JP4515018B2 - パルスアーク溶接の倣い制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消耗電極式パルスアーク溶接の倣い制御方法に関し、特に、溶接トーチを左右にオシレートさせながら溶接を行いこのときの溶接電圧の変化を処理することによって溶接トーチを溶接線に倣わせる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶接トーチを溶接線に略直交する方向（以下、左右方向という）にオシレートさせてチップ・母材間距離の変化に伴うオシレート半周期毎の溶接電圧の差異に基づいて溶接トーチを溶接線に倣わせるパルスアーク溶接の倣い制御方法が従来から使用されている。以下、このパルスアーク溶接における倣い制御方法の従来技術について、図面を参照して説明する。
【０００３】
図５は、倣い制御をしながらパルスアーク溶接を行うための溶接装置の構成図である。以下、同図を参照して説明する。
【０００４】
ロボット制御装置ＲＣは、溶接トーチ４を搭載したマニピュレータＲＭの動作を制御するための動作制御信号Ｍｃを各軸のサーボモータ（図示せず）へ出力し、溶接開始信号、送給速度設定信号、溶接電圧設定信号等を含む溶接条件設定信号Ｗｓを溶接電源装置ＰＳへ出力し、図７で後述する溶接トーチのオシレート位置信号Ｏｐを倣い制御装置ＡＳへ出力すると共に倣い制御装置ＡＳから図７で後述する溶接トーチの位置ズレ信号Ｄｐが入力される。溶接電源装置ＰＳは、上記の溶接条件設定信号Ｗｓに従って溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力すると共に、溶接ワイヤ１の送給速度を制御するための送給制御信号Ｆｃをワイヤ送給モータＷＭへ出力する。
【０００５】
マニピュレータＲＭは、溶接トーチ４、ワイヤ送給モータＷＭ等を搭載し、上記の動作制御信号Ｍｃによって予め教示された動作データ通り動作する。そして同図の場合、溶接トーチ４は溶接線の左右方向に予め定めた周期及び幅でオシレートされて、溶接ワイヤ１と母材２との間にアーク３が発生する。倣い制御装置ＡＳは、図７で後述するように、上記の溶接電圧Ｖｗ及び上記のオシレート位置信号Ｏｐを入力として、上記のオシレートによるチップ・母材間距離の変化に伴うオシレート半周期毎の溶接電圧の差異に基づいて上記の位置ズレ信号Ｄｐを算出して出力する。
【０００６】
図６は、パルスアーク溶接における上述した溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの出力波形図である。時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、１パルス１溶滴移行させるための大電流値のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、アーク負荷に応じたピーク電圧Ｖｐが印加する。続いて時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間Ｔｂ中は、溶接ワイヤを溶融させないために数十Ａ程度のベース電流Ｉｂを通電し、同図（Ｂ）に示すように、アーク負荷に応じたベース電圧Ｖｂが印加する。上記のピーク期間Ｔｐ及びベース期間Ｔｂを合わせてパルス周期Ｔｆとなり、上記動作を繰り返し行う。また、同図（Ａ）に示すように、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂから成る溶接電流Ｉｗの平均値が平均溶接電流Ｉａとなり、同様に同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐ及びベース電圧Ｖｂから成る溶接電圧Ｖｗの平均値が平均溶接電圧Ｖａとなる。上記のパルス周期Ｔｆは送給速度に応じて変化するが８０〜３００Ｈｚ程度である。一方、溶接トーチのオシレート周波数は、通常２〜２０Ｈｚ程度であるので、オシレートの１周期中にはパルス周期Ｔｆが少なくとも４周期（８０／２０＝４）は含まれることになる。したがって、オシレートの半周期毎の平均溶接電流Ｉａ及び平均溶接電圧Ｖａを正確に検出することができる。
