JP2969694B2 - 溶接線倣い制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、溶接トーチをオシレートさせてアーク長及
びワイヤ突き出し長の変化に伴う電気的変化を検出し、
溶接に倣わせる溶接線倣い制御方法に関するものであ
る。

特に、本発明は、被溶接物の板厚、材質、加工姿勢な
どが異なっても、同一の装置で広範囲の溶接条件に適用
できるアーク溶接用アークセンサによる溶接線倣い制御
方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来から、溶接トーチをオシレートさせてアーク長及
びワイヤ突き出し長の変化によって発生する電気的変化
を検出するアークセンサの検出信号によって、溶接トー
チを溶接線に倣わせる溶接線倣い制御方法が使用されて
いる。

この従来のアーク溶接方法を用いられているアークセ
ンサによる溶接線倣い制御方法の原理は、被溶接物の板
厚が2.0［mm］以上の中又は厚板を対象とし、下向姿勢
のスプレーアーク溶接方法を対象とした制御方法であ
る。

この従来のアークセンサは、上記の原理を基本として
各種改良がなされて水平隅肉溶接の場合は、溶接速度が
120［cm/min］程度の比較的低速度の溶接においては比
較的良好な結果が得れている。また、水平隅肉溶接の場
合は、板厚2.0［mm］程度までの薄板であれば、実用可
能になっている。

しかし、最近の自動車各種部品の薄板溶接又は各種構
造物の立向下進溶接になると、入熱を制限するために、
溶接速度を高速度にするとともに、アーク長を短くし
て、短絡現象が生じる領域を使用するショートアーク溶
接方法が広く使用されるようになってきた。さらに、シ
ョートアーク溶接方法のスパッタ発生を改善するため
に、アーク長を短くして、時々短絡が現われるMAGパル
スアーク溶接方法も広く用いられるようになってきた。

しかし、従来のアークセンサは、前述したように、ス
プレーアークでアーク発生中のアーク長が略一定である
として、ワイヤ先端の突出し長の変化による溶接電流の
変化を検出して、種々の演算を行い倣い制御に適用でき
るものである。

これに対して、入熱を制限するショートアーク溶接方
法及びMAGパルスアーク溶接方法は、アーク長を短くし
ているので、短絡による溶接電流の変化が大きく影響し
て従来のアークセンサでは倣い制御を行うことができな
い。

［発明が解決しようとする問題点］ 通常、アーク溶接は、被溶接物の板厚、材質、加工姿
勢などが異なると、溶接電流、溶接電圧、シールドガス
の種類等を変化させることによって、アーク長、入熱を
変化させており、アーク現象も、スプレーアーク溶接方
法、短絡の比較的少ないMAGパルスアーク溶接方法、短
絡の多いショートアーク溶接方法等を選定することが必
要である。最近では、１台のロボットを用いて、各種姿
勢の溶接方法、特にショートアーク溶接方法の適用が拡
大している。

しかし、通常のアークセンサ制御方法をショートアー
ク溶接方法に適用しようとすると、アーク電流を検出す
る周波数に問題がある。アーク発生と短絡とを繰り返す
ショートアーク溶接方法のアーク現象中で、短絡現象の
断続期間は、数［m sec］内の短時間であり、周波数に
して数100［Hz］の現象であるのに対して、アークセン
サで検出する電流の変化は、オシレート周波数の２倍、
すなわち、オシレート周波数をたとえば高速度にしても
20［Hz］程度である。そこで、従来の方法では、検出し
た電流のアナログ出力を50［Hz］程度のアナログ・ロー
パスフィルタに入力して、200乃至500［Hz］程度でサン
プリングを行うことにより、20［Hz］程度の変化を出力
して、倣い制御信号としている。このようなアナログ・
ローパルスフィルタの出力信号は、トーチ位置信号に対
して30［゜］前後の位相遅れが生じ、フィルタ回路のバ
ラツキをも含めて、種々のショートアーク溶接の加工条
件の変化に追従させて、高精度で補償することは、極め
て困難であるので、従来のアークセンサ制御方法をショ
ートアーク溶接方法に適用できない。すなわち、各溶接
条件、例えば板厚によってオシレート周波数を0.5乃至1
0［Hz］の範囲内で適正値を選択する必要が生じるが、
オシレート周波数を広範囲の変位に対応させて上記の位
相送れの誤差を高精度で補償することは、極めて困難で
ある。

このように、前述したソートアーク溶接方法だけにし
か用いることができないアークセンサによる倣い制御方
法では、同一装置で、溶接条件を広く選定することがで
きないという問題点があった。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、従来からのスプレーアーク溶接方法に適用
できることはもちろん、薄板又は立向下進溶接にも適用
できるように入熱を制御するために、溶接速度を高速度
にするとともに、スプレーアーク溶接方向はもちろん、
ショートアーク溶接方法及びアーク長の短いMAGパルス
アーク溶接方法にも適用できる溶接線倣い制御方法を提
供することにある。

