(57)【要約】  【課題】  溶接条件（溶接電流、溶接電圧、溶接速度）の設定値の管理だけでは、溶接品質を確保するには十分でなく、突き出し長さ変動やワイヤのすべりが発生すると正常でない溶接結果が流出する場合がある。  【解決手段】  溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、溶接電流を検出する溶接電流検出部と、前記溶接電圧検出信号と前記溶接電流検出信号を入力とし各々の信号の平均値あるいは瞬時値を演算する演算部と、前記演算部の演算結果を記憶あるいは表示すると共に溶接速度あるいは前記演算結果の演算用しきい値等を設定し前記演算部に前記所定値を送信するモニタ部と、前記演算部と前記モニタ部の互いの出力を送受信するためのＩ／Ｏ部を備え、溶接電流検出値と溶接電圧検出値及び溶接速度から各々の値あるいは入熱量あるいはアーク中の抵抗値を演算し所定のしきい値に対して判別しこれらの結果を表示あるいは記憶する溶接モニタ装置を提供する。【選択図】  図１
2005238267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子によって溶接出力を制御するアーク溶接装置に設けた溶接電圧検出部と溶接電流検出部と、前記スイッチング素子の動作を制御する演算部を備え、前記演算部とモニタ部の間でデータ通信を行うＩ／Ｏ部を設け、前記溶接電圧検出部と溶接電流検出部の検出値を前記演算部に入力し、前記Ｉ／Ｏ部を介して入熱に関する演算結果を前記演算部からモニタ部に出力する溶接モニタ装置。
【請求項２】
前記Ｉ／Ｏ部を介して溶接速度を前記演算部に入力し、前記溶接電圧検出部と溶接電流検出部の検出値と溶接速度から溶接長さ当たりの入熱を演算し、前記Ｉ／Ｏ部を介して演算部の演算結果をモニタ部に出力する請求項１記載の溶接モニタ装置。
【請求項３】
アーク溶接装置の二次側ケーブルのインピーダンスを前記演算部に入力して溶接電流の平均値あるいは瞬時値を前記インピーダンスに乗じた値を入熱に関する演算結果から減ずる請求項１または２記載の溶接モニタ装置。
【請求項４】
アークを発生する電極と被加工物を接触させた状態でアーク溶接を開始しない程度の微小電流を通電させることにより発生するアーク溶接装置の出力電圧を前記溶接電圧検出部で検出し、前記出力電圧と微小電流からアーク溶接装置の二次側ケーブルのインピーダンスを前記演算部で演算する請求項３記載の溶接モニタ装置。
【請求項５】
溶接ワイヤを送給するワイヤ送給装置に溶接ワイヤを送給するモータの回転数を検出するモータ回転数検出部を設けるとともに溶接ワイヤの送給経路に送給量を検出する送給量検出部を設け、前記モータ回転数検出部と送給量検出部からの検出値を前記演算部に入力し、前記Ｉ／Ｏ部を介して前記モータ回転数と送給量及びこれらの差分をモニタ部に出力する請求項１から４のいずれかに記載の溶接モニタ装置。
【請求項６】
前記溶接電圧検出部と溶接電流検出部の検出値として瞬時値を用い、溶接電圧と溶接電流の瞬時値からアーク中の抵抗値を演算し、前記Ｉ／Ｏ部を介して演算部の演算結果をモニタ部に出力する請求項１から５のいずれかに記載の溶接モニタ装置。
【請求項７】
前記演算結果が所定の上限リミッタ値あるいは下限リミッタ値の範囲外の場合に警告信号を前記Ｉ／Ｏ部を介して出力する請求項１から６のいずれかに記載の溶接モニタ装置。
【請求項８】
警告信号出力時の時間または溶接箇所とともに演算部の演算結果をモニタ部で記憶する請求項７記載の溶接モニタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アークを発生させて金属を接合させるアーク溶接の溶接状態をモニタする溶接モニタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ロボットを用いて自動的にアーク溶接を行うアーク溶接装置などが省人化の面から多用されてきている一方、このような溶接において人による溶接に比べて溶接不良を検出できない場合が多くなってきているので、溶接品質を管理・モニタする傾向が高まってきている。
【０００３】
このような溶接不良を判定するものとしては、溶接電流・溶接電圧・溶接速度等の溶接条件が適正範囲かどうかを管理するもの（例えば特許文献１参照）や、ワイヤ送給状態を管理するためにモータ電流を管理するもの（例えば特許文献２）がある。
