(57)【要約】【課題】溶滴移行点や溶滴移行形態を容易に判別し得る解析方法を提供する【解決手段】ウェーブレット変換ステップＳ２において、電圧波形の低周波域がウェーブレット変換によって帯域分割されることにより複数の分割波形が生成されると、絶対値合成ステップＳ３において、それら複数の分割波形の絶対値が共通の時間軸で帯域相互に加算されることによって合成波形が生成され、そして、ピーク位置検出ステップＳ４において、その合成波形のうち平均値基準線以上の合成ピークの位置が溶滴移行点として検出される。そのため、電圧値の変動幅が比較的小さな自由移行の場合にも、その電圧値の変動のうちのノイズ成分が好適に除去されることから、電圧値の変動が比較的大きい短絡移行の場合だけでなく自由移行の場合にも、溶滴移行点に対応する合成ピークの位置が容易に判別できるので、その溶滴移行点を容易に特定できる。【選択図】                    図５
2005021961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消耗性電極と被溶接材との間に所定の直流電圧を印加して溶接するアーク溶接において、その消耗性電極の先端から発生した溶滴がその被溶接材の溶融池まで移行する溶滴移行の解析方法であって、
前記消耗性電極と前記被溶接材との間の電圧波形に所定段数のウェーブレット変換を施して低周波数域について帯域分割する帯域分割工程と、
前記帯域分割された波形の絶対値を共通の時間軸で帯域相互に加算して合成波形を生成する加算工程と、
前記合成波形のうち所定値以上の複数の合成ピーク位置を溶滴移行点として検出する移行点検出工程と
を、含むことを特徴とする溶滴移行解析方法。
【請求項２】
前記電圧波形のうち前記溶滴移行点に対応する複数のピークを予め定められた電圧値の複数の区分に従って分類する分類工程と、
前記複数のピークの前記複数の区分毎の個数の割合に基づいて溶滴移行形態を判別する判別工程と
を、含むものである請求項１の溶滴移行解析方法。
【請求項３】
前記移行点検出工程は、前記合成波形の平均値以上の複数の合成ピーク位置を前記溶滴移行点として検出するものである請求項１または請求項２の溶滴移行解析方法。
【請求項４】
前記分類工程は、前記電圧波形の振幅平均値と電圧値の零点との間を複数の閾値で分割して前記複数の区分に分けるものである請求項２の溶滴移行解析方法。
【請求項５】
前記分類工程は、前記電圧波形の振幅平均値を100(％)として、その50(％)以下の大きさのピークを第１領域、50(％)よりも大きく80(％)以下の大きさのピークを第２領域、80(％)よりも大きく95(％)以下の大きさのピークを第３領域とした３つの区分に分類するものであり、
前記判別工程は、前記第１領域の割合が最も多い場合に短絡移行、前記第２領域の割合が最も多い場合にグロビュール移行、前記第３領域の割合が最も多い場合にスプレー移行であることをそれぞれ判別するものである請求項２の溶滴移行解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗性電極が用いられるアーク溶接における溶滴移行の解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガスシールドメタルアーク(ＧＭＡ)溶接等の溶極式アーク溶接法では、溶接ワイヤが消耗性電極として用いられる。消耗性電極と被溶接材との間に所定の直流電圧を印加すると、その消耗性電極の先端が加熱されることによって溶融させられ、更には溶滴となって被溶接材の溶融池に移行して溶接が成される。このような溶滴の移行形態は、溶滴がアーク空間を移行する自由移行、溶滴が溶融池面に接触(短絡)することによって移行する短絡移行、および消耗性電極の先端部および母材表面を覆うフラックス中で溶滴が移行するフラックス中移行に分類され、前二者は露出状態で行われることから直接観察することが可能である。上記の自由移行は、ワイヤ直径よりも大きい溶滴で移行するグロビュール移行と、小さい溶滴で移行するスプレー移行とに更に分類される。露出状態で行われるアーク溶接においては、溶接法や溶接条件、極性、シールドガス、ワイヤ材質、ワイヤ径、母材等の多数の因子によって、グロビュール移行、スプレー移行、および短絡移行の三種のうち何れかの移行形態が生じることになる。