【０００７】
図７は、従来技術の倣い制御方法の原理を説明するためのオシレート位置Ｏｐと平均溶接電圧Ｖａとの関係図である。同図（Ａ）はオシレート位置Ｏｐと溶接トーチ４との関係を示し、同図（Ｂ）はオシレート位置Ｏｐと平均溶接電圧Ｖａとの関係を示し、同図（Ｃ）は平均溶接電圧Ｖａの時間変化を示し、同図（Ｄ）はオシレート位置Ｏｐの時間変化を示す。同図は、同図（Ａ）に示すように、Ｖ継手の中央部を溶接線Ｗｃとする場合であり、オシレートの中心位置Ｏｃが溶接線Ｗｃと一致して位置ズレがない場合である。同図（Ａ）は溶接方向の後方から前方を見た図であり、溶接方向に向かって溶接トーチ４が中心位置Ｏｃより右側を移動しているときをオシレート右半周期ということにし、左側を移動しているときをオシレート左半周期ということにする。以下、同図を参照して説明する。
【０００８】
▲１▼ 時刻ｔ１〜ｔ２の期間
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接トーチ４は中心位置Ｏｃにあるので、チップ・母材間距離は最大値Ｌ１［mm］となる。時刻ｔ２において右端位置ＯRに達すると、チップ・母材間距離は最小値Ｌ２［mm］になる。この期間中の平均溶接電圧Ｖａの変化を図８によって説明する。図８は、溶接電源装置の外部特性Ｘ１とアーク負荷特性Ｙ１、Ｙ２との関係図であり、横軸は平均溶接電流Ｉａを示し、縦軸は平均溶接電圧Ｖａを示す。時刻ｔ１のときのチップ・母材間距離は最大値Ｌ１であるのでアーク負荷は重くなり特性Ｙ１となる。したがって、時刻ｔ１の平均溶接電圧値Ｖａは外部特性Ｘ１とアーク負荷特性Ｙ１との交点であるＶa1［Ｖ］となる。一方、時刻ｔ２のチップ・母材間距離は最小値Ｌ２であるので、アーク負荷は軽くなり特性Ｙ２に変化する。したがって、時刻ｔ２の平均溶接電圧値Ｖａは外部特性Ｘ１とアーク負荷特性Ｙ２との交点であるＶa2［Ｖ］となる。すなわち、オシレート位置Ｏｐによってチップ・母材間距離が変化し、これに伴ってアーク負荷が変化して平均溶接電圧Ｖａの変化となって表われることになる。したがって、チップ・母材間距離に略比例して平均溶接電圧値Ｖａが変化するので、同図（Ｂ）に示すように、平均溶接電圧Ｖａは、時刻ｔ１の中心位置ＯｃではＶa1［Ｖ］となり、時刻ｔ２の右端位置ＯRではＶa2［Ｖ］となる。
【０００９】
▲２▼ 時刻ｔ２〜ｔ３の期間
同図（Ａ）に示すように、オシレート位置Ｏｐが時刻ｔ２の右端位置ＯRから時刻ｔ３の中心位置Ｏｃへと移動すると、同図（Ｂ）に示すように、平均溶接電圧ＶａはＶa2［Ｖ］からＶa1［Ｖ］へと変化する。
【００１０】
▲３▼ 時刻ｔ３〜ｔ４の期間
同図（Ａ）に示すように、オシレート位置Ｏｐが時刻ｔ３の中心位置Ｏｃから時刻ｔ４の左端位置ＯLへと移動すると、同図（Ｂ）に示すように、平均溶接電圧ＶａはＶa1［Ｖ］からＶa2［Ｖ］へと変化する。
【００１１】
▲４▼ 時刻ｔ４〜ｔ５の期間
同図（Ａ）に示すように、オシレート位置Ｏｐが時刻ｔ４の左端位置ＯLから時刻ｔ５の中心位置Ｏｃへと移動すると、同図（Ｂ）に示すように、平均溶接電圧ＶａはＶa2［Ｖ］からＶa1［Ｖ］へと変化する。
【００１２】
上記の▲１▼及び▲２▼の期間がオシレート右半周期となり、上記の▲３▼及び▲４▼の期間がオシレート左半周期となる。溶接中、上記▲１▼〜▲４▼の動作を繰り返すことになる。また、平均溶接電圧Ｖａは、時間経過に伴って同図（Ｃ）に示すように変化し、オシレート位置Ｏｐは、時間経過に伴って同図（Ｄ）に示すように変化する。
【００１３】
