JPH0347679A - アーク溶接装置 - 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】 （産業上の利用分野） この発明はアーク溶接装置に関し、特に被溶接物の形状
変化を検出し、この検出結果に基づいて溶接トーチの位
置及び姿勢、或は溶接ビードを制御するようにしたアー
ク溶接装置に関するものである。

（従来の技術） 第８図は例えば特公昭８２−４７１０８号公報に示され
た従来のパルスアーク溶接装置を示す構成図である。こ
のパルスアーク溶接装置の動作としては、先ず、母材（
４ｂ）の板厚、材質、シールドガスの種類、ワイヤ電極
（３）の径等の組合せから定まる基準溶接電流値Ｉ０、
基準溶接電圧ＶＯ、ベース電流１１１１ｂパルスピーク
値Ｉ＋ｌＯ、パルス幅τ０をそれぞれ設定する。この設
定操作によりこの溶接機は、ワイヤの送給速度■、溶接
トーチのチップ（９ａ）と母材の設定距離ＬＯ（以下、
溶接トーチの設定距離という）、溶接電流のベース電流
■６、パルス電流のピーク値ＩＰ。、パルス幅τ。、パ
ルス周波数ｆで動作し、このときのアーク長１．＝　１
０．溶接電圧Ｖａ＝ＶＯ１溶接電流！、＝　ｔｏとなる
。

いま、母材（４ｂ）の表面形状の凹凸により母材と溶接
トーチのチップとの距離り、（以下溶接トーチ距離とい
う）がり、＞ＬＯとなり、これに伴ってアーク長１．が
１．＞　１０になったとすると、Ｖ、＞Ｖ、どなる。こ
のｖｌは電圧検出器（５）で検出されて比較器（２０）
に入力される。比較器（２０）では基準溶接電圧ＶＯと
溶接電圧ｖ１とを比較し、差信号Ｖｓ　（＝　Ｖｏ−ｖ
ｌ）、即ち差信号ｖｓとして負の信号を出力する。

パルス幅設定器（２１）はこの差信号Ｖｓを入力して補
正信号で５を演算し、パルス幅信号τ８　（＝τ０＋τ
、）を出力する。今、Ｖ、は負であるため、ｖ５に比例
したτＳも負になり、パルス幅では基準パルス幅τ。よ
り小さくなる。このパルス幅信号τはスイッチ素子群（
２）に送られ、ワイヤ電極（１０）と母材（１１）との
間に流れるパルス電流のパルス幅をτ（τくτ０）とす
る。このように電流のパルス幅が小さくなるため、ワイ
ヤ電極の溶融塊の移行する溶量は少なくなるのに対して
、ワイヤ送給速度Ｖは一定であるからワイヤー電極の突
出量が増大してアーク長ｌ、は小さくなる方向に速やか
に修正され、アーク長１．＝　ｔｏとなるパルス電流の
パルス幅で、で安定する。この修正されたパルス電流の
パルス幅で１は、パルス幅検出器（２４）で検出され、
このパルス幅τ、はτ１くτ０であるから、つまり電荷
量Ｑは減少したことになる。比較器（２６）の差信号Ｑ
ｌ（＝τ２−τ０）は負、従ってこの差信号Ｑ１を受け
たトーチ位置制御装置（１４）は溶接トーチ（２）を母
材（４ｂ）の方に近づける向きに差信号Ｑ１が；となる
まで、つまりτ１＝τ。となるところまで駆動する。

