JPH0413066B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （利用分野） この発明は、消耗電極を供給する溶接トーチを
溶接開先の幅方向に揺動させながら行うアーク溶
接において、揺動中、溶接電流を検出し、この検
出した溶接電流値を演算、処理することによつて
揺動中心が溶接開先と所望の位置関係から変位し
たことを検出すると共に揺動中心の位置を修正
し、溶接トーチを溶接開先に追従させるべくした
溶接開先追従方法に関するものである。

（従来の技術） アーク溶接の自動化に対応して溶接トーチを溶
接開先に追従させる方法にはいろいろなものがあ
るが、別個の検出器を要せずかつスパツタ、アー
ク熱等の影響による精度低下がないなど数々の利
点を有する方法として、溶接アーク自体の特性を
利用した方法、いわゆるアークセンサ做いが開発
され、実行されている。

中でも、溶接トーチの揺動中、溶接電流を検出
し、それを演算処理することによつて溶接トーチ
を開先に追従させるようにした方法および装置に
ついての数多くの出題がある。

そして、揺動の左右端における溶接電流検出値
の差、揺動の中心から一方への所望期間の溶接電
流値の積分値と同じく他の一方への所望期間の溶
接電流値の積分値の差を求めることなどによつて
揺動中心が溶接開先と所望の位置関係から変位し
たことを検出し、この変位を修正するための制御
量はあらかじめ定めたゲイン係数を前述電流値差
などに掛け合わせて求めていた。しかしながら、
溶接条件に合つた適切な制御量が得られないので
種々の条件を与えて実験を行いゲイン係数を決め
ていたが、パラメータが非常に多く適切なゲイン
係数が得られないと言う問題があつた。

（解決しようとする問題点） この発明は、前述揺動の左右端における溶接電
流検出値の差、揺動の中心から左右への所望期間
の溶接電流検出値の積分値の差などに基いて、揺
動中心に対する制御量を与えるに当り、溶接条件
に応じた適切なゲイン係数を得る方法を提供する
ものである。

（問題点を解決するための手段） 溶接トーチの揺動中心が、溶接開先と所定の位
置関係を保つて正しく溶接開先を追従していると
きに、溶接不良を生じない範囲で揺動中心を溶接
開先との所定の位置関係から適宜距離だけ変位せ
しめる。そして、変位のある場合とない場合につ
いて検出した。揺動の同じ特定位置における溶接
電流値の差を求め、更にこの差と与えた変位量か
らゲイン係数を求め、このゲイン係数を、変位を
生じた場合の揺動の左右端における溶接電流検出
値の差、揺動中心から左右への所望時間の溶接電
流検出値の積分値の差、この差と基準値との差な
どに乗算して、揺動中心に対する制御量を求め
る。

（作用） このようにして求めたゲイン係数は、それぞれ
のケースにおいて実際に変位を与えてそれに応じ
た電流変化から求めたものであるから、それぞれ
のケースにおける溶接条件に適したものになる。

（実施例） 第１図のような水平隅肉継手のワークＷに対し
て多関節ロボツトＲで溶接トーチＴを揺動させな
がら、揺動中心OSCの両側における揺動の1/4周
期の溶接電流検出値の積分値を比較し、溶接トー
チＴを開先Ｇに追従させるようにしたのにおける
実施例について説明する。

この実施例では、第２図のように溶接トーチＴ
は、開先中心線GCから所定距離ｄだけ図上の右
方にオフセツトして揺動経路Ｐを画きながら溶接
進行方向GDへ向つて移動し、水平隅肉溶接を行
なう。そして、この溶接トーチＴの揺動と移動
は、第３図のように最終腕先に溶接トーチＴを取
り付けた多関節ロボツトＲの関節角α１〜α５を
制御することによつて行われる。溶接トーチＴに
は、図示しないモーターによつて駆動される消耗
電極送給装置RLによつて消耗電極Ｅが送給され、
消耗電極Ｅには、溶接電源１から、溶接トーチＴ
の図示しないチツプを通して溶接電流Ｉが供給さ
れる。

溶接電源１から溶接トーチＴへの電気配線上に
は電流センサ２が設けられており、電流センサ２
の出力は、ローパスフイルタ３、サンプルホール
ド回路４、Ａ／Ｄコンバータ５、ポート６を通し
てバス７に接続される。また、バス７にはマイク
ロコンピユータ８が接続され、インターフエース
９を通じてロボツトＲの各関節軸駆動用サーボ回
路１０〜１４が接続されている。なお、マイクロ
コンピユータ８は、図示しないCPU、ROM、
RAMからなる公知のもので、この溶接開先追従
に関するプログラムを内蔵し、演算を行い、かつ
そのデータを格納する。このような電流センサ２
〜サーボ回路１４で制御装置１５が構成されてい
る。そして、サーボ回路１０〜１４は、ロボツト
Ｒの各関節角α１〜α１を制御するα１軸モータ
１６〜α５軸モータ２０にそれぞれ接続されてい
る。また、操作部２１がバス７に接続されてい
る。

