(57)【要約】【課題】アーク光を照度計で計測し、その照度（ルクス）に対応して、トーチ高さを制御する制御技術は、薄板同士の溶接に有効である。しかし、図（ａ）に示すとおりに、スパイクＳｋ、Ｓｋが発生すると、このスパイクの影響で溶接トーチが急激に上昇するなどして、溶接トーチが過度に上下に振れる。【解決手段】図（ｂ）に示すとおりに、ピーク電流通電開始から一定時間Δｔが経過してから位置制御を開始する。これにより、制御情報を平準化することができる。【効果】この結果、図（ｃ）に示すとおりに、溶接トーチの上下の振れを小さくすることができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク長さによく相関する相関情報を入力し、この相関情報に基づいて溶接トーチの位置を所定位置に制御するアーク溶接の制御方法において、
電弧開始から一定時間は、前記相関情報とは異なる情報に基づいて溶接トーチの位置制御を実施することを特徴とするアーク溶接の制御方法。
【請求項２】
ピーク電流とベース電流とを交互に印加するパルス溶接におけるアーク長さによく相関する相関情報を入力し、この相関情報に基づいて溶接トーチの位置を所定位置に制御するアーク溶接の制御方法において、
ピーク電流通電開始から一定時間が経過したら前記相関情報に基づいて溶接トーチの位置制御を開始し、ピーク電流からベース電流に切換える時点でそのときの相関情報を記憶し、この記憶した相関情報によってベース電流通電期間及びピーク電流通電開始から一定時間は溶接トーチの位置を定めることを特徴とするアーク溶接の制御方法。
【請求項３】
前記相関情報は、アーク光から得られる光学的情報であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のアーク溶接の制御方法。
【請求項４】
前記相関情報とは異なる情報は、人為的に入力した情報であることを特徴とする請求項１記載のアーク溶接の制御方法。
【請求項５】
アーク長さによく相関する相関情報を入力し、この相関情報に基づいて溶接トーチの位置を所定位置に制御するアーク溶接装置において、
このアーク溶接装置は、電弧開始から一定時間は、前記相関情報とは異なる情報に基づいて溶接トーチの位置制御を実施する制御部を備えたことを特徴とするアーク溶接装置。
【請求項６】
ピーク電流とベース電流とを交互に印加するパルス溶接におけるアーク長さによく相関する相関情報を入力し、この相関情報に基づいて溶接トーチの位置を所定位置に制御するアーク溶接装置において、
このアーク溶接装置は、ピーク電流通電開始から一定時間が経過したら前記相関情報に基づいて溶接トーチの位置制御を開始し、ピーク電流からベース電流に切換える時点でそのときの相関情報を記憶し、この記憶した相関情報によってベース電流通電期間及びピーク電流通電開始から一定時間は溶接トーチの位置を定める制御部を備えたことを特徴とするアーク溶接装置。
【請求項７】
前記相関情報は、アーク光から得られる光学的情報であることを特徴とする請求項６又は請求項７記載のアーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアーク長さによく相関する相関情報を入力し、この相関情報に基づいて溶接トーチの位置を所定位置に制御するアーク溶接の制御技術の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶接装置の自動化に伴って、非消耗電極式自動アーク溶接方法（例えば、特許文献１参照。）や回転体ＴＩＧ溶接装置（例えば、特許文献２参照。）が提案されいる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１４８５７６号公報（図１）
【特許文献２】
特開平１０−２４９５２６号公報（請求項１）
【特許文献３】
特開２００２−２３９７２８（図５）
【０００４】
しかし、特許文献１は、制御精度を高めるべくレーザセンサ（１）を電極（３）に接近させると、レーザセンサ（１）の視野にアーク光が入り、レーザセンサ（１）の誤作動を招くという課題がある。
【０００５】
また、特許文献２は、請求項１の下から２〜３行に示されるとおりに、電極の高さ制御を、アーク電圧制御により実施することを特徴とする。しかし、本発明者らが調べたところでは、アーク長が１．０ｍｍ以下の薄板溶接では、アーク長と電圧の比例関係が崩れ、上記特許文献２の技術が適用できないことが分かった。
