JPH0448550B2

JPH0448550B2 -

Info

Publication number: JPH0448550B2
Application number: JP57088027A
Authority: JP
Inventors: Koji Ishiwatari
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1982-05-26
Filing date: 1982-05-26
Publication date: 1992-08-07
Also published as: JPS58205679A

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において、機械的なオシ
レートと磁気オシレートを組合わせてアーク柱を
開先に倣わせる倣い制御方法に関する。

〔従来の技術〕

通常の定電流特性のテイグ溶接電源において
は、第１図に示すように、アーク長（＝電極と母
材との距離）とアーク電圧はほぼ比例するという
性質を有する。したがつて、溶接開先線の底部が
平らならば、この底部に平行に溶接トーチをオシ
レートさせると、第２図ａのように溶接トーチ１
が開先２の左右側壁（開先壁）２ａ，２ｂから離
れているときは、アーク長ｄは一定であるのでア
ーク電圧も一定であるが、第２図ｂのように溶接
トーチ１が開先壁２ｂに近づくと、アーク長ｄは
しだいに短くなるので、アーク電圧はしだいに低
下してくる。このような性質を利用して、溶接ト
ーチを左右にオシレートさせながらアーク電圧を
検出すれば、溶接トーチを開先に沿つて移動させ
ることができ、非接触の自動倣い制御が実現され
る。

第３図はこれを利用した従来における自動倣い
制御装置の一例を示すブロツク図である。この機
構は次の通りである。

まず、溶接トーチ１を電動モータ（図示せず）
で、右オシレート信号オンにより右方向へオシレ
ートさせる。このとき同時に右スイツチ３をオン
して、アーク電圧検出器４で検出されるアーク電
圧と基準電圧設定器５で予め設定された基準電圧
とを比較器６において比較する。アーク電圧検出
値が基準電圧と等しいかまたはそれよりも低くな
ると、右壁検知器７は右壁検知の達成信号を出
し、右オシレートを停止させる。そして、右タイ
ミング設定器８で設定された時間（溶接トーチ１
をそのまま右壁位置に静止させておく時間）の経
過後に左オシレート信号オンにより、今度は溶接
トーチ１を左方向へオシレートさせる。このとき
同時に左スイツチ９をオンして、アーク電圧検出
器４で検出されるアーク電圧と基準電圧設定器５
で予め設定された基準電圧とを比較器１０におい
て比較する。アーク電圧検出値が基準電圧と等し
いかまたは低くなると、左壁検知器１１は左壁検
知の達成信号を出し、左オシレートを停止させ
る。そして、右タイミング設定器８で設定された
時間の経過後に右オシレート信号オンにより、再
び右方向へオシレートさせ、以後同じ動作を繰返
すことにより、溶接トーチ１をオシレートさせな
がら、非接触で開先２に倣わせることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の方法では電極１ａの直下のアーク電圧を
検知して倣い量としているが、電極１ａの直下の
アーク電圧は、溶融プールの大きさや形状によ
り、また溶接下地の形状により大きく変化する。
また、溶融プールの液面に浮遊する酸化物の量、
大きさ、位置などによつて、同じアーク長であつ
てもアーク電圧は変化する。これらの原因による
アーク電圧の変化は、電極１ａが開先壁２ａ，２
ｂに近づくことによるアーク電圧の変化よりも大
きく、開先壁２ａ，２ｂに近づいていないのに開
先壁２ａ，２ｂが検知されたと判定してしまうこ
とがある。このため、上記の方法で溶接を行なう
と、あたかも開先線が蛇行しているかのごとく溶
接トーチ１が移動し、開先線に正確に倣わせるこ
とができない場合がある。また、電極１ａの直下
のアーク電圧を検出するので、開先壁２ａ，２ｂ
が斜面であれば開先壁２ａ，２ｂの両端に近づく
につれてアーク電圧は徐々に低下してくるが、開
先壁２ａ，２ｂが直角近くに切立つていると、開
先壁２ａ，２ｂにごく接近するまではアーク電圧
は変化しないので、電極１ａが開先壁２ａ，２ｂ
に衝突する危険がある。

