パルスMIG溶接における溶融池現象のCCDカメラによる観察と適応制御に関する研究

1987 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 61550540
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 大嶋 健司 埼玉大学, 工学部, 教授 (70026087)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 勇一 埼玉大学, 工学部, 助教授 (30134828)
• Keywords: CCDシャッターカメラ / 溶融池現象 / 適応制御 / 状態変数 / デジタルコントローラ / パルス電流波形 / パルスMIG溶接 / 溶融池幅

Research Abstract

パルスMIG溶接においてパルス電流の低電流期間に, CCDシャッターカメラを用いて溶融池を明瞭に観察することができた. 低電流期間の溶融池幅および面積をリアルタイムで毎周期計算した. 溶融池とその周辺の明るさの特徴を利用し, 画像処理を行い溶融池形状を認識することができた.
溶融池現象のデジタル制御において操作量として電流波形, 溶接速度があげられ, 制御量として溶融池幅(ビード幅), 溶込み深さおよび冷却速度と関係の深い溶融池面積があげられるが, 溶融池幅と溶込み深さは重要な制御量と考えられる. またこの両者の電流変化に する動特性が近いので, 両者の良好な過渡応答を得るためにここでは溶融池幅を制御することを考察した.
溶融池の動特性を調べた結果, パルス電流(平均値)を入力変数とし, 溶融池幅を状態変数とすると, この系は一次遅れで近似されることがわかった. これを用いて望ましい溶融幅応答が得られるようパルス電流の平均値を決定するが, このためのデジタルコントローラの特性の決定法について考察し実験を行なった. その結果所望の過渡応答が得られた. すなわち, 溶接動作中に母板厚さが変化した場合には, 一定電流の場合板厚の薄い部分において溶融池幅は定常的に増加する. これに対し, デジタルコントローラにより溶融池幅制御を行った場合には, 板厚の変動にかかわらず, 全域において溶融池幅は目標値に制御された. さらに溶込み深さは, 一定電流の場合には, 板厚さの薄い部分で深くなるのに対し, 溶融池幅一定制御の場合には, 板厚さの変動にかかわらず溶込み深さもほぼ一定に制御される結果を得た.

Research Products

• [Publications] 大嶋健司,森田正樹,藤井一男,山本充義,窪田武文: 溶接学会論文集. 5. 304-311 (1987)
• [Publications] KENJI OHSHIMA MITSUYOSHI YAMAMOTO TADASHI TANII: Conference Record of the 1987 IEEE Industry Applications Society. 87CH2499. 453-458 (1987)
• [Publications] 大嶋健司,谷井正,藤井一男,山本充義,窪田武文: 第86回溶接アーク物理研究委員会資料. 87-649. (1987)
• [Publications] 大嶋健司,藤井一男,谷井正,金子裕良,熊沢輝昭,窪田武文: 第89回溶接アーク物理研究委員会資料. 88-672. (1987)