JPH0462829B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、消耗電極を供給する溶接トーチを
開先幅方向に揺動させながら行うアーク溶接にお
いて揺動中の溶接電流を検出し、基準値と比較す
ることにより溶接トーチを溶接線に追従させるよ
うにした溶接線追従装置の改良に関するものであ
る。

（従来技術） アーク溶接の自動化に伴い、溶接トーチを開先
の中心すなわち溶接線に倣わせるための溶接線検
線方法としてボール、ローラー、探針などを使用
した接触式、差動変圧器などを使用した非接触
式、光学式などの溶接線検出方法が提案され、ま
た使用されて来た。しかしながら、これらの溶接
線検出方法を利用した溶接線追従方法にあつては
いずれも溶接トーチ周りに検出器を取り付けるこ
とが必要であるため溶接トーチ周りの構造が大型
になりまた複雑化する、溶接トーチ位置と検出器
位置のずれのため精度低下がある、スパツタ、ア
ーク光、アーク熱等の影響による精度低下がある
などの欠点があつた。

このような従来の溶接線追従方法における溶接
線検出上の問題点を解決するため、溶接アーク自
身の特性を利用して溶接線を検出し、溶接トーチ
を溶接線に倣わせるようにしたものいわゆるアー
クセンサ倣いに関する出願が行われるようになつ
た。殊に消耗電極を供給する溶接トーチを開先幅
方向に揺動させながらアーク溶接を行う場合に揺
動中心の両側で溶接電流を検出し、比較すること
により溶接トーチに溶接線を追従させるようにし
た溶接線追従方法および装置に関する多くの出願
が公知になつている。

消耗電極を供給する溶接トーチを揺動させなが
ら行うアーク溶接においては揺動に伴う溶接トー
チ位置と溶接電流との関係は基本的には第１図の
通りであり、同ａ図のように揺動の中心が溶接線
と一致しているときは揺動の左右端における溶接
電流は等しく、同ｂ図のように揺動の中心が左右
いずれかにずれているときは揺動の左右端におけ
る溶接電流は等しくなる。そこで端的には揺動の
左右端またはその近傍における溶接電流が等しく
なるように揺動中心位置を制御することにより溶
接トーチを溶接線に追従せしめることができるわ
けであり、このようなものは特開昭51−91851号
公報で明らかにされている。

しかしながら、検出した溶接電流にはアーク現
象、消耗電極（溶接ワイヤ）の送給不均一による
ノイズなどによる変動が含まれているので、これ
らの影響を極力受けないようにするため揺動の左
右端近傍における溶接電流を検出し、それぞれ積
分したものを比較するようにしたものが特開昭52
−9657号公報で明らかにされている。消耗電極を
使用するアーク溶接において消耗電極が溶融して
ワークへ以降する形態すなわち溶滴移行形態には
通常、スプレー移行、グロビユール移行および短
絡移行（シヨートアーク）があり、溶接電流や溶
接電圧の変動が激しい短絡移行形態にも対処でき
るものとして揺動の中心から左右への各半周期ず
つについて溶接電流または溶接電圧を検出して積
分し、それらを比較して溶接線追従を行うものが
特開昭54−26261号公報および特開昭57−75288号
公報で明らかにされている。

ところが、例えば水平隅肉継手や、下向き隅肉
継手であつてもその開先形状が溶接線を通る垂直
面に対称でないような場合などすなわち開先形状
が重力方向に関して対称でないような場合は、揺
動中心から左右の電流値はたとえ積分値を求めた
としても等しくなるものではないため、単に左右
の電流値を比較するのではなく、一定の基準値と
比較することが必要になる。そのようなものとし
て、この出願の出願人と同一の出願人から特開昭
58−30128号特許願が提出されている。

