JPH079143A - アークセンサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】短絡が頻発するショートアーク溶接において、
短絡後続電流の影響のない有効で精度のよい検出データ
を十分に得て、広範囲の溶接条件に適用できる優れたア
ークセンサーを提供する。 【構成】アークセンサー信号源検出手段（溶接電流検出
手段）１と、短絡判定手段２と、領域区分方法設定手段
７と、積分領域設定手段９と、アークセンサー本体回路
９とを備えて、回転アークの一回転中に短絡がない場合
はあらかじめ設定した積分領域を採用し、回転アーク溶
接中に短絡が発生した場合は短絡の発生領域から積分禁
止領域を設定し、前記積分禁止領域以外の任意の領域の
中でアークセンサー信号源の積分領域を動的に割り当て
るアークセンサーの構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ショートアーク領域で
行う消耗電極式自動アーク溶接（以下ショートアーク溶
接という）に有効なアークセンサーに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動アーク溶接において回転アー
ク溶接法が、溶接における溶け込み形状の均一化、ビー
ド形状の平坦化等に効果を発揮するなどの特徴を有する
ばかりでなく、溶接電流またはアーク電圧の変化から得
られる信号により、ノズルの中心軸線を常に被溶接物の
開先部の中央に位置させて溶接を行うアークセンサー制
御に適しているところから、厚板の自動溶接に広く適用
され始めている。

【０００３】このアークセンサー制御技術を、薄板に適
したショートアーク溶接に適用しようとするとき、信号
源である溶接電流またはアーク電圧が短絡の影響で大き
く乱れるため、アークセンサーとして正常に働かない。
そこで、ショートアーク溶接におけるアークセンサー制
御の具体的な従来の技術として、特開平３−１８４７９
号公報に開示された方法が試みられつつある。以下、特
開平３−１８４７９号公報に開示された従来のアークセ
ンサーについて図面を参照しながら説明する。

【０００４】図４は従来のアークセンサーのショートア
ーク溶接における積分領域を示す図で、溶接の進行方向
を矢印で示している。図５は従来のアークセンサーの制
御を示すブロック図である。

【０００５】図５において、１１はアークの回転位置検
出器で、溶接トーチの回転位置を検出する。１２はアー
クの１回転ごとに検出されるアーク電圧波形Ｅａ、１３
はあらかじめ設定された基準電圧波形Ｅｏで、アーク電
圧波形Ｅａと基準電圧波形Ｅｏはそれぞれ差動アンプ１
４に入力される。

【０００６】１５は回転位置検出器１１および積分領域
設定回路１６からの信号の入力により積分領域を決める
ためのスイッチング論理回路、１７は回転アークの左側
（Ｌ）領域を積分するときのスイッチで、スイッチング
論理回路１５のＬ領域指令により動作し、差動アンプ１
４により増幅されたアーク電圧波形差信号（Ｅａ−Ｅ
ｏ）をプラスとして積分器２０に送る。１８は回転アー
クの右側（Ｒ）領域を積分するときのスイッチで、スイ
ッチング論理回路１５のＲ領域指令により動作し、差動
アンプ１４により増幅されたアーク電圧波形差信号（Ｅ
ａ−Ｅｏ）を反転器１９によりマイナスにして積分器２
０に送る。積分器２０はスイッチング論理回路１５の積
分領域指令によって動作し、両スイッチ１７、１８を通
じて入力される信号をそれぞれ積分し、積分値差Ｓｄと
して記憶器２１に送り、ここで一時記憶される。

【０００７】一方、積分領域での短絡の有無を検出する
ための短絡検出回路２２が設けられており、検出された
アーク電圧波形１２の信号Ｅａと、短絡検出レベル設定
器２３によりあらかじめ設定された短絡レベル信号Ｅlo
w とを、短絡検出回路２２に入力し、短絡検出回路２２
において短絡の有無が判定されるようになっている。こ
の判定結果はスイッチング論理回路１５にデータ採否指
令として送られる。なお、短絡検出回路２２の上記動作
はスイッチング論理回路１５からの積分領域指令によっ
て行われる。

