JPH02165870A - 自動溶接方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、自動溶接方法及び装置に関するものである。

（ロ）従来の技術 従来の自動溶接方法として、特開昭６２−１６８８３号
公報に示されるものがある。こわに示される自動溶接方
法は、溶接中の電流の変化を利用して溶接トーチを溶接
部の形状に沿って自動的に走行させるものである。すな
わち、溶接トーチを溶接部上で所定の周波数で揺動させ
、溶接中の溶接電流値から各揺動周期ごとに揺動周波数
と同一の周波数成分の値及びこれの位相の正逆並びに平
均溶接電流値を算出し、この算出結果に基づいて横方向
移動装置及び上下方向移動装置を作動させて溶接トーチ
を溶接部の真上の所定高さの位置に維持する。

（ハ）発明が解決しようとする課題 上述のような従来の自動溶接方法により、溶接トーチの
揺動中心位置が垂直向きの下向き溶接時には、溶接トー
チを溶接部に沿って自動的に送ることができる。しかし
ながら、水平隅肉溶接時などのように溶接トーチを傾斜
させた状態で揺動させる必要がある場合には、上述の自
動溶接方法では、横方向移動装置、上下方向移動装置及
び揺動装置の全体を傾斜させる必要があり、実際上対応
することが困難である。本発明はこのような課題を解決
することを目的としている。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、溶接トーチの揺動中心線の傾斜を任意に調節
可能にすると共に溶接トーチの横方向及び上下方向への
移動量を座標変換によって求めることにより、上記課題
を解決する。すなわち、本発明による自動溶接方法は、
溶接トーチの揺動中心線を溶接部の形状に応じて所望の
傾斜状態に設定すること、溶接トーチの送り方向に直交
する面内において溶接トーチを揺動中心線を中心として
一定周期で揺動させること、溶接電流の周波数成分のう
ち溶接トーチの揺動周期と同一の周波数成分及びこれの
２倍周波数成分を検出すること、１揺動期間中の平均溶
接電流値を検出すること、検出した上記揺動周期と同一
の周波数成分の絶対値を小さくするための溶接トーチの
揺動中心線に直交する方向への移動量を算出すること、
検出した上記２倍周波数成分及び平均溶接電流値とこれ
らのそれぞれの初期値との差の絶対値を小さくするため
の溶接トーチの揺動中心線軸方向への移動量を算出する
こと、算出した溶接トーチの揺動中心線に直交する方向
への移動量及び揺動中心線軸方向への移動量を溶接トー
チの調節可能な２方向への移動量に変換すること、変換
された上記２方向への移動量だけ溶接トーチを上記２方
向へそれぞれ移動させること、から構成される。

また、上記方法を実施する本発明による自動溶接装置は
１．溶接トーチと、角度を調節可能な揺動中心線を中心
として溶接トーチを揺動させる揺動装置と、揺動装置を
溶接トーチの揺動面内で横方向に移動可能な横方向移動
装置と、揺動装置を溶接トーチの揺動面内で上下方向へ
移動可能な上下方向移動装置と、揺動装置を溶接トーチ
の揺動面に直交する方向に移動可能な溶接方向送り装置
と、溶接トーチにワイヤを送給するワイヤ送給装置と、
ワイヤに溶接電流を供給する溶接電源と、溶接電流を検
出する電流検出器と、溶接トーチが所定の揺動位置にあ
るとき信号を出力する揺動位置検出器と、溶接トーチの
揺動中心線の上下方向に対する傾斜角度を検出する傾斜
角度検出器と、電流検出器及び揺動位置検出器からの信
号に基づいて溶接電流の溶接トーチの揺動周期と一致す
る周波数成分、これの２倍周波数成分、及び平均溶接電
流値を求める信号処理手段と、信号処理手段によって得
られる上記周波数成分に応じて揺動中心線に直交する方
向への溶接トーチの移動量を演算する揺動中心線直交方
向移動量演算手段と、信号処理手段によって得られる２
倍周波数成分及び平均溶接電流値に応じて揺動中心線軸
方向への移動量を演算する揺動中心線輪方向移動量演算
手段と、揺動中心線直交方向移動量演算手段によって演
算された移動量及び揺動中心線輪方向移動量演算手段に
よって演算された移動量を横方向移動量及び上下方向移
動量へ変換する変換手段と、変換手段によって得られる
横方向移動量及び上下方向移動量に応じて横方向移動装
置及び上下方向移動装置を作動させる信号を出力する作
動指令手段と、から構成される。

