JP2620887B2 - アーク溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ロボット等を使用してアーム溶接を自動的
に行う自動溶接方法に関する。

従来の技術 アーク溶接を、ロボット等を使用し自動的に行う場
合、教示された溶接軌跡と実際の溶接線とにズレが生じ
る場合がある。溶接しようとするワークの製作精度，据
付け精度，溶接熱歪み等により、教示線と実際の溶接線
にずれが生じるものである。

一方、ワークの精度の補償や大きな脚長を得るため
に、溶接トーチをワーク開先内で溶接の進行方向に対し
直角方向（または任意な方向）に溶接トーチを振りなが
ら溶接を行うウィービング溶接がある。

第４図はウィービング溶接の説明図で、ワーク１の開
先中心（溶接線，教示軌跡）に対し、左右にトーチ２を
ウィービング（振動）させながら、開先中心（溶接線）
に沿って溶接トーチ２を移動させて溶接を行うもので、
このとき、アークセンサで溶接電流Ｉを検出する。溶接
トーチ２が開先中心位置にあるときワイヤ３は一番長く
突出することになるから、抵抗値が増大し溶接電流Ｉは
最小となり、トーチ２がウィービングの両端の頂点に近
づくほどワイヤ３の突出量は小さくなり溶接電流Ｉは小
さくなる。例えば第４図に示すように、開先中心10を中
心に左方向にL/2、右方向にL/2だけトーチ２をウィービ
ングさせたとき、第５図に示すような溶接電流波形が得
られる。ウィービングの中心位置が開先中心10に対向し
ていれば、溶接電流Ｉはウービング中心位置を中心に略
左右対称の波形となるが、実際の溶接線（開先中心）と
教示軌跡が異なってウィービング中心位置と開先中心
（溶接線）にずれが生じていると左右対称でなくなる。
そこで、従来、アークセンサで検出した溶接電流Ｉをウ
ィービング中心より1/4周期毎積分し、即ち、第５図に
おけるウィービング中心の左半分，右半分を各々積分
し、左右の溶接電流の積分値の偏差△εを求め、この偏
差△εが「０」になるようにウィービングの中心位置、
即ち、溶接トーチ２の移動軌跡を教示軌跡に対し補正
し、実際の溶接線（開先中心線）に沿ってトーチ２を移
動させる溶接制御が行われている。

又、ウィービング中心位置が実際の溶接線（開先中
心）に沿って移動し、上記溶接電流Ｉの左右の積分値の
偏差△εが「０」に近い場合でも溶接トーチ２の溶接面
からの距離（第４図における溶接トーチ２の高さ）が変
動すると、溶接ビードが変動することとなり精度の高い
溶接が得られなくなる。そこで従来は、溶接トーチ２の
溶接面からの距離をも均一に保持するような制御も行わ
れている。溶接トーチ２と溶接面間の距離が変動すれば
ワイヤ３の突出量も変動し溶接電流Ｉも全体的に変動す
ることとなる。例えば、第４図示すような状態で溶接ト
ーチ２が左右に移動しウィービング溶接を行っていると
き、アークセンサで検出されるウィービングの頂点から
他方への頂点までの溶接電流Ｉが第６図実線に示す状態
であったとする。しかし、溶接トーチ２が第４図の状態
から下降し溶接面に近づくと、溶接電流Ｉは全体的に増
大し、第６図破線のようになる。そこで、従来、溶接電
流Ｉのウィービングの半周期（ウィービングの一方の頂
点から他方の頂点まで）を積分し、この積分値S0を一定
になるように溶接トーチ２を上下動させて（トーチ２と
溶接面の距離を制御して）溶接を行い均一な溶接ビード
を得るようにしている。

上述したウィービング溶接制御は、従来、次のように
行われている。

まず、溶接トーチ２を溶接開始点に位置決めし、設定
された溶接電流（ワイヤ送り），溶接電圧を溶接機に出
力し、設定された所定時間T1,溶接トーチ２を移動させ
ずにドウエル状態に保持する（第３図参照）。その間に
アークが発生する。なお、アーク発生状態が良好の場合
には、このドウエル状態の所定時間T1を設ける必要はな
い。

