JPH02229677A - 溶接電流の検出方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、たとえば、下向きずみ肉溶棲継手など各種溶
接継手に有利に実施することができるアーク溶接電流の
検出を行う方法に関する．従来の技術 第６図は、本発明が関連する技術を示すとともに，あわ
せて、先行技術を説明する．■字状の接合部１を有する
被溶接部材２には、溶接トーチ３に取付けられている溶
接棒あるいは溶接ワイヤ４によってアーク溶接が行われ
る．被溶接部材２の接合部１の中心位置を通る直線は鉛
直方向であり、参照符５で示される．溶接トーチ３は、
第６図（１）の右端に示される右端位置と参照符３ａで
示される左端位置との間で、ウィービング（すなわちオ
シレートまたは揺動》される．溶接トーチ３，３ａの最
端位置での軸線３Ｒ，３Ｌのウィービングの中心８１６
と、接合部１の中心位置を通る中心Ｉｌ５に対して、第
６図（１》で示されるように左方にずれているときには
、溶接トーチ３（流れるアーク溶接電流は、溶接ワイヤ
のつき出し長に反比例されるため、第７図（１）で示さ
れるようになり、溶接トーチ３が軸線３Ｒの軸線を有し
て最右端位置にあるときには、小さな値Ｉｒが流れ、こ
の溶接トーチ３が軸線３Ｌて示されるように最左端位置
３ａにあるとき樟は、大きいアーク溶接電流Ｉｔが流れ
る．こうして電流Ｉｔ，Ｉｒに差ΔＩ１が生じる．電流
Ｉｃは、溶接ワイヤ４の軸線が中心線５上（あるときの
値を示す．溶接トーチ３を把持してウィービングし、か
つ水平面内で接合部１の長手方向（第６図の紙面に垂直
方向）に変位させる駆動手段、たとえば産業用ロボット
などは、この電流ＩＺ，Ｉｒが等しくなるように、すな
わち差Δ■１が零となるように、溶接トーチ３を第６図
（１）の場合、右方に変位して、そのウィービングの中
心線６を、接き部１の中心位置を通る中心線５に一致さ
せる．これによって第６図（２）で示されるように、電
流Ｉｔ，ｌｒが等しい溶接状態となり、接合部１におい
て高品質の溶接が行われる． 第６図（３）で示されるように溶接トーチ３のウィービ
ングの中心線６が接合部１の中心位置を通る中心線５よ
りも右方にずれたときには、その軸線３Ｒが右端位置に
あるときの電流値Ｉｒに比べて、左端位置３ａにある軸
線３Ｌにおけるアーク溶接電流値Ｉｆが小さく、差ΔＩ
２を生じる．この差ΔＩ２が零となるように、溶接トー
チ３が水平面内で移動され、そのウィービングの中心線
６が接合部１の中心位置を通る中心線５と一致するよう
に変位される．このような手法は、いわば２点法と呼ぶ
ことができる． こうして溶接トーチ３を接合部１に沿って第６図の紙面
に垂直方向に移動して、下向きすみ肉溶接継手を形成す
ることができる．このような基本的な構成は、たとえば
特公昭５７−２４２８に開示されている． 他の先行技術は、たとえば第７図（１》で示されるよう
に斜線を施して示す面積Ｓ１と、もう１つの斜線を施し
て示す面積Ｓ２とが等しくなるように、したがって溶接
トーチ３のウィービングの中心１１６が接合部１の中心
線５と一致するように、溶接トーチ３が水平面内で移動
される．このような手法は、いわば半波積分法と言うこ
とができる．また他の先行技術は、第７図（１）におけ
る電流Ｉ１，Ｉｒをそれぞれ中央とする左右両最端位置
間の距離の１／２である一定変位量分の斜線を施して示
す面積Ｓ３，Ｓ４が等しくなるように、溶接トーチ３が
水平面内で移動される．このような手法は、いわば中問
積分法と呼ぶことができる．第８図は、２点法と半波積
分法と中間積分法との感度を説明するための図である．
第６図に示される接合部１の中心位置を通る中心線５と
、ウィービングの中心線６とが一致しているときを、ず
らし量が零であるものとし、溶接トーチの軸線３Ｒまた
は３Ｌが中心線５に一致した状態をずらし量が１である
ものとする．このとき、２点法による電流Ｉｌ，Ｉｒの
差ΔＩｌ，Δ■２はラインｌ１で示すとおりであり、ま
た半波積分法による面積ＳＬ，Ｓ２の差はラインｌ２で
示すとおりであり、中間積分法による面積Ｓ３，Ｓ４の