【０００３】
ところで、上記のように溶滴が移行する際には、溶滴が消耗性電極から離脱する毎に断続的にアーク長が変化するため、移行する溶滴の大きさや形、移行頻度等はアーク溶接の安定性に影響し、延いては作業性や品質に影響を与える。例えば、溶滴の大きさが広い範囲で変化すると、溶滴移行に伴うアーク長の変動が大きくなるので、アークが不安定になる。また、溶滴移行がスムーズに行われないと、消耗性電極の先端や溶融池から溶接金属の飛散するスパッタ現象が激しくなる問題もある。
【０００４】
そこで、溶滴の移行形態の解析が重要な課題であることから、例えば、ガスシールドアーク溶接において、溶滴が移行する際の溶接電圧や溶接電流の波形変化を例えばそれらの微分処理によって検出し、移行周期、移行回数やスパッタ発生量等から溶滴移行状態を定量的に把握することが提案されている(例えば特許文献１参照)。また、同様にガスシールドアーク溶接において、溶滴移行形態が短絡移行のときにおける溶接電流、溶接電圧波形を検出して積分処理によって解析し、得られた値と所定の判断基準値とを比較することにより、溶接開始時、定常時、および終了時の各々における溶接安定性を判定することも提案されている(例えば特許文献２乃至４参照)。
【特許文献１】特開２００１−３２１９４２号公報
【特許文献２】特開平１１−１２３５４６号公報
【特許文献３】特開平１１−１２３５４７号公報
【特許文献４】特開平１１−１２３５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の解析技術は、何れも特定の溶接法や溶接条件および溶滴移行形態において、溶接時の電圧波形や電流波形から移行周期や回数等を解析して評価するものである。そのため、実際のアーク溶接においては、溶滴移行形態が変化し或いは混在し得ることから、上記のような解析手法を適用することが困難であるので、そのような場合に溶滴移行の瞬間(すなわち溶滴移行点)を正確に検出すると共にその態様を判別する解析技術の確立、すなわち溶滴移行点や移行形態を定量的に解析することが望まれていた。なお、高速度写真で時分解観測することにより溶滴の移行形態を調べることも研究段階では行われているが、このような写真に基づく観測では溶滴移行形態の定性的な理解に留まるのである。
【０００６】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであって、その目的は、溶滴移行点や溶滴移行形態を容易に判別し得る解析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
斯かる目的を達成するため、本発明の要旨とするところは、消耗性電極と被溶接材との間に所定の直流電圧を印加して溶接するアーク溶接において、その消耗性電極の先端から発生した溶滴がその被溶接材の溶融池まで移行する溶滴移行の解析方法であって、(ａ)前記消耗性電極と前記被溶接材との間の電圧波形に所定段数のウェーブレット変換を施して低周波数域について帯域分割する帯域分割工程と、(ｂ)前記帯域分割された波形の絶対値を共通の時間軸で帯域相互に加算して合成波形を生成する加算工程と、(ｃ)前記合成波形のうち所定値以上の複数の合成ピーク位置を溶滴移行点として検出する移行点検出工程とを、含むことにある。
【発明の効果】
【０００８】
このようにすれば、帯域分割工程において、電圧波形の低周波域がウェーブレット変換によって帯域分割されることにより複数の波形が生成されると、加算工程において、それら複数の波形の絶対値が共通の時間軸で帯域相互に加算されることによって合成波形が生成され、そして、移行点検出工程において、その合成波形のうち所定値以上の合成ピーク位置が溶滴移行点として検出される。そのため、電圧値の変動幅が比較的小さな自由移行の場合には、その電圧値の変動のうちのノイズ成分が帯域分割工程および加算工程において好適に除去されることから、電圧値の変動が比較的大きい短絡移行の場合だけでなく自由移行の場合にも、溶滴移行点に対応する合成ピーク位置が容易に判別できるので、その溶滴移行点を容易に特定できる。
