JPH11267841A - アークセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接条件に依存することなく溶接中心線から
のアークのずれを精度良く検出できるアークセンサを提
供する。 【解決手段】 溶接トーチのウィービング両端の停止時
におけるアーク溶接の電流値を電流検出部４において検
出する。これらの電流値の差を演算装置７により算出す
る。この電流値の差から所定の評価関数に基づいてウィ
ービング両端の溶接中心線からの位置ずれ量を演算装置
７により求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アークセンサに関
し、特に、アーク溶接法における溶接中心線を検出する
ためのアークセンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アーク溶接法の１つとして、溶極式ガス
シールドアーク溶接法が知られている。この溶極式ガス
シールドアーク溶接法では、シールドガスによって溶接
個所の空気を排除した状態で、溶接トーチ（溶接ワイ
ヤ）と母材との間にアークを発生させ、このアークによ
る熱で溶接トーチと母材を溶融させている。

【０００３】ここで、隅肉の溶接や突合わせ溶接などの
ように、長手方向に沿って設定された溶接個所に対して
アーク溶接を行う場合、溶接台車やロボットなどに溶接
トーチを配設するとともに、溶接台車などに設けたモー
タを駆動して駆動輪を回転することで、溶接台車などを
上記の溶接個所の溶接中心線に沿って走行させつつ溶接
トーチによる自動溶接を行う構成が採られる。

【０００４】従来技術において、上記のような溶接中心
線に沿って自動溶接を行う手法として、母材にガイドを
当てて溶接台車などの溶接個所に対する位置を一定に保
ったり、あるいは、溶接トーチ以外の装置を溶接台車な
どの先端に取り付けて溶接前に予め溶接中心線を検出し
つつ溶接台車などを検出した溶接中心線に沿って走行さ
せる手法などがある。

【０００５】また、アーク溶接時のアーク現象そのもの
から溶接中心線を検出する方法として、溶接電流を利用
する手法、あるいは溶接電圧を利用する手法などがあ
る。ここで、上記のようにアークを発生させるため、一
般的には、溶接トーチを保持した電極チップと母材との
間に定電圧の溶接電源が接続される。

【０００６】そして、溶接電流を利用した手法では、溶
接トーチと母材との間でウィービング（揺動）または回
転させつつ溶接電流を検出し、その際の溶接電流の変化
に基づいて溶接線からのアークのずれ量を検出してい
る。具体的には、溶接作業時に母材と溶接トーチとの間
でアークの発生と短絡を繰り返す現象が起こることによ
る溶接電流の変化を利用している。また、溶接電圧を利
用した手法では、同様にして検出した溶接電圧の変化に
基づいてアークのずれ量を検出している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように母材にガイドを当てたり、あるいは溶接トーチ以
外の装置を用いる手法では、溶接に要する時間が増大し
たり、溶接台車などおよびこれに付属する装置が大型化
するなどの問題がある。

【０００８】一方、上記のように定電圧溶接電源を用い
る短絡溶接では、その電源特性より、溶接トーチの長さ
（ワイヤ長）の変化に応じて溶接電流が大きく変化す
る。それに対して、溶接電圧の変化は小さいが高電流領
域になると溶接トーチの長さ対する変化率は大きくな
る。このため、高電流域では溶接電流を利用した上記手
法では精度良く溶接中心線を検出することが困難であ
り、一方、低電流域および中電流域では溶接電圧を利用
した上記手法では精度良く溶接中心線を検出することが
困難であるという問題がある。

【０００９】それ故に本発明の課題は、溶接条件に依存
することなく溶接中心線からのアークのずれを精度良く
検出できて、溶接中心線への溶接台車などの倣いを容易
に行うことができるアークセンサを提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、溶接ト
ーチのウィービング動作を伴って前記溶接トーチにより
アーク溶接を行う際に溶接中心線からのアークのずれ量
を検出するためのアークセンサにおいて、前記溶接トー
チのウィービング両端の停止時における前記アーク溶接
の電流値をそれぞれ計測する電流値検出手段と、前記計
測したウィービング両端の前記電流値の差を算出する電
流値差算出手段と、所定の評価関数を設定するための評
価関数設定手段と、前記評価関数に基づいて前記電流値
の差から前記ウィービング両端の前記溶接中心線からの
位置ずれ量を求める位置ずれ算出手段とを含むことを特
徴とするアークセンサが得られる。