この発明は、前記従来の技術における問題点を
解決して、開先壁の位置を正確に検出してこれに
正確に倣わせて溶接を行なうことができるアーク
溶接の倣い、制御方法を提供しようとするもので
ある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、開先の幅方向に設定されたオシレ
ート基準位置から左開先壁方向および右開先壁方
向へのオシレート振幅値をそれぞれ指令して、溶
接トーチを開先に沿つて移動させながら左開先壁
方向および右開先壁方向に前記各指令されたオシ
レート振幅値に達するまで交互に移動し、前記左
開先壁方向に移動する時は前記オシレート基準位
置に対して前記左開先壁方向へのオシレート振幅
指令値に達したところで当該左開先壁方向への移
動を停止し、その位置でアーク柱に開先壁と略々
平行な方向から磁界をかけて左開先壁の方向にア
ーク柱を偏向し、この状態でアーク電圧を検出し
て基準の倣い量に相当する基準アーク電圧と比較
して倣い量の誤差を求めて前記左開先壁方向への
オシレート振幅指令値を補正し、前記右開先壁方
向に移動する時は前記オシレート基準位置に対し
て前記右開先壁方向へのオシレート振幅指令値に
達したところで当該右開先壁方向への移動を停止
し、その位置でアーク柱に開先壁と略々平行な方
向から磁界をかけて右開先壁の方向にアーク柱を
偏向し、この状態でアーク電圧を検出して基準の
倣い量に相当する基準アーク電圧と比較して倣い
量の誤差を求めて前記右開先壁方向へのオシレー
ト振幅指令値を補正してオシレート溶接するよう
にしたものである。

〔作用〕

この発明によれば、オシレート振幅を指令して
その振幅を達成するまでアーク電圧に関係なく溶
接トーチを開先壁方向に移動させるようにしたの
で、前記第３図のアーク電圧の検出に基づいて溶
接トーチを移動させる場合のように溶融プールの
大きさや形状、溶接下地の形状、溶融プールの液
面に浮遊する酸化物の量、大きさ、位置などの影
響を受けることがなく、開先壁に近づいていない
のに途中でオシレート方向が反転するなどの誤動
作を防止することができる。

しかも、指令されたオシレート振幅に達したと
ころで開先壁方向への溶接トーチの移動を停止し
て、図４に示すように、開先壁ａに平行な方向か
らアーク柱ｂに磁界ｃをかけることによりアーク
柱ｂを開先壁ａの方向に偏向し、開先壁ａとの距
離を求めて、基準の倣い量に対する誤差を求めて
オシレート振幅の指令値を補正していくようにし
たので、開先の位置や幅が変化する場合でも開先
壁の直前まではアークを偏向させずにオシレート
させて良好な溶融プールを形成することができ、
かつ開先壁の直前でアークを偏向させて開先壁と
の接近距離を正確に計測することができる。した
がつて、開先の位置や幅に正確に倣いしかも良好
な品質の溶接を実現することができる。

さらには、開先の幅方向にオシレート基準位置
を設定して、そこから左開先方向へのオシレート
振幅指令値と右開先壁方向へのオシレート振幅指
令値を独立に与えて制御し、かつ倣い誤差検出に
よるオシレート振幅指令値の補正も左右独立に行
なつているので、左開先壁方向への移動時の制御
と右開先壁方向への移動時の制御を互いに干渉し
あうことなく独立に行なうことができ、制御が容
易となる。

〔実施例〕

この発明の一実施例を添付図面を参照して説明
する。

第５図の自動溶接装置は溶接トーチ部２３を溶
接線ｌに対して前後方向に移動させる前後移動軸
Ｘ、溶接線ｌに対して直角な水平方向に移動させ
る左右移動軸Ｙ、溶接線ｌに対して直角な垂直方
向に移動させる上下移動軸Ｚの３軸を具えてい
る。各軸については、それぞれ駆動モータと位置
検出器によつて精密なフイードバツクによるサー
ボ制御システムが構成されている。