（ホ）作用 溶接時には、溶接トーチは揺動中心線を中心として揺動
する。この揺動の際、溶接電流の周波数成分のうち溶接
トーチの揺動周期と同一の周波数成分及びこれの２倍周
波数成分が検出され、また１揺動期間中の平均溶接電流
値が検出される。これらの検出値に基づいて、溶接部に
対して溶接トーチが所定の位置関係に維持されるための
揺動中心線直交方向への移動量及び揺動中心線軸方向の
移動量が求められる。得られた揺動中心線直交方向への
移動量及び揺動中心線軸方向への移動量は横方向及び上
下方向への移動量に変換され、この変換された移動量に
従って溶接トーチの横方向及び上下方向への移動が行な
われる。これにより、溶接トーチが溶接部に対して所定
の位置関係に維持される。

（へ）実施例 以下、本発明の実施例を添付図面の第１〜８図に基づい
て説明する。

第１図に本発明による自動溶接装置を示す。これは横向
き隅肉溶接に本発明を適用した実施例である。溶接トー
チ２０は揺動装置２２によって揺動可能に支持されてい
る。揺動装置２２は溶接トーチ２０を一定周期で揺動さ
せることができ、また揺動中心線の垂直線に対する角度
は自由に設定することができ、この角度は角度検出器９
０によって検出可能である。角度検出器９０からの信号
９１は制御装置５６に入力される。溶接トーチ２０には
ワイヤ送給装置２４からワイヤ２６が送給可能である。

揺動袋＠２２は上下方向移動装置２つと支持部材３工を
介して連結されている。上下方向移動装置２９はモータ
２９ａを有しており、このモータ２９ａを作動させるこ
とにより、支持部材３１を第１図中で上下方向に移動さ
せることができる。すなわち、モータ２９ａを駆動させ
ることにより、揺動装置２２及びこれに支持された溶接
トーチ２０を上下方向に移動させることができる。上下
方向移動装置２９は横方向移動装置２８と支持部材３０
を介して連結されでいる。

横方向移動装置２８はモータ２８ａを有しており、この
モータ２８ａを作動させることにより支持部材３０を第
１図中で水平方向に移動させることができる。すなわち
、モータ２８ａを駆動することにより、揺動装置２２及
びこれに支持された溶接トーチ２０を水平方向に移動さ
せることができる。モータ２８ａ及び２９ａはパルスモ
ータであり、人力される正転用又は逆転用パルスに応じ
て正転又は逆転する。横方向移動装置２８は、フレーム
３２上に軸受３４及び３６を介して水平方向（紙面に直
交する方向）に移動可能に支持された走行台・３８上に
設けられている。なお、走行台３８を駆動する駆動装置
は図示を省略しである。

この走行台３８及び駆動装置が溶接方向送り装置を構成
する。走行台３８を移動させることによリ、溶接トーチ
２０を紙面に直交する方向に移動させることができる。

被溶接物４０及び４２は台４４上に設置される。被溶接
物４０及び４２の接触面端部が溶接すべき溶接部４６で
ある。ワイヤ送給装置２４及び台４４はそれぞれ給電線
４７及び４８によって溶接電源５０と接続されている。