【０００６】
そこで、本発明者らは、上記特許文献１及び２の改良技術として、アーク溶接の制御方法及びアーク溶接装置（前記特許文献３参照。）を提案した。この技術の概要を次図により説明する。
【０００７】
図４は特許文献３の図５の再掲図である。すなわち、アーク溶接制御フロー図であり、ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ０１：基準電圧ＶｓｔをＣＰＵにインプットする。
アーク光の照度はアーク長若しくはトーチ高さと良好な相関関係にある。溶接の種類、溶接電流、母材材質毎に予め実験にて相関を調べておき、相関を電圧信号に変換したときには基準電圧を中央処理装置に予め記憶させる。
【０００８】
ＳＴ０２：光学センサをアークに臨ませる。
ＳＴ０３：光学センサでアーク光の照度に応じた電圧信号Ｖａｃをサンプリングする。
ＳＴ０４：計測電圧Ｖａｃを基準電圧Ｖｓｔと比較し、Ｖａｃ＜ＶｓｔならＳＴ０５へ進み、Ｖａｃ＞ＶｓｔならＳＴ０６へ進み、Ｖａｃ＝ＶｓｔならＳＴ０７へ進む。
【０００９】
ＳＴ０５：Ｖａｃ＜Ｖｓｔならトーチを上げる（ただし、母材がステンレスやアルミニウムの場合）。例えば、アーク長を長くすれば照度が大きくなる。この結果Ｖａｃが増加し、Ｖｓｔに近づくからである。次に、ＳＴ０３に戻し、上昇による効果を調べる。
ＳＴ０６：Ｖａｃ＞Ｖｓｔならトーチを下げる（ただし、母材がステンレスやアルミニウムの場合）。例えば、アーク長を短くすれば照度が小さくなる。この結果Ｖａｃが減少し、Ｖｓｔに近づくからである。次に、ＳＴ０３に戻し、下降による効果を調べる。
【００１０】
ＳＴ０７：Ｖａｃ＝Ｖｓｔなら、アーク長若しくはトーチ高さが適当であるから、トーチをその位置に保持する。
ＳＴ０８：溶接作業を終了するか否かを調べる。具体的には溶接作業を中断、中止若しくは終了する信号を受けたときにはＹＥＳであり、フローを終了する。終了信号を受けていないときにはＮＯであり、ＳＴ０３に戻り、制御フォローを継続しつつ溶接を続ける。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上のステップを実行することにより、アーク長さが１ｍｍ以下の薄板の溶接が良好に実施できる。しかし、その後、検証したところ次に示す課題があることが判明した。
図５（ａ）〜（ｃ）は課題を示すタイムチャートである。
（ａ）は、ベース電流とピーク電流とを往復する溶接御波形図を示す。この溶接制御により、照度は次の様に変化する。
【００１２】
（ｂ）はそのときの実測照度を示し、ベースからピークに切換える時点をＰ１１、ピークからベースに切換える時点をＰ１２、次にベースからピークに切換える時点をＰ１３としたときに、Ｐ１１の直後に短時間ではあるが照度が極端に大きくなる現象が発生する。この現象をスパイクＳｋと呼ぶことにする。
【００１３】
（ｃ）は実測照度に基づいて制御したトーチ高さの変化を示し、点Ｐ１１からスパイクＳｋの影響でトーチが急速に下げられ、実測照度の安定化に伴って、トーチは上がる。点１２から点１３までは、アークが発生していないのでトーチの上下にかかわらず照度が低下し、その結果、トーチは上昇しつづける。
【００１４】
この結果、曲線の最大値と最小値の差Δｈが大きくなり、溶接トーチはΔｈだけ、高頻度で上下に振れることになり、溶接品質が低下すると共に、溶接トーチの昇降手段の寿命が短くなる。
そこで、本発明の目的は、アーク長さによく相関する相関情報を入力し、この相関情報に基づいて溶接トーチの位置を所定位置に制御するアーク溶接の制御技術において、溶接トーチの上下振れを抑えることのできる技術を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１のアーク溶接の制御方法は、アーク長さによく相関する相関情報を入力し、この相関情報に基づいて溶接トーチの位置を所定位置に制御するアーク溶接の制御方法において、電弧開始から一定時間は、相関情報とは異なる情報に基づいて溶接トーチの位置制御を実施することを特徴とする。
【００１６】
