JPH0386376A - アーク溶接電流・電圧フィードバック制御方法 - 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 本発明は、アーク溶接（ＣＯ，溶接、ＭＩＧ溶接など）
の自動化、特にロボットを用いてアーク溶接を行う場合
におけるアーク溶接電流・電圧のフィードバック制御方
法に関する。

従来の技術 従来、アーク溶接においては、アーク溶接機のアーク溶
接電圧−電流特性、及び、ワイヤ送給速度−電流特性を
参考にして、所望の溶接電流、電圧を得る溶接機の電源
指令値とワイヤ送給速度指令値を決定し、その電源指令
値とワイヤ送給速度指令値で溶接機を駆動し、所望の溶
接電流、溶接電圧の指定値がそのとき得られなければ、
電源指令値又はワイヤ送給速度指令値を調整し、指定値
に近づけるようにしている。

発明が解決しようとする課題 しかし、上述した方法では、電源指令値、ワイヤ送給速
度を変更する毎にためし溶接を行わねばならず、労力の
無駄が生じていた。又、所望する溶接電流及び溶接電圧
の指定値と実際のものとのずれが小さい場合には無視さ
れ正確な溶接が実現できないという欠点があった。

そこで本発明の目的は、溶接電流、電圧の指定値と実際
の値とのずれ量を極力小さくし、許容できるずれの範囲
内に自動的に補正するアーク溶接電流、電圧フィードバ
ック制御方法を提供することにある。

課題を解決するための手段 本発明は、所定周期毎、溶接電流、溶接電圧を検出し、
検出値が所定数に達する毎に溶接電流及び溶接電圧の平
均値を求め、該各平均値と溶接電流指令値及び溶接電圧
指令値との誤差を夫々求め、該夫々の誤差が設定許容範
囲内に入るまで溶接電流の誤差に基いて溶接機へのワイ
ヤ送給速度指令を補正すると共に、溶接電流の誤差及び
溶接電圧の誤差に基いて溶接機への電源指令値を補正す
ることによって溶接電流、電圧を自動的に指定値の設定
許容範囲内に設定することによって上記課題を解決した
。

作用 まず、所望する溶接電流、電圧が得られそうな電源指令
値、ワイヤ送給速度指令値によって溶接機を駆動する。

そして、所定周期毎溶接電流、溶接電圧を検出する。通
常、この溶接電流及び溶接電圧は溶液中変動するので、
所定数の検出値によって溶接電流、溶接電圧の平均値を
求める。そして、この溶接電流の平均値が所望する溶接
電流の指定値の設定許容範囲内に達してなければ、この
溶接電流の平均値と電流指令値の誤差に基き、ワイヤ送
給速度指令を補正する。又、検出した溶接電流の平均値
及び溶接電圧の平均値と、溶接電流。

電圧の夫々の指定値との誤差に基いて、溶接機の電源指
令値を補正し、溶接電流、電圧が夫々所望する指定値の
設定許容範囲内に達するまでフィードバック制御する。

実施例 アーク溶接機の電源指令値における溶接電圧。

−電流の特性は、第３図に示されるような特性である。

溶接電流Ｉが小さい場合を除き、溶接電流工と溶接電圧
Ｖの関係は直接的に変化する。しかも、溶接機への電源
指令値に対し、この溶接電流−電圧の特性線は１本決ま
り、かつ、溶接電流−電圧の特性線は電源指令値に応じ
て略平行にシフトし、傾きは路間−である。

所望する溶接電流、電圧で溶接を行う場合、上記溶接電
流−電圧の特性線より、指・令溶接電流。

電圧が得られるような上記特性線、即ち溶接機への電源
指令値を決めることとなる。

この溶接電流ｌ、溶接電圧Ｖ及び電源指令値Ｕの関係は
、第３図より次の第（１）式で表わされる。

Ｖ＝ｆ　　（１，ｔｌ）　　　　　　　・・・・・・　
（１）又、ワイヤ送給速度と溶接電流の関係は、概略第
４図に示されるような２次式で近似される関係にあり、
ワイヤ送給速度指令値と溶接電流は１対１の関係で、ワ
イヤ送給速度Ｆｗと溶接電流Ｉの関係は次の第（２）式
で表わされる。

Ｆｗ＝ｇ（Ｉ）　　　　　　　・・・・・・（２）なお
、上記溶接機の特性（電源出力（電流、電圧）特性、ワ
イヤ送給速度−電流特性）は、用いるワイヤの材質や直
径等で異なるため、溶接条件が変更される毎に上記溶接
機の特性は変わる。

そこで、溶接条件が決まり、所望する溶接電流Ｉ、電圧
Ｖが決まると、上記第（１）、第（２）式より、溶接機
への電流指令値Ｕ、ワイヤ送給速度指令値Ｆｗは決まる
。しかし、決定された電源指令値Ｕ、ワイヤ送給速度指
令値Ｆｗで溶接機を駆動しても所望する溶接電流ｌ、電
圧Ｖが得られないときの電源指令値Ｕ、ワイヤ送給速度
指令値Ｆｗについて検討する。