【０００９】
因みに、ウェーブレット変換とは、一種のサブバンド符号化であって、周波数帯域の低域側について分割或いは合成処理をツリー状に繰り返すものである。また、サブバンド符号化とは、フィルタを用いて信号を多くの周波数帯域に分割し、それぞれの帯域毎に量子化処理を施すものであり、帯域を特定して詳細に解析できる特徴がある。この技術は、画像や音声の圧縮技術(例えばＭＰ３)としてよく利用されている。本発明の対象となるアーク溶接で発生する電圧波形は、低周波数域にエネルギが集中しているため、低域側について分割を繰り返すウェーブレット変換により、好適にノイズが除去されて必要な信号を抽出できるのである。
【００１０】
ここで、好適には、前記溶滴移行解析方法は、(ｄ)前記電圧波形のうち前記溶滴移行点に対応する複数のピークを予め定められた電圧値の複数の区分に従って分類する分類工程と、(ｅ)前記複数のピークの前記複数の区分毎の個数の割合に基づいて溶滴移行形態を判別する判別工程とを、含むものである。このようにすれば、分類工程において、検出された溶滴移行点に対応する電圧波形の複数のピークが予め定められた電圧値の複数の区分に従って分類され、更に、判別工程において、複数のピークの区分毎の個数の割合に基づいて溶滴移行形態が判別される。そのため、電圧波形において複数の溶滴移行点を電圧値の複数の区分に分類することにより、各区分の割合から溶滴移行形態を容易に判別することができる。すなわち、溶滴移行時に形成される溶滴が大きいほどアーク長が短くなって一時的な電圧降下が大きくなることから、溶滴移行点の電圧値は溶滴移行形態を好適に反映するのである。
【００１１】
また、好適には、前記移行点検出工程は、前記合成波形の平均値以上の複数の合成ピーク位置を前記溶滴移行点として検出するものである。このようにすれば、帯域分割では除去されなかったノイズに起因する小さなピークが除去されるので、溶滴移行点を一層確実に検出できる。
【００１２】
また、好適には、前記分類工程は、前記電圧波形の振幅平均値と電圧値の零点との間を複数の閾値で分割して前記複数の区分に分けるものである。溶滴移行の際には溶滴の生成に起因して消耗性電極と母材との間の電圧が降下することから、このようにすれば、溶滴の生成および移行に関連するピークのみが好適に分類されるので、一層確実に溶滴移行形態を判別できる。
【００１３】
また、好適には、前記分類工程は、前記電圧波形の振幅平均値を100(％)として、その50(％)以下の大きさのピークを第１領域、50(％)よりも大きく80(％)以下の大きさのピークを第２領域、80(％)よりも大きく95(％)以下の大きさのピークを第３領域とした３つの区分に分類するものであり、前記判別工程は、前記第１領域の割合が最も多い場合に短絡移行、前記第２領域の割合が最も多い場合にグロビュール移行、前記第３領域の割合が最も多い場合にスプレー移行であることをそれぞれ判別するものである。このようにすれば、これら短絡移行、グロビュール移行、およびスプレー移行はこれらの順に電圧降下が小さくなるので、このように区分することによって移行形態を一層確実に判別し得る。
【００１４】
なお、前記帯域分割工程におけるウェーブレット変換処理は、任意の段数で行うことができるが、処理段数を多くするほど判別精度が高められる一方で処理時間が長くなる。そのため、十分な判別精度が得られる範囲で処理段数を少なくすることが望ましく、例えば３段程度の変換処理とするのが適当である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、寸法および形状は必ずしも正確に描かれていない。
【００１６】
図１は、本発明の一例の溶滴移行解析方法が実行される装置例である溶接ワイヤ評価装置１０の要部構成、特に溶滴移行解析部を概略示す図である。この溶接ワイヤ評価装置１０は、ＣＰＵ(演算制御装置)１２，ＲＡＭ(一時記憶装置)１４、ＲＯＭ(読出専用記憶装置)１６、モニタ装置(画像表示装置)１８、電圧測定回路２０、Ａ/Ｄコンバータ２２などが、互いにデータバスライン２４を介して相互に接続されている所謂ストアードプログラム式のコンピュータ(電子制御装置)である。