倣い制御の基本動作は、オシレートの中心位置Ｏｃと溶接線Ｗｃとの位置ズレ値Ｄｐを算出し、この位置ズレ値Ｄｐがゼロになるようにオシレートの中心位置Ｏｃを左右にシフトさせて溶接線Ｗｃに倣わせることである。以下、同図を参照して位置ズレ値Ｄｐの算出方法について説明する。同図（Ｃ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ３のオシレート右半周期中の平均溶接電圧値Ｖａの積分値（以下、右半周期電圧積分値Ｓvrという）と、時刻ｔ３〜ｔ５のオシレート左半周期中の平均溶接電圧値Ｖａの積分値（以下、左半周期電圧積分値Ｓvlという）とを演算し、位置ズレ値Ｄｐ＝Ｓvr−Ｓvlを算出する。同図は位置ズレがない場合であるので、Ｄｐ＝Ｓvr−Ｓvl＝０となっている。
【００１４】
図９は、オシレートの中心位置Ｏｃが溶接線Ｗｃよりも右側に位置ズレ（以下、右位置ズレという）している場合の上記の図７に対応する図である。同図（Ａ）〜（Ｄ）の各信号は図７と同一である。同図（Ｃ）に示すように、右半周期電圧積分値Ｓvrは左半周期電圧積分値Ｓvlよりも小さいので、位置ズレ値Ｄｐ＝Ｓvr−Ｓvl＜０となる。すなわち、右位置ズレしている場合には、位置ズレ値Ｄｐの符号は負となり、その絶対値は位置ズレの距離に略比例する。同様に、左位置ズレしている場合には、位置ズレ値Ｄｐの符号は正となり、その絶対値は位置ズレの距離と略比例する。したがって、右半周期電圧積分値Ｓvrと左半周期電圧積分値Ｓvlとの差異によって位置ズレ値Ｄｐを算出することができる。
【００１５】
上記の方法以外にも溶接電圧Ｖｗを使用した位置ズレ値Ｄｐの算出方法には種々の方法がある。例えば、上記の平均溶接電圧Ｖａの代りに、ピーク電圧Ｖｐ又はベース電圧Ｖｂのみの平均値である平均ピーク電圧、平均ベース電圧を使用する方法もある。また、図７（Ｂ）及び図９（Ｂ）に示すように、平均溶接電圧値Ｖａが最大値となるオシレート位置Ｏｐがチップ・母材間距離が最大となる位置であり、この位置が溶接線Ｗｃとなることを利用して位置ズレ値Ｄｐを算出する方法もある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、図８の説明の項で上述したように、オシレートによるチップ・母材間距離の変化に伴ってアーク負荷が変化し、このアーク負荷の変化に応じて溶接電圧（平均溶接電圧、平均ピーク電圧、平均ベース電圧等）が変化することを利用して位置ズレ値を算出している。したがって、従来技術では、チップ・母材間距離の変化に応じて溶接電圧が変化することが前提条件となっている。しかしながら、後述するように、溶接中には外乱となる種々のアーク現象がランダムに発生しており、これらのアーク現象に起因して溶接電圧に異常電圧が重畳することがある。この重畳した異常電圧は、チップ・母材間距離の変化に対応するアーク負荷の変化とは関係しない電圧値であるために、この異常電圧が重畳した溶接電圧によっては位置ズレ値を正確に算出することはできない。これは、オシレートによるチップ・母材間距離の変化に伴う溶接電圧の変化に、チップ・母材間距離の変化とは関係しない異常電圧が重畳することになるためである。このような異常電圧が重畳した溶接電圧によっては位置ズレ値の算出が不正確になるために、高精度な倣い制御を行うことができない。一般的に、上記の異常電圧の発生は、シールドガス中に酸化性成分が少ないほど顕著である。したがって、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスを主成分とするシールドガスを使用するパルスＭＩＧ溶接では、異常電圧の発生頻度が高く、位置ズレ値の誤算出の悪影響は大きくなる。以下、アルミニウム合金のパルスＭＩＧ溶接において、異常電圧が発生する３つの典型的な例について説明する。
【００１７】
▲１▼ 短絡開放直後の陰極点形成に伴う異常電圧