しかしながら、このものにあつては溶接開始当
初の幾つかの揺動周期の溶接電流を検出し、その
積分値を平均することによつて基準値を決めてい
るが、溶接開始から３〜４周期ではアークが安定
しないため正確な基準値が得にくい。と言う難点
があつた。ところが、基準値を正確にするために
多くの周期について平均を求めようとすると、今
度は制御すなわち溶接トーチを溶接線に追従させ
る動作にはいるのが遅れてしまうと言う点が問題
になる。

（解決しようとする課題） この発明は、このような点に着目して行われた
ものであり、前述のような、溶接線追従装置にお
いて、基準値を求めるための溶接電流の検出を適
正な回数の周期について行うようにしたサンプル
モードを設け正確な基準値を求めるようにするこ
とを目的とする。

（課題を解決するための手段） この発明は、設定した溶接電流、溶接ワイヤ径
シールドガスの種類および溶接姿勢に応じて、基
準値作成のための溶接電流を検出する周期の回数
を決められるようにしたことを特徴とする。

（実施例） 以下、この発明を、消耗電極（溶接ワイヤ）を
供給する溶接トーチを産業用ロボツトのエンドエ
フエクタとして使用し、水平隅肉継手について揺
動を伴つたアーク溶接を行う実施例について図面
を用いて説明する。

第２図は、構成を示すブロツク図であると共に
実施状態を示す模式図である。

１は溶接電源であり、溶接トーチ２を介して消
耗電極（溶接ワイヤ）３とワーク４ａとの間に電
圧を印加し、溶接電流を供給する。

２は溶接トーチであり、その中心に沿つて消耗
電極３が通過しており、図示しないチツプを通し
て消耗電極３に給電している。また、図示しない
ガスノズルを介してシールドガスを供給し、アー
ク部をシールドする。

３は消耗電極であり、溶接ワイヤでできてい
る。そして図示しない送給装置により供給され
る。

４は開先であり、ワーク４ａによりこの図では
水平隅肉継手を形成している。

５は電流センサであり、溶接トーチ２、消耗電
極３を通して流れる電流を検出する。

６はローパスフイルタであり、溶接ワイヤ送給
の不均一等による溶接電流中のノイズを除去す
る。

７はＡ／Ｄコンバータであり、ローバスフイル
タ６の出力を入力し、デイジタルデータに変換す
る。

８は産業用ロボツトＲとデータをやり取りする
第１ポートである。

９は溶接装置制御盤１３および電流センサ５と
データをやり取りする第２ポートである。

１０はCPUであり、検出した溶接電流、溶接
装置制御盤で設定した溶接条件に関するデータ、
ロボツトＲから得られる溶接姿勢、溶接トーチ２
が揺動の開始点にあるか到着点にあるか、アーク
センサ動作に対す要求などに関するデータを取り
込み、第３図、第４図および第６図に示すこの溶
接追従装置における演算等を行う。

１１はROMであり、CPU１０が行う演算のシ
ステムプログラムを格納している。

１２はRAMであり、第４図および第６図に示
すこの溶接線追従装置の演算中におけるデータを
格納する。

１３は溶接装置制御盤であり、少なくとも溶接
電流、溶接ワイヤ径、シールドガスの種類につい
てデータの設定ができる。

またトーチ２が位置から位置へ揺動するの
をUP方向Ｕとし、位置から位置へ揺動する
のをDOWN方向Ｄとする。

第３図は検出した溶接電流を処理するための全
体的なデータ処理のフロー図である。第３図にお
いて、基準値を作成するため溶接電流を検出し、
そのための諸量を演算するサブルーチンをサンプ
ルモードと言い、サンプルモードで得られた基準
値とその後に検出した溶接電流から演算した諸量
とを比較し、溶接トーチ２を制御するための制御
量を演算するサブルーチンを実行モードと言う。

第４図はサンプルモードのフロー図である。

第５図は溶接電流を検出し、基準値を作成する
演算の内容を示す模式図である。図中２ａは溶接
トーチ２の揺動経路、４ｂは溶接線、４ｃは溶接
トーチ２の揺動中心線を示す。水平隅肉溶接での
アンダーカツトなどを防止するため揺動中心は溶
接中心からオフセツトしている。