発明者らは、アーク発生時にはアーク安定時より大きなエネルギーが必要であり、この大きなエネルギーがスパイク現象を促したと推定した。エネルギーの変化は光学的変化、電気的変化、磁気変化などで捕らえることができる。従って、アーク長さによく相関する情報は、光学的情報、電気的情報、磁気的情報などが相当する。
【００１７】
電弧開始から一定時間は、アーク長さによく相関する情報とは異なる情報に基づいて溶接トーチの位置を制御することにより、スパイク現象の影響を排除することができる。この結果、溶接トーチの過度な上下動作を抑えることができ、溶接品質の低下を抑えることができる。
【００１８】
請求項２のアーク溶接の制御方法は、ピーク電流とベース電流とを交互に印加するパルス溶接におけるアーク長さによく相関する相関情報を入力し、この相関情報に基づいて溶接トーチの位置を所定位置に制御するアーク溶接の制御方法において、ピーク電流通電開始から一定時間が経過したら相関情報に基づいて溶接トーチの位置制御を開始し、ピーク電流からベース電流に切換える時点でそのときの相関情報を記憶し、この記憶した相関情報によってベース電流通電期間及びピーク電流通電開始から一定時間は溶接トーチの位置を定めることを特徴とする。
【００１９】
ピーク電流通電開始から一定時間が経過してから相関情報に基づく位置制御を実施することにより、スパイク現象の影響を排除することができる。この結果、溶接トーチの過度な上下動作を抑えることができ、溶接品質の低下を抑えることができる。
加えて、ベース電流通電期間は、溶接トーチの高さを実質的に固定するため、溶接トーチの上下動作を一層抑えることができ、溶接品質の低下を一層抑えることができる。
【００２０】
請求項３のアーク溶接の制御方法では、相関情報は、アーク光から得られる光学的情報であることを特徴とする。
光学的情報は、アーク光の照度（全スペクトルにおける照度）、照度の変動、スペクトル分布、スペクトル強度などが挙げられるが、その内で照度は入手容易な照度計で簡単に計測することができ、発明方法を実施する上で実施費用の高騰化を抑えることがきる。
【００２１】
請求項４のアーク溶接の制御方法では、相関情報とは異なる情報は、人為的に入力した情報であることを特徴とする。
電弧開始から一定時間は、アーク長さによく相関する情報とは異なる情報に基づいて溶接トーチの位置を制御するために、それに代わる情報を人為的に入力することで、アーク溶接制御の安定化を図る。
【００２２】
請求項５のアーク溶接装置は、アーク長さによく相関する相関情報を入力し、この相関情報に基づいて溶接トーチの位置を所定位置に制御するアーク溶接装置において、アーク溶接装置は、電弧開始から一定時間は、相関情報とは異なる情報に基づいて溶接トーチの位置制御を実施する制御部を備えたことを特徴とする。
【００２３】
電弧開始から一定時間は、アーク長さによく相関する情報とは異なる情報に基づいて溶接トーチの位置を制御することにより、スパイク現象の影響を排除することができ、溶接トーチの過度な上下動作を抑えることができる。この結果、溶接トーチの昇降手段への負担が軽減でき、同昇降手段の簡単化や軽量化が容易に可能となる。
【００２４】
請求項６のアーク溶接装置は、ピーク電流とベース電流とを交互に印加するパルス溶接におけるアーク長さによく相関する相関情報を入力し、この相関情報に基づいて溶接トーチの位置を所定位置に制御するアーク溶接装置において、このアーク溶接装置は、ピーク電流通電開始から一定時間が経過したら相関情報に基づいて溶接トーチの位置制御を開始し、ピーク電流からベース電流に切換える時点でそのときの相関情報を記憶し、この記憶した相関情報によってベース電流通電期間及びピーク電流通電開始から一定時間は溶接トーチの位置を定める制御部を備えたことを特徴とする。
【００２５】
ピーク電流通電開始から一定時間が経過してから相関情報に基づく位置制御を実施することにより、スパイク現象の影響を排除することができる。この結果、溶接トーチの過度な上下動作を抑えることがでる。加えて、ベース電流通電期間は、溶接トーチの高さを実質的に固定するため、溶接トーチの上下動作を一層抑えることができる。
この結果、溶接トーチの昇降手段への負担が軽減でき、同昇降手段の簡単化や軽量化が容易に可能となる。
【００２６】
請求項７のアーク溶接装置では、相関情報は、アーク光から得られる光学的情報であることを特徴とする。