差はラインｌ３で示すとおりである． このような本件発明者の実験結果から、ラインｌ１で示
す２点法では、ずらし量に対する電流■１，Ｉｒの差が
大きく、検出感度が良好であることが判る． ２点法では、この反面、アーク溶接電流は、現実には、
第７図に示されるような円滑な波形を有してはおらず、
多数の髭状態のノイズ成分を含んでいる．その理由は、
溶接トーチ３に取付けられる溶接ワイヤ４は、順次的に
供給され、その溶接ワイヤ４の先端が被溶接部材２に接
触することによって、その溶接ワイヤ４の先端が瞬時的
に溶断し、したがってこの溶接ワイヤ４の先端は被溶接
部材２に接触および離間を縄り返すからである．したが
ってこのようなノイズ成分を含むアーク溶接電流から、
ウィービングに依存する第７図（１）〜第７図（３）で
示される成分Ｉｌ，Ｉｒを正確に抽出しなければならず
、さもなければ、溶接トーチ３を正確に変位して、その
ウィービングの中心線６を、接合部１の中心位置を通る
中心線５に一致させることができなくなる． アーク溶接電流に含まれる髭状のノイズ成分を除去する
ために、充分に大きい時定数を有するローバスフィルタ
を用いることが、単純には、考えられよう．このような
゛ローパスフィルタを用いたときには、ウィービングに
依存する成分もまた平滑されてしまう結果となり、その
ため溶接トーチ３の正確な制御が不可能になってしまう
．またこのような大きな時定数を有するローバスフィル
タは、その入出力の大きな位相差を有し、この位相差に
起因してもまた、溶接トーチ３を正確に制御することが
できなくなる． 本発明の目的は、アーク溶接電流のウィービングに依存
する成分だけを正確に抽出することができるようにした
方法を提供することである．課題を解決するための手段 本発明は、溶接トーチを被溶接継手の接合部においてウ
ィービングさせ、溶接トーチの位置変化に対するアーク
溶接電流の変化によって常に溶接トーチを接合部に沿っ
て制御する自動溶接機を用い 溶接トーチがウィービングの最端位置または中心位置に
到達する前後における溶接電流をサンプリングし、 前記サンプリングした溶接電流値を演算して最端位置ま
たは中心位置での溶接電流を求めることを特徴とする溶
接電流の検出方法である．作　　用 本発明に従えば、溶接トーチのウィービングの最端位置
、すなわち最右端位置または最左端位置およびウィービ
ング中心位置に到達する前後における溶接電流をサンプ
リングし、その結果に基づいて，最端位置の溶接電流を
演算して求める．これによってノイズ成分にかかわらず
、溶接＠流の最端位置における値を求めることができる
．このようにしてウィービングの最端位置および中心位
置における溶接電流を正確に求めることができるように
なるので、前述の第８図に関連して述べた２点法で、溶
接トーチの位置を被溶接物に沿って高感度で、したがっ
て正確に移動させることが可能になる． 実施例 第１図は、本発明の一実施例の電気回路図である．産業
用ロボット１１は、溶接トーチ１２を備え、被溶接部材
１３の開先である接合部１４をアーク溶接して、下向き
すみ肉溶接継手を形成する．この溶接トーチ１２には、
ライン１５を介して溶接用電源１６からアーク溶接電流
が供給される．このライン１５に流れるアーク溶接電流
は、電流検出器１７によって検出される． 第２図は、被溶接部材１３の溶接状態を示す断面図であ
る．溶接トーチ１２には、溶接ワイヤ２０が取付けられ
、この溶接トーチ１２は参照符１２ａ，１２ｂで示され
るように接き部１４の第２図の紙面に垂直な長手軸線に
関して、幅方向（第２図〈１）の左右方向）に水平面内
でウィービングしつつ溶接動作を行う．溶接トーチ１２
が第２図（１）の最右端位置にあるときの溶接トーチ１
２の軸線は参照符１２Ｒで示され、またこの溶接トーチ
１２が最左端位置に来て参照符１２ｂで示される状態に
おける溶接トーチ１２の軸線は、参照符１２Ｌで示され
る．産業用ロボット１１は、この溶接トーチ１２を右端
位置１２Ｒと左端位置の軸線１２Ｌとの間で、距離ΔＬ
にわたってウィービング駆動する．接合部１４の中心位