第６図は実行モードのフロー図である。

以下作用について説明する。

溶接装置制御盤１３上で、溶接電流、溶接ワイ
ヤ径、シールドガスの種類が設定され、ロボツト
Ｒにおいて溶接姿勢が設定されると、これらの条
件を表すデータがCPU１０に取り込まれ、後述
するようなテーブルと対照することにより、基準
値を作成するために溶接電流検出を行う揺動周期
の回数ｎが選定される。（溶接条件取込手段およ
び揺動回数選定手段） ロボツトＲにより溶接トーチ２は第５図ａに示
す教示された溶接開始点1S1に位置され、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（ステ
ツプＳ１）。更に、サンプルモードすなわち、基
準値作成を求める状態であると判断されると（ス
テツプＳ２）、サンプルモード（ステツプＳ３）
が始まる。

溶接トーチ２は、第５図ａの教示された正しい
溶接開始点1S1に位置決めされており、溶接開始
に伴い溶接トーチ２は第５図ａの点1S1、2R1、
2S1、1R2、1S2、2R2、2S2……の順に移動しな
がら溶接を行なつて行き、同時に開始点1S1〜到
着点2R1間（UP方向）、2S1〜1R2間（DOWN方
向）、1S2〜2R2間（UP方向）……の順に溶接電
流を検出して行く。検出された溶接電流の状態の
１例を開始点1S1〜到着点2R1および2S1〜1R2間
について示すと第５図ｂおよびｃの通りとなる。
UP方向の半周期の溶接電流の積分値をAU、
DOWN方向の半周期の溶接電流の積分値をADと
し、更にそれぞれの半周期について1/4周期の溶
接電流の積分値をA1U、A2U、A1D、A2Dとす
ると、制御量を求めるための基準値を求めるため
次の諸量が必要になる。

AU_s＝AnU＋Ａ（ｎ＋１）Ｕ AD_s＝AnD＋Ａ（ｎ＋１）Ｄ △AU_s＝AnU−Ａ（ｎ＋１）Ｕ △AD_s＝AnD−Ａ（ｎ＋１）Ｄ △A_s＝1/2（△AU_s＋△AD_s） △At_s＝AD_s−AU_s ここで△A_sは揺動の半周期中における揺動の
開始点から中心までの1/4周期と中心から到着点
までの1/4周期の溶接電流の積分値の差の平均値
であり、△At_sは揺動の一周期中における揺動の
開始点から到着点までの半周期と次の半周期の溶
接電流の積分値との差である。

前述、揺動の過程で検出された溶接電流値は、
記憶され（ステツプＳ３１）、到着点2R1〜開始
点2S1間、1R2〜1S2間でそれぞれ積分され、前述
の式で示される諸量が演算され（ステツプＳ３
２）、記憶される（ステツプＳ３３）。

ところで前述の諸量の演算はｎ回の揺動周期に
ついて行うのであるが、その回数ｎは、溶接電
流、溶接ワイヤの径、シールドガスの種類、溶接
姿勢に基いて決められるものであり、実験に基い
て作成されたテーブルとしてROM中に格納され
ている。そこで、溶接装置制御盤で設定された溶
接電流、溶接ワイヤの径、シールドガスの種類に
関するデータおよびロボツトＲで設定された溶接
姿勢に関するデータを取り込み、前記テーブルと
対照することによつて選定されている。