【００１１】好ましくは、前記電流値差算出手段は、複
数のウィービング動作において計測したウィービング両
端での停止時における複数の電流差を平均化した電流値
に基づいて、ウィービング両端の前記電流値の差を算出
する。

【００１２】好ましくは、前記評価関数設定手段は、前
記電流差とは無関係の不感帯を前記評価関数にもたせ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を説
明する。図１に本発明の実施の形態によるアークセンサ
の概略説明図を、図２に溶接トーチ１による隅肉の溶接
の説明図を、それぞれ示した。

【００１４】このアークセンサは、溶接トーチ１のウィ
ービング動作を伴ってアーク溶接を行う溶極式ガスシー
ルドアーク溶接機によってアーク溶接を行う際の溶接中
心線からのアークのずれ量を検出するものである。そし
て、溶接電源３に接続された電流検出部４、アイソレー
ションアンプ５、Ａ／Ｄ変換器６、演算装置７などを備
えて構成されている。

【００１５】溶接電源３は、アークを発生させるために
溶接トーチ１の電極チップと溶接されるべき母材との間
に定電圧を与えるためのものである。電流検出部４は、
溶接トーチ１のウィービング動作時にウィービング左右
両端で溶接電流を左端電流および右端電流として検出す
るものである。検出された左端電流および右端電流は、
アイソレーションアンプ５およびＡ／Ｄ変換器６を通し
てディジタル信号として演算装置７に入力され、後述す
る演算処理が行われる。演算処理の結果は、溶接トーチ
１を動かしている溶接台車やロボットなどのコントロー
ラ８に入力される。コントローラ８は、上述した演算処
理の結果を用いて接トーチ１の位置を示すトーチ位置信
号を演算装置７に送る。

【００１６】次に演算装置７による演算処理について説
明する。演算装置７は、左端電流および右端電流を示す
ディジタル信号とトーチ位置信号とに基づき、溶接トー
チ１のウィービング両端の停止時における電流差をそれ
ぞれ算出する。さらに、演算装置７は、評価関数設定装
置として働くことで、事前に設定された図４の評価関数
を参照して、溶接中心線からのアークの位置ずれ量を算
出する。このとき、演算装置７は位置ずれ算出手段とし
て働く。なお、評価関数には、必要に応じて不感帯−ａ
〜ａが設けられており、これにより、溶接中心線からの
アークの微小範囲のずれにおける検出結果のばらつきが
抑えられる。

【００１７】ここで、通常のアーク溶接では、母材と電
極チップとの間のワイヤ長が変化した場合、溶接の電流
値が変化する特性がある。本発明では、この特性を利用
し、ウィービングを行っている時の両端の電流差を比較
することで、両端におけるワイヤ長の違いを検知してい
る。そして、このワイヤ長の違いから中心線からのずれ
が検出できて、溶接線の補正が可能になる。

【００１８】例えば、図３（ａ）のように、母材２の溶
接中心線Ｃに対して溶接トーチ１が対称にウィービング
を行っている場合、両端におけるワイヤ長１１、１１´
は等しくなる。ところが、図３（ｂ）のようにウィービ
ング両端の中心が溶接中心線Ｃとずれている場合、ウィ
ービング両端でのワイヤ長１１、１１´に差δが生じ
る。そして、このワイヤ長の差が電流差となって検出さ
れる。

