JPS6134903B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、手動によつて溶接ホルダまたは溶接
トーチを移動させる場合の溶接速度を検出する方
法及び装置に関するものである。

通常溶接部への溶接入熱量が溶接結果を左右す
る重要な因子である。一般に、アーク電圧をE₁
（volt）、溶接電流をI₁(A)、溶接速度をV₁（cm/se
ｃ）、被溶接物への電気的入力をＰ〔KW〕、単位
長当りの入熱量をＱ〔Kilo−Joule〕、定数をK₁と
すれば、 Ｑ＝K₁Ｐ_１／Ｖ_１＝K₁Ｅ_１Ｉ_１／Ｖ_１ ……(1) が成立する。この(1)式は場合によつては更に簡単
に表現できる。例えば定電流特性の溶接電源を使
用して手溶接をする場合には、溶接電流I₁(A)は略
一定値を有するので定数をK₂とすれば、 Ｑ＝K₂Ｅ_１／Ｖ_１ ……(2) が成立する。又、定電圧特性の溶接電源を使用し
て半自動溶接をする場合には、アーク電圧E₁
（volt）は略一定値であるので、定数をK₃とすれ
ば、 Ｑ＝K₃Ｉ_１／Ｖ_１ ……(3) が成立する。

従来、自動アーク溶接法においては、自動走行
台車の走行速度を検出すれば溶接速度に対応した
信号Ｖを容易に得ることができるので、自動溶接
機における入熱測定及びその測定値による制御は
すでに提案されている。しかし、手動溶接及び半
自動溶接方法においては、自動走行台車がなく、
人為的に溶接トーチを溶接線にそつて移動させる
ために、溶接速度V₁を検出することができな
い。したがつて、従来、手溶接又は半自動溶接方
法においては溶接速度を簡易、迅速、正確に検出
して溶接入熱測定、溶接機の出力制御等の入熱管
理をする方法又は装置の実用化が遅れていた。

本発明は、手溶接又は半自動溶接方法におい
て、略溶接線にそつて移動し得るアーク光検出器
を設け、その検出器の出力信号と予め設定された
基準信号との差の信号によつて、前記アーク光検
出器の移動速度を制御することによりこの検出器
をアークの移動に追従させ、この検出器の移動速
度すなわち溶接速度に対応した信号Ｖを得ること
を提案したものである。このような信号Ｖを得れ
ば、この信号Ｖと被溶接物及び溶接電極に供給さ
れる電力に対応した信号ＰとからＰ／Ｖを測定し
て溶接入熱の測定を行つたり、溶接電流、アーク
電圧等を制御して溶接入熱の制御を行つたりして
手溶接又は半自動溶接においても、入熱管理を容
易且つ迅速に行うことができる。

以下本発明の溶接速度検出方法及び検出装置の
実施例について第１図を参照して詳細に説明す
る。

第１図において１は溶接線１ａを有する被溶接
物、２は溶接電極、３は溶接電極２と被溶接物１
との間に発生したアーク光ａを受光してアーク光
に対する相対的な位置に対応した信号を出力する
アーク光検出器である。図示の例では、アーク光
検出器３がレンズ４及び光ポテンシヨメータ５か
らなつている。光ポテンシヨメータ５は金属皮膜
抵抗器５ａと電極５ｂとの間に光電導セル５ｃを
配置したもので、レンズ４は金属皮膜抵抗器５ａ
の上にアーク像ｂを結ばせる。金属皮膜抵抗器５
ａの上にアーク像が結ばれると、この像が結ばれ
た位置において光電導セル５ｃが導通してこの位
置で電極５ｂが金属皮膜抵抗器５ａに接続され
る。抵抗器５ａの両端には一定の電圧Ｓを加えて
あるので、光ポテンシヨメータ５の出力端子t₁，
t₂間にはアーク像ｂの位置、即ち検出器３とアー
ク光ａとの相対位置に対応した信号電圧Ｆが得ら
れる。例えば、アーク像ｂが図示のL₀の位置
（略中央位置）にあるときは、光ポテンシヨメー
タの出力電圧Ｆは略1/2Ｓである。アーク像ｂが
図示のL₁の位置にあるとき、光ポテンシヨメー
タの出力電圧Ｆは最小（略零）になり、逆にアー
ク像ｂが図示のL₂の位置にあるとき、出力電圧
Ｆは最大（略Ｓ）になる。光ポテンシヨメータ５
の出力電圧Ｆは基準信号電圧Ｒとともに増幅器６
に入力される。増幅器６は光ポテンシヨメータの
出力電圧Ｆと基準電圧Ｒとの差電圧に相当する信
号を増幅し、信号電圧Ｇを出力する。この信号Ｇ
は電動機７の如き駆動源に供給される。基準信号
電圧Ｒはアーク像の基準位置L₀を設定するため
のものであり、通常この位置L₀はポテンシヨメ
ータ５の略中央に設定されるが、必らずしも中央
に設定する必要はない。

