JP2700823B2 - アーク溶接電流・電圧フィードバック制御方法 - Google Patents

アーク溶接電流・電圧フィードバック制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、アーク溶接(CO2溶接,MIG溶接など)の自
動化、特にロボットを用いてアーク溶接を行う場合にお
けるアーク溶接電流・電圧のフィードバック制御方法に
関する。
従来の技術 従来、アーク溶接においては、アーク溶接機のアーク
溶接電圧−電流特性、及び、ワイヤ送給速度−電流特性
を参考にして、所望の溶接電流,電圧を得る溶接機の電
源指令値とワイヤ送給速度指令値を決定し、その電源指
令値とワイヤ送給速度指令値で溶接機を駆動し、所望の
溶接電流,溶接電圧の指定値がそのとき得られなけれ
ば、電源指令値又はワイヤ送給速度指令値を調整し、指
定値に近づけるようにしている。
発明が解決しようとする課題 しかし、上述した方法では、電源指令値,ワイヤ送給
速度を変更する毎にためし溶接を行わねばならず、労力
の無駄が生じていた。又、所望する溶接電流及び溶接電
圧の指定値と実際のものとのずれが小さい場合には無視
され正確な溶接が実現できないという欠点があった。
そこで本発明の目的は、溶接電流,電圧の指定値と実
際の値とのずれ量を極力小さくし、許容できるずれの範
囲内に自動的に補正するアーク溶接電流,電圧フィード
バック制御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、所定周期毎、溶接電流,溶接電圧を検出
し、検出値が所定数に達する毎に溶接電流及び溶接電圧
の平均値を求め、該各平均値と溶接電流指令値及び溶接
電圧指令値との誤差を夫々求め、該夫々の誤差が設定許
容範囲内に入るまで溶接電流の誤差に基いて溶接機への
ワイヤ送給速度指令を補正すると共に、溶接電流の誤差
及び溶接電圧の誤差に基いて溶接機への電源指令値を補
正することによって溶接電流,電圧を自動的に指定値の
設定許容範囲内に設定することによって上記課題を解決
した。
作用 まず、所望する溶接電流,電圧が得られそうな電源指
令値,ワイヤ送給速度指令値によって溶接機を駆動す
る。そして、所定周期毎溶接電流,溶接電圧を検出す
る。通常、この溶接電流及び溶接電圧は溶接中変動する
ので、所定数の検出値によって溶接電流,溶接電圧の平
均値を求める。そして、この溶接電流の平均値が所望す
る溶接電流の指定値の設定許容範囲内に達してなけれ
ば、この溶接電流の平均値と電源指令値の誤差に基き、
ワイヤ送給速度指令を補正する。又、検出した溶接電流
の平均値及び溶接電圧の平均値と、溶接電流,電圧の夫
々の指定値との誤差に基いて、溶接機の電源指令値を補
正し、溶接電流,電圧が夫々所望する指定値の設定許容
範囲内に達するまでフィードバック制御する。
実施例 アーク溶接機の電源指令値における溶接電圧,−電流
の特性は、第3図に示されるような特性である。溶接電
流Iが小さい場合を除き、溶接電流Iと溶接電圧Vの関
係は直線的に変化する。しかも、溶接機への電源指令値
に対し、この溶接電流−電圧の特性線は1本決まり、か
つ、溶接電流−電圧の特性線は電源指令値に応じて略平
行にシフトし、傾きは略同一である。
所望する溶接電流,電圧で溶接を行う場合、上記溶接
電流−電圧の特性線より、指令溶接電流,電圧が得られ
るような上記特性線、即ち溶接機への電源指令値を決め
ることとなる。
この溶接電流I,溶接電圧V及び電源指令値uの関係
は、第3図より次の第(1)式で表わされる。
V=f(I,u) ……(1) 又、ワイヤ送給速度と溶接電流の関係は、概略第4図
に示されるような2次式で近似される関係にあり、ワイ
ヤ送給速度指令値と溶接電流は1対1の関係で、ワイヤ
送給速度Fwと溶接電流Iの関係は次の第(2)式で表わ
される。
Fw=g(I) ……(2) なお、上記溶接機の特性(電源出力(電流,電圧)特
性,ワイヤ送給速度−電流特性)は、用いるワイヤ材質
や直径等で異なるため、溶接条件が変更される毎に上記
溶接機の特性は変わる。
そこで、溶接条件が決まり、所望する溶接電流I,電圧
Vが決まると、上記第(1),第(2)式より、溶接機
への電源指令値u,ワイヤ送給速度指令値Fwは決まる。し