図１０は、ベース期間中に微小短絡が発生したときの電圧・電流波形図であり、同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
パルスアーク溶接では、１回のピーク電流の通電によって１パルス１溶滴移行するように、ピーク期間を設定するのが通常である。したがって、同図に示すように、溶滴移行はピーク期間終了時点（時刻ｔ１）の直後に行われることが多い。この溶滴移行時において、溶接ワイヤ先端の溶滴と母材とが短時間接触（微小短絡という）することがある。同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ２において短絡が発生し短時間後の時刻ｔ３において短絡が開放されると、その直後の時刻ｔ３〜ｔ４の間は、点線で示す通常値よりも過大な値の異常電圧が重畳することがある。この理由は、時刻ｔ２の短絡発生によってアークがいったん消滅し、時刻ｔ３においてアークが再点弧する。この再点弧時には、陰極点は溶接ワイヤ直下の最短距離となる溶融池上に形成される。しかし、溶融池表面の酸化皮膜は既にクリーニングされているために、陰極点は酸化皮膜のない部分に形成されることになる。このために、陰極降下電圧値が過大な値となり、異常電圧として重畳することになる。この陰極降下電圧値は、チップ・母材間距離の変化とは関係がないために、異常電圧が重畳した溶接電圧Ｖｗによっては、位置ズレ値を正確に算出することができない。上記の陰極降下電圧値は、母材の酸化皮膜のクリーニング状態、陰極点の形成位置等によって影響されるので、その値が小さくかつ発生時間も短い場合もある。逆に、その値が大きくかつ発生時間も長い場合もある。同図（Ａ）に示すように、異常電圧は、ベース期間中だけでなくピーク期間にかけても発生するために、平均溶接電圧値、平均ピーク電圧値又は平均ベース電圧値によっても、位置ズレ値を正確に算出することはできない。
【００１８】
▲２▼ 長期短絡に伴う異常電圧
図１１は、ベース期間中に長期短絡が発生したときの電圧・電流波形図であり、同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
送給速度、溶滴形成状態、溶融池振動等に起因して溶接ワイヤ先端の非溶融部が母材と短絡すると、非溶融部を溶断してアークを再点弧するには、数十msの長期間が必要となる場合がある。この長期短絡は、ベース期間中に多く発生するが、ピーク期間中にも発生する。同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２の期間中に長期短絡が発生すると、この期間中の溶接電圧値Ｖｗは数Ｖ程度の非常に低い値となり異常電圧となる。時刻ｔ２において短絡が開放されると、時刻ｔ２〜ｔ３の間、上記▲１▼項と同様の異常電圧が発生する。また、同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２の長期短絡期間中は、上記のように非溶融部の溶断を促進するために、通常値よりも大きな値のベース電流を通電するのが通常である。同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２の長期短絡期間中の異常電圧は、点線で示す通常値よりも非常に低い値であり、かつチップ・母材間距離の変化とは関係しない値であるために、この異常電圧を含む平均溶接電圧値等によっては、位置ズレ値を正確に算出することはできない。
【００１９】
▲３▼ ベース期間中の陰極点の移動に伴う異常電圧
図１２は、ベース期間中に陰極点が移動したときの電圧・電流波形図であり、同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