前後移動軸Ｘは台車２０の両側に配置された走
行輪２５を走行用モータ２１で駆動することによ
り制御される。上下移動軸Ｚは台車２０上に垂直
に配設されたネジ２６を上下駆動用モータ３０で
回転することにより制御される。左右移動軸Ｙは
上下移動軸Ｚ上に配設されたネジ２９を左右駆動
用モータ２８で回転することにより制御される。
符号２７は左右移動軸Ｙ上の位置を検出する位置
検出器である。

溶接トーチ部２３は左右移動軸Ｙを構成するネ
ジ２９に取付けられており、トーチノズル４１お
よび電極３３を具えている。フイラーワイヤ４３
はワイヤリール３４から、供給モータ３５によつ
て、ロール３６およびコンジツト３７を経て溶融
プール３９に供給されている。

溶接トーチ部２３は、また、アーク柱１８を開
先４４の両側壁４４ａ，４４ｂ方向に偏向させる
ための磁気オシレートヘツド１９を具えている。
これは例えば第６図に示すように、鉄心１３に磁
気コイル１４，１５を巻き付け、鉄心１３の各極
から磁極１６，１７を下方に伸ばし、電極３３の
下部を挾んでこれら磁極１６，１７を前後移動軸
Ｘの方向（開先線ｌに平行な方向）に対向して配
置したものである。このような構成でアーク柱を
開先壁４４ａ，４４ｂの方向に偏向させることが
できるのは次のような原理にもとづく。

第６図において、溶接電流は母材２２から電極
３３の方向へと流れる。磁界が発生されていない
状態では、アーク柱１８は第７図ａのように電極
３３の直下に向き、溶融プール３９に落ちる。こ
こで、磁気コイル１４，１５を励磁してアーク柱
１８に前後移動軸Ｘの方向の磁界を与えると、ア
ーク柱１８はこの磁界の中で力を受ける。この力
Ｆ(N)はアーク柱１８の長さをＬ(m)、アーク柱１８
を流れる電流をＩ（Ａ）、アーク柱１８に直角に与
えられる磁界の磁束密度をＢ（wb／ｍ２）とする
と、Ｆ≒Ｂ・Ｉ・Ｌで与えられる。この力Ｆの向きは、電流Ｉの向き
とも、また磁界の向きとも直角な方向である。し
たがつて、磁極１６をＮ極、磁極１７をＳ極とす
ればアーク柱１８は第７図ｂのように左側の開先
壁４４ｂの方向に偏向され、逆に磁極１６をＳ
極、磁極１７をＮ極とすれば、アーク柱１８は第
７図ｃのように右側の開先壁４４ａの方向に偏向
される。

第８図は第６図の機構の制御装置の一例を示す
ものである。

ここでは、オシレート振幅を適当な値±y0に
設定して、これを当初のオシレート振幅指令値と
して溶接トーチ部２３を左右オシレートし、オシ
レートの左右両端での開先壁との接近距離をアー
ク柱を偏向させた状態でそれぞれ測定し、これら
の接近距離が規定値になるように左右各オシレー
ト振幅指令値を順次補正することにより、溶接ト
ーチ部２３を開先線に倣わせている。

第８図において振幅設定器５５には溶接開始当
初の左右オシレートの振幅値（Ｙ軸上の０の位置
をオシレート基準位置として右オシレートの振幅
＋y0、左オシレートの振幅−y0）が設定されて
いる。この設定値±y0は加減算器５６で倣い誤
差に応じて順次補正されて、その補正された値は
オシレート振幅指令値として左右オシレート駆動
モータ２８に加わり、これを左または右に駆動す
る。溶接トーチ部２３のＹ軸上の位置ｙはトーチ
位置検出器２７（第５図）によつて検出される。
比較器５８は上記オシレート振幅指令値と検出値
ｙとを比較し、これらが一致したら右または左の
振幅達成信号を出力し、左右オシレート駆動モー
タ２８を停止する。