【０００８】積分器２０にて積分中において、短絡検出
回路２２によりオープンアーク状態と判定された場合、
積分が終わると同時にスイッチング論理回路１５により
記憶器２１に対してリセット信号を出し、ほぼ同時にサ
ンプルホールド信号を出す。これにより、前回の一時記
憶されている積分値差Ｓｄをリセットするとともに、今
回の積分値差Ｓｄを一時記憶し、新たに記憶された積分
値差Ｓｄによって、その積分値差Ｓｄが零になるよう
に、Ｘ軸コントローラ２４により溶接トーチをＸ軸方向
（すなわち、溶接の進行方向と直交する方向）に移動さ
せる。

【０００９】一方、積分器２０にて積分中において、短
絡検出回路２２により短絡状態と判定された場合には、
そのときのアーク電圧波形をセンサー信号源として用い
ることは不適当であるので、記憶器２１をリセットする
ことなく、たとえば前回の積分値差Ｓｄをそのまま保持
し、その積分値差Ｓｄが零となるようにＸ軸コントロー
ラ２４により溶接トーチをＸ軸方向に移動させる。この
ように、積分中に短絡が発生するとそのデータは採用で
きないので、積分領域を短絡が発生しにくい位置に限定
することが望ましい。

【００１０】アーク回転中の溶接アーク長は図４に示し
た最後部Ｃｒで最も短くなり、回転アークの１回転ごと
にこの点で短絡が発生する確率が高いことは明らかであ
る。したがってショートアーク溶接においては、図４に
示すように積分領域３１、３２を短絡が発生しにくいア
ーク回転の最前部Ｃｆを中心として左右にたとえば４５
度づつとすることが望ましく、一般的には５度〜９０度
の範囲で左右同一の位相角をとるように定められる。

【００１１】このように上記従来の方法は、高速回転ア
ーク溶接を採用して、ショートアーク溶接の短絡をアー
ク回転の溶接方向後部側で周期的に発生させ、アーク電
圧波形差信号の積分領域をアーク回転の最前部±５度〜
９０度と狭くすることにより、短絡が積分領域内で発生
する確率を低くするとともに、積分領域内で短絡が発生
した場合にはそのデータを不採用とすることにより、短
絡の影響の少ないアークセンサー制御をショートアーク
溶接に適用している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の方法では、ショートアーク溶接において広く実用さ
れているアークの安定性向上のために溶接電流回路に挿
入されるインダクタンスにより、短絡終了後もその溶接
電流は短絡の影響を受けるため積分領域を広くとれず、
積分領域を狭くするとアークセンサーの精度は悪くなる
という問題点があった。

【００１３】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、アークの安定性向上のために溶接電流回路にインダ
クタンスを挿入して行う短絡が頻発するショートアーク
溶接においても、精度のよいアークセンサーを提供する
ことを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明のアークセンサーは、アークセンサー信号源
検出手段と、短絡判定手段と、領域区分設定手段と、積
分領域設定手段と、アークセンサー本体回路を備えたア
ークセンサーであって、回転アークの１回転中に短絡が
発生しないときは積分領域としてあらかじめ設定された
静的積分領域を採用し、回転アーク溶接中に短絡が発生
したときは短絡の発生領域から積分禁止領域を設定し、
前記積分禁止領域以外の任意の領域の中で積分領域とし
て動的積分領域を採用する構成とする。

【００１５】

【作用】上記した手段によれば、アークの安定性向上の
ために溶接電流回路にインダクタンスを挿入して行う短
絡が頻発するショートアーク溶接においても、短絡のな
い場合は静的領域を積分し、短絡がある場合でも短絡の
影響の受けない領域を動的に設定して積分することによ
り、有効な検出データを十分に得ることができる優れた
アークセンサーを実現できる。

【００１６】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の第１の実施例について図面
を参照しながら説明する。