このドウエル状態の所定時間T1が経過すると、設定さ
れたウィービング条件でウィービングを開始させると共
に溶接トーチ２を溶接線（教示軌跡）に沿って移動させ
る。この動作を設定された所定時間T2だけ行ってウィー
ビングの安定を待ち、その後、設定された所定時間T3内
に、上述したウィービング1/4周期のウィービング中心
に対し左右の検出溶接電流Ｉの積分値の偏差△εを求め
て、この偏差△εが「０」に成るようにウィービング中
心位置を補正し、教示軌跡と実際の溶接線のずれを補正
する。そして、所定時間T3が経過すると、ウィービング
半周期（ウィービングの一方の頂点から他方の頂点）の
演出溶接電流Ｉの積分値S0を基準値として求める。そし
て、その後は上記偏差△εが「０」になるようにウィー
ビング中心位置を補正し、教示線と実際の溶接線のずれ
を補正しながら、かつ、半周期の積分値が、基準値S0に
保持されるように容積トーチ２の高さ（溶接面とトーチ
２間の距離）を制御して一定の溶接ビードが得られるよ
うに制御する。

一方、溶接中、任意の位置で溶接条件，ウィービング
条件を変更する必要がある。単に溶接条件やウィービン
グ条件を変更しても、上記溶接ビードを一定に保持する
ための基準となる溶接電流Ｉのウィービング半周期の積
分値S0は、変更されることがないから、変更された溶接
条件，ウィービング条件による溶接においても、変更前
の上記基準の積分値S0に基いて溶接トーチ２の高さが制
御されることとなり、所望の溶接が得られなくなる。そ
こで、従来はダミーのワークを用いて変更される溶接条
件，ウィービング条件によりテストアークを行い、上記
基準となる積分値S0のデータを求めて補正していた。

発明が解決しようとする課題 溶接途中で溶接条件，ウィービング条件を変更する場
合、予め、ダミーを用いてテストアークを行って、補正
基準値データS0を求める従来の方法であると、ダミーを
必要とし、かつ、補正基準値データを求めるまでに多く
の時間を要する。さらにダミーを用いることから、精度
のよいものが得られないという欠点があった。

そこで本発明は、溶接途中で溶接条件，ウィービング
条件が変更されても自動的に補正基準データを変更して
アーク溶接が行えるアーク溶接方法を提供することにあ
る。

課題を解決するための手段 本発明は、溶接開始時にアーク発生後、所定時間設定
された溶接条件，ウィービング条件でウィービング溶接
を行う第１の工程と、第１の工程後、所定時間、ウィー
ビング中心からウィービングの頂点までの1/4周期の左
右の検出溶接電流の積分値の差△εによってウィービン
グ位置を補正する第２の工程と、第２の工程後、ウィー
ビングの一方の頂点から他方の頂点までの検出溶接電流
の積分値を基準積分値S0として求める第３の工程と、該
基準積分値S0が保持されるように、溶接トーチの溶接面
からの距離を補正し、かつウィービング1/4周期の左右
の溶接電流積分値の差によりウィービング中心を補正し
ながらアーク溶接を行う第４の工程とからなり、上記第
４の工程中溶接条件，ウィービング条件が変更される
と、変更された溶接条件，ウィービング条件によって上
記第１から第４の工程を行うことによって変更された溶
接条件，ウィービング条件による、溶接トーチの溶接面
からの距離を制御する基準となるウィービング半周期の
溶接電流の積分値S0′を自動的に求めるようにした。

作用 第１工程として設定されている所定時間，設定溶接条
件，ウィービング条件でウィービング溶接を行い、ウィ
ービングの安定を持って、第２工程でウィービングの1/
4周期の左右の検出溶接電流の積分値の偏差△εを求め
て、この積分値の偏差△εが「０］になるように、ウィ
ービング中心位置（トーチ移動軌跡）を補正する動作を
第２工程として設定された所定時間行う。これにより、
上記偏差△εが「０」になるようにウィービング中心位
置が補正される。そして、第３工程では、上記偏差△ε
が「０」に調整された段階でのウィービング半周期の積
分値を基準積分値S0として求め、溶接トーチの上下動の
制御基準値とする。

第４工程においては、上記偏差△εが「０」になるよ
うにウィービング中心位置を補正すると共に、ウィービ
ング半周期の積分値が上記基準積分値S0になるように制
御する。

こうして、教示軌跡と実際の溶接線のずれを補正し、
かつ、溶接トーチの高さを自動調整しながら、均一な溶
接ビードでアーク溶接が行われることとなる。そして、
この第４工程における溶接途中で、溶接条件，ウィービ
ング条件が変更されると、再び上記第１工程から第４工
程を行うことによって、変更された溶接条件，ウィービ
ング条件での上記基準積分値S0′を自動的に求めて溶接
を行う。