また、母材（１１）の表面形状の凹凸により、溶接トー
チ距ｉ１Ｌ、が１．、＜１．、となったときは、この装
置は上記の場合と逆の向き即ちパルス幅τ１はτ１〉τ
０となり、つづいて差信号Ｑ１は正となって、トーチ位
置制御装置（１４）は溶接トーチ（９）を母材から遠ざ
かる向きに差信号Ｑ＋が零となるところまで、つまりτ
、＝τ。となるところまで駆動する。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のパルスアーク溶接措置は以上のように構成されて
いるので、被溶接物（母材）の溶融池から溶接トーチま
での距離の変動に応じた信号で溶接トーチの位置を制御
しているのみで、更に被溶接物の形状に従った溶接トー
チ制御を行なう場合は被溶接物の形状に対応した溶接ト
ーチの姿勢、溶接電流の制御情報を予め記憶させるため
にメモリを装置に装備し、メモリに各種情報を人力する
必要があり、また被溶接物の形状が複雑化するほど設定
情報が多くなり、大容量のメモリを要するといった問題
点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、被溶接物の形状に対応した各種溶接条件を予
め設定することなく、被溶接物の形状に沿った溶接トー
チの位置、及び姿勢制御を行ないながら溶接を行なうア
ーク溶接装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕 この第１の発明に係るアーク溶接装置は、被溶接物に対
して送給されるワイヤ電極と前記被溶接物間に溶接電流
を給電し、前記ワイヤ電極の先端に成長した溶融塊を被
溶接部位へ移行して溶接を行なうアーク溶接装置におい
て、前記ワイヤ電極先端と被溶接物間のアーク長変化を
時々刻々検出し、アーク長変化を示すアーク長信号を出
力するアーク長検出器と、溶接過程の６行に従った時々
刻々のアーク長変化を示すアーク長波形を模擬設定した
アーク長設定器と、溶接過程の移行に沿った時々のアー
ク長検出値と模擬アーク長設定値とを比較し、差信号を
出力する比較器と、この差信号を溶接過程周期に亘って
積分して得た差信号積分値と予め被溶接部位の形状に対
応して設定した設定値との比較結果に基づいて被溶接部
位の形状の変曲を判断する形状変化判断手段と、上記差
信号積分値に基づいて溶接トーチと被溶接物間の距離変
動を検出する距離変動検出手段とを設けたものである。

又、第２の発明に係るアーク溶接装置は、被溶接物に対
して送給されるワイヤ電極と前記被溶接物間に溶接電流
を給電し、前記ワイヤ電極の先端に成長した溶融塊を被
溶接部位へ移行して溶接を行なうアーク溶接装置におい
て、上記溶接電流変化値を溶接過程周期に亘って積分し
、この積分値と被溶接部位の形状に対応して設定した設
定値との比較結果より被溶接部位の形状の変曲を判断す
る形状変化判断手段と、上記積分値に基づいて溶接トー
チと被溶接物間の距離変動を検出する距離変動検出手段
とを設けたものである。

（作用） この第１の発明によれば、溶接過程の移行に伴って時々
刻々変化するアーク長検出値と模擬アーク長との比較結
果である差信号を、−溶接過程周期又は単位時間に亘っ
て積分演算を繰り返し、この繰り返し演算した値が被溶
接物の形状変化の変曲点を示す設定値を越えた時に被溶
接物の形状が変化したことを判定する。又、上記演算値
に基づき溶接トーチと被溶接物間距離変動に相当する距
離変動を検出する。次に、これら形状変化及び距離変動
を補正すべく溶接トーチ制御及び溶接電流制御を行なう
ようにしたものである。

又、この第２の発明によれば、溶接過程の移行に伴って
変化する溶接電流値を、−溶接過程周期又は単位時間に
亘って積分演算を繰り返し、この繰り返し演算した値が
被溶接物の形状変化の変曲点を示す設定値を越えた時に
被溶接物の形状が変化したことを判定する。又、上記演
算値に基づき溶接トーチと被溶接物間距離変動に相当す
る距離変動を検出する。次に、これら形状変化及び距離
変動を補正すべく溶接トーチ制御及び溶接電流制御を行
なうようにしたものである。

