(57)【要約】      （修正有）【課題】アーク溶接トーチの非消耗電極の交換又は加工する工程を提供する。【解決手段】アーク溶接トーチの非消耗電極の損耗を検出し、それが侵食されたときに前記電極を新しい電極と自動的に交換または再加工する自動化方法であって、以下の工程、問題の電極によって果たされるストライク数、ならびに場合により前記電極のアーク時間およびアークを確立するためのストライク時間を溶接中に測定または計数する工程と、前記、決定された少なくとも１つの損耗指示パラメータの値を、少なくとも１つの予め設定したそれぞれの参照値と比較する工程と、少なくとも１つの損耗指示パラメータの値が少なくとも前記予め設定したそれぞれの参照値以上である場合に、侵食された電極を新しいまたは研磨した電極と交換する工程とを行う方法である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク溶接トーチの非消耗電極の損耗を検出し、それが侵食されたときに前記電極を新しい電極と自動的に交換または再加工する自動化方法であって、以下の工程、すなわち
ａ）当該電極によって行われたストライク数、ならびに場合により前記電極のアーク時間およびアークを確立するためのストライク時間から選択される少なくとも１つの損耗指示パラメータを溶接中に測定または計数する工程と、
ｂ）工程ａ）で決定された少なくとも１つの損耗指示パラメータの値を、少なくとも１つの予め設定したそれぞれの参照値と比較する工程と、
ｃ）少なくとも１つの損耗指示パラメータの値が少なくとも前記予め設定したそれぞれの参照値以上である場合に、侵食された電極を新しいまたは研磨した電極と交換する工程と
を行う方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記指示パラメータのいくつかを工程ａ）において決定および比較し、前記指示パラメータのいくつかが、それらの予め設定したそれぞれの参照値を超える場合に、前記電極を交換することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載の方法であって、
工程ａ）において、所定の溶接時間にわたって前記電極によって発生する電流および／または電圧も決定し、
工程ｂ）において、測定した電流および／または電圧を、予め設定した電流および／または電圧変化のしきい値と比較し、
工程ｃ）において、以下の場合、すなわち
・損耗指示パラメータの少なくとも１つの値が、予め設定した参照値以上であるか、
・電圧および／または電流値の少なくとも１つが、予め設定した電圧および／または電流のしきい値の１つを超える
場合に、電極を交換することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１ないし３の１項に記載の方法であって、最大ストライク数が１００００ストライク、好ましくは２００ストライクに設定されていることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１ないし３の１項に記載の方法であって、最大ストライク時間が５秒、好ましくは０．１秒であることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１ないし３の１項に記載の方法であって、最大アーク時間が２４時間、好ましくは１５分であることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１ないし６の１項に記載の方法であって、電圧変化のしきい値と０．１秒にわたって測定された電圧変化との差が少なくとも３Ｖ、好ましくは少なくとも１Ｖである、および／または電流変化のしきい値と０．１秒にわたって測定された電流変化値との差が少なくとも２５Ａ、好ましくは少なくとも５Ａであることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１ないし７の１項に記載の方法であって、電極によって行われたストライク数および電極のアーク時間を常時計数してメモリに記憶することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１ないし８の１項に記載の方法であって、溶接ロボットまたはプログラマブル・コントローラによって自動的に行われることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１ないし９の１項に記載の方法であって、工程ｃ）において侵食された電極の新しい電極による交換が、自動電極交換機器によって自動的に行われることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１ないし１０の１項に記載の方法であって、生産制御作業者またはシステムにリンクしたディスプレイまたはコンピュータによって電極の状態に関する情報を連絡する工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
