(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接作業を行う際の溶接電圧、溶接電流、溶接速度、ワイヤ送給速度、トーチ高さ、及び不活性ガス流量のうちの複数の事象を溶接信号として、当該溶接信号の変化とアーク現象の乱れとの関係を各溶接信号ごとに予め把握しておき、溶接信号の１つが単独で変化した場合に溶接層の品質が良好に保たれ得る種々の第１段階しきい値を各溶接信号ごとに定め、２つの溶接信号が同時に変化した場合に溶接層の品質が良好に保たれ得る種々の検出値の範囲を、両溶接信号の第１段階しきい値に基づき種々の溶接信号の組み合わせごとに定め、実際の溶接作業時に溶接信号を検知記録し、１つの溶接信号が単独で変化したときには、検知記録した溶接信号と種々の値の第１段階しきい値とを対比して溶接層の品質を判定し、２つの溶接信号が同時に変化したときには、検知記録した溶接信号と種々の検出値の範囲とを対比して溶接層の品質を判定し、３つ以上の溶接信号が同時に変化したときには、検知記録した溶接信号と種々の検出値の範囲とを、溶接信号の組み合わせごとに対比して溶接層の品質を判定することを特徴とする溶接品質判定方法。
【請求項２】
溶接作業を行う際の溶接電圧、溶接電流、溶接速度、ワイヤ送給速度、トーチ高さ、及び不活性ガス流量のそれぞれの事象を溶接信号として検知する複数の検出手段と、該検出手段からの溶接信号を保持する溶接信号保持手段と、該溶接信号保持手段に保持された溶接信号を選択する信号選択手段と、各溶接信号が単独で変化した場合に溶接層の品質が良好に保たれ得る種々の第１段階しきい値のデータを保持する第１段階しきい値保持手段と、２つの溶接信号が同時に変化した場合に溶接層の品質が良好に保たれ得る種々の検出値の範囲のデータを保持する第２段階しきい値データ保持手段と、第１段階しきい値保持手段に保持された第１段階しきい値あるいは第２段階しきい値データ保持手段に保持された検出値の範囲を選択する対比値選択手段と、信号選択手段により選択された溶接信号、及び対比値選択手段により選択された第１段階しきい値あるいは検出値の範囲に基づき溶接層に欠陥が生じているか否を判定する品質判定手段とを備えてなることを特徴とする溶接品質判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶接品質判定方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発電プラント設備あるいは橋梁のような大量生産の対象とならない構造物の構築にあたっては、配管部材や構成部材などの種々の部材を手作業により相互に溶接しているが、近年、熟練した溶接作業者の減少に伴って、上記の構造物の構築に全自動溶接装置を導入することが検討されている。
【０００３】
図４は全自動溶接装置に用いるＴＩＧ溶接トーチの一例であり、このＴＩＧ溶接トーチは、タングステンによって形成された非消耗方式の電極１と、該電極１の基端寄り部分を周方向に取り囲み且つ電極１の前方へ向ってアルゴンガスなどの不活性ガス２を流出させるガスノズル３とを備えており、前記の電極１の先端前方には、溶接材であるフィラーワイヤ４が連続的に送給されるようになっている。
【０００４】
ＴＩＧ溶接トーチにより溶接作業を行う際には、電極１の先端を溶接対象部材５に対峙させたうえ、ガスノズル３から不活性ガス２を流出させて、電極１の先端寄り部分及び溶接対象部材５の電極１に対峙する部分を不活性ガス雰囲気にする。
【０００５】