〔実施例〕

以下、この第１の発明の一実施例を図について説明する
。第１図は本実施例によるアーク溶接装置の全体構成図
である。図において、（１）はパルス電流からなるアー
ク電流を溶接器本体に給電するアーク溶接電源であり、
その構成として（１ａ）は三相交流電圧を所定の周波数
に変換してトランス（１ｃ）へ出力するインバータ回路
、（１ｂ）は該インバータ回路を駆動するインバータ駆
動回路、（ｌｄ）、　　（Ｉｄ）は変圧されたインバー
タ出力を整流し、パルス電流からなるアーク電流を得る
ダイオードである。（２）は溶接トーチ、（３）はワイ
ヤリールから送給ローラによって被溶接物（４ｂ）方向
に送給される溶接ワイヤ電極（以下、単にワイヤ電極と
記載する）、（４ａ）はワイヤ電極（３）と被溶接物（
４ｂ）間に発するアーク、（５）はアーク電圧を検出す
る電圧検出器、（６）はアーク電流を検出する電流検出
器、（７）はワイヤ送給速度設定器（８）によって設定
された送給速度でワイヤ電極（３）を送給するワイヤ送
給装置、（９）は被溶接物上の溶接線、溶接位置、溶接
トーチ距離をアーク長変化値に基づいて検出する溶接行
程検出器、（１０）は各検出結果に基づいて溶接ビード
を制御するビード制御部、（１１）は各検出結果に基づ
いて溶接トーチの位置制御を行なうトーチ位置制御部で
ある。

又、（１２）はパルス電流波形制御回路であり、その回
路構成として、（１２ａ）はアーク電圧検出値とアーク
電流検出値に基づいて時々刻々変化する真のアーク長を
検出し、アーク長信号Ｌ（ｊ２）を出力するアーク長検
出器、（１２ｂ）は各溶接過程でアーク長を模擬的に生
成しシミュレーションアーク長波形を設定するアーク長
波形設定器、（１２ｃ）はアーク長検出値とシミュレー
ションアーク長を比較し、差信号ΔＬ（ｊ２）を出力す
る比較器Ａ、（１２ｄ）はアーク電流の基準波形を模擬
的に生成しシミュレーション電流波形を設定する電流波
形設定器、（１２ｅ）はワイヤ送給速度に従って電流波
形周期ＣＢを設定した電流波形周期ＣＢ設定器、（１２
ｆ）は差信号ΔＬ（λ）によりシミュレーション電流波
形のピーク値、又はパルス幅を補正する演算器、（１２
ｇ）は上記各補正結果に従ってパルス電流波形ｒｐを整
形し出力するパルス波形整形器、（１２ｈ）はパルス電
流ｒｐに重畳するベース電流を出力するベース電流出力
器、（１２ｉ）はベース電流１Ｂをパルス電流工、に重
畳しアーク電流■。を比較器Ｂ　（１２ｊ）へ出力する
加算器である。

次に、上記構成に基づき本実施例の動作を第２図のフロ
ーチャートを参照して説明する。先ず、比較器Ａ　（１
２ｃ）は、アーク長検出器（１２ａ）より時々刻々出力
されるアーク長信号Ｌ（２）とアーク長波形設定器（１
２ｂ）において予め設定された時々、９模擬アーク長値
し。とを比較し、差信号ΔＬをアーク長変動値として演
算器（１２ｆ）と溶接行程検出器（９）へ出力する。そ
の差信号ΔＬは、予め電流波形設定器（１２ｄ）におい
て設定された溶接電流基準波形を演算器（１２ｆ）で補
正し、アーク電流であるパルス電流を生成するのに供す
る。一方、溶接行程検出器（９）へ出力される差信号Δ
Ｌは第２図のフローチャートに示される処理がなされる
。