すなわち、本発明は、溶接速度を高速度にした溶接方
法に適用するために、又はショートアーク溶接方法若し
くはアーク長の短いMAGパルスアーク溶接方法のように
アーク現象が短時間内に変化をする溶接方法を適用する
ために、オシレート周波数を、５乃至10［Hz］の高速度
にするとともに、上述した短時間内に変化をする現象に
追従することができるように、溶接電流のサンプリング
周波数を大きくし、サンプリングしたデータの移動平気
とトーチ位置検出信号とから波形信号を出力して、その
波形信号によって溶接線の倣い制御をする方法を要旨と
するものである。

そこで、本発明の構成は、溶接トーチをオシレートさ
せてアーク長及びワイヤ突き出し長の変化に伴う電気的
変化を検出市し、検出信号により溶接トーチを溶接線に
倣わせる溶接線倣い制御方法において、溶接トーチの各
オシレート位置に対する一連のオシレート位置検出信号
S11をオシレート用リングバッファ18aに記憶し、オシレ
ート用リングバッファ18aから、オシレートＮ周期分の
一連のオシレート位置検出信号から成るデータXmを読み
出し、このデータXmをオシレート用フィルタ回路19に出
力してオシレート周波数よりも低い周波数のノイズ（以
下、低周波ノイズという。）及びドリフトを取り除いた
一連の位置フィルタ信号S19から成るデータＸを出力す
ると共に、溶接電流検出信号S10を高周波クロック信号
によってサンプリングして一連の溶接電流検出信号S10
を、溶接電流用リングバッファ20aに記憶し、溶接電流
用リングバッファ20aから、オシレートＮ周期分の一連
の電流バッファ信号から成るデータYmを読み出し、この
データYmを溶接電流用フィルタ回路12に出力して、デー
タYmからＵ個のデータの平均値Ｙを演算することによ
り、後述する高周波ノイズの除去を行い、データＸとデ
ータＹとから波形信号S13を出力し、波形信号S13の左半
分と右半分との比較信号の差が小さくなる方向に、溶接
トーチの中心を移動させる溶接線倣い制御方法である。
前述したように、ショートアーク溶接方法の短絡移行に
伴う電流変動の周波数、パルスアーク溶接方法の溶滴移
行を制御するパルス電流変化の周波数等の溶滴移行に伴
う溶接電流変動の周波数以上の高い周波数のノイズが高
周波ノイズとなる（以下、高周波ノイズという）。

［実施例］ （１）本発明の制御方法を実施するための装置全体の説
明第１図（Ａ）は、本発明の溶接線倣い制御方法を実施
する装置の実施例のブロック図を示し、第14図は、本発
明の制御方法を適用してアーク溶接するための装置全体
の概略構成図である。

第１図（Ａ）において、１は溶接ロボット本体、WTは
溶接ロボットの手首に取り付けられた溶接トーチ、Ｗは
消耗電極、Waは消耗電極先端、Wl及びWrはそれぞれ左側
の被溶接物及び右側の被溶接物であって両者の突き合わ
せ線が溶接線W0を形成している。溶接トーチWTと被溶接
物との間には、溶接電流検出回路10を通じて溶接電源９
が接続されている。８はロボットのトーチ位置制御回路
であって、溶接トーチWTの移動と矢印L0及びR0の方向の
オシレート動作とを制御すると共に、溶接トーチWTの位
置を検出するエンコーダの出力信号を入力としてトーチ
位置パルス列信号S8を出力する。11はトーチ位置パルス
列信号S8を入力として第１図（Ｂ）に示すオシレート位
置検出信号S11を出力する溶接トーチ位置検出回路であ
る。18はオシレート位置検出信号S11を順次にメモリす
るオシレート用記憶回路である。19は、オシレート用記
憶回路18から、最新の信号よりも前のオシレートＮ周期
分の信号を読み出し低周波ノイズ及びドリフトを除去す
るオシレート用フィルタ回路である。20は溶接電流検出
回路10が検出した溶接電流に対応した溶接電流検出信号
S10を順次にメモリする溶接電流用記憶回路である。12
は、記憶回路20から、オシレート各位置に対応した最新
の信号よりも前のオシレートＮ周期分の信号を読み出し
高周波ノイズを除去して第１図（Ｃ）に示す溶接電流１
に対応する電流フィルタ信号S12を出力する溶接電流用
フィルタ回路である。13は、位置フィルタ信号S19と電
流フィルタ信号S12と入力として、第１図（Ｄ）に示す
オシレート位置に対する溶接電流の変化を示す波形信号
S13を出力する位置・電流波形合成回路である。14は波
形信号S13を入力としてオシレート幅の右半分を右方向
に進行しているとき（以下、右進時という）に検出した
溶接電流検出信号（第１の検出信号）と左方向に進行し
ている時（以下、左進時という）に検出した溶接電流検
出信号（第２の検出信号）とを比較して第１図（Ｅ）に
示す第１の比較信号Ｒを出力する右位置電流差演算回路
である。15は波形信号S13を入力としてオシレート幅の
左半分を左進時に検出した溶接電流検出信号（第３の検
出信号）と右進時に検出した溶接電流検出信号（第４の
検出信号）とを比較して第１図（Ｆ）に示す第２の比較
信号Ｌを出力する左位置電流差演算回路である。16は第
１の比較信号Ｒと第２の比較信号Ｌとの差の左右電流差
信号Ｊ＝Ｒ−Ｌを出力する左右電流差演算回路である。
26は、左右電流差信号Ｊを入力として、関数Ｆ（Ｊ）か
ら、溶接線中心位置のずれ方向とずれ量とを表わす信号
（以下、位置ずれ信号という）Ｚを出力する位置ずれ演
算回路である。17は位置ずれ信号Ｚを入力として、倣い
操作量Ｑを演算するオシレート中心位置補正回路であ
る。25は、倣い操作量Ｑを入力として、オシレート中心
位置を修正する中心位置補正信号S17を前述したロボッ
トのトーチ位置制御回路８に出力する通信ドライバであ
る。

