JPH0318479A - ショートアーク溶接における開先自動倣い制御方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、ショートアーク溶接において高速回転アーク
溶接法を用いてアークセンサにより開先を自動的に倣わ
せるようにした開先自動倣い制御方法に関するものであ
る。ここで、ショートアーク溶接とは、消耗電極式アー
ク溶接方法における溶滴移行形態の一つで短絡アーク溶
接のことである。また、開先とは、被溶接材に特に形成
される開先のほか、隅肉溶接のように被溶接材自体で形
成されるものを含むものである。

［従来の技術］ 従来、高速で回転するアーク自体をセンサとする高速回
転アークセンサによる開先倣い制御方法は、例えば特開
昭５７−９１８７７号公報に示されている。これは、ア
ークの１回転ごとに溶接電流またはアーク電圧の波形を
検出し、その波形についてアークの回転の溶接進行方向
前方Ｃｆ点に対して左側と右側の波形を積分し、両積分
値の差が零になるように溶接トーチの開先幅方向の移動
を制御することにより溶接トーチの中心を開先の中心上
に自動的に位置決めするものである。そのため、このよ
うな開先倣い制御方法による高速回転アーク溶接方広に
よれば、自動溶接が可能になり、応答性が良好な開先自
動倣い制御、またアークの高速回転によりビード形状の
改善が図れるなど優れた効果を奏するものである。

しかしながら、上記の開先倣い制御方法はいわゆるオー
プンアーク溶接（溶滴移行形態がスプレー移行式、グロ
ビュール移行式などによる溶接）に対するものであって
ショートアーク溶接においては適用が不可能であった。

［発明が解決しようとする課題］ ショートアーク溶接の場合、オープンアーク溶接に比べ
て開先形状のセンサとして用いる溶接電流またはアーク
電圧の波形が短絡により乱れるため、高速回転アークセ
ンサによる開先倣い制御が不安定となる。

すなわち、開先の幅方向（ｘ軸方向）の倣い制御の場合
、アークセンサの原理は、溶接電流またはアーク電圧の
波形についてアークの回転の左側と右側を積分しそれを
比較するものであるが、ショートアーク溶接において積
分領域で短絡が生じた場合には、溶接電流またはアーク
電圧の波形が乱れるため、その波形は開先形状のセンサ
として正常に働かない。

また、溶接トーチの高さ方向（ｙ軸方向）の倣い制御の
場合、アークセンサの原理は、例えば溶接電流値Ｉ　と
基準値Ｉ　とを比較して、Ｉ　〉ａ　　　　　　　　　
　　　　　Ｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　ａ■　のときは、トーチ位置が低いのでトーチを
上０ 昇させ、逆に、ＩＩ１　　のときは、トーチ位置ａ　　
　　　　　Ｏ が高いのでトーチを下降させるようになっている。

しかし、従来技術の場合、ショートアーク溶接では波形
を平均値化する必要があるが、これをフィルタ等で平均
値化しようとすると、かなり大きな定数を選定せざるを
得す、時間遅れが生じるため、倣いの応答性に問題があ
る。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので
、ショートアーク溶接においても高速回転アークセンサ
を用いて安定かつ良好で応答性のよい開先自動倣い制御
ができる制御方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達戊するため、本発明に係るショートアー
ク溶接における開先自動倣い制御方法は、Ｘ軸方向の倣
い制御にづいては、アークの１回転ごとに溶接電流また
はアーク電圧の波形を検出し、アークの回転の溶接進行
方向に対して左側及び右側で積分し、両積分値を比較し
てその差が零になるように溶接トーチをＸ軸方向に移動
し、その積分領域でアークの短絡が生じた場合にはその
時の積分結果は採用せず、その直前の積分値をそのまま
保持することとしたものである。

また、上記Ｘ軸方向の倣い制御に加えてさらにｙ軸方向
の倣い制御を行う場合には、アークの１回転ごとに検出
された溶接電流波形■　と基準電ａ 流値Ｉ　との差（１　　−１　　）を積分し、その積Ｏ
　　　　　　　　　　　　　　ａ　　　　　　Ｏ分値の
正負を判定し、それが正のときは溶接トーチを上昇させ
、負のときは溶接トーチを下降させることとしたもので
ある。さらに好ましくは、トーチ移動の不感帯量をあら
かじめ設定しておき、上記積分値の絶対値がこの不感帯
量より小さいときにはトーチを停止させたままにしてお
くこととするものである。