この処理としては、電流波形周期ＣＢ設定器（１２ｅ）
より周期Ｃａ毎に出力される周期信号Ｃａを取り込み（
Ｓ−１）　　−周期が始まることを示す周期信号Ｃ６が
”　Ｈ”レベルであれば（Ｓ−２）　、先ず差信号の積
分値ΔＬｏ”’Ｏとして初期設定する（Ｓ−３）　　そ
して、周期信号ＣＢが次にＨ”レベルになるまで（Ｓ−
７）、差信号ΔＬを取り込み（Ｓ−４）　、Δｌｏ＝Δ
Ｌ０＋ΔＬの演算処理を行い積分処理をする（Ｓ−５）
。この結果−電流波形周期間における差信号の積分値Δ
Ｌが演算される。次に一周期の積分値Δｔ、ｏか得られ
たと判定するため、再び電流波形周期信号ＣＢを取り込
み（Ｓ−６）　、周期信号ＣａがＨ°′となり次の周期
に入ったかを判定する（Ｓ−７）。この時、周期信号Ｃ
１１がＨ″でないときは更に差信号ΔＬを取り込み積分
処理する（Ｓ−４）　、　（Ｓ−５）。又、差信号ΔＬ
Ｏが°Ｈ”であると判定されると差信号ΔＬ０を被溶接
物の形状変化の判定値であるＡとその大小関係を調べる
（Ｓ−８）　　このチエツクの結果、ΔＣｏ＞Ａでなけ
れば溶接トーチ位置は第３図に示すよう被溶接物の形状
変化点°“０”を越える地点まで進んでいないとして、
被溶接物形状信号を「Ｌ」として、ビード制御部（１０
）、トーチ位置制御部（１１）へ出力する（５−１０）
。又、ΔＬｏ＞Ａと判定さゎたならば溶接トーチ位置は
被溶接物の形状変化点“０”を越える地点まで進んだと
して被溶接物形状信号をｒＨ，とする（Ｓ−９）。この
被溶接物形状信号のレベルにより、ビード制御部（１ｏ
）では、被溶接物の勾配が急となる形状変化をした場合
、溶接ビードが垂れ落ちるのを防止するため１周期Ｃａ
のアーク電流電荷量Ｑを下げる。又、溶接行程検出器（
９）では、被溶接物の溶接時における時々の形状変化度
を判断する信号としてΔＬＱの値をＢ・ΔＬＱ；ΔＺと
して演算出力することで（Ｓ−１１）、溶接トーチ−被
溶接物間距離変動ΔＺと−してビード制御部（ｌＯ）、
トーチ位置制御部（１１）へ出力している。モしてビー
ド制御部（！０）では被溶接物の形状信号とトーチ−被
溶接物間距離変動信号ΔＺを受けて、現在溶接している
点での被溶接物に対する溶接トーチの姿勢を判断し、そ
の姿勢に適した溶接ビードを得るように溶接電流等をコ
ントロールする。

また、トーチ位置制御部（１１）では被溶接物の形状信
号とトーチ−被溶接物間距離変動信号ΔＺを受けて、最
適なトーチ−被溶接物間距離になるように補正する事や
、最適なトーチ姿勢で溶接できるように溶接トーチ姿勢
をコントロールする。

さらに、溶接線制御では、被溶接物の形状信号を受けて
、溶接方向である溶接線を判断し第３図、第４図には図
示していないが被溶接物の溶接方向に駆動するためのＸ
−Ｙテーブルに溶接線信号を送って、Ｘ−Ｙテーブルを
被溶接物の溶接方向へ向かって駆動する。

又、他の実施例として第５図に示すように、電流波形周
期Ｃａ毎に溶接行程検出器（９）はアーク電流検出値■
を取り込み、該検出値■に基づいて被溶接物形状信号Δ
Ｌ０、及び溶接トーチと被溶接物間距離変動信号ΔＺを
演算出力してもよい。

その詳細な説明として、第７図のフローチャートに示す
よう、電流波形周期信号Ｃａか′Ｈ゛となり１電流波形
周期が始まったならば、先ずアーク電流検出器の積分値
ＩＱ、＝Ｏとして初期設定しくＳ−１８）〜（Ｓ−３，
）、次に１つ前の電流波形周期Ｃ０で積分演算して得た
Δ■。１を■。、と設定する（Ｓ−４ａ）。以上各個が
設定されたならば、次の電流波形周期ＣＢが始まり、（
：ａ　＝　”　Ｈ”　となるまで、アーク電流検出値Ｉ
を取り込み、ＩＱム”ＩＱｌ＋Δ■の演算式に従って積
分値ＴＱＩを求める（Ｓ−５Ｒ）〜（Ｓ−８，）。１電
流波形周期Ｃ８が終了したならば、求められた積分値■
。ｌと１つ前の電流波形周期Ｃｌ１ｌで求められに積分
値ＩＱｊ　との差信号ΔＬＯ（＝Ｉ０１　１ＱＪ）を演
算する（Ｓ−９，）。この時差信号ΔＬＱが規定した信
号Ｃ１すなわち被溶接物の形状変化点を示す値以上にな
ると被溶接物形状信号を”　Ｈ”にする（Ｓ−１０ａ）
、（Ｓ−１１，）　。又、信号Ｃ以下であれば被溶接物
形状信号を“Ｌ”にする（Ｓ−１０□）　、　（Ｓ−１
２，）　　この被溶接物形状信号の論理レベル変化によ
り、被溶接物形状は第３図、第４図に示すように、Ａ領
域からＢ領域、或はＢ領域からＡ領域に径行したと判断
させる。次に、差信号ΔＬＱによってもトーチ−被溶接
物間距離変動に相当する信号ΔＺを出力させる（Ｓ−１
３，）。