【特許文献１】特開平０４−２３７５６５号公報
【特許文献２】特開平６−４７５４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この溶接品質を管理する場合には溶接状態管理と溶接不良管理がある。
【０００５】
この溶接状態管理には例えば溶接部に供給される入熱の管理があり、この入熱は溶接電流及び溶接電圧より演算できるが、溶接施工時の出力状態を時々刻々演算し演算結果を記憶できるものがこれまで無く、溶接状態を管理するものとして要望されている。
【０００６】
また、溶接不良管理には、溶け落ちやビード飛びの発生を管理するものがあり、溶け落ちはワークに対してアーク入熱が大きい時に発生し、ビード飛びはワイヤ送給経路の過負荷によりワイヤが送給されなくなる場合に発生するが、ロポットを用いた自動溶接等では多数の溶接個所を１回で溶接することが多いため、見落とす可能性があり、さらに溶接不良を検出するのに時間を費やすという課題があり、溶接不良の予知策として溶接状態をモニタすることが要望されている。
【０００７】
さらに、溶接装置から溶接ワークまで距離が離れている場合や大型構造物を溶接する場合は、溶接装置の二次側を延長して使用する場合が多く、延長のためのケーブルが長くなるに伴い電圧降下が大きくなるので良好なアークを出力するために、溶接装置の出力にケープルで消費される電力を加算する調整を実施しなければならず、この調整に時間がかかるという課題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決する溶接モニタ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明の溶接モニタ方法及び溶接モニタ装置は、スイッチング素子によって溶接出力を制御するアーク溶接装置に設けた溶接電圧検出部と溶接電流検出部と、前記スイッチング素子の動作を制御する演算部を備え、前記演算部とモニタ部の間でデータ通信を行うＩ／Ｏ部を設け、前記溶接電圧検出部と溶接電流検出部の検出値を前記演算部に入力し、前記Ｉ／Ｏ部を介して入熱に関する演算結果を前記演算部からモニタ部に出力するものである。
【００１０】
また、溶接ワイヤを送給するワイヤ送給装置に溶接ワイヤを送給するモータの回転数を検出するモータ回転数検出部を設けるとともに溶接ワイヤの送給経路に送給量を検出する送給量検出部を設け、前記モータ回転数検出部と送給量検出部からの検出値を前記演算部に入力し、前記Ｉ／Ｏ部を介して前記モータ回転数と送給量及びこれらの差分をモニタ部に出力するものである。
【００１１】
また、前記演算結果が所定の上限リミッタ値あるいは下限リミッタ値の範囲外の場合に警告信号を前記Ｉ／Ｏ部を介して出力するものである。
【００１２】
このように、溶接中の溶接電圧・溶接電流・溶接速度を検出し演算することで被加工物に供給される入熱を演算でき、また、モータ回転数・ワイヤ送給量を検出し演算することでワイヤすべりを検出でき、さらに、全ての溶接結果をモニタできるので溶接の順番によりモニタ結果と溶接結果を照合でき、溶接軌跡とモニタ結果を照合でき、溶接が正常でない個所を溶接の施工後から特定できる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明の溶接モニタ装置によれば、被加工物に供給される入熱やこれに基づく溶接不良を管理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施の形態１）
図１のように構成される溶接モニタ装置について説明する。
【００１５】
１は入力側に商用電源を接続した１次整流部で、商用電源から供給される交流電力を整流する。２は１次整流部１の出力側に接続した平滑コンデンサで、１次整流部１の整流出力電力を平滑する。３は平滑コンデンサ２に接続したスイッチング素子で、平滑された電力を所望のタイミングでスイッチングする。４はスイッチング素子３の出力側を１次側と接続したトランスで、スイッチング素子３でスイッチングされた電力を変換する。５はトランス４の２次側出力に接続した２次整流部で、トランス４で変換された電力を整流する。６は２次整流部５と溶接出力端の間に接続したリアクタ、７はスイッチング素子３のスイッチング駆動を行う駆動部、８は所望の溶接出力を得るために駆動部７を介してスイッチング素子３を制御する演算部、９は演算部８と接続したＩ／Ｏ部で、演算部９の演算結果を外部に出力するとともに外部から演算部８へ信号を入力する。