［作　用］ 高速回転アーク溶接法におけるショートアーク溶接にお
いては短絡がアークの回転の１周期に同期して起こりや
すい傾向がある。例えば、下向溶接では第５図に示すよ
うに溶融池形状の関係から、アーク４の回転位置が溶接
進行方向ａに対して前方の位置Ｃ，点よりも後方の位置
Ｃｆ点の方が溶接トーチ１のワイヤ２の先端と溶融／Ｉ
Ｉ２３間の距離が短くなるので、アーク回転の後方位置
Ｃ　点でｒ 短絡が生じやすくなる。このときの溶接電流波形Ｉａ及
びアーク電圧波形Ｅａを模式的に示すと第６図のように
なる。図中、Ｉ　　，Ｅ　　はそれぞＯ　　　　　　Ｏ れ基準電流波形及び基準電圧波形、Ｔは短絡期間である
。

したがって、アークが短絡していない状態、つまりオー
プンアークの状態の領域（例えば、ｃｆ点を中心として
左右４５″とか９０°の範囲）ではこのＩａまたはＥ，
の波形を開先倣いのセンサとして用いることができる。

しかし、短絡は、毎回確実にＣ　点で発生するｒ わけではなく、Ｃｆ点付近で発生する場合もある。

この場合にはそのときの■　またはＥ　の波形はａａ センサとして正常な値ではない。

そこで、積分領域において短絡が生じた場合には、その
時の積分結果は採用せず、例えば前回の積分値をそのま
ま保持することとし、これを用いることによってＸ軸方
向の倣い制御を安定して良好に行うことができる。

次に、ｙ軸方向の倣い制御については、例えば、ショー
トアーク溶接時の溶接電流波形Ｉ　をフィａ ルタ等で平滑化しようとすると、１秒程度以上の時間遅
れが生じ、倣いの応答性が悪くなる。しかし、アークの
回転を伴うショートアーク溶接では、短絡はアークの１
回転ごとに同期して生じるようになるので、１回転ごと
にＩ　とＩ　の差（１，ａ　　　　　　Ｏ −１。）を積分することにより平均値化できるので、時
間遅れをきわめて小さくすることができ、その積分値の
正負を判定することにより応答性の良いｙ軸方向の倣い
制御が可能となる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図により説明する。

第１図は本発明の開先倣い制御方法においてＸ軸方向の
倣い制御を行う場合のブロック図であり、アーク電圧を
制御する場合で示してある。第２図はショートアーク溶
接における積分領域を示す図である。

第１図において、１１はアークの回転位置検出器で、溶
接トーチの回転角度９０’ごとのアーク回転位置Ｃ，Ｒ
，Ｃ，Ｌの４点（第２図参照）ｒｒ を検出するようになっている。なお、図示は省略するが
、溶接トーチは前記公報等に示されるように、トーチの
偏心位置に送給される溶接ワイヤ、トーチの回転用モー
タ、Ｘ軸移動機構及びｙ軸移動機構を備えている。また
、アークの回転速度は１０Ｈ　　以上、アーク回転直径
は１　ｍｍ〜６關で行Ｚ っている。

１２はアークの１回転ごとに検出されるアーク電圧波形
Ｅ　，１３はあらかじめ設定された基準ａ 電圧波形Ｅ　で、それぞれ差動アンブ１４に入力Ｏ される。

１５は回転位置検出器１１及び積分領域設定回路１６か
らの信号の入力により積分領域を決めるためのスイッチ
ング論理回路、１７は第２図においてＬ領域３１を積分
するときのスイッチで、スイッチング論理回路１５のＬ
領域指令により動作し、差動アンブ１４により増幅され
たアーク電圧波形差信号（Ｅ　　−Ｅ　　）をプラスと
して積分器ａ　　　　　　Ｏ ２０に送る。１８は第２図においてＲ領域３２を積分す
るときのスイッチで、スイッチング論理回路１５のＲ領
域指令により動作し、差動アンプ１４により増幅された
アーク電圧波形差信号（Ｅａ一Ｅ。）を反転器１９によ
りマイナスにして積分器２０に送る。積分器２０はスイ
ッチング論理回路１５の積分領域指令によって動作し、
両スイッチ１７，１８を通じて入力される信号をそれぞ
れ積分し、積分値差（ＳＬ−ＳＲ）として記憶器２１に
送り、ここで一時記憶される。