上記実施例では、アーク電流検出値に基づいて被溶接物
形状信号及びトーチ−被溶接物間距離変動信号を求めた
が、第６図に示すようアーク電流出力値■。に基づいて
各信号を求めてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この第１の発明によればアーク長検出信
号と予め設定した模擬アーク長との差信号をアーク溶接
過程周期に亘って検出し、この差信号に基づいて被溶接
物の形状が変曲する点を求め溶接トーチの姿勢制御及び
溶接トーチの位置制御を行なうようにしたので、形状の
変曲点が異なる被溶接物であっても予め変曲が生じる時
点を想定して置く必要がないため被溶接物の形状変化に
拘りなく溶接トーチの動作制御を容易に行える効果があ
る。

また、この第２の発明によれば、溶接電流の変動量を検
出し、この変動量に基づいて被溶接物の形状が変曲する
点を求めるようにした〜ので、容易に変曲点が求められ
、被溶接物の形状変化に拘りなく溶接トーチの動作制御
を容易に行なえる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の一実施例によるアーク溶接装置の
構成図、第２図は第１の発明の一実施例の動作を説明す
るフローチャート、第３図（ａ）〜（Ｃ）、第４図（ａ
）〜（ｃ）は溶接トーチの位置及び距離制御を説明する
図、第５図、第６図は第２の発明の各実施例によるアー
ク溶接装置の構成図、第７図は第２の発明の一実施例の
動作を説明するフローチャート、第８図は従来のアーク
溶接装置の構成図である。 図において、（２）はトーチ、（３）はワイヤ電極、（
４ａ）はアーク、（４ｂ）は被溶接物、（６）は電流検
出器、（９）は溶接行程検出器、（１０）はビート°ゝ
制御部、（１１）はトーチ位置制御部、（１２ａ）はア
ーク長検出器、（１２ｂ）はアーク長波形設定器、（１
２ｃ）は比較器Ａ、（１２ｅ）は電流波形周期ｃｅ設定
器。 なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被溶接物に対して送給されるワイヤ電極と前記被
   溶接物間に溶接電流を給電し、前記ワイヤ電極の先端に
   成長した溶融塊を被溶接部位へ移行して溶接を行なうア
   ーク溶接装置において、前記ワイヤ電極先端と被溶接物
   間のアーク長変化を時々刻々検出し、アーク長変化を示
   すアーク長信号を出力するアーク長検出器と、溶接過程
   の移行に従った時々刻々のアーク長変化を示すアーク長
   波形を模擬設定したアーク長設定器と、溶接過程の移行
   に沿った時々のアーク長検出値と模擬アーク長設定値と
   を比較し、差信号を出力する比較器と、この差信号を溶
   接過程周期に亘って積分して得た差信号積分値と予め被
   溶接部位の形状に対応して設定した設定値との比較結果
   に基づいて被溶接部位の形状の変曲を判断する形状変化
   判断手段と、上記差信号積分値に基づいて溶接トーチと
   被溶接物間の距離変動を検出する距離変動検出手段とを
   備えたことを特徴とするにアーク溶接装置。
2. （２）被溶接物に対して送給されるワイヤ電極と前記被
   溶接物間に溶接電流を給電し、前記ワイヤ電極の先端に
   成長した溶融塊を被溶接部位へ移行して溶接を行なうア
   ーク溶接装置において、上記溶接電流変化値を溶接過程
   周期に亘って積分し、この積分値と被溶接部位の形状に
   対応して設定した設定値との比較結果より被溶接部位の
   形状の変曲を判断する形状変化判断手段と、上記積分値
   に基づいて溶接トーチと被溶接物間の距離変動を検出す
   る距離変動検出手段とを備えたことを特徴とするアーク
   溶接装置。