自動化されたまたはロボットのアーク溶接装置であって、
−ロボットアームまたは支持フレームによって搬送される非消耗電極をもつ溶接トーチと、
−ｉ）当該電極によって行われたストライク数、ｉｉ）前記電極のアーク時間、およびｉｉｉ）ストライク時間から選択される少なくとも１つの損耗指示パラメータを決定する測定手段と、
−最大ストライク数、最大アーク時間および最大ストライク時間に対応する少なくとも１つの予め設定した参照値をメモリに記憶する記憶手段と、
−測定手段および記憶手段と協働し、測定手段によって決定された少なくとも１つの損耗指示パラメータの値を記憶手段によって保持された少なくとも１つの予め設定した参照値と比較するデータ処理手段と、
−処理手段が、少なくとも１つの損耗指示パラメータの値が少なくとも前記予め設定した参照値以上であることを決定した場合に、侵食された電極を新しい電極と自動的に交換できる電極交換手段と
を有する装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置であって、
−測定手段は電圧および電流センサー、たとえばホール効果プローブ、または同じ機能を果たす任意の他のセンサーであり、
−記憶手段はコントローラおよび／またはロボットに固有の、たとえばメモリカード、インクリメンタルカウンターまたは同じ機能を果たす他の任意の素子であり、
−データ処理手段はコントローラおよび／またはロボットに固有のプログラムであり、
−電極交換手段はトーチ内部で侵食された電極をつかみ、これを新しい電極と交換することができる自動電極交換機器を有する
ことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接トーチの非消耗電極の損耗を検出するため、およびそれが侵食されたときに前記電極を新しい電極と自動的に交換するための自動化方法、ならびに前記方法を実施するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴＩＧアーク溶接において、非消耗タングステン電極は定期的に新しいまたは研磨した電極と交換される。というのは、損耗した電極は、それが劣化した場合、ストライクまたは溶接さえも阻害するからである。
【０００３】
手動溶接では、電極は、それがもはや適切に動作しないことに作業者が気づいたとき、またはそれが劣化したことを作業者が目視できたときに作業者によって交換される。
【０００４】
ＴＩＧ溶接プロセスのロボット化または自動化は、タングステン電極の取り替えを予測して自動化し信頼性のある動作を確保することを必要とする。この取り替えは、特にそれが生産ラインに組み込まれている場合には、人手の介入なしにかつできるだけ速やかに完遂して、プロセスの生産性を損なわないようにしなければならない。
【０００５】
好ましくは、これらの電極の交換による介入は、バックグラウンド時間に、すなわち有利にはロボット停止時間の間に行うべきである。
【０００６】
全ての場合に、劣化した電極の使用により生じる低品質の溶接部の生産を防げるということは、工業的見地から最高の重要性をもつことである。
【０００７】
したがって、電極の取り替えは予防的に、すなわち所定の動作時間または計画したストライク数の後に、行われるであろう。
【０００８】
しかし、このような予防的な電極の取り替え、すなわち取り替えがその動作限界に達する前になされることは、電極の使用が不十分であるという欠点がある。というのは、それらのあるものは交換が早すぎ、したがってことによると追加のコストを招くかもしれないからである。
【０００９】
加えて、最長の電極寿命を正確に規定することは必ずしも可能または容易ではなく、このことは取り替え前の時間を広いマージンで規定すること、したがって上述した早すぎる交換が増加するというリスクを意味する。