光学的情報は、アーク光の照度、照度の変動、スペクトル分布、スペクトル強度などが挙げられるが、その内で照度は入手容易な照度計で簡単に計測することができる。照度計は安価であるからアーク溶接装置のコストダウンを図ることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、「アーク長さによく相関する相関情報」として「光学的情報」を例にして説明する。
図１は本発明に係るアーク溶接装置の原理図であり、アーク溶接装置１０は、電極１１と母材１２との間にアーク１３を発生させる溶接機１４と、アーク溶接の際に発生するアーク光から光学的情報を得る光学センサ１５と、得られた光学的情報に応じて、例えば昇降制御部１６、昇降モータ１７、スクリュー１８を介してトーチホルダ１９及び溶接トーチ２０を上げ下げすることでアーク１３の長さ（アーク長Ｌ）を調整するごとく、溶接条件を調整する中央処理装置（ＣＰＵ）２１と、前記光学的情報をある条件の下に補正する制御部２２とからなる。
【００２８】
前記アーク長さによく相関する相関情報には、光学的情報、電圧情報に代表される電気的情報、磁気的情報などがある。その中で、光学的情報は、アーク光の照度（全スペクトルにおける照度）、照度の変動、スペクトル分布、スペクトル強度などがある。
【００２９】
図２（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るアークパルス溶接の制御方法のタイムチャートである。
（ａ）は、図５（ｂ）と同じ図であり、横軸は時間、縦軸は実測照度を表し、ベースからピークに電流を切換えたときに、スパイクＳｋ、Ｓｋが発生していることを示す。
【００３０】
（ｂ）は、本発明の制御部の作用説明図であり、本発明の制御部（図１の符号２２）は、次の制御を実行する。
先ず、横軸で、ベースからピークに切換えた時点をＰ１、このＰ１から一定時間Δｔ経過した点をＰ２、ピークからベースに切換えた時点をＰ３、次にベースからピークに切替わる時点をＰ４、このＰ１から一定時間Δｔ経過した点Ｐ５とし、点Ｐ２〜Ｐ３間をゾーンＡ、点Ｐ３〜Ｐ５間をゾーンＢとする。
【００３１】
ゾーンＡでは、制御部は（ａ）の実測照度を補正せずに中央処理装置へ送る。そして、制御部はゾーンＡの末端、すなわち点Ｐ３での実測照度を記憶する。そして、ゾーンＢでは、制御部は点Ｐ３での実測照度（一定値）を中央処理装置に送る。具体的にはゾーンＢでは、制御情報が一定値であるから昇降モータ１７は停止状態になる、若しくは昇降モータ１７をその位置で停止させる。
制御部は以上を繰返す。
【００３２】
（ｂ）のグラフから明らかなように、一定時間Δｔ経過してから位置制御のための情報を取込むため、スパイクＳｋ、Ｓｋの影響を排除したことを第１の特徴とする。
次に、ゾーンＢでは点Ｐ３での実測照度（一定値）を使用することで、ベース電流移行に伴う照度低下の影響を排除したことを第２の特徴とする。
これら第１・第２の特徴により、（ａ）の曲線に比較して、（ｂ）の曲線が格段に平坦になる。
【００３３】
（ｃ）は中央処理装置により位置制御した溶接トーチの高さＬを示し、若干の時間遅れはあるものの、（ｂ）の曲線に倣い、振れ幅ΔＬは十分に小さくなる。
従って、より安定したアーク溶接が実施できる。
【００３４】
図３（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るアーク連続溶接の制御方法のタイムチャートである。
（ａ）は、横軸は時間、縦軸は実測照度を表し、溶接開始時に、スパイクＳｋ、Ｓｋが発生していることを示す。
【００３５】
（ｂ）は、本発明の制御部の作用説明図であり、本発明の制御部は、次の制御を実行する。
先ず横軸で、溶接開始をＰ７、このＰ７から一定時間Δｔ経過した点をＰ８とし、点Ｐ７〜Ｐ８間をゾーンＣ、点Ｐ８〜溶接終了をゾーンＤとする。
【００３６】
ゾーンＣでは、制御部は実測照度をカットし、代わりに任意の照度ｄを中央処理装置へ送る。そして、ゾーンＤでは、制御部は実測照度を中央処理装置に送る。
前記任意の照度ｄは、溶接の種類、板材の厚さ、材質などを考慮して決めることができる。具体的には、類似したケースにおけるゾーンＤの照度の平均値を適用することができる。
【００３７】
（ｃ）は中央処理装置により位置制御した溶接トーチの高さＬを示し、若干の時間遅れはあるものの、（ｂ）の曲線に倣い、振れ幅は十分に小さくなる。