次いで、電極１及び溶接対象部材５に電圧を印加して、電極１の先端と溶接対象部材５との間にアーク６を発生させるとともに、電極１の先端前方へフィラーワイヤ４を連続的に送給することにより、該フィラーワイヤ４の先端を不活性ガス雰囲気中で溶融させて、溶接対象部材５に溶け込む溶接層７を形成する。
【０００６】
アーク溶接を行うときに、たとえば、電極１と溶接対象部材５との間に印加される溶接電圧や電極１に通電される溶接電流が変化することにより、溶接アーク長（電極１の先端から溶接対象部材５の表面までの距離）が過大になると、溶接層７の表面部分においては、溶着不良に起因したアンダーカットやオーバーラップなどが発生し、溶接層７の内部においては、過小溶融に起因した溶け込み不良などの欠陥が発生する。
【０００７】
また、溶接対象部材５に対するＴＩＧ溶接トーチの移動速度（溶接速度）、アーク６に対するフィラーワイヤ４の送給速度（ワイヤ送給速度）、溶接対象部材５に対するＴＩＧ溶接トーチの高さ（トーチ高さ）、及びガスノズル３からの不活性ガス２の吐出流量（不活性ガス流量）が適正範囲を逸脱した場合にも、溶着不良、過大溶融、ビード形状不良などのアーク現象の乱れが生じ、溶接層７に種々の欠陥が発生する。
【０００８】
そこで、溶接作業を行う際の溶接電圧、溶接電流、溶接速度、ワイヤ送給速度、トーチ高さ、及び不活性ガス流量を検知する種々の検出手段を、全自動溶接装置に取り付け、各検出手段から出力される溶接信号を媒介変数として、図３に示すように、溶接信号の変化とアーク現象の乱れとの関係を予め把握しておき、実際の溶接作業時に検知する溶接信号に基づき、溶接層７の品質を判定することが検討されている。
【０００９】
すなわち、溶接信号の検出値が、アーク現象が正常な状態を呈する標準条件のねらい値（中央値）付近の適正範囲Ｓから大きく外れた場合には、アーク現象の乱れに起因する品質不良が溶接層７に発生していることになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図３に破線で示す２つの溶接信号の双方が同時に変化する場合に、溶接層７の品質が良好に保たれ得る上限の第２段階しきい値Ｂ1及び下限の第２段階しきい値Ｂ2は、図３に実線で示す１つの溶接信号が単独で変化する場合に、溶接層７の品質が良好に保たれ得る上限の第１段階しきい値Ｃｘ1（Ｃｙ1）と下限の第１段階しきい値Ｃｘ2（Ｃｙ2）との間になる。
【００１１】
すなわち、溶接層７の品質を判定するのにあたって、１つの溶接信号の変化だけに注目したとすると、当該溶接信号の検出値が両第１段階しきい値Ｃｘ1（Ｃｙ1），Ｃｘ2（Ｃｙ2）の間で変化し、見掛け上の溶接層７の品質が良好であっても、他の溶接信号の変化により溶接層７に品質不良が発生していることがある。
【００１２】
また、２つの溶接信号の第１段階しきい値Ｃｘ1，Ｃｘ2，Ｃｙ1，Ｃｙ2を第２段階しきい値Ｂ1，Ｂ2に合せたとすると、たとえば、一方の溶接信号だけが第２段階しきい値Ｂ1，Ｂ2の間の範囲を逸脱し且つ他方の溶接信号が適正範囲Ｓであるときなどには、溶接層７に品質不良が発生したとの誤判定がなされることがある。
【００１３】
更に、第１段階しきい値Ｃｘ1，Ｃｘ2，Ｃｙ1，Ｃｙ2の設定が適切でない場合には、溶接層７の品質判定が適確に行われないことになる。
【００１４】