【００１０】
逆に、電極が不良になった瞬間に、すなわちたとえば不良な溶接またはストライクの問題を観察した後に、電極を取り替えるかもしれない。
【００１１】
しかし、欠陥部品を生産し、機械をある時間停止し、近くに作業者が常時いる（作業者は事故の場合には直ちに介入しなければならない）ことを要するという欠点があり、これによりプロセスの生産性を損なう。
【００１２】
抵抗溶接においては、電極の損耗を検出し（これは電極の接触抵抗の測定に基づく）、この抵抗が効hate的な溶接に不適合になる場合に取り替えサイクルを開始するシステムが知られている。しかし、このようなシステムはＴＩＧプロセスに適していない。
【００１３】
さらに、文献ＪＰ−Ａ−６３０４０６８３は、抵抗溶接プロセスのための電極の損耗を検出するシステムを記載しており、これは規定の数の溶接部品の後に取り替えられる電極を備えている。上述したように、これは電極が早まって交換される危険を冒す。
【発明の開示】
【００１４】
したがって、解決すべき問題は、完全に自動化できる、すなわち作業者が電極を交換しなければならないときを決定することを必要としない、改善された電極損耗検出方法をどのようにして提供するかということである。
【００１５】
加えて、この方法は、ロボットまたは自動化溶接機械に搭載された非消耗電極トーチの電極の早すぎる、または逆に遅すぎる取り替えを防ぐかまたは最少限にしなければならない。
【００１６】
したがって、本発明の１つの解決策は、アーク溶接トーチの非消耗電極の損耗を検出し、それが侵食されたときに前記電極を新しい電極と自動的に交換または再加工する自動化方法であって、以下の工程、すなわち
ａ）当該電極によって行われたストライク数、ならびに場合により前記電極のアーク時間およびアークを確立するためのストライク時間から選択される少なくとも１つの損耗指示パラメータを溶接中に測定または計数する工程と、
ｂ）工程ａ）で決定された少なくとも１つの損耗指示パラメータの値を、少なくとも１つの予め設定したそれぞれの参照値と比較する工程と、
ｃ）少なくとも１つの損耗指示パラメータの値が少なくとも前記予め設定したそれぞれの参照値以上である場合に、侵食された電極を新しいまたは研磨した電極と交換する工程と
を行う方法である。
【００１７】
注
・「参照値」：正確な値または平均値、たとえば所定の瞬間に測定された値または所定の時間にわたって平均された値に相当するもの、あるいは値の範囲の間に区別をつけるべきではなく、
・「新しい電極」：完全に新しい、したがって使用されたことがない電極と、事前に１回以上使用された後に研磨または修復した電極との間に区別をつけるべきではない。
【００１８】
場合によって、本発明の方法は以下の特徴の１以上を含む。
【００１９】
−前記指示パラメータのいくつかを工程ａ）において決定および比較し、前記指示パラメータのいくつかが、それらの予め設定したそれぞれの参照値を超える場合に、前記電極を交換する。
【００２０】
−工程ａ）において、所定の溶接時間にわたって前記電極によって発生する電流および／または電圧も決定し、
−工程ｂ）において、測定した電流および／または電圧を、予め設定した電流および／または電圧変化のしきい値と比較し、
−工程ｃ）において、以下の場合、すなわち
・損耗指示パラメータの少なくとも１つの値が、予め設定した参照値以上であるか、
・電圧および／または電流値の少なくとも１つが、予め設定した電圧および／または電流のしきい値の１つを超える
場合に、電極を交換する。
【００２１】
−最大ストライク数が１００００ストライク、好ましくは１０００ストライク、より好ましくは２００ストライクに設定されている。
【００２２】
−最大ストライク時間が５秒、好ましくは０．１秒である。
【００２３】
−最大アーク時間が２４時間、好ましくは１５分である。
【００２４】
−電圧変化のしきい値と０．１秒にわたって測定された電圧変化との差が少なくとも３Ｖ、好ましくは少なくとも１Ｖである、および／または電流変化のしきい値と０．１秒にわたって測定された電流変化値との差が少なくとも２５Ａ、好ましくは少なくとも５Ａである。
【００２５】
−電極によって行われたストライク数および電極のアーク時間を常時計数してメモリに記憶する。
【００２６】
−溶接ロボットまたはプログラマブル・コントローラによって自動的に行われる。
【００２７】
−工程ｃ）における侵食された電極の新しい電極による交換が、自動電極交換機器によって自動的に行われる。