溶接電源５０には電流検出器５２が設けられており、電
流検出器５２からの信号５４は制御装置５６に入力され
る。電流検出器５２は例えばホール素子を利用した磁気
的電流検出器又はシャント抵抗器であり、溶接電流に比
例した信号５４を発生する。制御装置５６には揺動装置
２２に設けられた揺動位置検出器６０からの信号６４も
人力される。揺動位置検出器６０は溶接トーチ２０が揺
動中心線を１方向から通過するときに（すなわち、１揺
動周期に付き１回）、パルス状の信号６４を発生するも
のであり、例えば溶接トーチ２０と連動するスリット機
構及び光電スイッチによって構成することができる。制
御装置５６は、モータ２８ａへ回転量及び回転方向を指
令する信号６６、及びモータ２９ａへ回転量及び回転方
向を指令する信号６７を出力することができる。制御装
置５６の構成を第２図にブロック図として示す。制御装
置５６には、角度検出器９０からの信号９１、電流検出
器５２からの信号５４及び揺動位置検出器６０からの信
号６４が人力される。制御装置５６は、ＡＤ変換器７０
、マイクロプロセッサ７２、記憶器７４、及び駆動信号
出力部７６及び７７を有している。ＡＤ変換器７゜は、
電流検出器５２からのアナログ信号５４をデジタル信号
８０に変換する。マイクロプロセッサ（中央処理装置Ｃ
ＰＵ）７２は、記憶器７４に格納しであるプログラムに
基づいて、信号の読み込み、演算、信号の出力等の制御
を行ない、後述のような機能を達成する。記憶器７４に
はマイクロプロセッサ７２を作動させるプログラム及び
演算に必要なデータが格納してあり、また演算中の数値
データ等も一時的に格納される。駆動信号出力部７６及
び７７は、マイク台プロセッサ７２からの信号８２及び
８３に応じてそれぞれモータ２８ａ及び２９ａを所定量
だけ所定方向に駆動するパルス信号６６及び６７を出力
する。

次にこの実施例の作用について説明する。第１及び２図
に示す装置により次のようにして溶接が行なわれる。溶
接トーチ２ｏは、揺動中心線が第３図の線９２（垂直線
に対して約４５°傾斜した線）と一致するように傾斜が
設定される。溶接トーチ２０は、揺動装置２２によって
紙面に平行な平面内で揺動中心線を中心として揺動しつ
つ走行台３８によって紙面に直交する方向に移動し、第
３図に示す溶接部４６をアーク溶接する。

溶接トーチ２０が溶接部４６に対して一定位置を通過す
るように、制御装置５６からの信号６６及び６７によっ
てモータ２８ａ及び２９ａが回転し、溶接トーチ２ｏは
水平方向及び上下方向に移動される。

制御装置５６は、揺動位置検出器６ｏからのパルス状の
信号６４及び電流検出器５２からの信号５４に基づいて
、第８図に示すフローチャートの手順に従ってモータ２
８ａに出力する信号６６及びモータ２９ａに出力する信
号６７を決定する。まず、角度検出器９ｏがらの信号９
１を読み込み、記憶器７４に記憶させる（ステップ１０
１）。信号９１は、第３図に示す角度θを示すものであ
り、第３図の状態ではθの符号は負となり、線９２が垂
直線に関して逆方向に傾斜させられた場合には正となる
。次いで、揺動位置検出器６０からの信号６４がオンと
なることを検出することにより、溶接トーチ２ｏが最初
に揺動中心位置を１方向から通過することを検出しくス
テップ１０２）、これを検出すると同時にＡＤ変換器７
ｏからの信号８ｏを読み込み、記憶器７４に記憶させる
（ステップ１０４）。

次いで、微小時間△Ｔ（例えば、揺動周期の１７１００
の時間）のアイドル時間を置いて（ステップ１０６）、
溶接トーチ２ｏが揺動中心位置にあるがどうかを判断し
くステップ１０８）、揺動中心位置に復帰していない場
合にはステップエｏ４にもどって微小時間△Ｔ後の信号
８０を読み込み、記憶器７４に記憶させる。