【００１９】さらに、ウィービング両端の電流差と溶接
中心線Ｃからのずれ量はほぼ線形になっていることか
ら、ウィービング両端の電流差からずれ量を検出するこ
とができる。そして、このずれ量分だけを補正量として
補正をすれば良い。そして、このウィービング両端の電
流差と溶接線の補正量との関係は、図３のような評価関
数として表すことができる。ここで、図３において評価
関数の傾きを適宜調整することで、溶接中心線への倣い
の度合いを適切に変化することができる。

【００２０】なお、この評価関数においては、微小範囲
のふらつきを押さえるために不感帯を、またビード形状
の急激な変化を避けるために最大補正量がそれぞれ設け
られる。さらに、この評価関数を演算式として表せば下
記数１式の通りである。

【００２１】

【数１】−ａ＜Ｉ＜ａのとき、δ＝０ ａ≦Ｉ≦ｂ／ｓのとき、δ＝Ｓ・Ｉ ｂ／ｓ≦Ｉ≦−ａのとき、δ＝Ｓ・Ｉ Ｉ＞ｂ／ｓのとき、δ＝ｂ Ｉ＜−ｂ／ｓのとき、δ＝−ｂ 次に、上述した実施の形態のアークセンサの動作を説明
する。まず、図２を参照して、溶接トーチ１は、図示し
た軌跡１０のように、母材２の溶接個所に沿って、溶接
方向Ｄに移動する。その際、ウィービング左右両端での
ウィービングの停止時間Ｔにおける平均電流値が演算装
置７において測定されるとともに、ウィービング左右両
端での平均電流の差からウィービング１回分の両端電流
差が算出される。また、電流値のばらつきによる影響を
低減するため、ウィービングの複数回数、例えば８回分
の平均電流差が平均化される。

【００２２】次いで、演算装置７において、予め設定さ
れた評価関数と算出されたウィービング両端での電流差
とから溶接線の補正量が求められる。この補正量に基づ
いてコントローラ８が溶極式ガスシールドアーク溶接機
の溶接トーチ１のウィービングの範囲を適宜修正する。
したがって、溶接トーチ１を溶接中心線に沿って正確に
ウィービングさせることができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
溶接条件に依存することなく溶接中心線からのアークの
ずれを精度良く検出でき、溶接中心線への溶接台車など
の倣いを容易に行えるアークセンサを提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るアークセンサを示し
た概略説明図である。

【図２】図１のアークセンサの動作の説明図である。

【図３】ウィービング両端でのワイヤ長の差を示した、
（ａ）は溶接中心線からの位置ずれがない場合の説明
図、（ｂ）は溶接中心線からの位置ずれがある場合の説
明図である。

【図４】図１のアークセンサで使用される評価関数の説
明図である。

【符号の説明】 １ 溶接トーチ ２ 母材 ３ 溶接電源 ４ 電流検出部 ５ アイソレーションアンプ ６ Ａ／Ｄ変換器 ７ 演算装置 ８ コントローラ １１ ワイヤ長

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接トーチのウィービング動作を伴って
   前記溶接トーチによりアーク溶接を行う際に溶接中心線
   からのアークのずれ量を検出するためのアークセンサに
   おいて、前記溶接トーチのウィービング両端の停止時に
   おける前記アーク溶接の電流値をそれぞれ計測する電流
   値検出手段と、前記計測したウィービング両端の前記電
   流値の差を算出する電流値差算出手段と、所定の評価関
   数を設定するための評価関数設定手段と、前記評価関数
   に基づいて前記電流値の差から前記ウィービング両端の
   前記溶接中心線からの位置ずれ量を求める位置ずれ算出
   手段とを含むことを特徴とするアークセンサ。
2. 【請求項２】 前記電流値差算出手段は、複数のウィー
   ビング動作において計測したウィービング両端での停止
   時における複数の電流差を平均化した電流値に基づい
   て、ウィービング両端の前記電流値の差を算出する請求
   項１記載のアークセンサ。
3. 【請求項３】 前記評価関数設定手段は、前記電流差と
   は無関係の不感帯を前記評価関数にもたせている請求項
   １記載のアークセンサ。