通常ベース電流値は数十Ａと低いために、アークの指向性が弱くなり、ベース期間中の陰極点は酸化皮膜を求めて母材表面上をふらふらと移動しやすくなる。そして、陰極点が移動して新たに形成されるときに、母材表面の酸化皮膜の状態によって上記の陰極降下電圧値が変動することによって、溶接電圧Ｖｗに異常電圧が重畳する場合がある。同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２の期間中に陰極点がふらふらと移動すると、この期間中の溶接電圧値Ｖｗは変動して異常電圧となる。この異常電圧は、点線で示す通常値から変動しており、かつチップ・母材間距離とは関係しない値であるために、この異常電圧を含む平均溶接電圧値等によっては、位置ズレ値を正確に算出することはできない。
【００２０】
上記のように、種々の要因によってチップ・母材間距離の変化とは関係のない異常電圧が発生すると、この異常電圧を含む平均溶接電圧値、平均ピーク電圧値又は平均ベース電圧値によっては、位置ズレ値を正確に算出することができない。このために、従来技術では、異常電圧が発生すると位置ズレ値の算出値が不正確になり倣い精度が悪くなっていた。この現象は、パルスＭＩＧ溶接において顕著であるが、パルスＭＡＧ溶接においても発生する。すなわち、パルスアーク溶接全般に発生する問題である。
【００２１】
そこで、本発明では、上記の異常電圧が発生しても正確に位置ズレ値を算出することによって、倣い精度を常に高くすることができるパルスアーク溶接の倣い制御方法を提供する。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ピーク期間中のピーク電圧とベース期間中のベース電圧とから形成される溶接電圧を溶接ワイヤ・母材間に印加するパルスアーク溶接を使用して、溶接トーチを溶接線に略直交する方向にオシレートさせてチップ・母材間距離の変化に伴うオシレート半周期毎の前記溶接電圧の積分値が等しくなるようにオシレートの中心位置を移動させて前記溶接トーチを前記溶接線に倣わせるパルスアーク溶接の倣い制御方法において、
前記ピーク電圧を検出しこのピーク電圧検出値をピーク電圧基準値を中心値とするピーク電圧変動範囲内に制限してピーク電圧制限値を算出すると共に前記ベース電圧を検出しこのベース電圧検出値をベース電圧基準値を中心値とするベース電圧変動範囲内に制限してベース電圧制限値を算出し、前記ピーク電圧制限値及び前記ベース電圧制限値から溶接電圧制限値を形成し、前記溶接電圧の積分値に代えて前記溶接電圧制限値の積分値を使用し、
前記ピーク電圧基準値はパルス周期の開始時刻から所定パルス周期前までの前記ピーク電圧制限値を移動平均して算出され、前記ベース電圧基準値はパルス周期の開始時刻から前記所定パルス周期前までの前記ベース電圧制限値を移動平均して算出される、
ことを特徴とするパルスアーク溶接の倣い制御方法。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１は、ピーク電圧を予め定めたピーク電圧基準値を中心値とするピーク電圧変動範囲内に制限してピーク電圧制限値を算出し、ベース電圧を予め定めたベース電圧基準値を中心値とするベース電圧変動範囲内に制限してベース電圧制限値を算出し、オシレート半周期毎の上記ピーク電圧制限値及び／又は上記ベース電圧制限値に基づいて溶接トーチを溶接線に倣わせるパルスアーク溶接の倣い制御方法である。以下、図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、実施の形態１の位置ズレ値算出方法を説明するための波形図であり、同図（Ａ）は上述した図１０（Ａ）と同一の異常電圧が重畳した溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は後述する溶接電圧制限値Ｖftの時間変化を示す。同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ４のベース期間中は、ベース電圧Ｖｂを検出し、このベース電圧Ｖｂと予め定めたベース電圧基準値Ｖbcを中心値とするベース電圧変動範囲Ｖbc±ΔＶｂc内に制限してベース電圧制限値Ｖbfを算出する。