この信号８０の読み込み及び記憶は溶接トーチ２０が揺
動中心位置に復帰するまで（すなわち、揺動位置検出器
６０からの信号６４がオンとなるまで）繰り返される。

すなわち、１揺動周期間に信号８０がへＴ時間毎に１０
０回測定され、データＡ、、Ａｚ・　・Ａ１００として
記憶される。

１揺動周期が終了してトーチ２０が揺動中心位置にもど
ると、ステップ１１０に進み、次式に示す演算を行なう
。

Ｓ＝　亡　（Ａｉ　−ｓ　ｉ　ｎ　（２ｙｒｉ／Ｎ）　
）Ａｉ・・・信号８０の測定データ Ｎ・・・・Ａｉのデータ数 （上側ではＮ＝１００） この演算結果Ｓ及びＰは、それぞれ電流検出器５２から
の信号５４に含まれる周波数成分のうち溶接トーチ２０
の揺動周期と一致する周波数成分及びその２倍周波数成
分を抽出したものとなっている。ここでＳ及びＰの値の
大きさはそれぞれ溶接トーチ２０の揺動周波数の周波数
成分及びこれの２倍周波数成分の大きさに比例し、また
Ｓ及びＰの値の正負は揺動に対する周波数成分の位相の
正逆に一致している。一方、Ｑは電流検出器５２からの
信号５４の平均値、すなわち平均溶接電流値となってい
る。この関係を図面によって示すと第３〜７図に示すよ
うになる。すなわち、第３図に示すように、溶接トーチ
２０の線９２からこれへ直交する方向への位置ずれをＸ
とし、線９２の方向の位置をｙとする。また溶接電流の
周波数成分のうち溶接トーチ２０の揺動周波数と同一の
周波数成分の大きさを２１とし、２倍周波数成分の大き
さを２２とする。また平均溶接電流値を２３とする。こ
のようにすれば、ＸとＺ、との関係は第４図に示すよう
になる。すなわち、Ｘの絶対値の増大に任なって２１の
値も増大する。また、第５図に示すように、溶接トーチ
２０の水平方向の位置ずれの方向（すなわち、Ｘの値の
正負）に応じてｚｌの位相が逆転する。これによって溶
接トーチ２０の位置ずれの方向を検知することができる
。更にｙと２２との関係は第６図のようになり、またｙ
と２３との関係は第７図のようになる。すなわち、ｙの
増大に伴って２２は増大する（この理由は、ｙの増大に
伴って揺動中心位置からＧ接部４６までの距離が大とな
ることによって、揺動振幅が増大するからである）。ま
た、ｙの増大に伴ってｚ３は減少する（この理由は、ｙ
の増大に伴って、いわゆるワイヤ突出長く第３図のｅ）
が大となることから、この部分のジュール発熱特性が変
化し、溶接電源の電圧電流特性に基づいて溶接電流値が
減少するからである）。上記のようなＳ、Ｐ及びＱの値
に基づいて、線９２に直交する方向の修正ｉＤ及び線９
２方向の修正ｆｉＥが演算される（ステップ１１２）。

すなわち、Ｓの値に比例してＤが演算され、またＰｏ−
Ｐ及びＱ−Ｑｏに比例して適当な重み係数α及びβを用
いて例えば次式のようにＥが演算される。

Ｅ（Ｘ：（ａ（Ｐｏ−Ｐ）＋β（Ｑ−Ｑｏ））／（α＋
β） ただし、ここでＰｏＥＬびＱｏは、溶接開始直後の適正
条件下での（すなわち、第６及び７図のｙ＝ｙＯにおけ
る）Ｐ及びＱの値である。ここで比例係数は、使用する
モータ２８ａ及び２９ａの回転特性によって異なるが、
大きくすれば溶接トーチの位置修正の応答性が良くなり
、逆に小さくすれば安定性が増す傾向を考慮して適宜決
定される。次に、 Ｈ＝Ｄｃｏｓθ＋Ｅｓ１ｎθ Ｖ＝Ｅｃｏｓθ−Ｄｓｉｎθ の演算を行なう（ステップ１１３）。この演算は、角度
θだけ座標軸を回転させる座標変換に相当し、揺動中心
線９２を基準とした修正量り及びＥを、水平方向及び上
下方向の修正量に変換したことになる。

こうして得られる作動指令信号Ｈ及びＶが信号８２及び
８３として駆動信号出力部７６及び７７に入力される。

駆動信号出力部７６は、人力された信号８２の大きさ及
び正負に応じて所定数の正転用又は逆転用パルスを信号
６６としてモータ２８ａに出力する。同様に駆動信号出
力部７７はモータ２９ａに信号６７を出力する（ステッ
プ１１４）。次いでリターンし、上記と同様のルーチン
が繰り返し実行される。従って、溶接トーチ２０の揺動
周期ごとに溶接トーチ２０の水平方向位置及び上下方向
位置が調節されることとなる。