置を通る軸線は、参照符１４ａで示されるとおり鉛直方
向である． 溶接ワイヤ２０は、予め定める供給速度■１で長手方向
に連続的に供給されており、その供給速度■１は、溶接
トーチ１２の距離ΔＬを移動するウィービングの速度■
２よりも大きい値である《Ｖｌ＞Ｖ２）．この溶接トー
チ１２は、たとえば、水平な接合部１４の上向きすみ肉
溶接継手を形成するために、上下方向には変位すること
なしに、上述のように水平方向に移動して、ウィービン
グ運動を行う． 第２図（２）で示されるように、被溶接部材１３が第２
図（１）で示される状態に比べて傾斜して配置されたと
きく水平すみ肉》には、その溶接トーチ１２は接合部１
４の軸線１４ａに関して垂直方向に、ウィービング駆動
される． 電流検出器１７によって検出されるアーク溶接電流は、
前処理回路１８に与えられて、その溶棲電流に含まれて
いる髭状のノイズが、可及的に除去される．この前処理
回路１８の具体的な構成は、たとえば本件出願人が先に
提出した特願昭６３−２５４３７３であってもよく、そ
の前処理回路１８の構成は、アーク溶接電流の検出出力
■１を、ローパスフィルタに入力し、アーク溶接電ＦＲ
Ｉ１とローバスフィルタの出力Ｉ２との差を求め、その
差Ｉ３（＝Ｉ１−Ｉ２）を、スライスし、ローパスフィ
ルタの出力Ｉ２と、前記スライスした出力Ｉ４とを加算
した信号１５（＝Ｔ２＋Ｉ４）を求めることによって、
溶接電流Ｉ１の直流分を中心にして一定幅でスライスし
た信号を得た後、さらにもう１つのローパスフィルタを
用いて平滑する．このような構成を有する前処理回路１
８では、つ゛イービングに依存する成分とノイズ成分と
を含むアーク溶接電流の検出値を、ローパスフィルタに
入力し、このアーク溶接電流Ｉ１からローパスフィルタ
の出力■２を減算し、その減算した値Ｉ３を、スライス
する．この減算した電流値Ｉ３には、直流成分が含まれ
ておらず、かつウィービングに依存する成分およびノイ
ズ成分が、アーク溶接電流の検出値Ｉ１と同一の位相で
含む．この減算して得られる値Ｉ３をスライスすること
によつて、ノイズ成分の振幅が抑制される．そこでロー
パスフィルタの出力■２と、スライスした出力Ｉ４とを
加算して信号Ｉ５を得る．これによって信号Ｉ５はアー
ク溶接電流の検出値Ｉ１と同一位相であって、ウィービ
ングに依存する成分を含み、またスライスによって振幅
が抑制されたごくわずかなノイズ成分のみを含むだけに
なり、これをローパスフィルタによって平滑すれば、わ
ずかな時定数のフィルタで滑らかな４８流値を検出する
ことができる． この電流検出器１７によって検出されるアーク溶接電流
の検出値■１の波形は、第３図に示されるとおりであっ
て、ウィービングに依存する成分１１ａと溶接ワイヤ２
０が被溶接部材１３に接触したときに生じる髭状の大き
な振幅を有するノイズ成分Ｉ１ｂとを有する．華処理回
路１８の出力波形は第３図（２）に示されるとおりであ
り、前述の大きな振幅を有するノイズ成分１ｌｂは含ま
れていないけれども、一ノイズによるわずかな脈動があ
る．本発明では、この前処理回路１８からの第３図（２
）で示される溶接電流検出波形をマイクロコンピュータ
などによって実現される処理回路１つに与えて、溶接ト
ーチ１２の軸線が最端位置１２Ｒ，１２Ｌおよびこれら
の最端位置１２Ｒ，１．　２　Ｌの中央である中心位置
における溶接電流の値を演算して求める． 第４図は前処理回路１８の出力波形の一部を示し、時刻
を表す横軸のＸ座ＭＡ　ｘ　＝　Ｏにおいて、溶接トー
チ１２は、たとえば最右端位置１２Ｒにあるものとする
．前処理回路１８の出力波形は参照符２１で示されてい
るとおりに、ノイズによって脈動しており、本発明では
、このようなノイズによる脈動を有しない溶接電流の成
分２２のみを抽出するなめに最小自乗２次近似の手法に
よって、ｘ＝０における溶接電流値をＹＪＩ標の値ｙＯ
として求める． 第５図は、第４図における脈動を有する検出電？ｉｌＬ
２１を時問ΔＴ（たとえば２ｍｓｅｃ）毎にサンプリン
グした値を示す．Ｘ軸は時間経過を示し、Ｙ軸はサンプ
リングした溶接電流値を表すや溶接トーチ１２の最右端