【００１７】
上記電圧測定回路２０は、溶接電源２６の出力に並列に接続されており、その溶接電源２６から溶接ワイヤと母材との間に印加される直流定電圧を、予め定められた例えば100(μs)程度のサンプリングタイム間隔で測定してＡ/Ｄコンバータ２２に出力する。Ａ/Ｄコンバータ２２は、アナログ信号であるその電圧波形を予め定められた例えば250(kHz)程度のサンプリング周波数および12(bit)程度のサンプリング・ビット数でデジタル信号に変換し、データバスライン２４に送る。ＣＰＵ１２は、ＲＡＭ１４の一時記憶機能を利用しつつ、予めＲＯＭ１６などに記憶されたプログラムに従って演算処理を実行し、測定された上記の電圧波形或いは処理した波形や解析結果などをモニタ装置１８上に表示させたり、或いは他のコンピュータへ出力させる。
【００１８】
上記の溶接ワイヤ評価装置１０は、消耗性電極である溶接ワイヤ２８が用いられるアーク溶接において、その溶接アーク現象を総合的に解析することを目的とするものであり、溶滴移行の解析は一連の解析の一つとして実施される。溶滴移行形態には、図２乃至図４に示されるように種々の形態がある。なお、これら三種は代表的なものを示しているのであり、溶滴移行形態は他にも種々存在し、何れも本実施例の溶接ワイヤ評価装置１０による評価対象となり得る。
【００１９】
図２は、短絡移行と称されるものであって、(ａ)〜(ｃ)は溶滴移行の進行状態を、(ｄ)は溶滴移行時の溶接ワイヤ２８と母材３０との間の電圧の時間変化をそれぞれ表している。(ａ)において、溶接アークによって溶接ワイヤ２８の先端が十分に加熱されることにより熔融させられると、その先端に球状の大きな溶滴３２が形成される。このとき、溶滴３２と母材３０の溶融池３４との間では、その溶滴３２の巨大化に伴って相互の間隔が接近させられることによりアーク放電が発生する。そのため、それらの間の電圧は比較的高く保たれている。時間の経過と共に溶滴３２が次第に大きくなると、溶融池３４と接触させられることによって(ｂ)に示すように液柱３６が形成される。このとき、溶接ワイヤ２８と母材３０との間が短絡されるので、それらの間の電圧は瞬間的に略0(V)になる。すなわち、(ｄ)において0(V)まで立ち下がっている時点が液柱３６のできた瞬間に対応する。このように短絡すると、電流が急増して液柱３６を絞るように電磁ピンチ力が働くため、液柱３６がその中間部で切断される。(ｃ)は、この瞬間を表しており、切断されることによって電圧が0(V)から急激に上昇させられる。すなわち、(ｄ)における最も電圧の高い時点が切断された瞬間に対応する。切断後には再び溶接ワイヤ２８と母材３０との間でアークが発生するため、以上のプロセスが繰り返されることになる。このような短絡移行は、上述したように電圧および電流の変化が大きい特徴がある。なお、本実施例においては、溶接ワイヤ２８が消耗性電極に、母材３０が被溶接材にそれぞれ相当する。
【００２０】
また、図３は、グロビュール移行と称されるものであって、(ａ)(ｂ)は溶滴移行の進行状態を、(ｃ)は溶滴移行時の溶接ワイヤ２８と母材３０との間の電圧の時間変化をそれぞれ表している。このグロビュール移行でも、(ａ)に示されるように、溶接アークによって短絡移行の場合と同様にして溶接ワイヤ２８の先端に溶滴３２が形成される。しかしながら、溶接アーク長が比較的長く且つ短絡移行に比べて大電流が流されることから、溶滴３２が短絡移行の場合に比較して小さい段階で、すなわち溶滴３２が溶融池３４に接触する程度に大きく成長する前に、電磁ピンチによって溶滴３２が引きちぎられる。引きちぎられた溶滴３２は、(ｂ)に示されるように、アーク空間を通って溶融池３４に移動する。そのため、この移行形態では、溶接ワイヤ２８と母材３０との間の短絡が生じないので、電圧値が0(V)まで低下することはなく、溶接アークが定常的に発生することになる。(ｃ)において、電圧が急激に立ち下がっている時点が溶滴３２が移行する時点に対応する。
【００２１】