かし、決定された電源指令値u,ワイヤ送給速度指令値Fw
で溶接機を駆動しても所望する溶接電流I,電圧Vが得ら
れないときの電源指令値u,ワイヤ送給速度指令値Fwにつ
いて検討する。
第(1)式,第(2)式を全微分すると dFw=g′(I)dI ……(4) 第(3)式,第(4)式より ΔFw=g′(I)ΔI ……(6) また、第3図に示すように溶接電流−電圧特性は、通
常使用する溶接電流値においては、溶接電流Iに対し溶
接電流Vは直線的に変化し、かつ電流指令値uに対し平
行にシフトするものであるから、第(5)式において、
(Эf/ЭI)I=K1,(Эf/Эu)I=K2(なお、K1,K2は
定数)と近似することができる。その結果、第(5)式
は次の第(7)式となる。
Δu=(ΔV−K1・ΔI)/K2 …(7) また、第(6)式においてg′(I)は、ワイヤ送給
速度指令値Fwと電流指令値Iの関係が2次式で近似され
ることから、1次式g′(I)=aI+bで近似でき、第
(6)式は次の第(8)式となる。
ΔFw=g′(I)ΔI=(aI+b)・ΔI ……(8) そこで、溶接条件(ワイヤの材質、直径等)毎に上記
パラメータK1,K2,a,b,を求めておき、溶接条件が決定さ
れた時点で、その溶接条件に対応する上記パラメータK
1,K2,a,b,の値を設定し、第(7)式,第(8)式を演
算すれば、溶接電流I,溶接電圧Vの補正量ΔI,ΔVに対
応するワイヤ送給速度指令値Fw,の補正量ΔFw,電源指令
値uの補正量Δuを求めることができる。
第2図は、本発明の一実施例を実施する溶接ロボット
の要部ブロック図である。
図中、符号10は、ロボットを制御する数値制御装置等
の制御装置で、該制御装置10はプロセッサ(以下CPUと
いう)11を有し、該CPU11に制御プログラムを記憶するR
OM12、教示操作盤14等により教示されたロボット20の動
作の教示プログラムを記憶すると共に各種演算に利用さ
れるRAM13,教示操作盤14,操作盤15,ロボット20の各軸の
サーボモータのサーボ回路18を制御する軸制御器16、及
び、インタフェイス17がバス19で接続されている。又、
接続機30はインタフェイス17を介して該ロボット制御装
置10に接続されている。
なお、上記溶接ロボットの構成は従来から公知のもの
であり、詳細は省略する。
使用するワイヤの材質,直径等の溶接条件及び所望す
る溶接電流,電圧の指定値I0,V0が決まると、操作盤15
等より上記指定値I0,V0、該指令値I0,V0で決まるワイ
ヤ送給速度指令値Fw,電源指令値u、及び、溶接条件に
よって決まる電源出力特性のパラメータK1,K2の値、ワ
イヤ送給速度−電流特性で決まる上記パラメータa,b,の
値を設定し、溶接動作を開始させる。
制御装置10のCPU11はRAM13に教示された教示プログラ
ムに基いて、従来と同様に軸制御器16,サーボ回路18を
介してロボットの各軸を制御して溶接トーチを移動させ
る。又、インタフェイスを介して溶接機30へ溶接指令を
出力すると共に、設定されたワイヤ送給速度指令値Fw,
電源指令値uを出力する。そして、所定周期毎、第1図
にフローチャートで示す溶接電流・電圧フィードバック
制御処理を開始する。
まず、溶接機30から出力される溶接電流I,溶接電圧V
をインタフェイス17を介して読取り、レジスタR
(I)、R(V)に夫々加算しカウンタCを「1」イン
クリメントする(なお、レジスタR(I),R(V)及び
カウンタCは初期設定で始めは「0」にセットされてい
る)(ステップ100〜102)。そして、カウンタCの値が
所定値C0に達した否か判断し(ステップ103)、達して
いなければ当該周期の処理を終了する。
以下、カウンタCが所定値C0に達するまで所定周期毎
ステップ100〜103の処理を行い、レジスタR(I),R
(V)に溶接電流,電圧を夫々加算する。カウンタCの
値が所定値C0に達すると、レジスタR(I),R(V)に
加算されている溶接電流I,溶接電圧Vの値を所定値C0
即ち、加算した回数で除し平均溶接電流,平均溶接電
圧を求める(ステップ104,105)。
次に、求めた平均電流から設定溶接電流I0を減じて
溶接電流の誤差εIを求め(ステップ106)、該誤差εI
の絶対値が設定値εI0以下、即ち設定許容範囲内であれ