従って、より安定したアーク溶接が実施できる。
【００３８】
尚、本発明は、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、被覆アーク溶接、炭酸ガスアーク溶接、炭素アーク溶接に代表される各種のアーク溶接に適用できる。
また、請求項１は、パルスアーク溶接と連続アーク溶接の両方に適用できることは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１のアーク溶接の制御方法によれば、電弧開始から一定時間は、アーク長さによく相関する情報とは異なる情報に基づいて溶接トーチの位置を制御することにより、スパイク現象の影響を排除することができる。この結果、溶接トーチの過度な上下動作を抑えることができ、溶接品質の低下を抑えることができる。
【００４０】
請求項１のアーク溶接の制御方法によれば、ピーク電流通電開始から一定時間が経過してから相関情報に基づく位置制御を実施することにより、スパイク現象の影響を排除することができる。この結果、溶接トーチの過度な上下動作を抑えることができ、溶接品質の低下を抑えることができる。
加えて、ベース電流通電期間は、溶接トーチの高さを実質的に固定するため、溶接トーチの上下動作を一層抑えることができ、溶接品質の低下を一層抑えることができる。
【００４１】
請求項３のアーク溶接の制御方法では、相関情報は、アーク光から得られる光学的情報であることを特徴とする。
光学的情報は、アーク光の照度（全スペクトルにおける照度）、照度の変動、スペクトル分布、スペクトル強度などが挙げられるが、その内で照度は入手容易な照度計で簡単に計測することができ、発明方法を実施する上で実施費用の高騰化を抑えることがきる。
【００４２】
請求項４のアーク溶接の制御方法では、相関情報とは異なる情報は、人為的に入力した情報であることを特徴とする。
電弧開始から一定時間は、アーク長さによく相関する情報とは異なる情報に基づいて溶接トーチの位置を制御するために、それに代わる情報を人為的に入力することで、アーク溶接制御の安定化を図る。
【００４３】
請求項５のアーク溶接装置では、電弧開始から一定時間は、アーク長さによく相関する情報とは異なる情報に基づいて溶接トーチの位置を制御することにより、スパイク現象の影響を排除することができ、溶接トーチの過度な上下動作を抑えることができる。この結果、溶接トーチの昇降手段への負担が軽減でき、同昇降手段の簡単化や軽量化が容易に可能となる。
【００４４】
請求項６のアーク溶接装置では、ピーク電流通電開始から一定時間が経過してから相関情報に基づく位置制御を実施することにより、スパイク現象の影響を排除することができる。この結果、溶接トーチの過度な上下動作を抑えることがでる。加えて、ベース電流通電期間は、溶接トーチの高さを実質的に固定するため、溶接トーチの上下動作を一層抑えることができる。
この結果、溶接トーチの昇降手段への負担が軽減でき、同昇降手段の簡単化や軽量化が容易に可能となる。
【００４５】
請求項７のアーク溶接装置では、相関情報は、アーク光から得られる光学的情報であることを特徴とする。
光学的情報は、アーク光の照度、照度の変動、スペクトル分布、スペクトル強度などが挙げられるが、その内で照度は入手容易な照度計で簡単に計測することができる。照度計は安価であるからアーク溶接装置のコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアーク溶接装置の原理図
【図２】本発明に係るアークパルス溶接の制御方法のタイムチャート
【図３】本発明に係るアーク連続溶接の制御方法のタイムチャート
【図４】特許文献３の図５の再掲図
【図５】課題を示すタイムチャート
【符号の説明】
１０…アーク溶接装置、１５…相関情報としての光学情報を得るための光学センサ、２０…溶接トーチ、２２…制御部、Ｌ…アーク長さ、Δｔ…一定時間。
【図１】
2004291071.tif 000003
【図２】
2004291071.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004291071.tif 000006
【図５】
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