【００２８】
−生産制御作業者またはシステムにリンクしたディスプレイまたはコンピュータによって電極の状態に関する情報を連絡する工程を含む。
【００２９】
本発明は、自動化されたまたはロボットのアーク溶接装置であって、
−ロボットアームまたは支持フレームによって搬送される非消耗電極をもつ溶接トーチと、
−ｉ）当該電極によって行われたストライク数、ｉｉ）前記電極のアーク時間、およびｉｉｉ）ストライク時間から選択される少なくとも１つの損耗指示パラメータを決定する測定手段と、
−最大ストライク数、最大アーク時間および最大ストライク時間に対応する少なくとも１つの予め設定した参照値をメモリに記憶する記憶手段と、
−測定手段および記憶手段と協働し、測定手段によって決定された少なくとも１つの損耗指示パラメータの値を記憶手段によって保持された少なくとも１つの予め設定した参照値と比較するデータ処理手段と、
−処理手段が、少なくとも１つの損耗指示パラメータの値が少なくとも前記予め設定した参照値以上であることを決定した場合に、侵食された電極を新しい電極と自動的に交換できる電極交換手段と
を有する装置にも関する。
【００３０】
場合によって、本発明の装置は、以下の特徴の１以上を含んでいてもよい。
【００３１】
−測定手段は電圧および電流センサー、たとえばホール効果プローブ、または同じ機能を果たす任意の他のセンサーであり、
−記憶手段はコントローラおよび／またはロボットに固有の、たとえばメモリカード、インクリメンタルカウンターまたは同じ機能を果たす他の任意の素子であり、
−データ処理手段はコントローラおよび／またはロボットに固有のプログラムであり、
−電極交換手段はトーチ内部で侵食された電極をつかみ、これを新しい電極と交換することができる自動電極交換機器を有する。
【００３２】
したがって、本発明の方法によれば、電極の損耗の状態を代表するある種のパラメータがモニターされる。すなわち、
−ちょうどそれがＴＩＧトーチに挿入されてから、すなわちちょうどその最初の使用から、当該電極によって行われたストライク数、
−前記電極のアーク時間、すなわち電極によって電気アークが発生していた間の全時間、および
−ストライク時間、すなわちストライクされたときに電気アークが確立するのに要する時間。
【００３３】
少なくとも１つのパラメータ、しかし好ましくはいくつかのパラメータを同時にモニターすることによって、あらゆる電極の損耗を信頼性よく検出することができる。
【００３４】
ストライク時間
ストライク時間は定電流源によってまたはロボットもしくは予備機器によってモニターすることができる。長いストライク時間は、その放射率を減少させる、したがってアークのブレークダウンおよび確立をより困難にする、劣化した電極の幾何学的形状および／または組成の直接的な結果である。
【００３５】
新しい電極のストライク時間は約０．１秒である。その後は、より長いストライク時間（数秒程度）は一般的に多かれ少なかれ電極の損耗の結果である。
【００３６】
これを観察およびその後に測定して、それから電極の損耗を推測することができる。最大ストライク時間のしきい値は、電極の寿命の終わりに近いが、電極がいまだに溶接を行えるように選択しなければならない。
【００３７】
アーク時間
現在、ほとんどの溶接発電機または溶接ロボットは、電極のアーク時間を計数している。したがって、このパラメータは、作業者を必要とすることなく、電極の定期の取り替えを行うのに用いることができる。
【００３８】
任意の電極の取り替え前の最大許容アーク時間を決定するために、それらを用いる標準的な条件の下で一連のいくつかの電極を用いて溶接テストを行うことによって、およびこれらの各々について得られるアーク時間を計数することによって、たとえば経験的な手順を行ってもよい。これは、参照時間として役立つ最大アーク時間を得ることを可能にする。しかし、このパラメータのみを用いることは望ましくない。これは、それだけでは必ずしも早すぎる電極の取り替えを防ぐことができないためである。
【００３９】
ストライク数
上の段落で述べたのと同様に、ほとんどの溶接発電機または溶接ロボットは、電極によってなされるストライク数を計数している。最大ストライク数は所定の溶接用途について経験的に決定されるであろう。ストライク数はモニターのための簡単なパラメータであり、したがって優先されるけれども、アーク時間の場合と同様に、このパラメータのみを用いることは望ましくない。また、ストライク数は本発明の状況においてモニターされる主要なパラメータである。したがって、好ましくは、ストライク数および場合によってはストライク時間および／または常にモニターされるであろう。