ば、電流の補正量ΔI,ワイヤ送給速度指令値の補正量Δ
Fwを「0」にし、設定許容範囲内でなければ、上記誤差
εIに電流のゲイン(設定所定値)GIを乗じて電流の補
正量ΔIを求め、この補正量ΔIと、ステップ104で求
めた平均溶接電流及びパラメータa,bの設定値より第
(8)式の演算を行って、ワイヤ送給速度指令値の補正
量ΔFwを求める(ステップ107〜111)。
次に、平均溶接電圧より設定溶接電圧V0を減じて溶
接電圧の誤差εVを求め(ステップ112)、該誤差εV
絶対値が設定値εV0、即ち、設定許容範囲内か否か判断
し設定値εV0より小さければ、電流指令値の補正量Δu
を「0」にし、設定値εV0以上であれば、誤差εVに電
圧のゲイン(所定値)Gvを乗じて電圧補正量ΔVを求
め、該補正量ΔV,ステップ108又は110で求めた電流補正
量ΔI及び設定パラメータK1,K2の値より第(7)式の
演算を行って電流補正量Δuを求める(ステップ113〜1
16)。
そして、現在のワイヤ送給速度指令値(始めは設定し
た指令値)Fwより上記ステップ109、又は111で求めた補
正量ΔFwを減じて更新されたワイヤ送給速度指令値Fwを
求めて溶接機30へ出力する(ステップ117)。
又、現在の電源指令値(始めは設定値)uからステッ
プ115,116で求めた補正量Δuを減じて更新された電源
指令値uを求め溶接機30へ出力し(ステップ118)、レ
ジスタR(I),R(V)カウンタCをクリアして(ステ
ップ119)、当該周期の処理を終了する。
以下、第1図に示す処理を所定周期毎行い、溶接電流
の誤差ΔI及び溶接電圧の誤差ΔVが設定許容範囲内に
入るまで(ステップ107,113)、ワイヤ送給速度指令値
の補正量ΔFw,電源指令値の補正量Δuが求められ、こ
の補正量ΔFe,Δuによってワイヤ送給速度指令値Fw,電
源指令値uが更新され(ステップ117,118)、溶接電流
I,溶接電圧Vが指定値I0,V0の許容範囲内に入るように
自動的にフィードバック制御されることとなる。なお、
上記実施例では、ワイヤ送給速度指令の補正量ΔFwを設
定されたパラメータa,bの値により第(8)式の演算を
行って求めたが、溶接電流Iを区分し、各区分毎のg′
(I)の値を求めておき、指定溶接電流I0に対するg′
(I)の値を設定することによって補正量ΔFwを求める
ようにしてもよい。
発明の効果 本発明においては、溶接電流,溶接電圧が指定値にな
るようにワイヤ送給速度指令値,電源指令値が自動的に
補正されるから、従来のように試し溶接を行う必要がな
く、かつ、正確な条件(溶接電流,溶接電圧)でアーク
溶接を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の溶接電流・電圧フィードバ
ック制御処理のフローチャート、第2図は同実施例を実
施する溶接ロボットの要部ブロック図、第3図は電流指
令値における溶接電圧−電流の特性を表す図、第4図は
溶接電流−ワイヤ送給速度特性を表す図である。 10…ロボット制御装置,11…プロセッサ(CPU),20…ロ
ボット本体,30…溶接機,V…溶接電圧,I…溶接電流,u…
電源指令値,Fw…ワイヤ送給速度。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−245971(JP,A) 特開 昭61−71178(JP,A) 特開 昭57−14473(JP,A) 特開 昭61−88973(JP,A) 実開 昭58−71470(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定周期毎、溶接電流,溶接電圧を検出
    し、検出値が所定数に達する毎に溶接電流及び溶接電圧
    の平均値を求め、該各平均値と溶接電流指令値及び溶接
    電圧指令値との誤差を夫々求め、該夫々の誤差が設定許
    容範囲内に入るまで、溶接電流の誤差に基いて溶接機へ
    のワイヤ送給速度指令を補正すると共に、溶接電流の誤
    差及び溶接電圧の誤差に基いて溶接機への電源指令値を
    補正することを特徴とするアーク溶接電流・電圧フィー
    ドバック制御方法。
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