また、図４は、スプレー移行と称されるものであって、(ａ)は溶滴移行の進行状態を、(ｂ)は溶滴移行時の溶接ワイヤ２８と母材３０との間の電圧の時間変化をそれぞれ表している。この移行形態は、グロビュール移行に比較して更に大電流で溶接が行われるため、電磁ピンチ力が一層大きくなる。そのため、溶滴３２が溶接ワイヤ２８の直径よりも十分に小さい段階で引きちぎられる現象が比較的短い時間間隔で断続的に発生する。この結果、（ｂ）に示されるように電圧変化はグロビュール移行と比較しても更に小さく、略一定の電圧値に保たれることになる。
【００２２】
上記のように溶滴移行の各態様は、その電圧変化傾向が全く異なる特徴を有している。しかしながら、移行形態はアーク溶接の多数の操作因子によって変化するので、実際のアーク溶接では複数の移行形態が混在して発生する場合や移行形態が変化する場合も多く、また、如何なる移行形態が発生するか予測できない場合も少なくない。本実施例の溶接ワイヤ評価装置１０は、このような移行形態が不明確な種々のアーク溶接において、上記の図２乃至図４に示されるような電圧波形を解析して、溶滴移行点を特定すると共に、溶滴移行形態を判別するものである。
【００２３】
図５および図６は、上記溶接ワイヤ評価装置１０の作動を説明するフローチャートの一例であり、それぞれ溶滴移行点検出フローチャートおよび溶滴移行形態判別フローチャートを示している。これらは、例えば独立したプログラムとして相互に関連させられつつ実行されても、連続した一つのプログラムとして実行されても良い。以下、読込或いは処理される波形を表した図７を参照して図５および図６に従って溶滴移行点検出方法および溶滴移行形態判別方法を説明する。
【００２４】
先ず、図５において、データ読込ステップＳ１では、サンプリングした溶接電圧の波形データがＲＡＭ１４に読み込まれる。この波形データは、例えば、溶接を行った際に電圧測定回路２０を用いて採取して適当な記憶媒体に保存されていたものであるが、例えば現に溶接を実施中の装置で測定されたデータが順次に読み込まれても差し支えない。図７(ａ)は、読み込まれた電圧波形データ６２の一例である。なお、図７の各図において横軸は時間(単位：秒)を表している。読み込まれた波形データ６２は、例えばモニタ１８に表示される。
【００２５】
次いで、ウェーブレット変換ステップＳ２では、読み込まれた波形データ６２のウェーブレット変換処理を行う。図８は、３段構成の場合のウェーブレット変換の処理構成を説明する樹形図である。図において、入力信号はローパスフィルタ(ＬＰＦ)３８およびハイパスフィルタ(ＨＰＦ)４０によって低周波成分と高周波成分とに分割され、それぞれ、サブサンプラ４２、４４によって１サンプルおきに信号が間引かれる。ＬＰＦ３８で処理された低周波成分は、更にＬＰＦ４６およびＨＰＦ４８で低周波成分と高周波成分とに分割され、それぞれサブサンプラ５０，５２によって１サンプルおきに信号が間引かれる。分割された低周波成分は、更にＬＰＦ５４およびＨＰＦ５６によって低周波成分と高周波成分とに分割され、サブサンプラ５８，６０によって１サンプルおきに信号が間引かれる。この結果、入力信号は低周波域から順にＬＬＬ成分、ＬＬＨ成分、ＬＨ成分、およびＨ成分に帯域分割されることになる。
【００２６】
上記の処理結果は、例えば図７(ｂ)に示されるものであって、例えばモニタ１８に表示される。この図には、ウェーブレット変換によって得られた４つの分割波形６４乃至７０が共通の時間軸に沿って表示されている。各波形６４等は、識別可能なように振幅側の座標をずらして表示されており、上から順にLLL成分、LLH成分、LH成分、H成分に対応するが、各々の略水平部分は同振幅(同電位)である。本実施例においては、このウェーブレット変換ステップＳ２が帯域分割工程に対応する。
【００２７】
次いで、絶対値合成ステップＳ３では、上記のように帯域分割された複数の分割波形データ６４乃至７０の絶対値を求め、共通の時間軸上でそれらを足し合わせる。図７(ｃ)は、足し合わされた合成波形データ７４を表しており、このような合成波形７４が例えばモニタ１８に表示される。この図において、破線７６は合成波形７４の振幅の平均値に対応する基準線を表している。本実施例においては、この絶対値合成ステップＳ３が加算工程に対応する。