第14図において、第１図（Ａ）と同一の符号の説明は省
略する。同図において、２はロボット制御装置であっ
て、第１図（Ａ）の溶接トーチ位置検出回路11及びトー
チ位置制御回路８を含んでいる。３は、倣い制御装置で
あって、第１図（Ａ）で説明した符号12乃至26の各回路
を含んでいる。21は、溶接トーチ位置検出回路11の一部
分を形成するエンコーダ信号累積カウンタであって、オ
シレート位置に対応するエンコーダ信号を累積して累積
カウンタ21のカウント値を後述するCPL23に読込む。CPU
23は、第１図（Ａ）で説明した符号12乃至17,19及び26
の各回路を形成する。24は主記憶回路であって、その領
域の一部分に、第１図（Ａ）の符号18及び20の回路を形
成する。10は溶接電流検出回路であって、電流検出ホー
ル素子10a,増幅回路10b,サンプリングホールド回路10c
及びA/Dコンバータ10dから成る。

（２）第２図乃至第10図の説明 第２図乃至第10図の説明は、図面の簡単な説明の欄と
同じであるので、説明を省略する。

（３）右位置電流差演算回路14及び左位置電流差演算回
路15の動作説明（第５図乃至第９図参照） 第１の実施例 演算回路14は、波形信号S13を入力として、溶接トー
チがオシレート幅の右半分を右進時に検出した溶接電流
の積分値ΣRr（第１の検出信号）と左進時に検出した溶
接電流の積分値ΣRl（第２の検出信号）との比ΣRr/ΣR
lの第１の比較信号R1を出力する。

演算回路15は、波形信号S13を入力として、溶接トー
チのオシレート幅の左半分を左進時に検出した溶接電流
の積分値ΣLl（第３の検出信号）と右進時に検出した溶
接電流の積分値ΣLr（第４の検出信号）との比ΣLl/ΣL
rの第２の比較信号L1を出力する。

第２の実施例 演算回路14は、第１の実施例において、第１の検出信
号ΣRrと第２の検出信号ΣRlとの差（ΣRr−ΣRl）の第
１の比較信号R2を出力する。演算回路15は、第１の実施
例において、第３の検出信号ΣLlと第４の検出信号ΣLr
との差（ΣLl−ΣLr）の第２の比較信号L2を出力する。

第３の実施例 演算回路14は、波形信号S13を入力として、溶接トー
チがオシレート幅の右半分を右進時の中間位置で検出し
た溶接電流信号Rr（第１の検出信号）と左進時の中間位
置で検出した溶接電流信号Rl（第２の検出信号）との比
Rr/Rlの第１の比較信号R3を出力する。演算回路15は、
波形信号S13を入力として溶接トーチがオシレート幅の
左半分を左進時の中間位置で検出した溶接電流信号Ll
（第３の検出信号）と右進時の中間位置で検出した溶接
電流信号Lr（第４の検出信号）との比Ll/Lrの第２の比
較信号L3を出力する。

第４の実施例 演算回路14は、第３の実施例において、第１の検出信
号Rrと第２の検出信号Rlとの差（Rr−Rl）の第１の比較
信号R4を出力する。演算回路15は、第３の実施例におい
て、第３の検出信号Llと第４の検出信号Lrとの差（Ll−
Lr）の第２の比較信号L4を出力する。

第５の実施例 第５の実施例は、第１の乃至第４の実施例において、
オシレート速度が７〜10［Hz］の高速度の時に、第１の
比較信号Ｒと第２の比較信号Ｌとの極性を互に逆にした
場合である。

第６の実施例 演算回路14は、波形信号S13を入力として、溶接トー
チの右進時のオシレート右端で検出した溶接電流値Re
（第１の検出信号）と左進時のオシレート中心で検出し
た溶接電流値Cl（第２の検出信号）との比Re/Clの第１
の比較信号R6を出力する。演算回路15は、波形信号S13
を入力として、溶接トーチの左進時のオシレート左端で
検出した溶接電流値Le（第３の検出信号）と右進時のオ
シレート中心で検出した溶接電流値Cr（第４の検出信
号）との比Le/Crの第２の比較信号L6を出力する。な
お、高速度のオシレートの場合に、前述した検出精度の
向上のために、第１の比較信号R6としてRe/Crを出力
し、第２の比較信号L6としてLe/Clを出力するようにし
てもよい。