実施例 第２図は、本発明の一実施例を実施する自動溶接機の
要部ブロック図である。

図中、１は溶接を行う対象物としてのワーク,2はロボ
ット等の溶接トーチ移動装置５に取付けられた溶接トー
チ、３はワイヤ、４は溶接機、６はアーク電流を検出す
るアークセンサ、７は溶接トーチ移動装置5,溶接機４を
制御するマイクロプロセッサ、８は制御プログラム，溶
接の教示軌跡，設定された溶接条件，ウィービング条件
等の各種設定値等を記憶する記憶装置、９は、各種設定
値，指令等を入力する操作盤である。

上記自動溶接機の構成は従来から公知のものと同一で
あり、詳細な説明は省略する。

次に、本実施例の動作を第１図のフローチャートと第
３図に示す溶接工程図を参照しながら説明する。

溶接指令が操作盤９等から指令されると、マイクロプ
ロセッサ７は記憶装置８に設定記憶されている溶接条件
（溶接電流（ワイヤ送り速度），溶接電圧，溶接速
度），ウィービング条件（周波数，振幅，両端停止時間
等）を読出すと共に、記憶装置８に記憶されている教示
溶接軌跡のプログラムによって溶接トーチ移動装置５を
駆動し、溶接開始点へ溶接トーチ２を位置決めし、溶接
機４へ設定溶接条件の溶接電流（ワイヤ送り速度），溶
接電圧を出力し、溶接指令を出力し、設定されているド
ウエル時間を計時するタイマT1をスタートさせる（ステ
ップS1,S2）。溶接機４の溶接電源からワイヤ３に溶接
電圧が印加されるとワイヤ３とワーク１間にアークが発
生し（第３図参照）、溶接電流が流れる。そして、タイ
マT1に設定されたドウエル時間だけ、トーチの移動，ウ
ィービングを停止させ、アークが安定するのを待って
（なお、アーク発生が良好の場合には、このドウエル時
間は必要ない）、タイマT1がタイムアップすると（ステ
ップS4）、設定されたウィービング条件でウィービング
を開始し、設定溶接条件の溶接速度（トーチ移動速度）
で溶接トーチ移動装置５を介してトーチ２をウィービン
グさせながら教示軌跡に沿って移動させると共に、ウィ
ービング安定時間が設定されたタイマT2をスタートさせ
る（ステップS5）。タイマT2がタイムアップしウィービ
ングが安定すると（ステップS6）、ウィービング中心位
置の初期調整のための設定時間が設定されたタイマT3を
スタートさせる（ステップS7）。

一方、アークセンサ６はワイヤ３とワーク１間にアー
クが発生すると、アーク電流、即ち溶接電流を検出して
おり、マイクロプロセッサ７はタイマT3をスタートさせ
た後、アークセンサ６からの検出溶接電流Ｉを読取り、
第５図に示すようにウィービング1/4周期におけるウィ
ービング中心位置を中心に左右の溶接電流Ｉの積分値を
算出し、その偏差△εを求めると共にウィービング1/2
周期の溶接電流積分値S0を求める。そして、この偏差△
εに基いて、記憶装置８に格納されている補正プログラ
ムによって、ウィービング中心位置が実際の溶接線にな
るように補正し、実際の溶接線と教示軌跡のずれを補正
する（ステップS8,S9）。そして、タイマT3がタイムア
ップしたか否か判断し（ステップS10）、タイムアップ
してなければ再びステップS8,S9の処理を繰り返し、タ
イマT3がタイムアップするまでのウィービングの数周期
間において教示軌跡と実際の溶接線のずれを補正する。
その結果、上記偏差△εは「０」に近づくこととなる。

タイマT3がタイムアップすると、現在算出しているウ
ィービング半周期（ウィービングの一方の頂点から他方
の頂点までの間）の溶接電流の積分値S0（第６図参照）
を基準積分値S0としてレジスタＲに格納する（ステップ
S11）。

そして、以後は、ウィービング角周期毎、前述同様、
アークセンサ６で検出される溶接電流Ｉより上記偏差△
ε，溶接電流積分値S0を算出し、この偏差△εによって
教示軌跡と実際の溶接線のずれを補正しながら、レジス
タＲに記憶した基準積分値S0と新たに算出した溶接電流
積分値S0が等しくなるように溶接トーチ２の上下位置、
即ち、溶接トーチ２の溶接面からの距離を補正する（ス
テップS13,S14）。