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、溶接層の品質判定を適確に行えるようにすることを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の溶接品質判定方法では、溶接作業を行う際の溶接電圧、溶接電流、溶接速度、ワイヤ送給速度、トーチ高さ、及び不活性ガス流量のうちの複数の事象を溶接信号として、当該溶接信号の変化とアーク現象の乱れとの関係を各溶接信号ごとに予め把握しておき、溶接信号の１つが単独で変化した場合に溶接層の品質が良好に保たれ得る種々の第１段階しきい値を各溶接信号ごとに定め、２つの溶接信号が同時に変化した場合に溶接層の品質が良好に保たれ得る種々の検出値の範囲を、両溶接信号の第１段階しきい値に基づき種々の溶接信号の組み合わせごとに定め、実際の溶接作業時に溶接信号を検知記録し、１つの溶接信号が単独で変化したときには、検知記録した溶接信号と種々の値の第１段階しきい値とを対比して溶接層の品質を判定し、２つの溶接信号が同時に変化したときには、検知記録した溶接信号と種々の検出値の範囲とを対比して溶接層の品質を判定し、３つ以上の溶接信号が同時に変化したときには、検知記録した溶接信号と種々の検出値の範囲とを、溶接信号の組み合わせごとに対比して溶接層の品質を判定する。
【００１６】
また、本発明の溶接品質判定装置では、溶接作業を行う際の溶接電圧、溶接電流、溶接速度、ワイヤ送給速度、トーチ高さ、及び不活性ガス流量のそれぞれの事象を溶接信号として検知する複数の検出手段と、該検出手段からの溶接信号を保持する溶接信号保持手段と、該溶接信号保持手段に保持された溶接信号を選択する信号選択手段と、各溶接信号が単独で変化した場合に溶接層の品質が良好に保たれ得る種々の第１段階しきい値のデータを保持する第１段階しきい値保持手段と、２つの溶接信号が同時に変化した場合に溶接層の品質が良好に保たれ得る種々の検出値の範囲のデータを保持する第２段階しきい値データ保持手段と、第１段階しきい値保持手段に保持された第１段階しきい値あるいは第２段階しきい値データ保持手段に保持された検出値の範囲を選択する対比値選択手段と、信号選択手段により選択された溶接信号、及び対比値選択手段により選択された第１段階しきい値あるいは検出値の範囲に基づき溶接層に欠陥が生じているか否を判定する品質判定手段とを備えている。
【００１７】
本発明の溶接品質判定方法においては、溶接作業が完了した後に、各溶接信号のうちの１つと当該溶接信号に関連する所定のしきい値とを対比して溶接層の品質を判定し、あるいは、各溶接信号のうちの２つと当該溶接信号に関連する検出値の範囲とを対比して、溶接層の品質判定の精度向上を図る。
【００１８】
また、本発明の溶接品質判定装置においては、溶接作業が完了した後に、溶接信号保持手段に保持された各溶接信号のうちの１つと第１段階しきい値保持手段に保持されている所定のしきい値とを、品質判定手段において対比して溶接層の品質を判定し、あるいは、溶接信号保持手段に保持された各溶接信号のうちの２つと第２段階しきい値データ保持手段に保持されている所定の検出値の範囲とを対比して、溶接層の品質判定の精度向上を図る。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２０】
図１及び図２は本発明の溶接品質判定装置の実施の形態の一例であり、図中、図４と同一の符号を付した部分は同一物を表している。
【００２１】
この溶接品質判定装置は、電圧検出手段８、電流検出手段９、溶接速度検出手段１０、ワイヤ送給速度検出手段１１、トーチ高さ検出手段１２、ガス流量検出手段１３、溶接信号保持手段１４、信号選択手段１５、第１段階しきい値保持手段１６、第２段階しきい値データ保持手段１７、対比値選択手段１８、品質判定手段１９、及び表示器２０を備えている。
【００２２】
電圧検出手段８は、溶接用電源２１により溶接トーチ２２の電極１と溶接対象部材５との間に印加される溶接電圧Ｖを検知して、溶接電圧信号８ｓを出力するようになっている。
【００２３】