アーク光検出器３、増幅器６及び電動機７は車
輪８ａ及び８ｂを有する同一の追跡台車８に搭載
されている。電動機７の出力軸は減速歯車９，１
０を介して台車の駆動側車輪８ａに結合され、こ
の電動機により台車８が駆動される。台車８は溶
接方向と略平行な方向に走行するようにレール等
の適宜のガイド手段により案内されている。電動
機７の出力軸にはまた速度検出器１１が取付けら
れ、この検出器により追跡台車８の走行速度に対
応した信号Ｖが得られるようになつている。

尚第１図において１２は溶接電源であり、１３
はアーク電圧に対応する信号Ｅと、変流器１３ａ
等により検出した溶接電流に対応する信号Ｉとを
入力として瞬時電力Ｅ×Ｉに相当する信号Ｐを出
力する電力検出回路である。

上記装置において、アークａを発生させる前
は、基準信号電圧Ｒを零にしておき、アークａの
発生と同時に基準信号電圧Ｒを印加する。今、最
初アークａが発生したときにアーク像ｂが丁度基
準信号Ｒにより設定された図示のL₀に位置に結
ばれたとすると、この場合はポテンヨメータの出
力電圧Ｆと基準電圧Ｒとの差が零であるので増幅
器６は出力を発生せず、したがつて電動機７は停
止したままである。次にアークａをＺ方向に移動
させると、アーク像ｂはL₀の位置よりL₁の位置
側に移動するため、基準信号電圧Ｒとポテンシヨ
メータの出力電圧Ｆとの間に差が生じ、増幅器６
から出力が発生して電動機７が起動する。これに
より追跡台車８もＸ方向へ移動する。この場合ア
ーク像ｂは、アークの移動速度に対応した信号、
即ち基準信号Ｒと光ポテンシヨメータ５の出力信
号Ｆとの差に対応した位置に落着こうとし、台車
８がアークａに追従する。尚増幅器６のゲインが
十分大きい場合には、アーク像ｂは基準信号Ｒに
より設定された位置L₀に戻る。アークａの移動
速度が台車８の移動速度より遅くなると、アーク
像ｂが図示のL₀よりもL₂側に結ばれるようにな
るためL₂に近い位置で抵抗器５ａと電極５ｂと
が接続され、光ポテンシヨメータ５の出力電圧Ｆ
は基準信号電圧Ｒよりも大きくなる。このとき、
増幅器６が正の入力信号のみを増幅し得る構成の
場合にはこの増幅器の出力Ｇが零になり、また増
幅器６が正負の入力を増幅し得る構成の場合には
出力Ｇが正から負に反転する。増幅器６の出力Ｇ
が零または負になると、電動機７が減速され、台
車８の速度が低下する。したがつてアーク像ｂは
アークの移動速度に対応し信号、即ち、基準信号
電圧Ｒと光ポテンシヨメータの出力信号Ｆとの差
に対応した位置に落ち着こうとし、台車８がアー
クａに追従する。そして増幅器６のゲインが十分
大きい場合、アーク像ｂはL₀の位置に戻る。こ
のように、上記の装置ではアーク光検出器３がア
ークａの移動に追従してアークと同じ速度で移動
する。したがつて速度検出器１１から得られる信
号Ｖはアークａの移動速度に対応する。このよう
にして得られた信号Ｖは例えば、電力検出回路１
３により検出された電力に対応する信号Ｐととも
に溶接入熱を算出する目的に使用される。