一方、積分領域での短絡の有無を検出するための短絡検
出回路２２が設けられており、検出されたアーク電圧波
形１２の信号Ｅ　と、短絡検出レａ ベル設定器２３によりあらかじめ設定された短絡レベル
信号Ｅ　　とを短絡検出回路２２に入力し、ｌｏｗ 短絡検出回路２２において短絡の有無が判定されるよう
になっている。すなわち、Ｅ　　＞Ｈ　　　のａ　　　
ｌｏｗ ときは短絡が生じていない、つまりオーブンアーク状態
であると判定し、Ｅ　≦Ｅ　　のときは短ａ　　　　　
　Ｉｏν 絡状態であると判定するものである。この判手結果はス
イッチング論理回路１５にデータ採否指令として送られ
る。なお、短絡検出回路２２の上記動作はスイッチング
論理回路ｌ５からの積分領域指令によって行われる。

積分器２０にて積分中において、短絡検出回路２２によ
りオーブンアーク状態と判定された場合、積分が終わる
と同時にスイッチング論理回路１５より記憶器２１に対
してリセット信号を出し、ほぼ同時にサンプルホールド
信号を出す。これにより、前回の一峙記憶されている積
分値差（ＳＬＳＲ）をリセットするとともに、今回の積
分値差（Ｓ，−ＳＲ）を一時記憶し、今回の積分値差で
もってその差が零になるようにＸ軸コントローラ２４に
より溶接トーチをＸ軸方向に移動させる。

一方、積分器２０にて積分中において、短絡検出回路２
２により短絡状態と判定された場合には、その波形をセ
ンサとして用いることは不適当であるので、記憶器２１
をリセットすることなく、例えば前回の積分値差（ＳＬ
−ＳＲ）をそのまま保持し、その差が零になるようにＸ
軸コントローラ２４により溶接トーチをＸ軸方向に移動
させる。

以上の動作により、ＳＬ＞ＳＲのときはトーチをＬ側に
修正し、ＳＬくＳＲのときはトーチをＲ側に修正するこ
とになる。なお、Ｘ軸コントローラ２４はモータであっ
てもよい。

第２図においては、ショートアーク溶接において短絡が
生じにくいアーク回転位置Ｃ『を中心として左右に例え
ば４５゜ずつの積分領域３１，３２を設定した場合を示
している。なお、積分領域３１．３２はＣｆ′点を中心
に５゜〜９０゜の範囲で同一の位相角φをとるように定
められる。

このようにアークの１回転ごとにその電圧波形Ｅ　を検
出し、Ｌ領域３１とＲ領域３２の積分値ａ を比較すれば、第１図の制御回路により通常のオープン
アーク溶接の場合と同様にＸ軸方向の開先倣いが可能と
なる。ただし、この積分領域で短絡が発生した場合には
そのデータは採用できないので、短絡の有無を判定した
うえで短絡があった場合には、例えば前回の積分値を採
用することにより開先倣いを行う。

第３図は上記の積分領域、リセット信号、及びサンプル
ホールド信号のアーク回転位置に対するタイミングチャ
ートである。

次に、第４図はｙ軸方向の倣い制御を行う場合のブロッ
ク図で、溶接電流を制御する場合で示してある。図にお
いて、４１はアークの回転位置検出器、４２は検出され
た溶接電流波形Ｉ　，４３ａ はあらかじめ設定された基準電流波形Ｉ　，４４０ は差動アンプ、４５はアークの１回転ごとに溶接電流波
形差信号（１　　−１　　）を積分する積分器、ａ　　
　　　　Ｏ ４６はスイッチング論理回路で、回転位置検出器４１か
らの回転位置信号を受け、その１回転信号ごとに積分器
４５を動作させる。４７は記憶器で、スイッチング論理
回路４６からのリセット信号及びサンプルホールド信号
によりアークの１回転ごとの積分値を一時記憶する。４
８は積分値ＳＩの正負の判定回路、４つは必要に応じて
設けられる不感帯設定回路で、不感帯量ΔＩをあらかじ
め設定しておくものである。５０はｙ軸コントローラで
あり、ｙ軸モータであってもよいものである。

積分器４５により、アークの１回転ごとに溶接電流波形
差信号（１　　−１　　）を積分することはａ　　　　
　　Ｏ （１　　−１　　）の平均値を求めることに等しい。

ａ　　　　　　Ｏ このため、記ｔａ器４７より出力される積分値Ｓｔの符
号を判定回路４８により判定すれば、トータルとしての
Σ■　とΣ■　の比較が可能になる。

ａ　　　　　　　　　Ｏ その結果、アークを高速回転すると時間遅れのきわめて
小さい良好なｙ軸方向の倣い制御が可能になる。したが
って、Ｓ，＞ＯのときはΣＩａ〉ΣＩ　であるから、溶
接トーチ位置が低いためトーＯ チを上昇側へ修正する。逆に、Ｓ１〈０のときはΣ■　
くΣＩ　であるから、溶接トーチ位置が高ａ　　　　　
　　　　Ｏ いためトーチを下降側へ修正する。また、Ｓ１の絶対値
があらかじめ設定された不感帯量ΔＩより小さいときは
Σ■　とΣＩ　の差は小さいものとａ　　　　　　　　
　Ｏ してトーチは動かさない、つまり停止させておく。