【００４０】
特定の場合に、下記の表に示した結果により、不良前の新しい電極の寿命が経験的にわかっている。
【表１】
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【００４１】
３つの上述した主要なパラメータに加えて、電極の損耗を検出し、またはこの検出の精度を上げ、それによって早すぎる交換のリスクを減らすために、他のパラメータを考慮に入れてもよい。この関連で、電圧（Ｕ）および電流（Ｉ）をモニターすることに言及する。
【００４２】
これは、電極の損耗によって引き起こされるアークの不安定性が、アーク長の変化、したがって急速な電圧変化によって表されるためである。現代の発電機の場合、電流は一定に調節されるが、浸漬特性を有する旧式発電機の場合、この現象は電流の不安定性も引き起こす。これらの変化は、センサーおよび好適な測定電子回路によって測定できる。このデータをフィルタリングおよびその後の計算によって処理し、変化の大きさ、その頻度およびその他の結果として生じるパラメータを得てもよい。この特定の場合のために、変化の測定を時間内に制限しなければならないことに注意すべきである。これは、測定を非常に短時間内に行い、溶接された部品の変形、溶接された部品の幾何学的形状および溶接池の移動によって誘導される全ての変化を避けなければならないためである。したがって、これは測定をたとえば０．１秒で行うことを意味する。前に述べたように、最大許容電圧および電流は経験的に決定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以上で示した説明のおかげで、以下の実例となる図から本発明をより明確に理解できるであろう。
【００４４】
電極損耗検出およびあり得る電極交換を有する溶接サイクルの管理は、たとえば図４に示すブロック図に従って実施できる。
【００４５】
ＴＩＧアーク溶接サイクルでは通常以下の一連の操作すなわちアークストライク、アーク溶接、およびアーク消滅を実施し、このサイクルは非消耗タングステン電極を備えたアーク溶接トーチを用いて行われる。
【００４６】
図４に模式的に示した本発明の方法によれば、新たな溶接サイクルを開始する（１）直前または溶接操作を行った後に、電極の損耗パラメータを検査し、電極を取り替えるべきか（ｙｅｓ）否か（ｎｏ）を決定する。これをするために、以前の溶接サイクルの間に当該電極によって行われたストライク数を測定し、その後最大ストライク数の参照値、たとえば鋼に関して１０００ストライクと比較する（２）。この測定された数が最大参照値を超えると、電極取り替え段階の開始がなされるであろう（８）。
【００４７】
本発明によれば、当該電極で行われたストライク数を測定することは特に有用で有利である。というのは、これはモニターし測定するのが比較的容易なためである。ストライク数は本発明の必須のモニタリングパラメータである。
【００４８】
さもなければ、以前の溶接サイクルの間に測定されたアーク時間を、最大アーク時間の参照値たとえば４時間と比較する（３）。
【００４９】
前と同様に、この測定したアーク時間が最大アーク時間の参照値を超える場合、電極は新しい電極で交換されるであろう（８）。
【００５０】
さもなければ、ストライク数もアーク時間も設定された許容最大値を超えなければ、新たなストライクを行う（４）。同時に、前記ストライクを生じさせるのに必要なストライク時間を測定し、これを参照値と比較する（５）。
【００５１】
前と同様に、この測定したストライク時間が最大参照値を超えれば、電極は溶接操作後に交換されるであろう（８）。
【００５２】
さもなければ、溶接すべき部品の溶接を普通に行い（６）、一方で溶接中に溶接電圧Ｕおよび溶接電流Ｉを測定する。
【００５３】
いったん溶接が生じたら、溶接中の電圧および／または電流変化が設定限界を超えたかどうかを見るために検査する（７）。もしこのような場合、ここで再び、電極は交換されるであろう（８）。
【００５４】
このような変化なしに許容最大値を超えたら、新たな溶接サイクルを開始する（１）。というのは、電極はいまだに使用でき交換または研磨する必要がないためである。
【００５５】