【００１７】図１において、１は変流器などの溶接電流
検出手段で、アークセンサー信号源としての溶接電流信
号を出力する。２は短絡判定手段で、短絡の有無を検出
する短絡検出手段３と、短絡強さ判定手段４と、短絡位
相検出手段５と、短絡回数判定手段６とを有している。
７は短絡検出手段３、短絡強さ判定手段４および短絡回
数判定手段６の判定結果により静的積分領域および短絡
後続電流の影響する区間（これを短絡の影響領域と呼
ぶ）、および動的積分領域の設定方法を決定する領域区
分方法設定手段、８は積分領域設定手段で、領域区分方
法設定手段７の設定方法により短絡がない場合は静的積
分領域を、また短絡がある場合は動的積分領域を設定し
てアークセンサー本体回路９に出力する。このアークセ
ンサー本体回路９はたとえば図５に示した従来のアーク
センサー本体回路に相当し、前記積分領域設定手段８で
決定した移相領域で溶接電流信号に所定の積分処理を行
ってアークセンサー出力を得て出力する。

【００１８】以上のような各構成要素よりなるアークセ
ンサーについて、その動作を図２を用いて説明する。シ
ョートアーク溶接において発生した短絡による短絡後続
電流の継続時間は溶接電流回路のインダクタンスなど使
用する溶接装置の諸定数と短絡の強さに依存し、短絡の
強さは溶接電流やアーク電圧などの溶接条件によってほ
ぼ決定するから、一つの溶接条件で溶接しているとき
は、後続電流継続時間は短絡の都度ほぼ同じと考えてよ
い。本実施例において行った実験における溶接条件で
は、短絡後続電流がアーク回転の約１／６回転（６０
度）継続した。

【００１９】１回転中に短絡がない場合、図２（ａ）に
示すように静的積分領域ＴL 、ＴRを溶接進行方向の最
前部Ｃｆ±１８０度とする。図２（ｂ）に示すように短
絡の影響領域である６０度をＡとすると積分禁止領域は
Ｃｆ−Ｃｒ線について対称領域であるＡ′を含めた（Ａ
＋Ａ′）であり、動的積分領域ＴL は（ＴL1′＋ＴL
2′）、動的積分領域ＴR は（ＴR1′＋ＴR2′）とな
る。図２（ｃ）に示すように１回転中に短絡が複数回発
生したとき、短絡の影響領域をＡ、Ｂとすると積分禁止
領域は（Ａ●Ｂ′）＋（Ｂ●Ａ′）であり、動的積分領
域ＴL ′は（ＴL ″−（Ａ●Ｂ′））、動的積分領域Ｔ
R ′は（ＴR ″−（Ｂ●Ａ′））となる。ただし、１回
転中の短絡回数が多く動的積分領域ＴL ′、ＴR ′が０
〜１０度となる場合は積分領域不足として前回の積分値
差を使うものとする。

【００２０】以上のように本実施例によれば、短絡の影
響領域から積分領域を動的に割り当てることができるた
め、回転アークの１回転中に短絡が発生しないときはも
ちろん、１回転中に複数回、短絡が発生してもその影響
のない領域の中で最大の領域を積分するので精度を下げ
ることなく、また、データが不採用になる頻度を低減さ
せたアークセンサーを得ることができる。

【００２１】（実施例２）以下本発明の第２の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。第２の実施例は、
溶接を２つの溶接条件で行ったものである。第１の溶接
条件は第１の実施例と同じ条件であり、短絡後続電流の
継続時間も第１の実施例と同じであるが、第２の溶接条
件としては短絡後続電流の継続時間はアーク回転の約１
／４回転（９０度）となる溶接条件を用いている。第２
の溶接条件で溶接するときは、短絡影響領域Ａ、Ｂを９
０度とし、一回転中に短絡がない場合は図２（ａ）に示
す静的積分領域を、また、一回転中に短絡がある場合も
図３（ａ）、（ｂ）に示すように実施例１と同様の考え
方で動的積分領域ＴL 、ＴR 、ＴL ′、ＴR ′を設定す
る。また、一回転中の短絡回数が多く動的積分領域ＴL
′、ＴR′が０〜１０度となる場合は積分領域不足とし
て前回の積分値差を使うものとする。