右または左オシレートが終了したら磁気オシレ
ートヘツド部１９は磁気設定器５９で設定された
強さで磁界を発生し、アーク柱１８を開先壁４４
ａまたは４４ｂの方向へ偏向させる。アーク電圧
検出器６１はこのときのアーク電圧を検出する。
基準倣い量設定器６２は基準のアーク電圧（電極
３３の先端と開先壁４４ａ，４４ｂとの接近距離
が予め規定された基準値のときのアーク電圧値）
を設定するものである。倣い量比較器６３はアー
ク電圧検出値と基準アーク電圧値を比較して、上
記基準値に対する実際の距離の誤差（倣い誤差）
をサンプリングタイム６８の間で測定する。この
測定された倣い誤差は倣い量演算器６６に記憶さ
れる。

一方、比較器５８から出力された左右振幅達成
信号は左右タイミング設定器７０に加わり、ここ
で設定された時間の経過後に、アーク倣い開始信
号発生器６４からアーク倣い開始信号が発生され
る。倣いデータ入力・消去指令発生器６５はこの
信号により、倣い量演算器６６に倣い量比較器６
３からのデータを記憶する。また、倣い量演算器
６６にすでに記憶されているデータのうちのいち
ばん古いものを消去する。これにより、倣い量演
算器６６には現在のデータと、それ以前の左右各
数個のデータが記憶されるようになる。

倣い量演算器６６はこれらのデータの平均を左
右それぞれについてとつて、右振幅、左振幅の補
正値として出力する。この補正値はオシレート中
心位置補正器６７を介して、前記加減算器５６に
入力する。これにより、加減算器５６は現在の左
右オシレート振幅指令値にこの誤差の平均値を加
算して、新たなオシレート振幅指令値として左右
オシレート駆動モータ２８を駆動し、溶接トーチ
部２３の位置を補正する。

第９図は第８図の制御装置の動作の一例を示す
タイムチヤートである。溶接トーチ部２３は右方
向に移動（矢印Ａ）して、現在のオシレート振幅
指令値ｙ１に達すると停止する（点ａ）。次に磁
気オシレートにより、アーク柱を同じ方向（右方
向）に偏向させて、所定の時間t₁の経過後にアー
ク電圧値を検出する。ここで所定の時間の経過後
というのは、アーク柱を偏向した瞬間の過渡期の
電圧は不安定であるため、十分なアークが母材間
に形成され始めた後に検出するということであ
る。

次に、この検出されたアーク電圧値に対応する
倣い誤差を算出し、これとすでに記憶されている
その数回前までの同じく右方向の倣い誤差の平均
をとり、この平均値を現在のオシレート振幅指令
値ｙ１に加算して、新たなオシレート振幅指令値
ｙ２として、溶接トーチ部２３を制御する（点
ｂ）。このオシレート振幅指令値ｙ２は次に右方
向にオシレートする時のオシレート振幅指令値と
してその時まで加減算器５６に記憶される。

溶接トーチ部２３がオシレート振幅ｙ２に達し
たら、所定時間t₂経過後に左方向のオシレート振
幅指令値−ｙ１′により、溶接トーチ部２３を左
方向に移動させ（矢印Ｂ）、この指令値−ｙ１′に
達すると停止する（点ｃ）。そして、磁気オシレ
ートにより、アーク柱を同じ方向（左方向）に偏
向させて、所定の時間t₁の経過後にアーク電圧値
を検出する。次に、この検出されたアーク電圧値
に対応する倣い誤差を算出し、これとすでに記憶
されているその数回前までの同じく左方向の倣い
誤差の平均をとり、この平均値を現在のオシレー
ト振幅指令値−ｙ１′に加算して、新たなオシレ
ート振幅指令値−ｙ２′として、溶接トーチ部２
３を制御する（点ｄ）。このオシレート振幅指令
値−ｙ２は次に左方向にオシレートする時のオシ
レート振幅指令値としてその時まで加減算器５６
に記憶される。

