JPH0484675A

JPH0484675A - 溶接線倣い装置

Info

Publication number: JPH0484675A
Application number: JP19650290A
Authority: JP
Inventors: Tsunetoshi Ishibashi; 石橋　経俊
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1990-07-25
Filing date: 1990-07-25
Publication date: 1992-03-17

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、大型鉄構造物等を溶接ロボット等によって
自動溶接する場合に用いられる溶接線倣い装置に関する
。

「従来の技術」最近、無人化するために工場内で用いられる溶接ロホッ
トや自動溶接装置においては、能率や操作性の良いワイ
ヤ系の溶接方法が主流である。

第９図はそのような従来の溶接ロボットによる溶接の動
作を説明するための図である。この図において、符号１
は溶接の対象である被溶接物（ワーク）であり、板状部
拐の水平被溶接物２および垂直被溶接物からなる。４は
溶接部である。

また、５は溶接トーチであり、不活性ガスの拡散を防止
するフード６および溶接ワイヤ等の溶料７の出口が開口
したデツプ８などから構成されている。

このような構成において、図示せぬ溶接電源から供給さ
れる電圧によって温材７とワークｌとの間でアーク放電
が発生し、アーク溶接か行われる。

ところで、溶接中において、予め溶接ロボットの内部の
メモリに設定されたアーク発生点とワークの実際のアー
ク発生点ａとが一致する場合には、第１０図に示すよう
に、アーク発生点を点ａから点すへ移動させた場合のア
ーク電圧と、点ａから点Ｃへ移動させた場合のアーク電
圧とは、等しい。

ところが、溶接中において、予め溶接ロホットの内部の
メモリに設定されたアーク発生点とワークの実際のアー
ク発生点１′とが一致しない場合には、第１１図に示す
ように、アーク発生点を点１′から点ｂ°へ移動させた
場合のアーク電圧と、点ａ′から点Ｃ°へ移動させた場
合のアーク電圧とは、等しくない。

これにより、アーク発生点がどちらにずれているかがわ
かるため、アーク発生点のずれを修正して溶接線の倣い
を行うことができる。

尚、第１０図および第１１図は共に第９図のＡＡ矢視図
である。

「発明が解決しようとする帽１ところで、上述した従来の溶接ロボットにおいては、ア
ーク発生点、即ち、溶接トーチ５を機械的に正確に第１
Ｏ図の点ａから点すへおよび点ａから点Ｃへ移動する必
要があるため、機械的な精度が要求される。

また、アーク発生点が点ａから点すへ、あるいは、点ａ
から点Ｃへ到達した時点でアーク電圧を電気的に計測す
るタイミングが必要であると共に、機械系と電気系との
インターフェイスが必要である。

さらに、装置の構造上、アーク発生点と、溶接トーチ５
を機械的に移動させる機構とを離す必要がある場合、機
械的精度が要求される上に、その移動周期？こよっては
共振が発生ずる。

そして、これらの問題を解決するためには、例えば、装
置が高価になるという問題があった。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、安価
かつ簡単な構成で、溶接トーチが溶接線を正確に倣うこ
とができる溶接線倣い装置を提供することを目的として
いる。

「課題を解決するための手段」この発明による溶接線倣い装置は、アークを溶接線を中
心線として交互に周期的に曲げるアーク曲げ手段と、１
層期中に前記アークが曲げられた時のアーク電圧をそれ
ぞれ検出して比較する検出比較手段と、該検出比較手段
の比較結果に基づいて溶接トーチを移動する移動手段と
を具備することを特徴としている。

「作用」この発明によれば、まず、アーク曲げ手段は、アークを
溶接線を中心線として交互に周期的に曲げる。

そして、検出比較手段は、１層期中にアークが曲げられ
た時のアーク電圧をそれぞれ検出して比較する。

これにより、移動手段は、検出比較手段の比較結果に基
づいて溶接トーチを移動する。

以上の動作により、溶接線の倣いか行われる。

「実施例」以下、図面を参照してこの発明の一実施例について説明
する。第１図はこの発明の一実施例による溶接線倣い装
置を適用した溶接ロボットの概略構成を示す正面図、第
２図は第１図のＡ−’Ａ矢視図、第３図は第２図の部分
拡大図である。これらの図において、第９図の各部に対
応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する
。