１０は溶接出力端間に設けた溶接電圧検出部で、検出した溶接電圧を演算部８に入力する。１１は溶接出力端とトランス４の間に設けた溶接電流検出部で、検出した溶接電流を演算部８に入力する。１８は１次整流部１と平滑コンデンサ２とスイッチング素子３とトランス４と２次整流部５とリアクタ６と駆動部７と演算部８とＩ／Ｏ部９と溶接電圧検出部１０と溶接電流検出部１１を備えたアーク溶接装置である。１２は溶接ワイヤを送給するワイヤ送給装置、１３はワイヤ送給装置１２内部に設けたワイヤ送給用モータ（図示せず）の回転数を検出するモータ回転数検出部で、検出した溶接用モータの回転数を演算部８に入力する。１４はワイヤ送給用モータの回転によって送給される溶接ワイヤの実際の送給量を検出するワイヤ送給量検出部で、エンコーダ等をワイヤに接触させて検出する接触検出手段を用いても良いしレーザ光等を照射する非接触手段を用いても良く、配置する場所についても検出した送給量を演算部８に入力するように構成すればワイヤ送給経路のどこでも良い。例えばトーチ内部でも良い。１５はワイヤ送給用モータに流れる電流を検出するモータ電流検出部で、検出したモータ電流を演算部８に入力する。１６は被加工物である母材で、アーク溶接装置１８の溶接出力端の一方と溶接ケーブルで接続する。１７は溶接用のトーチで、アーク溶接装置１８の溶接出力端の他方と溶接ケーブルで接続する。１９はモニタ部で、Ｉ／Ｏ部９を介して演算部８とデータのやり取りを行うようにする。
【００１６】
さて、アーク溶接電源１８は供給された商用電源を所望とする溶接出力に変換し、トーチ１７を経由し、トーチ先端より送給された溶接ワイヤ先端と母材１６との間にアークを点孤させアーク溶接を行う。
【００１７】
このときの溶接電圧を溶接電庄検出部ｌ０で検出し、溶接電流を溶接電流検出部１１で検出し、それぞれの検出値を演算部８に入力する。
【００１８】
また、溶接速度及び各検出値に対するしきい値はモニタ部ｌ９で入力及び設定し、これらの設定値をＩ／Ｏ部９を介して演算部８に送信する。
【００１９】
なお、演算部８のデータとモニタ部１９のデータはＩ／Ｏ部９を介して双方向に送受信可能としている。
【００２０】
そして演算部８では前記溶接電圧検出部１０からの検出信号（溶接電圧の検出値）と前記溶接電流検出部１１からの検出信号（溶接電流の検出値）から各々の平均値あるいは瞬時値を乗算した値を時間毎に演算し、その演算結果をデータはＩ／Ｏ部９を介してモニタ部１９へ出力する。また溶接速度値から単位長さ当たりの値を演算する。これによりアーク溶接装置１８の二次側に対する供給量を管理でき、突き出し長さ変動等による変化を管理できる。入熱過多により発生する溶け落ちは、溶け落ちの発生前から溶接電圧検出値が上昇するので前記管理を行うことで検出あるいは予知できる。
【００２１】
また、前記溶接電圧の検出値と前記溶接電流の検出値から各々の平均値あるいは瞬時値から溶接中の抵抗値が演算できる。この抵抗値はアーク長と対応するため、アーク長が一定であるか管理できる。
【００２２】
前記の演算結果は正常溶接か否かを判別する所定のしきい値と比較し、しきい値を越えた場合、警告表示を行うことで溶接後に溶接結果と照合できる。
【００２３】
このため、正常でない溶接が行われた場合はその溶接品が流出するのを防止できる。
【００２４】
また、ワイヤ送給量検出部１４からの出力とモータ回転数検出部１３出力との差分によりすべりが発生しているかどうかが判別でき、差分としきい値との判別を実施すれば検出値に重畳するノイズ成分を考慮できる。
【００２５】
さらに、モータ電流を併せて判別すればさらに判別の精度が向上する。これによりワイヤのすべりを検出でき、前記のアーク溶接装置１８の二次側に対する供給量管理においても、ワイヤのすべりとの関連が管理できる。
【００２６】
なお、モニタ部ｌ９は専用の装置として準備することもできるが、望ましくは溶接に用いる口ボットのコントローラで併用するのが良い。この場合、ロボットの軌跡動作も含めて管理できるので、正常でない溶接管理データと溶接個所が照合でやすく特定するための時間短縮が可能となる。
【００２７】
また、正常な溶接か判別するしきい値は、正常溶接かどうかの判別だけでなく、しきい値の設定によって不良発生予知として効果を有する。