そこで、前述の基準値作成のための諸量を求め
る演算が、選定されている回数ｎだけ行われたか
どうか判断され（ステツプ３４）、行われていな
ければ、ロボツトＲがアークセンサストツプすな
わち、溶接電流検出を求めていないかどうかが判
断される。（ステツプＳ３６）。溶接電流検出を求
める状態であれば、溶接電流の記憶（ステツプＳ
３１）、基準値作成のための諸量の演算（ステツ
プＳ３２）等が繰返される。ステツプＳ３４で、
基準値作成のための諸量の演算が選定された回数
ｎだけ行われたと判断されると、ステツプＳ３３
で記憶された諸量のうち例えば△At_sについての
平均値が演算されて基準値とされ（ステツプＳ３
７）、記憶される（ステツプＳ３８）。そして、実
行モード（ステツプＳ４）へ移行する。実行モー
ドにはいると、制御量記憶用ポインタが設定され
（ステツプＳ４１）、制御量の記憶が可能になる。
そして、サンプルモードのときと同様にして開始
点1Sm〜到着点2Rm間、2Sm〜1Rm＋１間にお
いて溶接電流が検出され（ステツプＳ４２）、こ
れに基いて前述の基準値作成のための諸量と同
様、制御量を求めるための諸量が演算され、前述
同様△Atが求められる（ステツプＳ４３）。そし
てサンプルモードで得られた基準値すなわち△
At_s（平均）と比較され、この間に偏差があれば、
この偏差をもつて制御量とされる（ステツプＳ４
４）。この制御量は、垂直成分と水平成分からな
つており、前の制御量に代つて記憶され（ステツ
プＳ４５）、溶接トーチ２が1Rm＋１〜1Sm＋１
にある間に転送され（ステツプＳ４６）、ロボツ
トＲのアーム位置が移動し、溶接トーチ２の揺動
開始位置が1S′m＋１に修正される。

そして、ロボツトＲがアークセンサストツプす
なわち溶接電流検出を求めない状態でないと判断
されるかぎり（ステツプＳ４７）、ステツプＳ４
２〜Ｓ４５を繰返し、開始点1Sm＋１〜到着点
1Rm＋２…以降について前述同様、制御を続け
て行き、ロボツトＲがアークセンサストツプを求
めていると判断されるまで、溶接線４ｂからオフ
セツトした揺動中心に対する溶接トーチ２のずれ
を修正するための正確な制御が行われる。そして
溶接トーチ２は溶接線４ｂをオフセツトして追従
する。

以上の通り、溶接線からの溶接トーチ２のずれ
を修正制御するための基準値の作成に当り、溶接
電流、溶接ワイヤ径、シールドガスの種類、溶接
姿勢と言う諸条件に適合した回数の溶接電流検出
を行なつて基準値を作成するので、その基準値は
正確なものであり、従つて正確な溶接線追従を行
うことができると言う効果がある。

その他の実施例として、下向隅肉継手、レ開先
を持つた継手などの溶接姿勢にも実施できる。基
準値を求めるための諸量および制御量を求めるた
めの諸量共、溶接電流の積分値に限ることはなく
溶接電流値そのものとすることもできる。制御量
を求めるに当り、前述諸量のうち△At_sの使用に
限ることはなく、△At_s，△AU_s，△AD_sを使用
することもできる。そして、これらの選択につい
ても溶接電流、溶接ワイヤ径、シールドガスの種
類、溶接姿勢と言う溶接条件とそれらの組合せに
対して適切なものを選択できるようにしたテーブ
ルを持つようにすることができる。制御量を求め
るための諸量のうち選定されている基準値と対応
したものと基準値とを比較して求めた偏差につい
ても、そのまま制御量とすることなく、溶接電
流、溶接ワイヤ径、シールドガスの種類、溶接姿
勢と言う溶接条件とそれらの組合わせに対応した
係数をテーブルとして持つておき、これらを選定
して前記偏差に掛け合わせることによつて制御量
を求めることができる。

また、基準値の作成に当り、このために求めた
諸量を、検出した回数ｎについて算術平均する以
外に例えば第７図に示すようにＫ回の検出を行な
つたとして、次式で示すようにウエート付けをす
ることによつて基準値を求めることもできる。

基準値IR＝_k 〓ⁿ⁼¹ I_o／2^k-(n-1) I_o＝∫^R _Sidt ここでｉは検出した溶接電流であり、I_oは揺動
の半周期中についてのｉの積分値である。