第７の実施例 演算回路14は、第６の実施例において、第１の検出信
号Reと第２の検出信号Clとの差（Re−Cl）の第１の比較
信号R7を出力する。演算回路15は、第６の実施例におい
て、第３の検出信号Leと第４の検出信号Crとの差（Le−
Cr）の第２の比較信号L7を出力する。なお、前述した検
出精度の向上のために、高速度のオシレートの場合に、
第１の比較信号R7として（Re−Cr）を出力し、第２の比
較信号L7として（Le−Cl）を出力するようにしてもよ
い。

その他の変形例 本発明の倣い制御方法は、以上の実施例に限定される
ものではなく、請求項に含まれる各種の変形、例えば溶
接トーチをオシレートさせてアーク長及びワイヤ突き出
し長の変化に伴う電気的変化であれば、溶接電流の平均
値、サンプリングした溶接電流のディジタル信号、ショ
ートアーク溶接方法のアーク期間又は短絡期間の電圧又
は電流、MAGパルスアーク溶接方法のベース期間の電流
又は電圧等を使用することができる。

（４）サンプリングの動作説明 第１図及び第14図に示す倣い制御装置３のサンプリン
グ動作について説明する。

トーチ位置及び溶接電流のサンプリング周期 溶接トーチWTの各オシレート位置に対応した溶接電流
値のデータをサンプリングする周期を定めるクロック信
号の周波数Fsは、ショートアーク溶接における短絡時又
はアーク長の短いMAGパルスアーク溶接におけるパルス
電流とベース電流との変化時における溶接電流波形の微
細な数m sec（数100Hz）の変化を、正確にサンプリング
できるようにするために、10〜15［KHz］の高い周波数
を選定する。

オシレート中心位置補正の周期 オシレート中心位置補正の周期（以下、位置補正周期
という）Tdを短くすると、溶接トーチと溶接線との位置
ずれを微細に制御することができるが、この位置補正周
期Tdは１回の位置補正演算時間Tcよりも小さくすること
はできない。逆に、位置補正周期Tdを長くすると、倣い
制御のための演算時間を長くとることができるので、１
回のオシレート中心位置補正に処理できるデータ数を大
きくすることができ、信頼性を向上させることができ
る。

そこで、位置補正周期Tdとしては、位置補正周期Tdの
間に溶接トーチが溶接線方向に移動する距離をLdとする
と、溶接トーチの溶接線方向への移動速度（溶接速度Vd
の設定値に対して、移動距離Ldが略一定となり、かつ位
置補正周期Tdが、１回の位置補正演算時間Tcよりも長く
なる値を選定する。すなわち、TdはLd/Vd又はTcのいず
れかの最大値を選定すればよい。

溶接トーチ位置及び溶接電流検出信号の記憶 オシレート位置検出信号S11及び溶接電流検出信号S10
は、主記憶回路24の領域の一部分をしめるバッファに記
憶される。ここで使用するバッファは、バッファの最終
アドレスの次のアドレスが、先頭のアドレスに戻るリン
グバッファ18a及び20aに、バッファのどの位置にデータ
を書き込み（読み出し）するかという情報（以下、リン
グバッファポインタという）によって書き込み又は読み
出しが行われる。

サンプリング動作の流れ図 第15図に、オシレート位置検出信号S11及び溶接電流
検出信号S10をサンプリングしてリングバッファ18a及び
20aに書き込むサンプリング動作の流れ図を示す。

電源の投入時に、オシレート用記憶回路18及び溶接電
流用記憶回路20を初期化する。

倣い制御の開始時に、図示していない検出信号サンプ
リング用クロック信号のクロック回路をリセットする。

倣い制御開始とともにサンプリング用クロック信号を
起動する。

溶接トーチ位置検出回路11のエンコーダが検出したエ
ンコーダ信号を、エンコーダ信号累積カウンタ21で累積
して一連のオシレート位置検出信号S11をCPU23に読み込
む。

CPU23に読み込んだ第16図（Ａ）に示す一連のオシレ
ート位置検出信号S11を、主記憶回路24のオシレート用
リングバッファ18aに、リングバッファポインタが指示
する位置へ記憶する。

溶接電流検出回路10の溶接電流検出信号S10を、第14
図に示すA/Dコンバータ10dでディジタル信号に変換して
CPU23に読み込む。

CPU23に読込んだ第17図（Ａ）に示す一連の溶接電流
検出信号S10を、主記憶回路24の溶接電流用リングバッ
ファ20aに、リングバッファポインタが指示する位置へ
記憶する。

リングバッファポインタを進め、第１図及び第14図に
図示していないクロックカウンタを１だけ増加させ、ク
ロックカウンタのカウント値が設定値Ｍに達するまでサ
ンプリングを繰り返す。（設定値Ｍは、例えば、前述し
たサンプリングのクロック信号の周波数Fsと位置補正周
期Tdとの積である。） クロックカウンタ値が設定値Ｍに達すると、クロック
カウンタをリセットするとともに、倣い制御演算開始の
指令を出力した後、サンプリングを繰り返す。