第（１）式、第（２）式を全微分するとｄｖ＝（−）、
・ｄｕ＋（−、−）、・ｄＩθＵ ｄ　Ｆｗ　＝ｇ’　（Ｉ）　　ｄ　Ｉ−・・・・・（４
）第（３）式、第（４）式より △ｕ＝（△ｖ−（（９ｆ　）、　、△Ｉ）　／（−！２
−！−）　、−・−・θＩ　　　　　　　　　　　θＵ △Ｆｗ＝　ｇ’　（Ｉ）　Δ■　　　　　　・・・・・
・（６）また、第３図に示すように溶接電流−電圧特性
は、通常使用する溶接電流値においては、溶接電流Ｉに
対し溶接電流Ｖは直線的に変化し、かつ電流指令値Ｕに
対し平行にシフトする。ものであるから、第（５）式に
おいて、（θｆ／θ■）１＝Ｋｌ、　　（ａｆ／Ｊｕ）
＋　＝に２　（？、にお、Ｋｌ。

に２は定数）と近似することができる。その結果、第（
５）式は次の第（７）式となる。

△ｕ＝（△Ｖ−Ｋｌ−ΔＩ）／に２　　・（７）また、
第（６）式においてｇ’（Ｉ）は、ワイヤ送給速度指令
値Ｆｗと電流指令値Ｉの関係が２次式で近似されること
から、１次式　ｇ’（Ｉ）＝ａＩ＋ｂで近似でき、第（
６）式は次の第（８）式となる。

△Ｆｗ＝ｇ’　（Ｉ）△■＝（ａＩ＋ｂ）・△■・曲・
（８）そこで、溶接条件（ワイヤの材質、直径等）毎に
上記パラメータＫｌ、に２．ａ、ｂ、を求めておき、溶
接条件が決定された時点で、その溶接条件に対応する上
記パラメータに１．に２．ａ、ｂ。

の値を設定し、第（７）式、第（８）式を演算すれば、
溶接電流Ｉ、溶接電圧Ｖの補正量△■。

△Ｖに対応するワイヤ送給速度指令値Ｆｗ、の補正量△
Ｆｗ、電源指令値Ｕの補正量△Ｕを求めることができる
。

第２図は、本発明の一実施例を実施する溶接ロボットの
要部ブロック図である。

図中、符号１０は、ロボットを制御する数値制御装置等
の制御装置で、該制御装置１０はプロセッサ（以下ＣＰ
Ｕという）１１を有し、該ＣＰＵ１１に制御プログラム
を記憶するＲＯＭＩ　２、教示操作盤１４等により教示
されたロボット２０の動作の教示プログラムを記憶する
と共に各種演算に利用されるＲＡＭｌ３．教示操作盤１
４．操作盤１５．ロボット２０の各軸のサーボモータの
サーボ回路１８を制御する軸制御器１６、及び、インタ
フェイス１７がバス１９で接続されている。

又、接続機３０はインタフェイス１７を介して該ロボッ
ト制御装置１０に接続されている。

なお、上記溶接ロボットの構成は従来から公知のもので
あり、詳細は省略する。

使用するワイヤの材質、直径等の溶接条件及び所望する
溶接電流、電圧の指定値Ｉ。、Ｖｏが決まると、操作盤
１５等より上記指定値■。＋ＶＯｓ該指令値Ｉ。、ＶＯ
で決まるワイヤ送給速度指令値Ｆｗ、電源指令値ｕ１及
び、溶接条件によって決まる電源出力特性のパラメータ
に、、に２の値、ワイヤ送給速度−電流特性で決まる上
記パラメータａ、　　ｂ、の値を設定し、溶接動作を開
始させる。

制御装置１０のＣＰＵＩＩはＲＡＭ１３に教示された教
示プログラムに基いて、従来と同様に軸制御器１６．サ
ーボ回路１８を介してロボットの各軸を制御して溶接ト
ーチを移動させる。又、インタフェイスを介して溶接機
３０へ溶接指令を出力すると共に、設定されたワイヤ送
給速度指令値Ｆｗ、電源指令値Ｕを出力する。そして、
所定周期毎、第１図にフローチャートで示す溶接電流・
電圧フィードバック制御処理を開始する。

まず、溶接機３０から出力される溶接電流■。

溶接電圧Ｖをインタフェイス１７を介して読取り、レジ
スタＲ（Ｉ）　、Ｒ（Ｖ）に夫々加算しカウンタＣを「
１」インクリメントする（なお、レジスタＲ（Ｉ）　、
　Ｒ（Ｖ）及びカウンタＣは初期設定で始めはｒＯＪに
セットされている）（ステップ１００〜１０２）。そし
て、カウンタＣの値が所定値Ｃ６に達した否か判断しく
ステップ１０３）、達していなければ当該周期の処理を
終了する。

以下、カウンタＣが所定値Ｃ８に達するまで所定周期毎
ステップ１００〜１０３の処理を行い、レジスタＲ（１
）　、　Ｒ（Ｖ）に溶接電流、電圧を夫々加算する。カ
ウンタＣの値が所定値Ｃ６に達すると、レジスタＲ（Ｉ
）　、　　Ｒ（Ｖ）に加算されている溶接電流Ｉ、溶接
電圧Ｖの値を所定値Ｃ８、即ち、加算した回数で除し平
均溶接電流Ｔ、平均溶接電圧■を求める（ステップ１０
４，１０５）。