以下、溶接条件，ウィービング条件変更指令が入力さ
れるまで（ステップS14）、ステップS12,S13の処理を繰
り返し、実際の溶接線と教示軌跡のずれを補正すると共
に溶接トーチの高さを調整しながらウィービングアーク
溶接を行う。

この溶接途中で、溶接条件変更指令またはウィービン
グ条件変更指令が入力されると、マイクロプロセッサ７
はステップS14で変更指令を検出し、再びステップS5以
下の処理を開始する。

即ち、新しく設定されたウィービング条件、溶接条件
に従ってウィービングを開始すると共に、溶接トーチの
移動を開始しタイマT2をスタートさせて、新しい条件に
よるウィービングが安定するまでのタイマT2がタイムア
ップするまで待ち（ステップS5,S6）、前述同様、実際
の溶接線と教示軌跡のずれを偏差△εによって補正し、
タイマT3に設定された時間経過後の偏差△εが「０］に
略近づき、ずれがなくなった段階で（ステップS8,S9,S1
0）、新しい溶接条件，ウィービング条件によるウィー
ビング半周期の溶接電流の積分値S0′を基準積分値S0と
してレジスタに格納して（ステップS11）、以後、前述
同様、実際の溶接線と教示軌跡のずれ及び溶接トーチ２
の高さを補正しながら溶接を行うこととなる（ステップ
S12,S13）。

その結果、第３図の溶接工程図に示すように、溶接条
件，ウィービング条件が変更される毎に、ウィービング
安定化の工程，ウィービング安定後のウィービングの中
心位置の左右調整工程、そして、該左右調整後に溶接ト
ーチ２の高さ（溶接面からの距離）調整の基準となる基
準積分値S0を求める工程を自動的に行い、実際の溶接線
と教示軌跡のずれを補正しながら求められた基準積分値
S0になるように溶接トーチ２の高さを調整しながら溶接
が行われることとなる。

発明の効果 本発明は、溶接途中で、溶接条件，ウィービング条件
が変更されると、溶接トーチの溶接面から距離を調整す
るための基準積分値を、変更された溶接条件，ウィービ
ング条件のもとで自動的に求めて、連続して溶接をでき
るようにしたので、従来のように、条件変更のためのダ
ミーによるテストアークを行う必要がなく効率的とな
り、かつ、ダミーを使用せず基準データ（積分値）を求
めるから、精度の高い溶接を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ），（ｂ）は本発明の位置実施例の溶接補正
制御動作のフローチャート、第２図は同実施例を実施す
る自動溶接機の要部ブロック図、第３図は同実施例の溶
接工程図、第４図はウィービングの説明図、第５図は実
際の溶接線と教示軌跡のずれを検出するための溶接電流
波形の説明図、第６図は、溶接面に対する溶接トーチの
距離を補正するための溶接電流波形説明図である。 １……ワーク、２……溶接トーチ、３……ワイヤ、△ε
……偏差、S0……積分値、Ｉ……溶接電流。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】教示された溶接軌跡をウィービング中心と
   して、溶接トーチをウィービングさせ溶接軌跡に沿って
   自動的にアーク溶接をを行い、かつ、アークセンサで溶
   接電流を検出して溶接トーチの移動及び溶接面からの距
   離を補正して自動アーク溶接を行う溶接方法において、
   アーク発生後、所定時間設定された溶接条件，ウィービ
   ング条件でウィービング溶接を行う第１の工程と、第１
   の工程後、所定時間ウィービング中心からウィービング
   の頂点までの1/4周期の左右の検出溶接電流の積分値の
   差によってウィービング中心位置を補正する第２の工程
   と、第２の工程後、ウィービングの一方の頂点から他方
   の頂点までの検出溶接電流の積分値を基準積分値として
   求める第３の工程と、該基準積分値が保持されるように
   溶接トーチの溶接面からの距離を補正し、かつ、ウィー
   ビング1/4周期の左右の溶接電流積分値の差によりウィ
   ービング中心を補正しながらアーク溶接を行う第４の工
   程とからなり、上記第４の工程中溶接条件，ウィービン
   グ条件が変更されると、変更された溶接条件，ウィービ
   ング条件によって上記第１から第４の工程を行うことを
   特徴とするアーク溶接方法。