電流検出手段９は、溶接用電源２１により溶接トーチ２２の電極１へ通電される溶接電流Ａを検知して、溶接電流信号９ｓを出力するようになっている。
【００２４】
溶接速度検出手段１０は、溶接トーチ２２の移動速度、すなわち溶接速度Ｍを検知して、溶接速度信号１０ｓを出力するようになっている。
【００２５】
ワイヤ送給速度検出手段１１は、フィラーワイヤ４のワイヤ送給速度Ｎを検出して、ワイヤ送給速度信号１１ｓを出力するようになっている。
【００２６】
トーチ高さ検出手段１２は、溶接トーチ２２に装着されたレーザ方式のセンサヘッド２３に接続され、溶接対象部材５に対するトーチ高さＬを検知して、トーチ高さ信号１２ｓを出力するようになっている。
【００２７】
ガス流量検出手段１３は、不活性ガス充填容器２４に付帯する流量調整弁２５から溶接トーチ２２へ送給される不活性ガス流量Ｇを検知して、ガス流量信号１３ｓを出力するように構成されている。
【００２８】
溶接信号保持手段１４は、上述した各検出手段８〜１３からの信号８ｓ〜１３ｓ及び溶接速度信号１０ｓに基づく溶接トーチ２２の位置データを保持するように構成されている。
【００２９】
信号選択手段１５は、手動操作により溶接信号保持手段１４に対する選択信号１５ｓを出力し、溶接信号保持手段１４に保持された信号８ｓ〜１３ｓのうちの１つの信号Ｘ、あるいは２つの信号Ｘ，Ｙを選択するように構成されている。
【００３０】
第１段階しきい値保持手段１６には、各信号８ｓ〜１３ｓのうちの１つの信号Ｘが単独で変化した場合に、溶接層７の品質が良好に保たれ得る種々の第１段階しきい値Ｃ1，Ｃ2が、単独変化データとしてそれぞれの信号８ｓ〜１３ｓごとに保持されている。
【００３１】
第２段階しきい値データ保持手段１７には、各信号８ｓ〜１３ｓのうちの２つの信号Ｘ，Ｙが同時に変化した場合に、溶接層７の品質が良好な状態に保たれ得る種々の検出値の範囲Ｑが、相関変化データとして各信号８ｓ〜１３ｓの全ての組み合わせについて保持されている。
【００３２】
この範囲Ｑは、図２に示すように、信号Ｘ，Ｙの標準条件のねらい値Ａｘ，Ａｙを原点とした平面座標内において、信号Ｘの第１段階しきい値Ｃｘ1と信号Ｙの第１段階しきい値Ｃｙ1とを結ぶ第２段階しきい値線Ｐ11、信号Ｘの第１段階しきい値Ｃｘ1と信号Ｙの第１段階しきい値Ｃｙ2とを結ぶ第２段階しきい値線Ｐ12、信号Ｘの第１段階しきい値Ｃｘ2と信号Ｙの第１段階しきい値Ｃｙ1とを結ぶ第２段階しきい値線Ｐ21、及び信号Ｘの第１段階しきい値Ｃｘ2と信号Ｙの第１段階しきい値Ｃｙ2とを結ぶ第２段階しきい値線Ｐ22で囲まれる検出値の領域であり、ねらい値Ａｘ，Ａｙ、及び従来の第２段階しきい値Ｂ1，Ｂ2（図３参照）に相当する第２段階しきい値Ｂｘ1，Ｂｘ2，Ｂｙ1，Ｂｙ2は、いずれも、第２段階しきい値線Ｐ11，Ｐ12，Ｐ21，Ｐ22で囲まれる領域に含まれている。
【００３３】
すなわち、相関変化データでは、信号Ｘ，Ｙの第２段階しきい値を、第２段階しきい値線Ｐ11，Ｐ12，Ｐ21，Ｐ22上の変数と見なしている。
【００３４】
また、検出値の範囲Ｑは、第１段階しきい値保持手段１６に保持されている種々の第１段階しきい値Ｃ1，Ｃ2ごとに設定されており、種々の第１段階しきい値Ｃ1，Ｃ2に応じて第２段階しきい値線Ｐ11，Ｐ12，Ｐ21，Ｐ22を定める第１段階しきい値Ｃｘ1，Ｃｘ2，Ｃｙ1，Ｃｙ2が変動することによって、検出値の範囲Ｑの領域が拡大あるいは縮小することになる。
【００３５】
対比値選択手段１８は、手動操作により、第１段階しきい値保持手段１６及び第２段階しきい値データ保持手段１７に対する選択信号１８ｓを出力し、第１段階しきい値保持手段１６に保持されている所定のしきい値Ｃ1，Ｃ2、あるいは、第２段階しきい値データ保持手段１７に保持されている第２段階しきい値線Ｐ11，Ｐ12，Ｐ21，Ｐ22（検出値の範囲Ｑ）を選択するように構成されている。