サンプリングを継続しないときには、サンプリングク
ロック信号を停止して倣い制御を終了する。

（５）フィルタの動作説明 オシレート用フィルタ 第16図（Ａ）に示す一連のオシレート位置検出信号S1
1を記憶しているオシレート用リングバッファ18aから、
リングバッファポインタが指示する最新のオシレート位
置検出信号S111よりも前のオシレートＮ周期（例えば１
周期）の一連のオシレート位置検出信号S11（以下、デ
ータXmという）を読み出して位置バッファ信号S18とし
て出力し、オシレート用バッファ18bに記憶する（第16
図（Ｂ）参照）。

オシレート用バッファ18bに記憶されたデータXmを、
オシレート用フィルタ回路19に出力して低周波ノイズ及
びドリフトの取り除き、第16図（Ｃ）に示す位置フィル
タ信号S19（以下、データＸという）を出力する。

溶接電流用フィルタ 第17図（Ａ）に示す溶接電流検出信号S10を記憶して
いる溶接電流用リングバッファ20aから、リングバッフ
ァポインタが指示する最新の電流信号S201よりも前のオ
シレートＮ周期（例えば１周期）の一連の溶接電流検出
信号S10（以下、データYmという）を読み出して電流バ
ッファ信号S20として出力し、溶接電流用バッファ20bに
記憶する（第17図（Ｂ）参照）。

溶接電流用バッファ20bに記憶されたデータYmを、溶
接電流用フィルタ回路12に出力して高周波ノイズを取り
除き、第17図（Ｃ）に示す電流フィルタ信号S12（以
下、データＹという）を出力する。

オシレート用フィルタ回路の動作説明 第18図（Ａ）乃至（Ｄ）を参照してオシレート用フィ
ルタ回路19の動作を説明する。

同図（Ａ）に示すように、オシレート用バッファ18b
から読み出されたデータXmの最初の信号値と最後（最新
の信号値S111とを直線で結び、その直線をオシレート位
置の零点となるように、同図（Ｂ）のとおり変換する。

さらに、同図（Ｂ）のデータの最大値Xlと最小値Xsと
の平均値Xa（同図（Ｃ））が、オシレート位置の零点と
なるように、同図（Ｄ）のとおり変換する。

溶接電流用フィルタ回路の動作原理 第19図の実線は、溶接電流用リングバッファ20aの一
連の電流バッファ信号S20（データYm）の時間的経過ｔ
を示す。同図において、データＹの平滑化時間Ta（10〜
50［msec］）の間のｕ個のデータの移動平均を演算す
る。

このときの移動平均個数ｕは、バッファ信号の平滑化
時間Taとサンプリングのクロック信号の周波数Fsとの積
であり、時刻T1における移動平均値Ytは、次の式で表わ
され、移動平均値Ytの時間的経過ｔは第19図の点線Ｙの
ようになる。

上記のように移動平均値Ytをとることによって、従来
のアナログ・ローパスフィルタのような位相遅れを生じ
ることなく、ショートアーク溶接方法の短絡現象のよう
な短時間の変化に追従することができる。なお、オシレ
ート位置検出用エンコーダの出力信号Ｘの周波数を溶接
電流のサンプリング周波数と同一の10〜15［KHz］にし
てもよいが、オシレート位置検出信号S11はノイズが少
ないので、この信号を処理する演算回路（CUP）の処理
能力を少なくするために、この信号のサンプリング周波
数を１［KHz］程度の低い周波数にすることもできる。
この場合においては、一連の電流バッファ信号S20（デ
ータYm）の移動平均値Ytの10〜15個の平均をとることに
より、データＹの周波数をトーチ位置検出用エンコーダ
の出力信号Ｘと同一の周波数までさげて、これらの両信
号Ｘ及びＹから波形信号を形成させることができる。

なお、本発明では、第19図に示すように移動平均値Yt
の時間的経過ｔを用いているので、従来のアナログ・ロ
ーパスフィルタのような位相遅れ及びエネルギロスがな
い。しがたって、ショートアーク溶接方法においても、
アーク発生中の入熱と短絡中の入熱を正確に換算した出
力信号が得られ、等価なワイヤ突出し長が求められるの
で、スプレーアーク溶接方法のワイヤ突出し長の変化に
よる溶接電流を検出したアークセンサの原理と同じ扱い
をすることができる。

（６）位置補正信号の演算 第16図（Ｃ）に示す位置フィルタ信号S19（データ
Ｘ）と第17図（Ｃ）に示す電流フィルタ信号S12（デー
タＹ）とを、位置・電流波形合成回路13に入力して、第
20図に示す波形信号S13を形成する。

右位置電流差演算回路14は、波形信号S13を入力とし
て、第21図（Ｂ）に示す溶接トーチがオシレート幅の右
半分を右進する時の電流データのディジタル値の総和Σ
Rrと、同図（Ｃ）に示す右半分を左進する時の電流デー
タのディジタル値の総和ΣRlとの差である第１の比較信
号R8＝ΣRr−ΣRlを演算する（第21図（Ａ）参照）。

なお、第21図（Ａ）乃至（Ｃ）及び第22図（Ａ）乃至
（Ｃ）の横軸は、オシレート位置Ｐに対応する位置フィ
ルタ信号S19を表わし、縦軸は溶接電流値Ｉに対応する
電流フィルタ信号S12を表わす。