【００２８】
次いで、ピーク位置検出ステップＳ４では、上記平均値基準線７６を閾値として合成波形７４のピーク位置を検出する。すなわち、図７(ｃ)において平均値基準線７６よりも上側に位置するピーク７８を抽出し、そのＸ座標である時間Ｍを読み取る。上記のウェーブレット変換により低周波域について分割が繰り返されると共に信号が間引かれた結果、電圧信号のうちノイズ成分の殆どが除去されるが、電圧信号は低周波域にエネルギが集中しているため殆ど除去されることなく残っている。そのため、合成波形７４のピーク７８は、実質的に溶滴移行の瞬間の電圧の急激な低下を反映するものとなる。また、ウェーブレット変換処理および合成波形７４の生成処理では、時間軸については何らの操作もされていないので、検出されたピーク位置すなわち時間Ｍはそのまま溶滴移行点に対応している。
【００２９】
このようにして、本実施例によれば、電圧波形６２の処理および解析によって溶滴移行点Ｍが特定されるので、目視により溶滴移行点Ｍを特定する場合に比較して、その決定が容易且つ確実になる利点がある。なお、図７に示されている電圧波形６２は、例えば短絡移行のような溶滴移行に伴う電圧降下が大きな場合の波形である。そのため、この移行形態では、(ａ)に示されるような電圧波形６２そのままでも比較的容易に溶滴移行点Ｍを特定することができるが、例えば図４に示されるようなスプレー移行の場合や、図３に示されるグロビュール移行において電圧降下の比較的小さい場合などでは、測定された電圧波形６２から直ちに溶滴移行点Ｍを特定することは極めて困難なのである。
【００３０】
上記のようにして溶滴移行点Ｍが検出された後、図６に示される溶滴移行点抽出ステップＲ１では、検出された溶滴移行点Ｍに対応するピーク位置を、元の電圧波形データ６２に照らし合わせることにより、その電圧波形６２において溶滴移行点Ｍを抽出する。すなわち、元の電圧波形６２上で溶滴移行点に対応するピーク位置Ｍを検出する。
【００３１】
次いで、レベル設定ステップＲ２では、電圧波形６２の振幅の平均値を求め、その平均値を表す基準線８０と電圧の零点との間を例えば３段階のレベルに分け、例えばモニタ１８に表示する。図７(ｄ)の破線は、これら平均値基準線８０とレベル境界とを表している。このレベルの設定は、後述する解析結果や実際に観察され或いは理論的または経験的に知られる溶滴移行形態との関連において適宜定められる。図に示すレベル分けの例では、平均値を100(％)としたとき、「大」で示されるレベルが平均値の50(％)以下の電圧範囲に、「中」で示されるレベルが50(％)より大きく80(％)以下の電圧範囲に、「小」で示されるレベルが80(％)よりも大きく95(％)以下の電圧範囲にそれぞれ設定されているが、これらの閾値はモニタ１８上の表示を見ながら適宜調節されても良い。なお、95(％)よりも大きい領域を除外したのは、溶滴移行とは無関係と考えられる微小な多数のピークの影響を排除するためである。因みに、形成される溶滴が大きいほどアーク長が短くなり延いては電圧降下が大きくなるため、上記の大、中、小の分類は電圧降下量に対応する溶滴の大きさを表すものとなっている。
【００３２】
次いで、振り分けステップＲ３では、上記のように設定されたレベルの各々に位置するピークの先端位置に応じて、その電圧波形６２のピークすなわち溶滴移行点Ｍを振り分ける。すなわち、ピークＭが「大」に位置するものは「大」レベルに、「中」に位置するものは「中」レベルに、「小」に位置するものは「小」レベルにそれぞれ分類する。図７(ｄ)に示される電圧波形６２の例では、左方に位置する２つのピークＭが「大」レベルに振り分けられ、右方に位置する１つのピークＭが「中」レベルに振り分けられる。「小」レベルに対応するピークＭはこの電圧波形６２では存在していない。振り分けた各ピークＭには、レベル毎に異なる色のマーク８２を付し、例えばモニタ１８に表示する。図７(ｅ)にマークが付された波形６２を示す。この図では図示の都合上、中レベルのピークＭを黒丸で、大レベルのピークＭを白丸で色分けした。本実施例においては、前記のレベル設定ステップＲ２およびこの振り分けステップＲ３が分類工程に対応する。
【００３３】