また、一つのワークについて異なつた溶接姿勢
で溶接を行うことがあることから、溶接する位置
に対応して幾つかのサンプルモードを選択できる
ようにし、これに対応して幾つかの実行モードを
選択するようにすることもできる。また、産業用
ロボツト以外の揺動機構、マイクロコンピユータ
以外の一般制御回路を使用することもできる。そ
してこれの他の実施例の効果もまた前述実施例と
同じである。

（効果） この発明は前述したとおりであるから、従来の
ように揺動中心の左右における1/2周期の溶接電
流の積分値を比較し、両者が等しくなるように揺
動中心を移動制御するだけのものに比し、開先形
状が重力方向に対して対称でない場合でも実施で
きる。また溶接条件ごとに基準値は溶接プロセス
の中で作成しているので、予め実験により基準値
を決定してこれをメモリに格納しておき、これと
溶接中に検出した溶接電流と比較する場合のよう
に、同一溶接条件であつても、例えばワーク形状
の若干の相違等によつて制御量が一定し難いとい
ううれいも少ない。さらには基準値は、揺動１往
復における1/4周期ずつの溶接電流の積分値を予
め選定した揺動回数分求め、さらにこれら値から
必要な諸量△AU_s，△AD_sあるいは△A_sあるいは
△At_sを求め、さらにはその平均値を求めること
により決定しているので、基準値が非常に正確で
あり、良好な溶接結果が得られる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明が関係する現象および実施例を
示すものであり、第１図は原理図、第２図はブロ
ツク図、第３図および第４図はフロー図、第５図
は模式図、第６図はフロー図並びに第７図は模式
図である。 ２……溶接トーチ、３……消耗電極、４……開
先、４ａ……溶接線、ステツプＳ３１，Ｓ４２…
…第１記憶手段、ステツプＳ３２，Ｓ４３……第
１演算手段、ステツプＳ３３……第２記憶手段、
ステツプＳ３７……第２演算手段、ステツプＳ３
８……第３記憶手段、ステツプＳ４４……第３演
算手段。

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開先幅方向
   に揺動させながら行うアーク溶接の、前記揺動中
   の溶接電流を検出して基準値と比較することによ
   り前記溶接トーチを溶接線に追従させるべくした
   溶接線追従装置において、 溶接電流、溶接ワイヤ径、シールドガスの種類
   および溶接姿勢に関して設定されたデータを取り
   込み、記憶する溶接条件取込手段と、 この溶接条件取込手段に取り込まれたデータご
   とに前記基準値を作成するべく、溶接電流を検出
   するための前記溶接トーチの揺動回数ｎを決める
   揺動回数選定手段と、 前記揺動回数分検出した溶接電流をそれぞれ記
   憶する第１記憶手段と、 該第１記憶手段に記憶された溶接電流に基き、
   揺動の1/4周期ごとの溶接電流の積分値をそれぞ
   れＡnU，Ａ（ｎ＋１）Ｕ，AnD，Ａ（ｎ＋１）Ｄ
   とし、 ΔAUs＝ＡnU−Ａ（ｎ＋１）Ｕ ΔADs＝AnD−Ａ（ｎ＋１）Ｄ または ΔAs＝1/2（ΔAUs−ΔADs） または ΔAts＝（AnD＋Ａ（ｎ＋１）Ｄ）−（AnU
   ＋Ａ（ｎ＋１）Ｕ） のいずれかの諸量を求める第１演算手段と、 該第１演算手段により演算された前記揺動回数
   分の諸量をそれぞれ記憶する第２記憶手段と、 該第２記憶手段に記憶された諸量の平均値を前
   記基準値として求める第２演算手段と、 該第２演算手段による基準値を記憶する第３記
   憶手段と、 該第３記憶手段の基準値と、該基準値作成後に
   連続して得られる検出溶接電流に基いて演算され
   た前記諸量とを比較し、前記トーチに対する制御
   量を演算する第３演算手段と、 を具備してなる前記溶接線追従装置。