すなわち、時刻ｔ１〜ｔ２のベース電圧Ｖｂは上記のベース電圧変動範囲内の値であるのでベース電圧制限値Ｖbf＝Ｖｂとなり、時刻ｔ２〜ｔ３のベース電圧Ｖｂは上記のベース電圧変動範囲の下限値Ｖbc−ΔＶbc以下であるのでベース電圧制限値Ｖbf＝Ｖbc−ΔＶbcとなり、時刻ｔ３〜ｔ４のベース電圧Ｖｂは上記のベース電圧変動範囲の上限値Ｖbc＋ΔＶbc以上であるのでベース電圧制限値Ｖbf＝Ｖbc＋ΔＶbcとなる。したがって、ベース電圧制限値Ｖbfは、異常電圧を除去したオシレートによるチップ・母材間距離の変化に対応した電圧値のみとなる。
【００２６】
次に、同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ４〜ｔ６のピーク期間中は、ピーク電圧Ｖｐを検出し、このピーク電圧Ｖｐを予め定めたピーク電圧基準値Ｖpcを中心値とするピーク電圧変動範囲Ｖpc±ΔＶpc内に制限してピーク電圧制限値Ｖpfを算出する。すなわち、時刻ｔ４〜ｔ５のピーク電圧Ｖｐは上記のピーク電圧変動範囲の上限値Ｖpc＋ΔＶpc以上であるのでピーク電圧制限値Ｖpf＝Ｖpc＋ΔＶpcになり、時刻ｔ５〜ｔ６のピーク電圧Ｖｐは上記のピーク電圧変動範囲内の値であるので、ピーク電圧制限値Ｖpf＝Ｖｐとなる。したがって、ピーク電圧制限値Ｖpfは、異常電圧を除去したオシレートによるチップ・母材間距離の変化に対応した電圧値のみとなる。
【００２７】
そして、上記のピーク電圧制限値Ｖpfと上記のベース電圧制限値Ｖbfとから形成される溶接電圧制限値Ｖftによって平均溶接電圧値を算出し、上述したようにこの平均溶接電圧値を入力としてオシレート半周期毎の電圧積分値の差異によって位置ズレ値を算出して倣い制御を行う。このときに、平均溶接電圧値の代りに、ピーク電圧制限値Ｖpfの平均値である平均ピーク電圧値又はベース電圧制限値Ｖbfの平均値である平均ベース電圧値を使用することもできる。また、上記のピーク電圧変動範囲Ｖpc±ΔＶpc及びベース電圧変動範囲Ｖbc±ΔＶbcの値は、溶接ワイヤの種類、シールドガスの種類、送給速度設定信号、溶接電圧設定信号等の溶接条件に応じて、実験等により求めた適正値に予め設定する。
【００２８】
図２は、実施の形態１に係る溶接装置の構成図である。同図において、倣い制御装置ＡＳ以外の構成物については、上述した図５と同一であるので同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図５とは異なる一点鎖線で示す倣い制御装置ＡＳ内の各回路について図面を参照して説明する。
【００２９】
電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧変動範囲設定回路ＶＣは、溶接電源装置ＰＳからのピーク期間中はＨｉｇｈレベルとなりベース期間中はＬｏｗレベルとなるピーク／ベース期間信号Ｓpbを入力として、ピーク／ベース期間信号ＳpbがＨｉｇｈレベル（ピーク期間）のときには予め定めたピーク電圧変動範囲Ｖpc±ΔＶpcとなる電圧変動範囲設定信号Ｖｃを出力し、Ｌｏｗレベル（ベース期間）のときには予め定めたベース電圧変動範囲Ｖbc±ΔＶbcとなる電圧変動範囲設定信号Ｖｃを出力する。電圧制限回路ＶＦＴは、図１で上述したように、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、この信号の値を上記の電圧変動範囲設定信号Ｖｃによって定まる電圧範囲内に制限して溶接電圧制限信号Ｖftを出力する。位置ズレ値算出回路ＤＰＣは、上記の溶接電圧制限信号Ｖft及びオシレート位置信号Ｏｐを入力として、オシレート半周期毎の溶接電圧制限信号Ｖftの電圧積分値の差異を算出して、位置ズレ信号Ｄｐとして出力する。ロボット制御装置ＲＣは、この位置ズレ信号Ｄｐに基づいてマニピュレータＲＭの動作を修正してオシレートの中心位置を溶接線に倣わせる。