左位置電流差演算回路15は、波形信号S13を入力とし
て、第22図（Ｂ）に示す溶接トーチがオシレート幅の左
半分を左進する時の電流データのディジタル値の総和Σ
Llと、同図（Ｃ）に示す左半分を右進する時の電流デー
タのディジタル値の総和ΣLrとの差である第２の比較信
号L8＝ΣLl−ΣLrを演算する（第22図（Ａ）参照）。

左右電流演算回路16は、第１の比較信号R8と第２の比
較信号L8との差の信号Ｊ＝R8−L8を演算する。

位置ずれ演算回路26は、差の信号Ｊの変数とする関数
Ｆ（Ｊ）から、溶接線中心位置ずれの方向と量とを表わ
す信号Ｚ＝Ｆ（Ｊ）を出力する。

関数Ｆ（Ｊ）としては、例えばaJ＋ｂが用いられる。

ただし、ａ及びｂは、予め定めた定数で、例えば、オ
シレート周波数５［Hz］の時は、波形信号S13が「８の
字」の正回転方向となるので、ａ＞０とする。又は10
［Hz］の時は、逆回転方向となるのでａ＜０とする。

位置ずれ信号Ｚの算出 消耗電極先端Waを、予め溶接線W0より既知の値Zrだけ
ずらして溶接を行ない、前述した項の差の信号Jrを演
算すると、開先形状、溶接トーチ姿勢等によって、第23
図（Ａ）、（Ｂ）等に示される状態図が得られる。

これにより、例えば第23図（Ａ）においては、ZrとJr
とが略直線状であるので、Zr＝aJr＋ｂ式に置換するこ
とができ、回帰分析によって、a,bの値を求めると、前
述した項の差の信号Ｊから、オシレート中心位置ずれ
信号Ｚを求めることができる。

17は、位置ずれ信号Ｚから、倣い操作量Ｑを求めるオ
シレート中心位置補正回路である。

倣い操作量Ｑは、例えばPID制御においては ただし、k,,mは定数、 ｉは倣い制御演算回数である。

倣い操作量Ｑを入力とする通信ドライバ25は、中心位
置補正信号S17を、トーチ位置制御回路８に出力してオ
シレート中心位置ずれを補正することによって、倣い制
御を行う。

［発明の効果］ 本発明の効果は次のとおりである。

（１）高速溶接における溶接線倣いが可能となった。

従来の溶接線倣い制御方法では、オシレート周波数が
5Hz程度の中速度までしか溶接線の検出ができなかっ
た。第12図は、オシレート周波数［Hz］（横軸）に対す
る溶接線との位置ずれ検出誤差（以下、検出誤差とい
う）の標準偏差［mm］（縦軸）を示す線図である。同図
の点線は、従来の制御方法の検出誤差の標準偏差を示す
曲線であって、オシレート周波数が6Hz以上になると、
検出誤差の標準偏差が１［mm］を大幅にこえるために使
用できなかった。これに対して同図の実線は、本発明の
制御方法の検出誤差の標準偏差を示す曲線であって、オ
シレート速度が２〜6Hzの間は検出誤差の標準偏差が1.0
［mm］未満であり、6Hzをこえると従来とは逆に、検出
誤差の標準偏差が減少して10［Hz］の高速度では、0.5
［mm］となり、特に高速度において検出誤差が小さくな
っている。

従来の倣い制御方法では、オシレート周波数を大にし
ないで、溶接速度のみを大にすると、オシレートによる
溶接ビード蛇行が目立つようになる。そこで、従来の溶
接線追従時の最高溶接速度は、下向隅肉溶接では120［c
m/min］程度であり、重ね隅肉溶接では80［cm/min］程
度であった。これに対して本発明では、オシレート周波
数を７〜10Hzを高速度にできるために、溶接線追従時の
最高溶接速度を、下向隅肉溶接では200［cm/min］、重
ね隅肉溶接では150［cm/min］程度まで上昇させること
ができた。すなわち、溶接速度を従来の２倍にしても、
オシレート周波数も従来の２倍にすることができるため
に、オシレートによるビートの蛇行は同じで問題になら
ない。

また、従来では、溶接線追従時の最高溶接速度に前述
した限度があったために、薄板においても、溶接速度を
速くすることができないので、最小板厚は、水平隅肉溶
接では2.0［mm］、重ね隅肉溶接では3.2［mm］が限度で
あった。これに対して本発明では、最小板厚を、水平隅
肉溶接では1.2［mm］まで、重な隅肉溶接では2.3［mm］
まで適用が可能となった。

（２）溶接線追従の精度が向上した。

アークセンサではオシレートの一周期又は半周期の溶
接電流の平均電流のデータを基に、溶接線からの位置ず
れが検出されるが、オシレート周波数を高くすることに
よって単位時間に検出を行うことができる回数が増加す
る。