尚速度検出器１１としては速度に比例した電圧
を発生する速度発電機や、速度に対応したパルス
を発生する検出器等任意のものを用いることがで
きる。

アーク光検出器３は、アーク光に対する相対位
置に対応した信号を出力するものであれば如何な
るものでもよく、第１図に示した例に限定される
ものではない。例えば、第１図においては、光電
導体の受光面積がアークの移動方向に沿つて均一
であるが、アークの移動方向に沿つて受光面積が
漸減または漸増する形状にしてアーク光の位置に
対応する信号を得るようにしたものを用いること
もできる。第２図はこのようなアーク光検出器３
の構成例を示したもので、同図において１４は受
光面積がアークの移動方向Ｘに沿つて漸減するよ
うな形状の光電変換素子（例えばCdS）であり、
１５はアークａの光を光電変換素子１４の上に集
光するかまぼこ形レンズである。溶接部にて発生
したアークａの光はレンズ１５により変換素子１
４の受光面に棒状に集光され、この受光面上には
棒状のアーク像ｂが形成される。光電変換素子１
４の両端には抵抗１６を介して電源１７が接続さ
れ、抵抗１６の両端t₁，t₂から出力Ｆが取出され
る。

第２図の検出器においては、アーク像ｂが図面
上右方へ移動すれば、光電変換素子１４の受光量
が減少するためこの変換素子の抵抗値が増加す
る。したがつて抵抗１６の両端にはアーク光に対
する相対位置に対比した信号Ｆが得られる。この
信号Ｆは第１図の信号Ｆと同じ変化をするから、
第３図の検出器３の出力Ｆと基準信号Ｒとの差を
第１図の増幅器６に入力することにより、前記と
同様の動作を行なわせることができる。

第３図は第２図と同様の光電変換素子を２個使
用した場合で、２個の光電変換素子１４，１４′
はその向きが異なるように並べて配置され、一方
の光電変換素子はＸ方向に沿つて受光面積が漸減
し、他方の光電変換素子１４′はＸ方向に沿つて
受光面積が漸増するようになつている。これらの
光電変換素子は抵抗１８及び１９とともにブリツ
ジ回路を構成しており、このブリツジ回路の電源
端子間に電源１７が接続されている。尚このブリ
ツジ回路はアーク像ｂが略中央に位置したときに
平衡するように調整されている。このように構成
した場合には、当然基準信号Ｒを用いる必要がな
く、ブリツジの出力電圧e₀をそのまま第１図の増
幅器６に入力することにより、前記と同様の追従
動作を行なわせることができる。

第４図はアーク光検出器３の更に他の構例を示
したものである。同図において２０をフオトトラ
ンジスタや小形の光導電素子等の多数の光電変換
素子（図示の例ではフオトトランジスタ）A₁，
A₂，………Ａ_oを並べた感光素子で、第１図と同
様にレンズで集光されたアーク光がこの感光素子
に照射される。感光素子２０の各素子A₁〜Ａ_oに
それぞれダイオードD₁〜Ｄ_o及び抵抗r₁₁〜ｒ_1oが
直列に接続されており、これらの直列回路は抵抗
ｒ_fを介して電源１７の両端に並列接続されてい
る。第４図の感光素子２０にアーク光が照射され
ると、アーク光が照射された変換素子が導通（ま
たは抵抗が減少）して電流が流れ、この電流によ
り抵抗ｒ_fの両端に電圧Ｆが生じる。したがつて
抵抗r₁₁〜ｒ_1oの抵抗値を順次小さくする等してア
ーク光の照射位置に応じて電圧Ｆが異なるように
することにより、電圧Ｆをアークに対する検出器
の相対位置に対応させることができる。この電圧
Ｆを基準信号電圧Ｒとともに第１図の増幅器６に
入力することにより、第１図と全く同様の動作を
行なわせることができる。

第５図は本発明によつて検出された手溶接又は
半自動溶接の速度に対応する信号Ｖを使用した応
用例を示したものである。同図において１２は溶
接電源、１３は電力検出回路であり、電力検回路
１３は、例えば変流器１３ａの出力を入力として
溶接電流に対応した信号Ｉを出力する溶接電流検
出回路１３１と溶接機の出力電圧又はアーク電圧
に対応する信号Ｅと上記信号Ｉとを入力として溶
接電極２及び被溶接物１に供給される電力に対応
した信号Ｐ＝EIを出力する掛算器１３２とによ
り構成される。２１は上記信号Ｐと第１図で説明
した溶接速度に対応する信号Ｖとを入力として溶
接入熱に対応する信号EI／Ｖを出力する割算
器、２２は上記信号EI／Ｖに対応した信号を表
示する表示器である。このように構成すると表示
器２２は、溶接の単位長当りの溶接入熱〔Kilo-
Ｊｏｕｌｅ／cm〕の瞬時値を表示する。