上記のような制御装置５６の作用によって溶接トーチ２
０は、常に第３図の線９２上で、しかも溶接部４６から
一定距離に位置するように制御される。例えば、溶接ト
ーチ２０の位置が線９２上の位置からこれに直交する方
向にずれた場合、溶接電流中に含まれる周波数成分のう
ち溶接トーチ２０の揺動周期と同一の周波数成分は大き
くなる（第４図参照）が、信号６６及び６７はこれを小
さくする方向にモータ２８ａ及び２９ａを回転させる。

モータ２８ａ及び２９ａの回転方向はＤの正負に応じて
決定され、溶接トーチ２０は線９２上の位置に移動され
る。溶接トーチ２０が線９２上に位置している場合には
、溶接電流中に含まれる周波数成分のうち溶接トーチ２
０の揺動周期と同一の周波数成分は極めて小さくなるの
で、モータ２８ａ及び２９ａはほとんど回転せず溶接ト
ーチ２０も移動しない。

一方、溶接トーチ２０の位置が線９２上の初期位置く溶
接開始直後の位置であり、第６図及び第７図のｙＯに該
当）から遠ざかる方向にずれた場合（すなわち、ｙの値
が大きくなった場合）、溶接電流中に含まれる周波数成
分のうち溶接トーチ２０の揺動周期の２倍周波数成分は
大きくなり（第６図参照）、また平均溶接電流値は小さ
くなる（第７図参照）。従って、Ｅは負の値をとり、そ
の絶対値は大きくなるが、信号６６及び６７は、この絶
対値を小さくする方向にモータ２８ａ及び２９ａを回転
させる。逆にトーチ２０の位置が溶接部４６に近ずく方
向にずれた場合は、Ｅは正の値をとり、その絶対値は大
きくなるが、同様に信号６６及び６７はこの絶対値を小
さくする方向にモータ２８ａ及び２９ａを回転させる。

モータ２８ａ及び２９ａの回転方向はＥの正負に応じて
決定され、溶接トーチ２０は線９２上の初期位置に一致
するように移動される。溶接トーチ２０が線９２上の初
期位置にある場合には、Ｅは極めて小さくなるので、モ
ータ２８ａ及び２９ａは、はとんど回転せず、溶接トー
チ２０も移動しない。上記のようにして、溶接トーチ２
０の位置は揺動の１周期ごとに線９２上の一定位置にく
るように制御される。溶接中には、溶滴の落下、ワイヤ
の曲り、ワイヤ送給速度の変動、ワイヤの溶は方の不均
一、仮付部の有無等の条件の変動を生ずるが、これらの
変動の周波数成分は溶接トーチ２０の揺動周波数の周波
数成分とは相違しており、溶接トーチの揺動周期と同一
の周波数成分に対してはほとんど彫金を与えない。従っ
て、上記のような溶接条件の変動にもかかわらず、溶接
トーチ２０は確実に溶接部４６に対して一定位置に保持
される。

なお、上記実施例では、揺動装置２２の位置はパルスモ
ータによって制御するようにしたが、例えばポテンショ
メータを用いて揺動装置２２の移動量を検出し、このフ
ィードバック信号とマイクロプロセッサ７２からの信号
８２及び８３とを駆動信号出力部（例えばサーボアンプ
）に人力し、これによってモータ（サーボモータ）を駆
動するようにしてもよい。