第13図は、教示された溶接線（横軸の一致）に対し
て、傾斜して配置された実際の溶接線Woの位置ずれを示
しており、横軸は溶接時間［SEC］、縦軸は教示溶接線
（横軸と一致）に対する傾斜して配置された実際の溶接
線との配置の位置ずれ［mm］である。同図において点線
は、オシレート周波数が2.5［Hz］の従来の制御方法に
よる傾斜した実際の溶接線Woとオシレート中心Ｃとの位
置ずれの時間経過を示し、位置ずれが最大1.0［mm］も
生じている。これに対して、同図の実線は、オシレート
周波数が10［Hz］の本発明の制御方法による傾斜した実
際の溶接線Woとオシレート中心Ｃとの位置ずれの時間経
過を示し、位置ずれの最大値は0.5［mm］以下であっ
て、従来の半分以下になり、溶接線追従の精度が向上し
ている。

（３）立向下進溶接における倣い制御が可能になった。

立向下進溶接においては、溶融金属がアークの下方に
垂れさがり、開先の表面まで溶融金属が不安定に流動す
るために、従来の倣い制御方法では、立向下進溶接をア
ークセンサ倣い制御によって行うことは、極めて困難で
あった。それに対して本発明の制御方法においては、オ
シレート速度を高速度にして溶接速度を高速度にするこ
ができるようになったために、溶融金属が垂れ落ちる速
度よりも速い溶接速度で溶接トーチ（アーク）を移動さ
せるので、溶融金属の垂れ落ちの影響をほとんど受ける
ことなく、安定した立向下進溶接の倣い制御を行うこと
が可能になり、例えば、溶接速度が200［cm/min］の立
向隅肉下進溶接、溶接速度が150［cm/min］の立向重ね
隅肉溶接を行うことができる。

（４）小電流溶接時にも精度の高い倣い制御が可能にな
った。

アークセンサによる倣い制御方法は、溶接電流が小さ
くなると検出誤差が大になるが、本発明の倣い制御方法
では、小電流になっても、オシレート速度を高速度にす
ることによって検出誤差が従来よりも小さくできるため
に、従来よりも小電流溶接時にも倣い制御方法を行うこ
とができる。