なお、本発明において、Ｘ軸方向の倣い制御を行う場合
はｙ軸制御がほとんど問題とならないような開先の溶接
、例えば１バスで溶接するような場合に適用できる。こ
れに対してＸ軸及びｙ軸方向の倣い制御の場合は、多層
溶接の場合に適用できる。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、ショートアーク溶接にお
いても高速回転アーク溶接法を用いることにより短絡を
アークの回転の後方Ｃ　側で半強ｒ 制的にかつ周期的に起こすことにより、通常のオープン
アーク溶接の場合と同様にＸ軸方向の開先自動倣いがで
き、また積分領域で短絡が生じた場合にはその積分値を
不採用とし前回以前の積分値を採用することで安定した
開先自動倣いを行うことができる。

さらに、Ｘ軸方向の開先自動倣いのはかｙ軸方向の開先
自動倣いをも行う場合には、アークの１回転ごとに積分
することにより平均値化できるため、応答性の良い制御
が可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＸ軸方向の開先倣い制御に用いるブロ
ック図、第２図はショートアーク溶接における積分領域
を示す図、第３図は積分領域、リセット信号、及びサン
プルホールド信号のアーク回転位置に対するタイミング
チャート、第４図は本発明のｙ軸方向の開先倣い制御に
用いるブロック図、第５図はショートアーク溶接におい
て短絡が発生しやすい位置及び発生しにくい位置を示す
説明図、第６図はショートアーク溶接における溶接電流
及びアーク電圧の波形図である。 １・・・溶接トーチ ２・・・ワイヤ ３・・・溶融池 ４・・・アーク １１・・・回転位置検出器 １２・・・アーク電圧波形Ｅ， １３・・・基準電圧波形Ｅ。 １４・・・差動アンブ １５・・・スイッチング論理回路 １６・・・積分領域設定回路 １７・・・スイッチ １８・・・スイッチ １つ・・・反転器 ２０・・・積分器 ２１・・・記憶器 ２２・・・短絡検出回路 ２３・・・短絡検出レベル設定器 ２４・・・Ｘ軸コントローラ ３１・・・Ｌ領域 ３２・・・Ｒ領域 ４１・・・回転位置検出器 ４２・・・溶接電流波形■８ ４３・・・基準電流波形■。 ４′４・・・差動アンブ ４５・・・積分器 ４６・・・スイッチング論理回路 ４７・・・記憶器 ４８・・・判定回路 ４９・・・不感帯設定回路 ５０・・・ｙ軸コントローラ Ｃｆ 第 ２ 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ショートアーク溶接において高速回転アーク溶接
   法を用いてアークセンサ制御により開先の幅方向（ｘ軸
   方向）の倣い制御を行う場合、高速で回転するアークの
   １回転ごとに溶接電流またはアーク電圧の波形とアーク
   の回転位置を検出し、アークの回転の溶接進行方向前方
   Ｃ＿ｆ点に対してＣ＿ｆ点を中心に同一の位相角φ（５
   ゜〜９０゜）で定まる左側及び右側の領域で積分し、両
   積分値を比較してその差が零になるように溶接トーチを
   ｘ軸方向に移動し、前記積分領域でアークの短絡が生じ
   た場合にはその時の積分結果は採用せず、その直前の積
   分値をそのまま保持することを特徴とするショートアー
   ク溶接における開先自動倣い制御方法。
2. （２）前記ｘ軸方向の倣い制御に加えてさらに溶接トー
   チの高さ方向（ｙ軸方向）の倣い制御を行う場合、アー
   クの１回転ごとに溶接電流波形Ｉ＿ａと基準電流値Ｉ＿
   ｏとの差（Ｉ＿ａ−Ｉ＿ｏ）を積分し、その積分値の正
   負を判定し、その判定結果に基づき溶接トーチをｙ軸方
   向に移動させることを特徴とする請求項（１）記載のシ
   ョートアーク溶接における開先自動倣い制御方法。