溶接トーチ部２３がオシレート振幅指令値−ｙ
２′に達したら、所定時間t₂経過後に、加算器５
６に記憶されていたオシレート振幅指令値ｙ２に
より、溶接トーチ部２３を右方向に移動させる。
以後前記同様の動作を繰り返すことにより、溶接
トーチを開先線に倣わせることができる。

なお、上記実施例においてはこの発明をテイグ
溶接に適用した場合について示したが、その他の
アーク溶接（ミグ溶接等）にも適用することがで
きる。また、アーク柱の偏向により開先壁での溶
け込みも良好になる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、オシ
レート振幅を指令してその振幅を達成するまでア
ーク電圧に関係なく溶接トーチを開先壁方向に移
動させるようにしたので、アーク電圧の検出に基
づいて溶接トーチを移動させる場合のように溶融
プールの大きさや形状、溶接下地の形状、溶融プ
ールの液面に浮遊する酸化物の量、大きさ、位置
などの影響を受けることがなく、開先壁に近づい
ていないのに途中でオシレート方向が反転するな
どの誤動作を防止することができる。

しかも、指令されたオシレート振幅に達したと
ころで開先壁方向への溶接トーチの移動を停止し
て、アーク柱を磁気で開先壁の方向に偏向し、開
先壁との距離を求めて、基準の倣い量に対する誤
差を求めてオシレート振幅の指令値を補正してい
くようにしたので、開先の位置や幅が変化する場
合でも開先壁の直前まではアークを偏向させずに
オシレートさせて良好な溶融プールを形成するこ
とができ、かつ開先壁の直前でアークを偏向させ
て開先壁との接近距離を正確に計測することがで
きる。したがつて、開先の位置や幅に正確に倣い
しかも良好な品質の溶接を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はアーク長とアーク電圧の関係を示す特
性図、第２図は溶接位置とアーク長との関係を説
明するための図、第３図は従来における倣い制御
装置の一例を示すブロツク図、第４図はこの発明
の原理を示す斜視図、第５図はこの発明が適用さ
れる自動溶接装置の一例を示す斜視図、第６図は
第５図の磁気オシレートヘツド部１９の内部構造
の一例を示す斜視図、第７図は第５図の装置にお
いてアーク柱１８を偏向させる状態を示す図、第
８図は第５図の装置に適用される制御装置の一例
を示すブロツク図、第９図は第８図の制御装置の
動作説明図である。２３……溶接トーチ部、１９……磁気オシレー
トヘツド部、１４，１５……磁気コイル、１６，
１７……磁極、２２……母材、３３……電極、４
４……開先、４４ａ，４４ｂ……開先壁。

Claims

【特許請求の範囲】１開先の幅方向に設定されたオシレート基準位
置から左開先壁方向および右開先壁方向へのオシ
レート振幅値をそれぞれ指令して、溶接トーチを
開先に沿つて移動させながら左開先壁方向および
右開先壁方向に前記各指令されたオシレート振幅
値に達するまで交互に移動し、前記左開先壁方向に移動する時は前記オシレー
ト基準位置に対して前記左開先壁方向へのオシレ
ート振幅指令値に達したところで当該左開先壁方
向への移動を停止し、その位置でアーク柱に開先
壁と略々平行な方向から磁界をかけて左開先壁の
方向にアーク柱を偏向し、この状態でアーク電圧
を検出して基準の倣い量に相当する基準アーク電
圧と比較して倣い量の誤差を求めて前記左開先壁
方向へのオシレート振幅指令値を補正し、前記右開先壁方向に移動する時は前記オシレー
ト基準位置に対して前記右開先壁方向へのオシレ
ート振幅指令値に達したところで当該右開先壁方
向への移動を停止し、その位置でアーク柱に開先
壁と略々平行な方向から磁界をかけて右開先壁の
方向にアーク柱を偏向し、この状態でアーク電圧
を検出して基準の倣い量に相当する基準アーク電
圧と比較して倣い量の誤差を求めて前記右開先壁
方向へのオシレート振幅指令値を補正してオシレート溶接するようにしたアーク溶接の倣
い制御方法。