もちろん、図４に示した図は、純粋に説明のためのものであり、全く限定的ではない。さらに、この図に示した工程のいくつかのみを含むか、または電極の損耗の状態を検査するための追加の工程（これらの工程は前記の図に示していない）を含んでいてもよい。
【００５６】
図２は、ＴＩＧアーク溶接の間のアーク電流（Ｉ）およびアーク電圧（Ｕ）（ｙ軸上にプロット）の典型的な例であり、溶接電流（Ｉ）における変化（ｄＩ）を溶接時間（ｔ）（ｘ軸上にプロット）の関数として示している。
【００５７】
図２に示した例において、「ｄＩ」の値は平滑電流の強度における変化を示し、「ｄＵ」の値は定常状態、すなわちアークをストライクして安定した後における電圧変化を示している。これらの変化は、たとえば観察したシーケンスにおける最小および最大の電流および電圧値から測定および計算される。
【００５８】
図３は、ＴＩＧアーク溶接の間のアーク電流（Ｉ）およびアーク電圧（Ｕ）（ｙ軸上にプロット）の典型的なグラフの例であり、溶接電流（Ｉ*）および電圧（Ｕ*）のしきい値を溶接時間（ｔ）（ｘ軸上にプロット）、およびストライク時間（ｄｔ）の関数として示している。
【００５９】
図３に示した例において、「ｄｔ」で示した時間は溶接発電機に与えたコマンド（トリガー電圧ｇ）と溶接電流の確立（電流リレー信号）との間のストライク時間である。「Ｉ」の値は定常状態の電流を示し、「Ｕ」の値は定常状態の電圧、すなわちアークのストライクおよび安定化後の電圧を示している。これらのレベルを測定し、計算し、たとえばしきい値（たとえばＵ*の場合には１０ボルトでＩ*の場合には５０アンペアかもしれない）と比較する。
【００６０】
本発明は、侵食された電極を新しい電極、特に文献ＥＰ−Ａ−１４５９８３１に記載されているＴＩＧ溶接トーチのタングステン電極と交換しなければならない例における自動検出に関し、自動電極取り替え装置、または電極交換機器が作動することを可能にする。
【００６１】
図１に模式的に示すように、検出装置および／または方法を、ＴＩＧトーチを備えたロボット２１によって、または電極交換機器に固有のプログラマブル・コントローラによって制御してもよい。これは、ロボットのタイプに依存しない完全に自律システムの利点を有するであろう。
【００６２】
ＵおよびＩを溶接電流源２０においてまたは補助機器２５において直接測定し、一方でストライク数ならびにストライク時間および／またはアーク時間をロボット２１で計数してもよい。
【００６３】
溶接システム２２の残りは、トーチ、ビームおよびワイヤのペイアウト（ｐａｙ−ｏｕｔ）を有する。イメージングシステム、たとえばデジタルカメラまたは任意の類似のイメージプロセシングシステムを追加し、幾何学的形状、したがって電極の損耗の状態を決定してもよい。この目的のために、カメラを以下に示す交換機器に組み込んでもよい。
【００６４】
電極交換機器２４は、前に説明したように、所定の瞬間における電極の損耗の実際の状態の１以上の典型的なパラメータの自動モニタリングに基づく「インテリジェント」な電極交換サイクルを組み込んだプログラマブル・コントローラ２３によって制御される。
【００６５】
上記のパラメータと組み合わせて、他の二次的なパラメータ（これらはモニターされ、電極の損耗を検出するのに用いられるであろう）が存在することに注意すべきである。すなわち特に、発電機電流を測定することによるアークのあらゆる断裂；たとえばカメラ目視装置によって検出される、溶接結果における不規則性；およびアークノイズの音響信号の分析である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は本発明の方法を組み込んだ電極交換機器をもつＴＩＧ溶接装置の設計概念の図である。
【図２】図２はＴＩＧ溶接電圧および電流の図であり、良好な状態の電極の信号における変化を測定している。
【図３】図３はＴＩＧ溶接電圧および電流の図であり、電流および電圧しきい値の関数としてのストライク時間を測定している。
【図４】図４は本発明による電極損耗検出を有する溶接サイクルのブロック図である。
【図１】
2008080400.tif 000004
【図２】
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【図３】
2008080400.tif 000006
【図４】
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