【００３０】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２は、実施の形態１において、ピーク電圧制限値を所定期間にわたり移動平均してピーク電圧基準値を算出し、ベース電圧制限値を上記所定期間にわたり移動平均してベース電圧基準値を算出するパルスアーク溶接の倣い制御方法である。以下、図面を参照して説明する。
【００３１】
図３は、実施の形態２におけるピーク電圧基準値Ｖpc及びベース電圧基準値Ｖbcを算出する方法を説明するための溶接電圧制限信号Ｖftの波形図である。同図は、第ｎ回目のパルス周期Ｔｆ(n)の開始時刻ｔ(ｎ)において、この第ｎ回目のパルス周期のためのピーク電圧基準値Ｖpc(n)及びベース電圧基準値Ｖbc(n)を算出する場合である。第ｎ−３回目〜第ｎ−１回目のパルス周期中のピーク電圧制限値はＶpf(n-3)、Ｖpf(n-2)、Ｖpf(n-1)であり、ベース電圧制限値はＶbf(n-3)、Ｖbf(n-2)、Ｖbf(n-1)である。移動平均のための所定周期を時刻ｔ(n-3)〜ｔ(n)の期間に予め設定すると、時刻ｔ(n)時点でのピーク電圧基準値Ｖpc(n)及びベース電圧基準値Ｖbc(n)は下式で算出することができる。
Ｖpc(n)＝（Ｖpf(n-3)＋Ｖpf(n-2)＋Ｖpf(n-1)）／３
Ｖbc(n)＝（Ｖbf(n-3)＋Ｖbf(n-2)＋Ｖbf(n-1)）／３
【００３２】
上記のように実施の形態２では、ピーク電圧基準値Ｖpc及びベース電圧基準値Ｖbcの適正値を自動的に算出することができる。これら算出された基準値を使用して、上述した実施の形態１と同様にして位置ズレ値を算出し倣い制御を行うことができる。
【００３３】
図４は、実施の形態２に係る溶接装置の構成図である。同図において、上述した図２と同一の構成物、回路には同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図２とは異なる点線で示す電圧変動範囲算出回路ＶＣＣについて説明する。電圧変動範囲算出回路ＶＣＣは、ピーク／ベース期間信号Ｓpb及び溶接電圧制限信号Ｖftを入力として、図３で上述した方法によってピーク電圧基準値Ｖpc(n)及びベース電圧基準値Ｖbc(n)を算出し、ピーク電圧変動範囲Ｖpc(n)±ΔＶpc及びベース電圧変動範囲Ｖbc(n)±ΔＶbcから形成される電圧変動範囲設定信号Ｖｃを出力する。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１記載のパルスアーク溶接の倣い制御方法によれば、種々の要因によって溶接電圧に重畳する異常電圧を除去した溶接電圧制限値、ピーク電圧制限値又はベース電圧制限値に基づいて位置ズレ値を正確に算出することができるので、高精度な倣い制御を実現することができる。
【００３５】
さらに、請求項２記載のパルスアーク溶接の倣い制御方法によれば、上記の効果に加えて、異常電圧を除去するためのピーク電圧変動範囲及びベース電圧変動範囲を溶接中に自動的に算出することができるので、種々の溶接条件ごとに上記両変動範囲を事前に実験等によって求める手間が不要となり、かつ、各溶接条件に最適な値に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る溶接電圧Ｖｗに重畳した異常電圧を除去する方法を説明するための波形図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る溶接装置の構成図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るピーク電圧基準値Ｖpc(n)及びベース電圧基準値Ｖbc(n)を算出する方法を説明するための溶接電圧制限値Ｖftの波形図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る溶接装置の構成図である。