【００２２】短絡判定手段２の短絡強さ判定手段４が短
絡の強さを判定したとき、領域区分方法設定手段７はあ
らかじめ記憶した法則により短絡後続電流の継続時間を
予測して、動的積分領域の区間として図２の方法を採用
するか図３の方法を採用するかを判断して決定する。

【００２３】以上のように第２の実施例によれば、短絡
の後続電流継続時間の設定と動的積分領域の区間を短絡
判定手段２が判定した短絡の強さによってそれぞれ設定
することにより２つの溶接条件を併用しても第１の実施
例と同様な精度をもつアークセンサーを得ることができ
る。

【００２４】なお、短絡電流の強さの判定は短絡電流の
ピーク値と立ち上がり波形とを用いても、また条件によ
ってはピーク値のみで行ってもよく、また短絡の後続電
流継続時間と静的積分領域、動的積分領域の区間および
積分領域不足の判定範囲の設定は、本実施例に示した具
体的な値に限定されるものではなく、また併用する溶接
条件の数を３つ以上としてもよいことは言うまでもな
い。

【００２５】また、本実施例においてはアークセンサー
信号源として溶接電流を利用したが、アークセンサー信
号源としてアーク電圧を利用しても同様の構成、動作が
実現できる。

【００２６】

【発明の効果】以上の実施例の説明より明らかなよう
に、本発明はアークセンサー信号源検出手段（溶接電流
検出手段）と、短絡判定手段と、領域区分方法設定手段
と、積分領域設定手段と、アークセンサー本体回路を備
えたアークセンサーであって、回転アークの１回転中に
短絡が発生しないときは積分領域としてあらかじめ設定
された静的積分領域を採用し、回転アーク溶接中に短絡
が発生したときは短絡の発生領域から積分禁止領域を設
定し、前記積分禁止領域以外の任意の領域の中で積分領
域として動的積分領域を採用することにより、アークの
安定性向上のために溶接電流回路にインダクタンスを挿
入して行う短絡が頻発するショートアーク溶接において
も、通常は広い領域を積分し、短絡が広い積分領域に影
響するときのみ狭い領域を積分することにより、有効な
検出データを十分に得ることができる高精度の優れたア
ークセンサーを実現できる。

【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ーのブロック
図

【図２】本発明の第１の実施例のアークセンサーにおけ
る領域区分図で （ａ）は左右静的成分領域の範囲を示した図 （ｂ）は１回転中に短絡が１回の時の短絡影響領域と積
分禁止領域、動的積分領域の範囲を示した図 （ｃ）は１回転中に短絡が複数回の時の短絡影響領域と
積分禁止領域、動的積分領域の範囲を示した図

【図３】本発明の他の実施例の第２の溶接条件における
アークセンサーの領域区分図で （ａ）は一回転中に短絡が１回のときの短絡影響領域と
積分禁止領域、動的積分領域の範囲を示した図 （ｂ）は１回転中に短絡が複数回の時の短絡影響領域と
積分禁止領域、動的積分領域の範囲を示した図

【図４】従来のアークセンサーの制御ブロック図

【図５】従来のアークセンサーのショートアーク溶接に
おける積分領域を示す図

【符号の説明】

１ 溶接電流検出手段（アークセンサー信号源検出手
段） ２ 短絡判定手段 ７ 領域区分方法設定手段 ８ 積分領域設定手段 ９ アークセンサー本体回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アークセンサー信号源検出手段と、短絡
   判定手段と、領域区分方法設定手段と、積分領域設定手
   段と、アークセンサー本体回路を備えたアークセンサー
   であって、回転アークの１回転中に短絡が発生しないと
   きはあらかじめ設定された積分領域（静的積分領域）を
   採用し、回転アーク溶接中に短絡が発生したときは短絡
   の発生領域から積分禁止領域を設定し、前記積分禁止領
   域以外の任意の領域の中でアークセンサー信号源の積分
   領域（動的積分領域）を動的に割り当てるようにしたア
   ークセンサー。
2. 【請求項２】 短絡判定手段が判定した短絡の強さによ
   って短絡後続電流継続時間と積分領域の区画を設定する
   請求項１記載のアークセンサー。