次に、求めた平均電流Ｔから設定溶接電流■。

を減じて溶接電流の誤差ε、を求め（ステップ１０６）
、該誤差ε１の絶対値が設定値εＩＱ以下、即ち設定許
容範囲内であれば、電流の補正量△■。

ワイヤ送給速度指令値の補正量△Ｆｗを「０」にし、設
定許容範囲内でなければ、上記誤差ε１に電流のゲイン
（設定所定値）Ｇ１を乗じて電流の補正量△Ｉを求め、
この補正量△Ｉと、ステップ１０４で求めた平均溶接電
流Ｔ及びパラメータａ。

ｂの設定値より第（８）式の演算を行って、ワイヤ送給
速度指令値の補正量△Ｆｗを求める（ステツブ１０７〜
１１１）。

次に、平均溶接電圧■より設定溶接電圧Ｖ。を減じて溶
接電圧の誤差ε９を求め（ステップ１１２）、該誤差ε
９の絶対値が設定値εＶＯＮ即ち、設定許容範囲内か否
か判断し設定値εＶＱより小さければ、電流指令値の補
正量△Ｕを「０」にし、設定値εＶＱ以上であれば、誤
差ε９に電圧のゲイン（所定値）Ｇｖを乗じて電圧補正
量△Ｖを求め、該補正量△■、ステップ１０８又は１１
０で求めた電流補正量△Ｉ及び設定パラメータＫｌ、　
　Ｋ２の値より第（７）式の演算を行って電流補正量△
Ｕを求める（ステ・ツブ１ｉ３〜１１６）。

そして、現在のワイヤ送給速度指令値（始めは設定した
指令値）Ｆｗより上記ステップ１０９、又は１１１で求
めた補正量△Ｆｗを減じて更新されたワイヤ送給速度指
令値Ｆｗを求めて溶接機３０へ出力する（ステップ１１
７）。

又、現在の電源指令値（始めは設定値）Ｕからステップ
１１５，１１６で求めた補正量△Ｕを減じて更新された
電源指令値Ｕを求め溶接機３０へ出力しくステップ１１
８）、レジスタＲ（１）　。

Ｒ（Ｖ）カウンタＣをクリアして（ステップ１１９）、
当該周期の処理を終了する。

以下、第１図に示す処理を所定周期毎行い、溶接電流の
誤差△■及び溶接電圧の誤差△■が設定許容範囲内に入
るまで（ステップ１０７，１１３）、ワイヤ送給速度指
令値の補正量△Ｆｗ、電源指令値の補正量△Ｕが求めら
れ、この補正量△Ｆｅ。

△Ｕによってワイヤ送給速度指令値Ｆｗ、電源指令値Ｕ
が更新され（ステップ１１７．１１８）、溶接電流Ｉ、
溶接電圧Ｖが指定値■。、ｖｏの許容範囲内に入るよう
に自動的にフィードバック制御されることとなる。　な
お、上記実施例では、ワイヤ送給速度指令の補正量△Ｆ
ｗを設定されたパラメータａ、ｂの値により第（８）式
の演算を行って求めたが、溶接電流Ｉを区分し、各区分
毎のｇ’（１）の値を求めておき、指定溶接電流Ｉ。

に対するｇ’（Ｉ）の値を設定することによって補正量
△Ｆｗを求めるようにしてもよい。

発明の効果 本発明においては、溶接電流、溶接電圧が指定値になる
ようにワイヤ送給速度指令値、電源指令値が自動的に補
正されるから、従来のように試し溶接を行う必要がなく
、かつ、正確な条件（溶接電流、溶接電圧）でアーク溶
接を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の溶接電流・電圧フィードバ
ック制御処理のフローチャート、第２図は同実施例を実
施する溶接ロボットの要部ブロック図、第３図は電流指
令値における溶接電圧−電流の特性を表す図、第４図は
溶接電流−ワイヤ送給速度特性を表す図である。 １０・・・ロボット制御装置、１１・・・プロセッサ（
ＣＰＵ）、２０・・・ロボット本体、３０・・・溶接機
。 ■・・・溶接電圧、■・・・溶接電流、Ｕ・・・電源指
令値。 Ｆｗ・・・ワイヤ送給速度。 第 呪 第 呪

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所定周期毎、溶接電流、溶接電圧を検出し、検出値が所
   定数に達する毎に溶接電流及び溶接電圧の平均値を求め
   、該各平均値と溶接電流指令値及び溶接電圧指令値との
   誤差を夫々求め、該夫々の誤差が設定許容範囲内に入る
   まで、溶接電流の誤差に基いて溶接機へのワイヤ送給速
   度指令を補正すると共に、溶接電流の誤差及び溶接電圧
   の誤差に基いて溶接機への電源指令値を補正することを
   特徴とするアーク溶接電流・電圧フィードバック制御方
   法。