JPH0284271A - 溶接機の自動制御方法及び自動制御装置 - 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、溶接機の自動制御方法及び自動制御装置に関
するものである。

（ロ）従来の技術 従来の溶接機の自動制御方法及び自動制御装置として、
特開昭６２−１６８８３号公報に示されるものがある。

これには、溶接部の形状に沿って溶接トーチを自動的に
走行させて溶接を行なうために溶接部と溶接トーチとの
相対位置関係を検出し、これに基づいて溶接トーチの位
置を修正する技術が示されている。具体的には、溶接中
に溶接トーチを所定の周波数で連続して揺動させ、その
際の溶接電流から各揺動周期ごとに揺動周波数と同一の
周波数成分の値と位相の正逆、及び平均溶接電流値を算
出する。算出された揺動周波数と同一の周波数成分の値
と位相の正逆とから溶接トーチの横方向（水平方向）へ
の移動を制御し、また算出された平均溶接電流値と位相
の正逆とから溶接１・−チの縦方向（上下方向）への移
動を制御する。このような動作を各揺動周期ごとに繰返
えす。

（ハ）発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のような従来の溶接機の自動制御方
法には、溶接トーチの位置制御の応答性か過大となって
°溶接トーチの位置を円滑に制御することかできないと
いう問題点がある。すなわち、溶接′電流の周波数成分
及び平均電流値を用いて溶接トーチの位置を制御する方
法の位置検出感度は非常に良好であるので、各揺動周期
ごとに溶接トーチの位置の比較的大きい修正か指令され
、ハンチング状態となる。このため、安定した状態で溶
接トーチを溶接部に沿って移動させることができない。

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、最新の揺動時の移動量算出値にそれ以前の揺
動時の移動量算出値を加味して横方向及び縦方向の移動
量指令値を決定することにより、上記課題を解決する。

すなわち、本発明による溶接機の自動制御方法は、（ａ
）溶接トーチの移動方向に直交する面内において溶接ト
ーチを一定周＋１１１で揺動させること、（ｂ）溶接電
流の周波数成分のうちの溶接トーチの揺動周期と同一の
周波数成分と位相の正逆、及び１揺動中の平均溶接電流
値を検出すること、（ｃ）検出した上記揺動周期と同一
の周波数成分を０とするための溶接トーチの揺動中心位
置の揺動中心線に直交する方向への移動量を算出し、最
新の揺動時の移動量算出値とこれ以前の揺動時の移動量
算出値とから移動量指令値を決定し、この移動量指令値
分だけ溶接トーチの揺動中心位置を揺動中心線に直交す
る方向に移動させること、（ｄ）検出した上記平均溶接
電流値とこれの初期値との差を０とするための溶接トー
チの揺動中心位置の揺動中心線軸方向への移動量を算出
し、最新の揺動時の移動量算出値とこわ以前の揺動時の
移動量算出値とから移動量指令値を決定し、この移動量
指令領分だけ溶接トーチの揺動中心位置を揺動中心線軸
方向に移動させること、の各工程から構成される。なお
、（ｃ）工程と（ｄ）工程との時間的餌後関係は任意で
ある。

また、上記方法を実施する溶接機の自動制御装置は、溶
接トーチと、溶接トーチを揺動させる揺動装置と、溶接
トーチの揺動中心位置を揺動中心線に直交する方向に移
動可能な横方向移動装置と、溶接トーチの揺動中心位置
を揺動中心線軸方向に移動可能な縦方向移動装置と、溶
接トーチを揺動面に直交する方向に移動させる溶接方向
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、を有
する溶接機のためのものであって、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
に信号を出力する揺動位置検出器と、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を所定時間
ごとに測定し溶接トーチの揺動周期と一致する周波数成
分と位相の正逆（同位相及び逆位相）、及び平均溶接電
流値を算出する演算手段と、横方向移動装置の作動を指
令する信号を出力する横方向作動指令手段と、縦方向移
動装置を作動させる信号を出力する縦方向作動指令手段
と、を有しており、横方向移動指令手段は、最新の揺動
時の揺動周期と同一の周波数成分と位相の正逆（同位相
及び逆位相）とから得られる横方向移動量算出値とこれ
以前の揺動時の横方向移動量算出値とに基づいて決定さ
れる横方向移動量指令値を横方向移動装置に出力するよ
うに構成され、縦方向作動指令手段は、最新の揺動時の
平均溶接電流値から得られる縦方向移動量算出値とこれ
以前の揺動時における縦方向移動量算出値とか゛ら決定
される縦方向移動量指令値を縦方向移動装置に出力１−
るように構成されることを特徴としている。

（ホ）作用 溶接トーチの揺動中心位置の揺動中心線・軸方向及びこ
れに直交する方向の移動量指令値は、最新の揺動時の移
動量算出値と、過去の揺動時の移動量算出値とに基づい
て決定される。従って、最新の揺動時の移動量算出値が
移動量指令値に与える影響は比較的小さくなっている。

