
らすＴＩＧ溶接、プラズマ溶接等の他の方式にも適用可
能である。

［発明の効果コ本発明は、上述したような構成を有することにより、次
のような効果を奏する。

請求項１のアーク溶接モニタ装置によれば、溶接電極と
母材を流れる溶接電流の検出信号（アナ０グ信号）をデ
ィジタル信号に変換してデータとしたうえで、移動平均
を求めることにより、精度の高い有益な一１定データを
得るようにしたので、アーク溶接の状況ないし溶接結果
を正しく捉えることができる。

請求項２のアーク溶接モニタ装置によれば、溶接電極と
母材間のアーク電圧の検出信号（アナログ信号）をディ
ジタル信号に変換してデータとしたうえで、移動平均を
求めることにより、精度の高い有益な測定データを得る
ようにしたので、アーク溶接の状況ないし溶接結果を正
しく捉えることができる。

請求項３のアーク溶接モニタ装置によれば、移動平均の
演算期間および移動ピッチを任意に設定可能とすること
により、各アーク溶接機毎に最適化された移動平均処理
を可能としたので、任意のアーク溶接機に適応すること
ができる。

請求項４のアーク溶接モニタ装置によれば、アーク溶接
を監視する区間を任意に設定可能とすることにより、溶
接に意義のある期間でのみ判定を行うようにしたので、
信頼性の高い監視機能を保証することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のアーク溶接モニタ装置を直流アーク
溶接機に適用した一実施例の全体構成を小すブロック図
、第２図は、実施例のＣＰＵが関係する機能ブロックの構
成を示すプロ’７り図、第３図は、実施例の表示装置の表示パネルの部を示す部
分正面図、第４図は、第２図の機能プロ・ツクの作用を説明するた
めのタイミング図、第５図は、実施例の移動平均処理の作用を説明するため
の正常時の波形図、第６図は、実施例の移動平均処理の作用を説明するため
の異常時の波形図、第７図は、アーク溶接（短絡移行型）における溶滴移行
サイクルと電流特性を示す図、および第８図は、アーク
溶接における溶滴移行の基本形態を示す図である。１０・・・・アーク溶接電源装置、　　１２・・・・溶
接トーチ、　　１４・・・・溶接ワイヤ（溶接電極）、
　　１６・・・・母材、　　１８・・・・電圧検出回路
、　２０・・・・Ａ／Ｄ変換器、　２２・・・・電流検
出コイル、　２４・・・・電流検出回路、　　２６・・
・・Ａ／Ｄ変換器、　　２８・・・・ＣＰ　Ｕ。３０・・・・キーボード、　　３２・・・・ＲＯＭ、　
　　３４・・・・ＲＡＭｌ　３ｅ・・・・表示装置、　
３８・・・・印字装置、４０・・・・外部インタフェー
ス、　４２・・・・データ入力部、　４４・・・・演算
期間／移動ピッチ設定部、４６・・・・データ抽出部、
　４８・・・・平均値演算部、５０・・・・監視値設定
部、　５２・・・・比較部、５４・・・・判定部、　５
６・・・・出力部。特許出願人　ミャチテクノス株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アーク溶接機によるアーク溶接を監視する装置に
おいて、溶接電極と母材を流れる溶接電流を検出する電流検出手
段と、前記電流検出手段のアナログ出力信号をディジタル信号
に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器のディジタル出力信号から前記溶接電
流の移動平均を求める演算手段と、前記溶接電流の移動
平均値に基づいて溶接状況ないし溶接結果を判定する判
定手段と、を具備することを特徴とするアーク溶接モニ
タ装置。
（２）アーク溶接機によるアーク溶接を監視する装置に
おいて、溶接電極と母材間のアーク電圧を検出する電圧検出手段
と、前記電圧検出手段のアナログ出力信号をディジタル信号
に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器のディジタル出力信号から前記アーク
電圧の移動平均を求める演算手段と、前記アーク電圧の
移動平均値に基づいて溶接状況ないし溶接結果を判定す
る判定手段と、を具備することを特徴とするアーク溶接モニタ装置。
（３）移動平均の演算期間および移動ピッチを設定する
ための手段を具備したことを特徴とする請求項１または
２に記載のアーク溶接モニタ装置。
（４）アーク溶接を監視する区間を設定する手段を具備
したことを特徴とする請求項１、２または３のいずれか
に記載のアーク溶接モニタ装置。