（ト）発明の詳細 な説明してきたように、本発明によると、揺動中心線の
角度を任意に認定可能とし、揺動中心線方向及びこれに
直交する方向の修正量を水平方向及び上下方向の修正量
に変換し、変換された修正量に応じて溶接トーチを水平
方向及び上下方向に移動させるようにしたので、溶接部
から一定位置に保ったままこれに沿って溶接トーチを送
ることができ、下向き隅肉溶接法のみならずその他の溶
接法であっても所望どおり確実にアーク溶接を行なうこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を適用する溶接機を示す図、第２図
は制御装置をブロック図として示す図、第３図は位置ず
れした状態の溶接トーチを示す図、第４図は水平方向の
位置ずれ量と周波数成分電流値との関係を示す線図、第
５図は水平方向の位置すれと位相との関係を示す線図、
第６図はトーチの上下方向位置と２倍周波数成分との関
係を示す図、第７図はトーチの上下方向位置と平均溶接
電流値との関係を示す図、第８図は制御方法のフローチ
ャートを示す図である。 ２０・・・溶接トーチ、２２・・・揺動装置、２４・・
・ワイヤ送給装置、２６・・・ワイヤ、２８・・・横方
向移動装置、２９・・・上下方向移動装置、２８ａ、２
９ａ・・・モータ、３０．３１・　・支持部材、３２・
・・フレーム、３４．３６・・・軸受、３８・・・走行
台、４０．４２・　・被溶接部材、４４・・・台、４６
・・・溶接部、４７．４８・　・給電線、５０・・・溶
接電源、５２・・・電流検出器、５４．６４，６６．６
７・・・信号、５６・・・制御装置、６０　・・揺動位
置検出器、７０・・・ＡＤ変換器、７２・・・マイクロ
プロセッサ、７４・・・記憶器、７６．７７・駆動信号
出力部、８０，８２．８３・・・信号、９０　・・角度
検出器、９１　　・信号、９２・・・揺動中心線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶接部に沿って溶接トーチを送ってアーク溶接を行
   なう自動溶接方法において、 溶接トーチの揺動中心線を溶接部に応じて所望の傾斜状
   態に設定すること、 溶接トーチの送り方向に直交する面内において溶接トー
   チを揺動中心線を中心として一定周期で揺動させること
   、 溶接電流の周波数成分のうち溶接トーチの揺動周期と同
   一の周波数成分及びこれの２倍周波数成分を検出するこ
   と、 １揺動期間中の平均溶接電流値を検出すること、 検出した上記揺動周期と同一の周波数成分の絶対値を小
   さくするための、溶接トーチの揺動中心線に直交する方
   向への移動量を算出すること、検出した上記２倍周波数
   成分及び平均溶接電流値とこれらのそれぞれの初期値と
   の差を小さくするための溶接トーチの揺動中心線軸方向
   への移動量を算出すること、 算出した溶接トーチの揺動中心線に直交する方向への移
   動量及び揺動中心線軸方向への移動量を、溶接トーチの
   調節可能な２方向への移動量に変換すること、 変換された上記２方向への移動量だけ溶接トーチを上記
   ２方向へそれぞれ移動させること、を特徴とする自動溶
   接方法。 ２、溶接トーチと、角度を調節可能な揺動中心線を中心
   として溶接トーチを揺動させる揺動装置と、揺動装置を
   溶接トーチの揺動面内で横方向に移動可能な横方向移動
   装置と、揺動装置を溶接トーチの揺動面内で上下方向へ
   移動可能な上下方向移動装置と、揺動装置を溶接トーチ
   の揺動面に直交する方向に移動可能な溶接方向送り装置
   と、溶接トーチにワイヤを送給するワイヤ送給装置と、
   ワイヤに溶接電流を供給する溶接電源と、溶接電流を検
   出する電流検出器と、溶接トーチが所定の揺動位置にあ
   るとき信号を出力する揺動位置検出器と、溶接トーチの
   揺動中心線の上下方向に対する傾斜角度を検出する傾斜
   角度検出器と、電流検出器及び揺動位置検出器からの信
   号に基づいて溶接電流の溶接トーチの揺動周期と一致す
   る周波数成分、これの２倍周波数成分、及び平均溶接電
   流値を求める信号処理手段と、信号処理手段によって得
   られる上記周波数成分に応じて揺動中心線に直交する方
   向への溶接トーチの移動量を演算する揺動中心線直交方
   向移動量演算手段と、信号処理手段によって得られる２
   倍周波数成分及び平均溶接電流値に応じて揺動中心線の
   軸方向への移動量を演算する揺動中心線軸方向移動量演
   算手段と、揺動中心線直交方向移動量演算手段によって
   演算された移動量及び揺動中心線軸方向移動量演算手段
   によって演算された移動量を横方向移動量及び上下方向
   移動量へ変換する変換手段と、変換手段によって得られ
   る横方向移動量及び上下方向移動量に応じて横方向移動
   装置及び上下方向移動装置を作動させる信号を出力する
   作動指令手段と、を有する自動溶接装置。