そして、移行形態判別ステップＲ４では、上記のように振り分けられた結果から、全溶滴移行回数に対する各レベル毎の移行回数の割合を求め、例えば百分率で表し、更に、その割合に基づいて移行形態を判別する。本実施例においては、例えば３レベルのうちから最も大きい割合のレベルに対応する移行形態が実際の移行形態であると判別されるが、「大」レベルであれば短絡移行、「中」レベルであればグロビュール移行、「小」レベルであればスプレー移行との判別が成されることになる。
【００３４】
図９は、種々の溶接条件において上記の解析を行った結果を纏めた表である。図において、「溶接条件」の「ワイヤ」欄は溶接ワイヤ２８の種類を表しており、YGW11、YGW12、YGW17は、何れもJIS規格による分類名である。「電流」欄および「電圧」欄は溶接ワイヤ２８および母材３０間の電流および電圧を、「移行形態」欄は溶接条件から予め判っている移行形態を、「シールドガス」欄はガスシールドのために用いられたガスの種類を、それぞれ表している。すなわち、これらの各条件に示されるように、この評価では、溶接ワイヤ３種類、電流、電圧条件５種類、溶接移行形態３種類の合計４５条件について実測し、解析した。また、「解析結果」の「平均電圧」欄は前記の図７(ｄ)において「平均値」と示されている平均電圧を、「移行回数」欄は溶滴移行点として検出されたピークの全数を、「大(％)」「中(％)」「小(％)」欄は、それぞれ検出されたピークのうちそれぞれのレベルに分類された個数の全数に対する割合をそれぞれ表している。
【００３５】
上記の図９に示されるように、ワイヤ種類や電流、電圧条件が異なっていても、溶滴移行形態が同じ場合には、同様な傾向のあることが確かめられた。すなわち、「解析結果」の「大」「中」「小」欄の各数値のうち、各条件において最も割合の多かったレベルの数値を二重に囲んで示すように、短絡移行の場合には「大」レベルが最も多く、グロビュール移行の場合には「中」レベルが最も多く、スプレー移行の場合には「小」レベルが最も多い結果を得た。本評価は、条件設定から予め移行形態が判っている場合について、解析結果との相関を見たものである。この評価結果によれば、本実施例の解析結果は移行形態に良く一致する。このことは、本実施例の溶滴移行点の検出の信頼性が高いことをも意味する。したがって、移行形態が変化し或いは混合しているようなアーク溶接条件や、移行形態が未知のアーク溶接条件においても、その電圧波形に本実施例のような解析を施すことにより、定量的に、溶滴移行点を検出することが可能であると共に、移行形態を判別することが可能であることが明らかとなった。なお、欄外に「ＮＧ」の記載があるものは、測定を失敗してデータ落ちが生じたものである。
【００３６】
また、上記の解析結果において、１つのレベルの割合が他の２つのレベルの割合に比較して著しく大きいものでは、それに対応する移行形態のみが生じたものと考えられるが、２つ以上のレベルの割合が比較的大きいものでは、解析の誤差による影響の他に、実際に移行形態が混合していた可能性がある。すなわち、各レベルの割合は、実際に短絡移行、グロビュール移行、およびスプレー移行の形態がその割合で生じた混在した移行形態であったものと考えることもできる。
【００３７】
要するに、本実施例によれば、ウェーブレット変換ステップＳ２において、電圧波形６２の低周波域がウェーブレット変換によって帯域分割されることにより複数の分割波形６４乃至７０が生成されると、絶対値合成ステップＳ３において、それら複数の分割波形６４等の絶対値が共通の時間軸で帯域相互に加算されることによって合成波形７４が生成され、そして、ピーク位置検出ステップＳ４において、その合成波形７４のうち平均値基準線７６以上の合成ピーク７８の位置が溶滴移行点Ｍとして検出される。そのため、電圧値の変動幅が比較的小さな自由移行の場合にも、その電圧値の変動のうちのノイズ成分が好適に除去されることから、電圧値の変動が比較的大きい短絡移行の場合だけでなく自由移行の場合にも、溶滴移行点Ｍに対応する合成ピーク７８の位置が容易に判別できるので、その溶滴移行点Ｍを容易に特定できる。
【００３８】