（５）各種溶接方法に共通に適用できる。

従来の倣い制御方法では、アーク長が略一定であるこ
とが前提であったために、アーク長が変動したり、溶接
電源の回路インダクタンスの異なる溶接法に共通に使用
することができなかった。それに対して、本発明の倣い
制御方法は、短時間内にアーク長が変動しても、溶接電
源の回路インダクタンスが変化しても適用できるため
に、スプレーアーク溶接方法でも、ショートアーク溶接
方法でも、アーク長の短いMAGパルスアーク溶接方法で
も広い溶接条件の範囲にわたって、単独に又は共用して
使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は、本発明の溶接線倣い制御方法を実施す
るための装置の実施例のブロック図であり、同図（Ｂ）
乃至（Ｆ）は各回路の出力波形図であって、同図（Ｂ）
は溶接トーチ位置検出回路11の出力でオシレート位置検
出信号の波形図、同図（Ｃ）は溶接電流用フィルタ回路
12の出力の電流フィルタ信号の波形図、同図（Ｄ）は位
置・電流波形合成回路13の出力の波形信号の波形図、同
図（Ｅ）は右位置電流差演算回路14の出力である第１の
比較信号の波形図、同図（Ｆ）は左位置電流差演算回路
15の出力である第２の比較信号の波形図である。 第２図は、従来の倣い制御方法の位置ずれがない場合で
あってアーク長が一定と仮定した場合の説明図であっ
て、同図（Ａ）はオシレート位置Ｐ（横軸）と溶接電流
値Ｉ（縦軸）との関係を示す図、同図（Ｂ）は溶接トー
チWTのオシレート位置に対応した消耗電極先端Wa、ワイ
ヤ突き出し長A1,A0アーク長B0の関係を示す図、同図
（Ｃ）及び（Ｄ）はそれぞれ時間的経過ｔ（横軸）に対
する溶接電流値Ｉ及びオシレート位置Ｐ（縦軸）を示す
図である。 第３図は、従来の倣い制御方法の第２図において、位置
ずれがある場合のオシレート位置Ｐと溶接電流値Ｉとの
関係を示す図である。 第４図は、オシレート速度が２〜５［Hz］程度で位置ず
れがない場合であって、実測したオシレート位置Ｐと溶
接電流値Ｉとの関係を示す図であり、第５図は第４図に
おいて、位置ずれが少ない場合の実測したオシレート位
置Ｐと溶接電流値Ｉとの関係を示す図である。 第６図乃至第９図は、本発明の制御方法を検討するため
のアーク長の変動及び溶接電源回路のインダクタンスを
考慮にいれた微分方程式から求めたオシレート位置Ｐと
溶接電流値Ｉとの関係を示す図であって、第６図（Ａ）
乃至（Ｃ）はオシレート速度が0.5〜２［Hz］の超低速
度、第７図（Ａ）乃至（Ｃ）は２〜５［Hz］の低速度、
第８図（Ａ）乃至（Ｃ）は５〜７［Hz］の中速度及び第
９図（Ａ）乃至（Ｃ）は７〜10［Hz］の高速度の場合の
それぞれのオシレート中心が溶接線に対して右にずれて
いる場合、位置ずれがない場合及び左にずれている場合
のオシレート位置Ｐと溶接電流Ｉとの関係を示す図であ
る。 第10図（Ａ）は溶接トーチWTのオシレート中心Ｃと溶接
線W0とが一致している時（位置ずれがない時）のオシレ
ート位置と被溶接物の位置との関係を示す図であり、同
図（Ｂ）は時間的経過ｔに対するオシレート位置Ｐを示
す図、同図（Ｃ）乃至（Ｆ）はオシレート速度がそれぞ
れ0.5［Hz］,5［Hz］,7［Hz］及び10［Hz］の時のオシ
レート位置にＰに対する溶接電流値Ｉの変化の軌跡を示
す図であり、同図（Ｇ）乃至（Ｊ）は時間的経過ｔに対
する溶接電流値Ｉの変化を示す図である。 第11図は、溶接電源の回路インダクタンス［mH］（横
軸）とオシレート周波数［Hz］（縦軸）との関係を示す
グラフである。 第12図は、オシレート周波数［Hz］（横軸）に対する溶
接線検出誤差の標準偏差［mm］（縦軸）を示す線図であ
る。 第13図、教示された溶接線（横軸の一致）に対して、傾
斜して配置された実際の溶接線Wsに対する位置ずれの溶
接時間［SEC］（横軸）と、教示溶接線に対する傾斜し
て配置された実際の溶接線との配置の位置ずれ［mm］
（縦軸）との関係を示す線図である。 第14図は、本発明の倣い制御方法を適用してアーク溶接
するための装置全体の概略構成図である。 第15図は、倣い制御装置のうちのサンプリング動作の流
れ図を示す。 第16図（Ａ）は、オシレート用リングバッファ18aに読
込んだ一連のオシレート位置検出信号S11の時間的経過
ｔを示す図である。 第16図（Ｂ）は、オシレート用バッファ18bに読込んだ
一連の位置バッファ信号S18（データXm）の時間的経過
ｔを示す図である。 第16図（Ｃ）は、オシレート用フィルタ回路19から出力
される一連の位置フィルタ信号S19（データＸ）の時間
的経過ｔを示す図である。 第17図（Ａ）は、溶接電流用リングバッファ20aに読込
んだ一連の溶接電流検出信号S10の時間的経過ｔを示す
図である。 第17図（Ｂ）は、溶接電流用バッファ20bに読込んだ一
連の電流バッファ信号S20（データYm）の時間的経過ｔ
を示す図である。 第17図（Ｃ）は、溶接電流用フィルタ回路12から出力さ
れる一連の電流フィルタ信号S12（データＹ）の時間的
経過ｔを示す図である。 第18図（Ａ）乃至（Ｄ）は、オシレート用フィルタ回路
19の動作順序を説明する波形図である。 第19図は、溶接電流用リングバッファ20aの一連の電流
バッファ信号S20（データYm）の時間的経過ｔを示す図
である。 第20図は、左右電流差演算回路16から出力される波形信
号S13の波形図である。 第21図（Ａ）乃至（Ｃ）は、右位置電流差演算回路14の
動作を説明する波形図である。 第22図（Ａ）乃至（Ｃ）は、左位置電流差演算回路15の
動作を説明する波形図である。 第23図（Ａ）及び（Ｂ）は、オシレート中心位置ずれを
算出する関数の定数を求める図である。（第６図乃至９
図参照） 第１の比較信号Ｒ……ΣRr/ΣRl, ΣRr−ΣRl, Re/Rl,Rr−Rl, Re/Cl,Re−Cl 第２の比較信号Ｌ……ΣLl/ΣLr, ΣLr−ΣLl, Ll/Lr,Ll−Lr, Le/Cr,Le−Cr Ｐ……オシレート位置 Ｉ……溶接電流値

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−215466（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−15288（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−187263（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 9/127

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接トーチをオシレートさせてアーク長及
   びワイヤ突き出し長の変化に伴う電気的変化を検出し、
   前記検出した信号により溶接トーチを溶接線に倣わせる
   溶接線倣い制御方法において、溶接トーチの各オシレー
   ト位置に対する一連のオシレート位置検出信号をオシレ
   ート用記憶回路に記憶し、前記オシレート用記憶回路か
   ら、オシレートＮ周期分の一連のオシレート位置検出信
   号から成るデータXmを読み出し、このデータXmをオシレ
   ート用フィルタ回路に出力してオシレート周波数よりも
   低い周波数のノイズ及びドリフトを取り除いた一連の位
   置フィルタ信号から成るデータＸを出力すると共に、溶
   接電流検出信号を高周波クロック信号によってサンプリ
   ングして一連の溶接電流検出信号を溶接電流用記憶回路
   に記憶し、前記溶接電流用記憶回路から、オシレートＮ
   周期分の一連の電流バッファ信号から成るデータYmを読
   み出し、このデータYmを溶接電流用フィルタ回路に出力
   して、データYmからＵ個のデータの平均値Ｙを演算する
   ことにより、溶滴移行に伴う溶接電流変動の周波数以上
   の高い周波数のノイズの除去を行い、前記データＸとデ
   ータＹとから波形信号を出力し、前記波形信号の左半分
   と右半分との比較信号が小さくなる方向に、前記溶接ト
   ーチの中心を移動させる溶接線倣い制御方法。