【００３６】
品質判定手段１９は、信号選択手段１５により選択された１つの信号Ｘまたは２つの信号Ｘ，Ｙと、対比値選択手段１８によって選択された第１段階しきい値Ｃ1，Ｃ2、または第２段階しきい値線Ｐ11，Ｐ12，Ｐ21，Ｐ22に基づき、溶接層７に欠陥が生じているか否を判定して判定信号１９ｓを出力するように構成されている。
【００３７】
表示器２０は、品質判定手段１９からの判定信号１９ｓに応じて、溶接層７の欠陥の有無を表示するように構成されている。
【００３８】
溶接トーチ２２を用いて溶接対象部材５を溶接する際には、溶接電圧Ｖ、溶接電流Ａ、溶接速度Ｍ、ワイヤ送給速度Ｎ、トーチ高さＬ、及び不活性ガス流量Ｇのそれぞれを、検出手段８〜１３により検知し、該検出手段８〜１３からの信号８ｓ〜１３ｓを溶接信号保持手段１４に保持する。
【００３９】
溶接作業が完了した後、溶接層７の品質を判定するのにあたって、たとえば、溶接電圧Ｖの変化に注目して溶接層７の品質判定を行う場合には、溶接電圧信号８ｓを選択する選択信号１５ｓを、信号選択手段１５から溶接信号保持手段１４へ出力し、溶接電圧信号８ｓに対する所定の第１段階しきい値Ｃ1，Ｃ2を選択する選択信号１８ｓを、対比値選択手段１８から第１段階しきい値保持手段１６へ出力する。
【００４０】
これにより、品質判定手段１９が、溶接電圧信号８ｓと所定の第１段階しきい値Ｃ1，Ｃ2とを対比し、溶接層７に欠陥が生じているか否かを判定する。
【００４１】
更に、品質判定手段１９からの判定信号１９ｓに応じて、表示器２０が溶接層７の品質判定結果を表示する。
【００４２】
また、対比値選択手段１８によって、別の第１段階しきい値Ｃ1，Ｃ2を選択すれば、溶接電圧信号８ｓと別の第１段階しきい値Ｃ1，Ｃ2とが対比されることになる。
【００４３】
更に、信号選択手段１５及び対比値選択手段１８による選択の対象を変えれば、溶接電圧Ｖ以外の溶接電流Ａなどの他の事象に注目した溶接層７の品質判定を行うことができる。
【００４４】
溶接層７の品質を判定するのにあたって、たとえば、溶接電圧Ｖ及び溶接電流Ａの変化に注目して溶接層７の品質判定を行う際には、溶接電圧信号８ｓ及び溶接電流信号９ｓを選択する選択信号１５ｓを、信号選択手段１５から溶接信号保持手段１４へ出力し、溶接電圧信号８ｓ及び溶接電流信号９ｓに対する第２段階しきい値線Ｐ11，Ｐ12，Ｐ21，Ｐ22を選択する選択信号１８ｓを、対比値選択手段１８から第２段階しきい値データ保持手段１７へ出力する。
【００４５】
これにより、品質判定手段１９が、溶接電圧信号８ｓ及び溶接電流信号９ｓと第２段階しきい値線Ｐ11，Ｐ12，Ｐ21，Ｐ22により定まる検出値の範囲Ｑとを対比し、溶接層７に欠陥が生じているか否かを判定する。
【００４６】
更に、品質判定手段１９からの判定信号１９ｓに応じて、表示器２０が溶接層７の品質判定結果を表示する。
【００４７】
また、対比値選択手段１８によって、別の第２段階しきい値線Ｐ11，Ｐ12，Ｐ21，Ｐ22により定まる検出値の範囲Ｑを選択すれば、溶接電圧信号８ｓ及び溶接電流信号９ｓと別の検出値の範囲Ｑとが対比されることになる。
【００４８】
更に、信号選択手段１５及び対比値選択手段１８による選択に対象を変えれば、溶接電圧Ｖと溶接電流Ａとの組み合わせ以外の他の事象のうちの２つの組み合わせに注目した溶接層７の品質判定を行うことができる。
【００４９】