例えば、最新の揺動時に大きい移動量が必要であると算
出されても、これ以前の揺動時における移動量の算出値
が小さい場合には、移動量指令値は急に増大することは
ない。これにより、溶接トーチの位置修正の応答性が適
正となり、安定した制御を行うことができる。

（へ）実施例 第１図に自動溶接装置を示す。溶接トーチ２０は揺動装
＠２２によって揺動可能に支持されている。揺動装置２
２は溶接トーチ２０を一定周期で揺動させる゛ことがで
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。揺動装置２２は縦方向移動量２
９と支持部月３１を介して連結されている。縦方向移動
装置２９はモータ２９ａを有しており、このモータ２９
ａ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及びこれに支持さねた溶接ト・−チ２０を上下
方向に移動させることができる。縦方向移動装置２９は
横方向移動装置２８と支持部材３０を介して連結されて
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３
０を第１図中て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、入力される正転用又は逆転用パルス
に応して正転又は逆転する。横方向移動装置２８は、フ
レーム３２十に・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３
８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
させることにより、溶接トーチ２０を紙面に直交する方
向に移動させることかできる。被溶接物４０及び４２は
台４４、−１ｘ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は制御器５６に人力される。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。制御器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が揺動中心位置を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。制御器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
を出力することかできる。

制御器５６の構成を第２図にブロック図として示す。制
御器５６には、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か入力される。制御器５
６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７０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ＣＰＵ）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、マイクロプロセッサ７
２からの信号８２及び８３に応じてそれぞれモータ２８
ａ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（この場合、垂直線）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、溶接部４６をアーク溶接する。溶接トーチ２０が溶
接部４６の真上の一定高さ位置を通過するように、制御
器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。制御器５６は、揺動位置検出器６０
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３図に示すフローチャートの手順
に従ってモータ２８ａに出力する信号６６及びモータ２
９ａに出力する信号６７を決定する。まず、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２０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７０からの１３号８０を
読み込み、記憶器７４に記憶させる（ステップ１０４）
。

次いで、微小時間へＴ（例えば、揺動周期の１／１００
の時間）のアイドル時間を置いて（ステップ１０６）、
溶接トーチ２０か揺動中心位置にあるかどうかを判断し
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１０４にもどって微小時間△Ｔ　？ｔｔ
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か揺動中
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かオンとなるまで）繰り返される。すな
わち、１揺動周期間に信号８０が△Ｔ時間毎に１００回
測定され、データＡＩ、Ａｚ・・・Ａ１００として記憶
される。１揺動周期が終了してトーチ２０か揺動中心位
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。

Ａｉ　　・ ・１３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は、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
致する周波数成分を抽出したものとなっている。またＳ
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。上記
のようなＳ及びＱの値に基づいて、移動量算出値り及び
Ｅ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Ｑ−Ｑ、に比例してＥが
演算される。

ただし、ここでＱｏは、溶接開始直後の適正条件下での
Ｑの値である。次いで、移動量算出値り及びＥを記憶す
る（ステップ１１４）。次いで、横方向への移動量指令
値Ｆ及び縦方向への移動量指令値Ｇを次式により算出す
る（ステップ１１６）。

Ｆ＝Σ二　Ｋ、・Ｄ。

１＝−３ たたし、ｉ＝０は今回の揺動時、１＝−１は１回面の揺
動時、１＝−２は２回前の揺動時、１＝−３は３回前の
揺動時を示し、またＫは係数であるが、例えばＫ。＝１
／２、に−、＝１／４、Ｋ−２＝１／８、Ｋ　−３＝　
１　／　１６である。この移動量指令値Ｆ及びＧが信号
８２及び８３として駆動信号出力部７６及び７７に人力
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１１８）。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２
０の揺動周期毎に溶接トーチ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。

上記のような制御器５６の作用によって溶接トーチ２０
は、常に溶接部４６の真上で、しかも一定高さに位置す
るように制御される。例えば、溶接トーチ２０の位置が
溶接部４６の真上位置から水平方向にずれた場合、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が、駆動信号出
力部７６からの信号６６はこれを小さくする方向にモー
タ２８ａを回転させる。モータ２８ａの回転方向は信号
８２の正負に応じて決定され、溶接トーチ２０は溶接部
４６の真上位置に水平移動される。溶接トーチ２０が溶
接部４６の真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２０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２８
ａはほとんど回転せず溶接トーチ２０も水平移動しない
。