第５図においては、電力検出回路１３が、溶接
電流に対応した信号Ｉを出力する溶接電流検出回
路１３１と、アーク電圧または電源電圧に対応す
る信号Ｅと信号Ｉとの積に相当する信号を出力す
る掛算器１３２とにより構成されたが、この電力
検出回路の構成は適宜に変更することができる。
例えば、定電流特性を有する溶接電源を用いて手
溶接をする場合には、溶接電流値に対応する信号
Ｉが略一定であるので、瞬時電力値に対応する信
号Ｐはアーク電圧に対応する信号Ｅとなる。また
溶接電源５に溶接電流設定器が存在するときは、
溶接電流に対応する信号Ｉとしてこの設定器の出
力信号に対応する信号を用いてもよい。また、逆
に、定電圧特性を有する溶接電源を用いて半自動
溶接をする場合には、アーク電圧値に対応する信
号Ｅが略一定であるので、瞬時電力値に対応する
信号Ｐは溶接電流に対応する信号Ｉとなる。更に
溶接電源５にアーク電圧設定器が存在するとき
は、アーク電圧に対応する信号Ｅとしてこの設定
器の出力信号に対応する信号を用いてもよい。

また、瞬時電力値に対応する信号Ｐとしては、
溶接電流の通電回路に近接した漏洩磁束をコイル
で検出してその出力信号を用いたり、溶接回路に
発生するジユール熱を熱電対で検出してその出力
信号を用いたりすることができる。そしてアーク
電圧に対応する信号Ｅが一定でない場合には、こ
れらの信号とアーク電圧に対応する信号又はアー
ク電圧設定器の出力信号に対応した信号とを組み
合わせることにより瞬時電力に対応する信号Ｐを
得ることができる。

第５図に示した表示器２２としては、電圧計の
原理を用いたメータの他に、Ａ／Ｄ変換器を有す
るデイジタル表示器やプリンター等を用いること
ができる。また表示器２２として、EI／Ｖが予
め設定した値を超えたときに警報を発するブザー
や点滅する表示灯等を使用することもできる。

更に、第５図に破線または一点鎖線で示したよ
うに、溶接速度に対応する信号Ｖまたは溶接入熱
に対応する信号EI／Ｖを溶接電源１２にフイー
ドバツクし、このフイードバツクした信号を溶接
電源１２内の図示しない溶接電流や溶接電圧等の
設定器の出力と比較して溶接電源１２の出力電
圧、出力電流等を制御することにより溶接入熱の
管理を行なうようにすることもできる。

以上のように、本発明によれば、手動溶接また
は半自動溶接の溶接速度を迅速且つ容易に測定す
ることができる利点がある。

尚本発明は、手動また半自動溶接の外、自動溶
接にも適用できるのは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する溶接速度検出
装置の実施例を示す構成図、第２図乃至第４図は
それぞれ本発明で用いるアーク光検出器の異なる
構成例を示す構成図、第５図は、本発明の溶接速
度検出方法及び装置により得られた溶接速度に対
応する信号Ｖを使用して溶接入熱の表示又は溶接
入熱の制御等の入熱管理を行う応用例を示した構
成図である。 １……被溶接物、１ａ……溶接線、２……被溶
接物、３……アーク光検出器、７……駆動源、１
１……速度検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被溶接物の溶接線にそつて溶接電極から発生
   したアークを移動させながら溶接する手動又は半
   自動アーク溶接の溶接速度検出方法において、ア
   ーク光に対する相対位置に対応した信号を出力す
   るアーク光検出器を略溶接線にそつて移動し得る
   ように設け、前記アーク光検出器の出力信号によ
   つて前記アーク光検出器の移動速度を制御して該
   アーク光検出器をアークの移動に追従させ、前記
   アーク光検出器の移動速度に対応した信号Ｖを得
   ることにより溶接速度を検出する溶接速度検出方
   法。 ２ 被溶接物の溶接線にそつて溶接電極から発生
   したアークを移動させながら溶接する手動又は半
   自動アーク溶接の溶接速度検出装置において、略
   溶接線にそつて移動するように設けられアーク光
   に対する相対位置に対応した信号を出力するアー
   ク光検出器と、前記アーク光検出器の出力信号に
   よつて前記アーク光検出器の移動速度を変化させ
   て該検出器をアークの移動に追従させる駆動源
   と、前記アークに追従して移動するアーク光検出
   器の移動速度に対応した信号Ｖを出力する速度検
   出器とを具備したことを特徴とする溶接速度検出
   装置。