位置１２ＲにおけるＸ座標Ｘ＝０における電流ｙ０を求
めるために、先ず、ｙｗａｏ＋ａ，・ｘ＋ａｔ・ｘ２　
　　　　　　　　　・・・（１）とする．ここで、 （ａ）　＝　［Ａ］　−’　（ｂ）　　　　　　　　　
　　　・・・（２）ここで、ｘｗＯに関してサンプリン
グ数ｎが第５図の左右対称であるとき、 ただし、 ｎ ΣＸ＝　Σ　ｘｉ ｉ＝−ｎ ・・・（６》 Σｘ　２　＝＝　　Σ　（ｘｉ＞２ ｉ＝−ｎ ・・・（７》 したがって、 Δ＝ｎΣｘ２Σｘ４−Σｘ２Σｘ２Σｘ２・−・（８） とするとき、 Ａ＋ｘ＝０ ・・・〈１０》 したがって、 ａ　６　＝　Ａ　１　１Σ３’＋Ａ＋ｚΣｙ−ｘ＋Ａ，
，Σｙ　，　ｘ２溶接トーチ１２の最右端位置１２Ｒで
は、Ｘ＝０であるので、第１式および第１２式に基づき
、溶接電流の値がａ．とじて求められる．同様にして、
ウィービングの最左端位置１２Ｌにおける溶接電流もま
た最小自乗２次近似の手法によって求め、このようにし
て最右端位置１２Ｒと最左端位Ｗｔ．１２Ｌとにおける
溶接電流の差を表す信号がコントローラ２３（第１図参
照）に与えられる．このコントローラ２３は前記差が零
となるように産業用ロボット１１を制御し、したがって
溶接トーチ１２のウィービングの中心線が接合部の中心
位置を辿るように制御される． 上述の実施例では、最端位置のＸ座標ｘ＝Ｏにおける溶
接電流ｙＯを求めるために、そのＸ＝０の前後のサンプ
リング値を用いたけれども、このようなサンプリングの
期間は極めて短いので、アーク溶接に支障を来すことは
ない．本発明の他の実施例として、ｘ＝０におけるｙＯ
の値を求めるために、ｘ＝０よりも前、すなわちｘ＝−
１０〜一１におけるサンプリング値’ｊ−＋。〜ｙ一を
用いるようにしてもよい． 中心電流値１ｃを計算しているが、その中心電流値Ｉｃ
は開先とトーチとの距離を一定にすべく、Ｉ　Ｃ　＞　
Ｉ　ｏなる場合にはトーチを開先から遠ざけ、Ｉ　ｃ　
＜　Ｉ　ｏなる場合にはトーチを開先に近づけ、Ｉｃ＝
Ｉｏとなるように制御することにより、ワークとトーチ
との間隙を制御するために使用される． 発明の効果 以上のように本発明によれば、ノイズ成分を含む溶接電
流から、その溶接電流の成分だけを抽出して、溶接トー
チのウィービングの最端位置および中心位置における値
を求めることが可能になる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電気回路図、第２図は被溶
接部材１３の溶接状態を示す断面図、第３図はアーク溶
接電流の検出値Ｉ１の実際の波形図、第４図は前処理回
路１８の出力波形の一部を示す図、第５図は第４図にお
ける脈動を有する検出電流を最小自乗２次近似の手法に
よって求める手順を説明するための図、第６図は本発明
が関連する技術および先行技術を説明するための断面図
、第７図は第６図に示される各溶接状態におけるアーク
溶接電流を示す波形図、第８図は２点法と半波積分法と
中問積分法との感度を説明するための図である． １１・・・産業用ロボット、１２・・・溶接トーチ、１
３・・・被溶接部材、１４・・・接き部、１６・・・溶
接用電源、１７・・・溶接電流検出器、１８・・・前処
理回路、１９・・・処理回路、２３・・・コントローラ
代理人　　弁理士　西教　圭一郎 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 −Ｘ−＋Ｘ サンアリング 第 図 第 図 時間 時間

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 溶接トーチを被溶接継手の接合部においてウイービング
   させ、溶接トーチの位置変化に対するアーク溶接電流の
   変化によつて常に溶接トーチを接合部に沿つて制御する
   自動溶接機を用い、 溶接トーチがウイービングの最端位置または中心位置に
   到達する前後における溶接電流をサンプリングし、 前記サンプリングした溶接電流値を演算して最端位置ま
   たは中心位置での溶接電流を求めることを特徴とする溶
   接電流の検出方法。