ここで、全体的なデータ処理のフローは、第４
図に示す通りのもので、前述ゲイン係数を求める
サブルーチンを学習モードと言い、学習モードで
得られたゲイン係数を使つて溶接トーチＴを開先
Ｇに追従させるための制御量を演算するサブルー
チンを実行モードと言うことにする。

学習モードのフローを第５図に示し、実行モー
ドのフローを第６図に示す。

以下、作用について説明する。

操作部２１で、溶接電流、消耗電極径、シール
ドガス種類、開先形状等の溶接条件が設定される
と揺動の周期がプログラム中から選定される。そ
して、ロボツトＲによつて溶接トーチＴは第２図
の溶接開始点１Ｓ１へ正しく位置決めされる。そ
して、ロボツトＲはアークセンサスタートすなわ
ち溶接電流検出を求める状態になつたものと判断
される。更に、学習モードが求められると判断さ
れると、第５図のフローのように学習モードが始
まる。

溶接トーチＴは、消耗電極の先端か、第２図の
教示された正しい溶接開始点１Ｓ１へ来るように
公知の方法で位置決めされている。溶接開始に伴
い、溶接トーチＴは第２図の点１Ｓ１，２Ｓ１，
１Ｓ２，２Ｓ２…の順に移動しながら溶接を行な
つて行くと共に溶接電流を検出し、格納する。こ
の溶接の当初にあつては、まだ溶接トーチＴの揺
動中心OSCは、開先中心線GCと距離ｄだけオフ
セツトした所望の関係位置を保つている。そし
て、１Sn−１点へ来たとき、溶接不良を生じな
い程度に距離ｄ１だけ、揺動中心OSCを図上の
左方へ変位させるように、揺動中心に対する制御
量を与える。そして、溶接トーチＴが点１Sn＋
ｉへ来たとき、同様に開先中心線と揺動中心線の
所定の関係から、図上の右方へ距離ｄ１だけ揺動
中心OSCを変位させるように制御量を与える。
そして、次に点２sn＋ｉ＋ｊ−１に溶接トーチＴ
が来るまで、距離ｄ１だけ右方へ揺動中心を移動
させたままで揺動させ、溶接を行う。

ところで、溶接トーチＴが点１Snから点１Sn
＋ｉ−１までを揺動しているときおよび点１Sn
＋ｉから点１Sn＋ｉ＋ｊ−１までを揺動してい
るときにも前述のように溶接電流の検出と格納が
行われている。そして、溶接トーチＴが、２Sn
＋ｉ＋ｊ−１に来たとき、これまでに検出し、格
納した溶接電流値から次のものを読み出す。例え
ば、点１Ｓ２から点２Ｓ２への揺動について第６
図ａのように溶接トーチＴが揺動中心に関して図
上の左端まで揺動した状態Ａにおける溶接電流値
IA、揺動中心OSCを所望の位置から距離ｄ１だ
け図上の左方へ移動させたときの揺動上の点１
Sn＋１から点２Sn＋１への揺動中、第６図ｂの
ように溶接トーチＴが揺動中心に関して図上の左
端まで移動した状態A′における溶接電流値IA′、
揺動中心CSCを所望の位置から距離ｄ１だけ図上
の右方へ移動させたときの揺動上の点１Sn＋ｉ
＋１から点２Sn＋ｉ＋１への揺動中、第６図ｃ
のように溶接トーチＴが揺動中心に関して図上の
左端まで揺動した状態A″における溶接電流値
I″_A″を読み出す。

そして、これらの溶接電流値I_A、I′_A′、I″_A″お
よび距離d₁からゲイン係数として G_a＝I_A−I_A′／dlまたはG_a′＝I_A−I_A″／dl を演算する。このゲイン係数はG_aは、後述する
実行モードにおいて溶接トーチＴを第２図におい
て左へ振幅させた時に、またゲイン係数G_a′は反
対に右へ振幅させた時に、それぞれ利用する。

また、揺動中心の変位は解消し、開先中心線
GCから距離ｄだけオフセツトした所望の関係位
置に戻される。そして、第７図に示す実行モード
へと移行する。

実行モードでは、溶接トーチＴが点１Sn＋ｉ
＋ｊから点２Sn＋ｉ＋ｊにかけて揺動する間、
溶接電流I_Ntを検出し、格納する。Ｎは、この揺
動の半周期間に溶接電流を検出し、格納した回数
である。そして、溶接トーチＴが点２Sn＋ｉ＋
ｊへ来たとき、これら格納した溶接電流値I_Ntを
読み出し、点１Sn＋ｉ＋ｊから揺動中心OSCま
での1/4周期および揺動中心OSCから点２Sn＋ｉ
＋ｊまでの1/4周期について積分し、Ｓ１ｔ＝_N/2 〓^N=0
I_NtおよびＳ２ｔ＝_N 〓^N=N/2-R Intを求める。更に、こ
れらの差Ｃ＝S₁t−S₂tを演算する。そして、揺動
中心OSCが開先中心線GCと所望の関係にあると
きは、この差Ｃは零であるが、この関係が保たれ
なくなるとこの差は零でなくなる。そこで、この
差Ｃが零でなくなつた場合、学習モードで求めた
ゲイン係数G_a、G_a′をこの差Ｃに掛け合わせて制
御量を演算する。この制御量が転送され、ロボツ
トＲの角関節角α１〜α５の変化量として出力さ
れることによつて、揺動中心OSCは開先中心線
GCと所望の関係を保つよう移動させられる。そ
して、アークセンサストツプと判断されるまで、
前述ステツプを繰返し、溶接トーチＴは開先Ｇを
正確に追従しながらアーク溶接を行う。