（実施の形態２）
図２は図１で説明したモニタ部１９内に、二次側ケーブルのインピーダンスを設定し、Ｉ／Ｏ部９を介して演算部８へ設定値を送る二次側設定部２０を追加したものである。
【００２８】
本実施の形態において実施の形態１と同様の構成については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
【００２９】
この二次側設定部２０は、アーク溶接装置１８の二次側の状態、特に二次側ケーブルのインピーダンスを設定入力するもので、例えば使用しているケーブル長が２０ｍで断面積が６０ｍｍ２であればケーブル長２０ｍ断面積６０ｍｍ２と設定する。
【００３０】
この設定値が演算部８に送信されると、演算部８では前記設定値より溶接ケーブルのインピーダンスが演算される。
【００３１】
実施の形態１で演算されたアーク溶接装置１８の二次側に対する供給量から前記二次側インピーダンスの演算結果に溶接電流検出値を乗算した結果を減算すると溶接部に供給される入熱量が演算できる。これにより溶接部への入熱量を精度良く管理できる。
【００３２】
また、二次側ケーブルのインピーダンスによる消費電力が予め演算できるので、溶接条件設定する際に前記消費電力を加算でき、適正な溶接条件調整に費やす時間を短縮できる。
（実施の形態３）
図３は図１の演算部８内の構成に二次側検出部２１を追加したものである。
【００３３】
本実施の形態において実施の形態１と同様の構成については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
【００３４】
本実施の形態は、実施の形態２と目的は同様で二次側ケーブルのインピーダンスを演算し、溶接部への入熱量を演算すると共に適正な溶接条件調整に費やす時間を短縮するものである。
【００３５】
本実施の形態において実施の形態２と異なる点は、アーク溶接装置１８の二次側に微小電流を流し、その場合の電圧降下量でインピーダンスを演算することである。
【００３６】
その点について説明する。溶接時とは別に溶接ワイヤ先端と母材を接触させ、溶接ワイヤを溶融させない微小な一定電流を通電させる。その場合の電流値は溶接電流検出部１１で検出でき、電圧降下は溶接電圧検出部１２で検出できる。前記検出値は二次側検出部２１に入力され、除算により二次側インピーダンスを演算する。この演算により求めた二次側インピーダンスを演算部８へ出力し、実施の形態１で演算されたアーク溶接装置１８の二次側に対する供給量から前記二次側インピーダンスの演算結果に溶接電流検出値を乗算した結果を減算すると溶接部に供給される入熱量が演算できる。これにより溶接部への入熱量を精度良く管理できる。
【００３７】
また、二次側ケーブルのインピーダンスによる消費電力が予め演算できるので、溶接条件設定する際に前記消費電力を加算でき、適正な溶接条件調整に費やす時間を短縮できる。
【００３８】
また、二次側インピーダンスが大きすぎる場合、溶接状態を悪化する可能性があるためしきい値により警告することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の溶接モニタ装置によれば、正常でない溶接個所及び部分を特定することが可能となり、正常でない溶接結果が流出するのを防止でき、溶接業界全般に適用可能で、生産性向上に大きく貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明のアーク溶接装置の実施の形態１における全体構成図
【図２】本発明のアーク溶接装置の実施の形態２における全体構成図
【図３】本発明のアーク溶接装置の実施の形態３における全体構成図
【符号の説明】
【００４１】
８    演算部
９    Ｉ／Ｏ部
ｌ０  溶接電圧検出部
１１  溶接電流検出部
１２  ワイヤ送給装置
１３  モータ回転数検出部
１４  ワイヤ送給量検出部
１５  モ一夕電流検出部
１６  母材
１７  トーチ
１８  アーク溶接電源
１９  モニタ部
２０  二次側設定部
２１  二次側検出部
【図１】
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【図２】
2005238267.tif 000004
【図３】
2005238267.tif 000005