一方、溶接トーチ２０の位置が溶接部４６の真り位置の
初期位置（溶接開始直後の位置）から上方向又は下方向
にずれた場合には、移動量指令値Ｇによりモータ２９ａ
がずれを無くす方向に回転する。上記のようにして、溶
接トーチ２０の位置は揺動の１周期毎に溶接部４６の真
−ヒの一定位置にくるように制御され、溶接トーチ２０
は溶接中宮に溶接部４６の真上の一定位置に保持され、
走行台３８の移動によって溶接が行なわれる。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及び平均溶接電流
値に対してはほとんどＨｇ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の真上の一定位置に保持される。し
かも、移動量指令値Ｆ及びＧは過去４回の揺動の際の移
動量算出値り及びＥに基づいて決定されるため、移動量
指令値Ｆ及びＧは比較的緩やかに変化し、これに応じて
横方向及び縦方向への溶接トーチ２０の位置の修正が円
滑に行われる。

なお、移動量指令値ＦＥＬびＧを算出する際に計算に用
いる揺動同数（＠述のｉの値）は４回としたが、これ以
外でもよく、また係数にの値についてもＬ記例以外の値
とすることができる。また上記実施例では、揺動装置２
２の位置はパルスモータによって制御するようにしたが
、例えばポデ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）に入力し、これによってモータ（
サーホモータ）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、本発明による自動溶接方法は、
溶接電流の溶接トーチの揺動周期と同一の周波数成分と
位相の正逆、及び１揺動中の平均溶接電流値に基づいて
溶接トーチの揺動中心位置を揺動中心線軸方向（実施例
では垂直方向）及びこ才１に直交する方向（水平方向）
に修正する際に、最新の揺動時の移動量算出値にこ、ｂ
より１ｉ汀の揺動時の移動量算出値を加味し移動は指令
値を決定するようにしたので、溶接トーチの位置修正の
応答か適止となり、安定した動作を得ることかできる。

【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図は制御の
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・・・縦方向移動装置、２８ａ、２９
ａ・・・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、５４．６４，６６．６７
・・・信号、５６・・・制御器、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。 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶接部に沿って自動的に溶接トーチを移動させてア
   ーク溶接を行う溶接機の自動制御方法において、 （ａ）溶接トーチの移動方向に直交する面内において溶
   接トーチを一定周期で揺動させること、（ｂ）溶接電流
   の周波数成分のうちの溶接トーチの揺動周期と同一の周
   波数成分と位相の正逆、及び１揺動中の平均溶接電流値
   を検出すること、（ｃ）検出した上記揺動周期と同一の
   周波数成分を０とするための溶接トーチの揺動中心位置
   の揺動中心線に直交する方向への移動量を算出し、最新
   の揺動時の移動量算出値とこれ以前の揺動時の移動量算
   出値とから移動量指令値を決定し、この移動量指令値分
   だけ溶接トーチの揺動中心位置を揺動中心線に直交する
   方向に移動させること、（ｄ）検出した上記平均溶接電
   流値とこれの初期値との差を０とするための溶接トーチ
   の揺動中心位置の揺動中心線軸方向への移動量を算出し
   、最新の揺動時の移動量算出値とこれ以前の揺動時の移
   動量算出値とから移動量指令値を決定し、この移動量指
   令値分だけ溶接トーチの揺動中心位置を揺動中心線軸方
   向に移動させること、 を特徴とする溶接機の自動制御方法。 ２、請求項１の（ｃ）工程及び（ｄ）工程が同時に行な
   われる又は（ｄ）工程が（ｃ）工程よりも先に行なわれ
   る溶接機の自動制御方法。 ３、溶接トーチと、溶接トーチを揺動させる揺動装置と
   、溶接トーチの揺動中心位置を揺動中心線に直交する方
   向に移動可能な横方向移動装置と、溶接トーチの揺動中
   心位置を揺動中心線軸方向に移動可能な縦方向移動装置
   と、溶接トーチを揺動面に直交する方向に移動させる溶
   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
   、を有する溶接機のための自動制御装置であって、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
   位置にあるときに信号を出力する揺動位置検出器と、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
   電流を所定時間ごとに測定し溶接トーチの揺動周期と一
   致する周波数成分と位相の正逆、及び平均溶接電流値を
   算出する演算手段と、横方向移動装置の作動を指令する
   信号を出力する横方向作動指令手段と、縦方向移動装置
   を作動させる信号を出力する縦方向作動指令手段と、を
   有する溶接機の自動制御装置において、 横方向移動指令手段は、最新の揺動時の揺動周期と同一
   の周波数成分から得られる横方向移動量算出値とこれ以
   前の揺動時の横方向移動量算出値とに基づいて決定され
   る横方向移動量指令値を横方向移動装置に出力するよう
   に構成され、縦方向作動指令手段は、最新の揺動時の平
   均溶接電流値から得られる縦方向移動量算出値とこれ以
   前の揺動時における縦方向移動量算出値とから決定され
   る縦方向移動量指令値を縦方向移動装置に出力するよう
   に構成されることを特徴とする溶接機の自動制御装置。