【図５】従来技術における倣い制御を行うための溶接装置の構成図である。
【図６】従来技術におけるパルスアーク溶接の溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの波形図である。
【図７】従来技術における平均溶接電圧Ｖａを使用した位置ズレ値Ｄｐの算出方法を説明するための位置ズレしていないときの波形図である。
【図８】従来技術における溶接電源装置の外部特性Ｘ１とアーク負荷特性Ｙ１、Ｙ２との関係を示す図である。
【図９】従来技術における平均溶接電圧Ｖａを使用した位置ズレ値Ｄｐの算出方法を説明するための右位置ズレしているときの波形図である。
【図１０】課題を説明するための短絡直後に異常電圧が重畳した溶接電圧Ｖｗの波形図である。
【図１１】課題を説明するための長期短絡時の異常電圧が重畳した溶接電圧Ｖｗの波形図である。
【図１２】課題を説明するための陰極点の移動に伴う異常電圧が重畳した溶接電圧Ｖｗの波形図である。
【符号の説明】
１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
ＡＳ 倣い制御装置
Ｄｐ 位置ズレ／位置ズレ値／位置ズレ信号
ＤＰＣ 位置ズレ値算出回路
Ｆｃ 送給制御信号
Ｉａ 平均溶接電流
Ｉｂ ベース電流
Ｉｐ ピーク電流
Ｉｗ 溶接電流
Ｍｃ 動作制御信号
Ｏｃ オシレートの中心位置
ＯL オシレートの左端位置
Ｏｐ オシレート位置／オシレート位置信号
ＯR オシレートの右端位置
ＰＳ 溶接電源装置
ＲＣ ロボット制御装置
ＲＭ マニピュレータ
Ｓpb ピーク／ベース期間信号
Ｓvl 左半周期電圧積分値
Ｓvr 右半周期電圧積分値
Ｔｂ ベース期間
Ｔｆ パルス周期
Ｔｐ ピーク期間
Ｖａ 平均溶接電圧
Ｖｂ ベース電圧
Ｖbc ベース電圧基準値
Ｖbc±ΔＶbc ベース電圧変動範囲
Ｖbf ベース電圧制限値
ＶＣ 電圧変動範囲設定回路
Ｖｃ 電圧変動範囲設定信号
ＶＣＣ 電圧変動範囲算出回路
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＦＴ 電圧制限回路
Ｖft 溶接電圧制限（値／信号）
Ｖｐ ピーク電圧
Ｖpc ピーク電圧基準値
Ｖpc±ΔＶpc ピーク電圧変動範囲
Ｖpf ピーク電圧制限値
Ｖｗ 溶接電圧
Ｗｃ 溶接線
ＷＭ ワイヤ送給モータ
Ｗｓ 溶接条件設定信号
Ｘ１ 外部特性
Ｙ１ アーク負荷特性
Ｙ２ アーク負荷特性

Claims (1)

1. ピーク期間中のピーク電圧とベース期間中のベース電圧とから形成される溶接電圧を溶接ワイヤ・母材間に印加するパルスアーク溶接を使用して、溶接トーチを溶接線に略直交する方向にオシレートさせてチップ・母材間距離の変化に伴うオシレート半周期毎の前記溶接電圧の積分値が等しくなるようにオシレートの中心位置を移動させて前記溶接トーチを前記溶接線に倣わせるパルスアーク溶接の倣い制御方法において、
   前記ピーク電圧を検出しこのピーク電圧検出値をピーク電圧基準値を中心値とするピーク電圧変動範囲内に制限してピーク電圧制限値を算出すると共に前記ベース電圧を検出しこのベース電圧検出値をベース電圧基準値を中心値とするベース電圧変動範囲内に制限してベース電圧制限値を算出し、前記ピーク電圧制限値及び前記ベース電圧制限値から溶接電圧制限値を形成し、前記溶接電圧の積分値に代えて前記溶接電圧制限値の積分値を使用し、
   前記ピーク電圧基準値はパルス周期の開始時刻から所定パルス周期前までの前記ピーク電圧制限値を移動平均して算出され、前記ベース電圧基準値はパルス周期の開始時刻から前記所定パルス周期前までの前記ベース電圧制限値を移動平均して算出される、
   ことを特徴とするパルスアーク溶接の倣い制御方法。

Images