このように、図１に示す溶接品質判定装置では、溶接作業が完了した後に、溶接信号保持手段１４に保持された各信号８ｓ〜１３ｓのうちの１つと第１段階しきい値保持手段１６に保持されている所定の第１段階しきい値Ｃ1，Ｃ2とを、品質判定手段１９において対比して溶接層７の品質を判定し、あるいは、溶接信号保持手段１４に保持された各信号８ｓ〜１３ｓのうちの２つと第２段階しきい値データ保持手段１７に保持されている所定の検出値の範囲Ｑとを対比して溶接層７の品質を判定するので、判定精度が向上して、溶接層７の品質判定を適確に行うことができる。
【００５０】
なお、本発明の溶接品質判定方法及び装置は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、ＭＡＧ溶接をはじめとするＴＩＧ溶接以外の他のアーク溶接に適用すること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変更を加え得ることは勿論である。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の溶接品質判定方法及び装置においては下記のような種々の優れた効果を奏し得る。
【００５２】
（１）本発明の溶接品質判定方法では、溶接作業が完了した後に、各溶接信号のうちの１つと当該溶接信号に関連する所定のしきい値とを対比して溶接層の品質を判定し、あるいは、各溶接信号のうちの２つと当該溶接信号に関連する検出値の範囲とを対比して、溶接層の品質を判定するので、溶接層の品質判定を適確に行うことができる。
【００５３】
（２）本発明の溶接品質判定装置では、溶接作業が完了した後に、溶接信号保持手段に保持された各溶接信号のうちの１つと第１段階しきい値保持手段に保持されている所定のしきい値とを、品質判定手段において対比して、溶接層の品質を判定し、あるいは、当該溶接信号保持手段に保持された各溶接信号のうちの２つと第２段階しきい値データ保持手段に保持されている所定の検出値の範囲とを対比して、溶接層の品質を判定するので、溶接層の品質判定を適確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶接品質判定装置の実施の形態の一例を示す概念図である。
【図２】第２段階しきい値データ保持手段にデータとして保持される第２段階しきい値線を示すグラフである。
【図３】溶接信号の変化とアーク現象の乱れとの関係を示すグラフである。
【図４】ＴＩＧ溶接トーチの一例を示す概念図である。
【符号の説明】
７    溶接層
８    電圧検出手段
８ｓ  溶接電圧信号（溶接信号）
９    電流検出手段
９ｓ  溶接電流信号（溶接信号）
１０  溶接速度検出手段
１０ｓ        溶接速度信号（溶接信号）
１１  ワイヤ送給速度検出手段
１１ｓ        ワイヤ送給速度信号（溶接信号）
１２  トーチ高さ検出手段
１２ｓ        トーチ高さ信号（溶接信号）
１３  ガス流量検出手段
１３ｓ        ガス流量信号（溶接信号）
１４  溶接信号保持手段
１５  信号選択手段
１６  第１段階しきい値保持手段
１７  第２段階しきい値データ保持手段
１８  対比値選択手段
１９  品質判定手段
Ａ      溶接電流
Ｃ1，Ｃ2，Ｃｘ1，Ｃｘ2，Ｃｙ1，Ｃｙ2        第１段階しきい値
Ｇ      不活性ガス流量
Ｌ      トーチ高さ
Ｍ      溶接速度
Ｎ      ワイヤ送給速度
Ｑ      検出値の範囲
Ｖ      溶接電圧
Ｘ，Ｙ  信号（溶接信号）
【図１】
0003906561.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003906561.tif 000005