また、本実施例によれば、レベル設定ステップＲ２および振り分けステップＲ３において、検出された溶滴移行点に対応する電圧波形６２の複数のピークＭが、その電圧波形６２の振幅平均値の基準線８０と零点との間に設けられた３区分に分類され、更に、移行形態判別ステップＲ４において、複数のピークＭの区分毎の個数の割合に基づいて溶滴移行形態が判別される。そのため、電圧波形６２において複数の溶滴移行点Ｍを電圧値の３区分に分類することにより、各区分の割合から溶滴移行形態を容易に判別することができる。
【００３９】
また、本実施例によれば、ピーク位置Ｍを検出するに際して、合成波形７４の平均値基準線７６以上の複数の合成ピーク７８の位置が溶滴移行点Ｍとして検出されることから、帯域分割では除去されなかったノイズに起因する小さなピークが除去されるので、溶滴移行点Ｍを一層確実に検出できる。
【００４０】
また、本実施例によれば、レベル設定ステップＲ２および振り分けステップＲ３において溶滴３２の生成および移行に関連するピークＭのみが好適に分類されるので、一層確実に溶滴移行形態を判別できる。
【００４１】
以上、本発明を図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施できる。
【００４２】
例えば、実施例においては、本発明が溶滴移行点の検出および溶滴移行形態の判別に用いられる場合について説明したが、溶滴移行点の検出のみに用いられても良い。
【００４３】
また、実施例においては、合成波形７４のピーク７８を検出するに際して、その振幅の平均値を閾値としたが、閾値は、ピーク７８の大きさに応じて、その検出が容易なように適宜の値に設定すればよい。
【００４４】
また、実施例においては、電圧波形６２の平均値と零点との間が３区分に分類されていたが、その区分数は予測される移行形態に応じて適宜定めることができ、また、各区分の境界の電位も移行形態の分類が容易となるように適宜の値が定められる。
【００４５】
また、実施例においては、ウェーブレット変換が３段構成で処理されていたが、その構成段数は溶滴移行点の検出が容易な範囲で適宜変更される。例えば、ノイズ成分が比較的少ない場合には、構成段数を２段以下に少なくしても良く、反対にノイズ成分が比較的多い場合には、構成段数を４段以上に多くすると良い。
【００４６】
その他、一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の溶滴移行解析方法に用いられる溶滴移行解析装置の構成の一例を示す図である。
【図２】(ａ)〜(ｃ)は、溶滴移行形態の一例である短絡移行を説明するモデル図であり、(ｄ)は、短絡移行におけるワイヤと母材との間の電圧変化を示す図である。
【図３】(ａ)(ｂ)は、溶滴移行形態の一例であるグロビュール移行を説明するモデル図であり、(ｃ)は、グロビュール移行におけるワイヤと母材との間の電圧変化を示す図である。
【図４】(ａ)は、溶滴移行形態の一例であるスプレー移行を説明するモデル図であり、(ｂ)は、スプレー移行におけるワイヤと母材との間の電圧変化を示す図である。
【図５】本発明の溶滴移行解析方法のうち溶滴移行点検出方法に係る処理フロー図である。
【図６】本発明の溶滴移行解析方法のうち溶滴移行形態判別方法に係る処理フロー図である。
【図７】(ａ)〜(ｅ)は、それぞれ図５および図６の処理フローによる処理内容を説明するための波形図である。
【図８】ウェーブレット変換による帯域分割を説明する図である。
【図９】図５および図６の処理フローによる解析結果を説明する図である。
【符号の説明】
【００４８】
２８：溶接ワイヤ(消耗性電極)
３０：母材(被溶接材)
３２：溶滴
３４：溶融池
Ｓ２：ウェーブレット変換ステップ(帯域分割工程)
Ｓ３：絶対値合成ステップＳ３(加算工程)
Ｓ４：ピーク位置検出ステップＳ４(移行点検出工程)
Ｒ２：レベル設定ステップ、Ｒ３：振り分けステップ(分類工程)
Ｒ４：移行形態判別ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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