（他の実施例） 例の実施例として、ゲイン係数を求めるために
行う揺動中心の変位の方向は、前述実施例のよう
な揺動中心に限ることなく、例えば第８図におけ
るｘ方向またはｙ方向などとすることができる。

また、例えば下向きＶ開先継手の溶接について
も実施できるが、その際は、開先中心線GCと揺
動中心OSCとの間にオフセツトｄはなくなる。

また、ゲイン係数を演算するために行う揺動の
回数すなわちｉまたはｊの値には、特に制限はな
いが、余り多いと溶接によるワークの変形などに
より、所望の関係位置からの変位がd₁ではなくな
つてしまう恐れがある。ゲイン係数を演算するた
めに行う溶接電流の検出は、揺動の一端に限るこ
とはなく、揺動の他の一端、揺動の中心、揺動中
心からいずれかの一端までの途中に行うことがで
きる。また、ゲイン係数は、これらいろいろな位
置において求めた溶接電流値から演算して得たも
のの平均値として決めることもできる。

更にまた、前述実施例では、溶接電流検出値と
揺動中心の変位量とが直線的な関係であつたが、
水平隅肉溶接においてもこれらの関係が第９図の
ように非直線的になることがあり、そのような場
合、単に直線的な関係としてゲイン係数を決めて
制御を行うと、方向によつて制御量が適正でなく
なることが起る。そこで、溶接電流検出値と変位
量との関係を適宜近似的に関数化してゲイン係数
を決め、制御を行うこともできる。

そして、溶接電流検出値と変位との関係が例え
ば第１０図のように単純でない場合、ゲイン係数
を求めて制御量を与えても、適切な制御が行えな
いものであり、関数化によつてその判別を行い、
エラー処理、より近似的な関数化などの処置がと
れる。また、変位に対する溶接電流検出値の変化
がないことも関数化によつて分るので、エラー処
理、変位量の変更などの処置がとれる。また、第
１１図のようなワークＷについても溶接電流検出
値と変位量との関係を関数化することができ、前
述同様、その関数が単調なものかどうかによつて
適切な制御ができるかどうかの判別を行うことが
できる。

（効果） 以上のように、この発明は、溶接トーチＴの揺
動中心が溶接開先と所望の関係位置から変位した
とき、この変位を修正するに当り、溶接条件に合
つた適切なゲイン係数を使用して、揺動中心に与
える制御量を演算するので、溶接トーチによる溶
接開先の追従が適切に行え、良好なアーク溶接が
できると言う効果を有している。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明の実施例を示すものであつ
て、第１図および第２図は概略図、第３図は概略
ブロツク図、第４図、第５図および第７図はフロ
ー図並びに第６図および第８図〜第１１図は模式
図である。 図面において、Ｔは溶接トーチ、Ｇは溶接開
先、OSは溶接トーチＴの揺動、d₁は与えられる
揺動中心OSCの変位である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 消耗電極を供給する溶接トーチを溶接開先の
   幅方向に揺動させながらアーク溶接を行い、前記
   揺動中に検出した溶接電流値を演算処理すること
   によつて、前記溶接開先に対する所望の関係位置
   からの、前記揺動中心の変位を検出し、前記揺動
   中心の位置を修正して前記溶接開先中心と所望の
   位置関係を保ちながら前記溶接トーチを前記溶接
   開先に追従させるようにした溶接開先追従方法に
   おいて、 前記揺動中心を前記溶接開先に対する所望の関
   係位置から強制的に適宜距離変位せしめて前記溶
   接トーチを適宜回数揺動せしめ、この間における
   前記所望の関係位置にあるときの検出溶接電流値
   と前記強制的に距離変位せしめた位置での検出溶
   接電流値とからゲイン係数を演算し、このゲイン
   係数を用いて前記揺動中心の、前記溶接開先に対
   する所望の関係位置からの変位を修正するための
   制御量を演算するべくした前記溶接開先追従方
   法。 ２ 前述ゲイン係数の演算は、検出した溶接電流
   値と与えた変位が直線関係にあるものとして行う
   べくした特許請求の範囲第１項記載の溶接開先追
   従方法。 ３ 前述ゲイン係数の演算は、検出した溶接電流
   値と与えた変位とを関数で関係付けて行うべくし
   た特許請求の範囲第１項記載の溶接開先追従方
   法。