第１図〜第３図において、９はマニプレータであり、レ
ール１０によって案内されて紙面垂直方向に移動する。

ＩＩはマニプレータ９の走行方向に対して直角方向に張
り出たブーム、１２はブーム１１の一端に取り付けられ
たヘッドである。

また、１３は倣い調整用のＤＣモータであり、ＤＣモー
タ１３が回転駆動されることにより、溶接トーチ５が第
２図および第３図中ｇ方向あるいはｍ方向に移動する。

１４はリール１５に巻回された温材７を溶接トーチ５お
よびフード６を介して溶接部に供給する温材供給用モー
タである。

ここで、第４図に第３図の部分拡大斜視図を示す。この
図において、第３図の各部に対応する部分には同一の符
号を付け、その説明を省略する。

フード６には、珪素鉄またはフェライト等の磁性体１６
に巻回されたコイル■７がその上部両端に取り付けられ
、コイル１７に電流が流されることにより、アークがＱ
方向あるいはｍ方向に曲げられる。尚、フード６は、市
販のＣ０ｚ）−チが使用できるものとし、ある程度の気
密性、耐熱性および放熱性のよいものを用いる。

次に、第５図にアークおよび溶接トーチ５を制＝６御する制御回路の回路図の一例を示す。

第５図において、１８はマルチバイブレータおよびカウ
ンタ等によって構成されたパルス発生回路であり、第６
図（１）および（２）に示すＩ　Ｏｍ５ｅｃのパルス幅
、１００　ｍ８ｅｃ、の周期でかつ互いに９０°の位相
差を持つパルスＳ１およびＳ、を発生する。

尚、パルスＳ１およびＳ、のパルス幅や周期は、自由に
調整が可能である。

また、１９はトランジスタ等によって構成されたコイル
駆動回路であり、パルスＳＩが入ツノされた時にフード
６に巻回されたコイル１７の端子Ｔ１、から端子Ｔ６へ
電流を流し、パルスＳ、が入力された時にコイル１７の
端子Ｔ、から端子Ｔゎへ電流を流して駆動する。

さらに、２０は定電圧型の溶接電源、２■は溶接電源２
０の出力電圧（アーク電圧）に応じた出力電流（溶接電
流）を分流する分流器、２２および２３はそれぞれボテ
ンソヨメータ、演算増幅器およびフォトカブラ等から構
成されたアーク電圧検出回路である。このアーク電圧検
出回路２２および２３は、それぞれ分流器２１の両端に
発生する電圧を調整して約３００倍に増幅し、それぞれ
パルスＳｌあるいはＳ２が人力されると増幅電圧を出力
する。

加えて、２４および２５はそれぞれアーク電圧検出回路
２２および２３の出力電圧を積分する積分回路、２６は
積分回路２４の出力電圧と積分回路２５の出力電圧とを
比較する比較器、２７はトランジスタ等から構成された
モータ駆動回路である。このモータ駆動回路２７は、比
較器２６の出力電圧の符号が十の時にＤＣモータＩ３の
端子Ｔ。がら端子Ｔ０へ電流を流し、比較器２６の出力
電圧の符号が−の時にＤＣモータＩ３の端子Ｔｃから端
子Ｔｄへ電流を流して駆動する。

このような構成において、まず、第５図のパルス発生回
路１８から出力されたパルスＳ１は、コイル駆動回路１
９に入力され、コイル１７の端子Ｔｂから端子Ｔ、へ電
流が流れて磁力線が発生するため、アークは第４図中Ｑ
方向へ曲げられる。

また、第５図の分流器２１において、溶接電源２０の出
力電流（溶接電流）の変化が検出される。

そして、分流器２１の両端に発生した電圧は、アーク電
圧検出回路２２および２３に人力され、調整および増幅
される。

そして、アーク電圧検出回路２２にパルスＳ１が入力さ
れると、その出力電圧は、積分回路２４において積分さ
れた後、比較器２６の十入力端子に入力される。今、こ
の電圧がＡ（Ｖ）であるとする。

次に、パルス発生回路１８からパルスＳ、が出力された
時からＩ　Ｏｍ５ｅｃ後に、第６図（２）に示すように
、パルスＳ、が出力されると、そのパルスＳ２は、コイ
ル駆動回路１９に入力され、コイル１７の端子Ｔ６から
端子Ｔｂへ電流が流れて上述の場合とは逆方向に磁力線
が発生するため、アークは第４図中ｍ方向へ曲げられる
。

そして、分流器２１の両端に発生した電圧は、アーク電
圧検出回路２２および２３に入力され、調整および増幅
される。

そして、アーク電圧検出回路２３にパルスＳ。

が入力されると、その出力電圧は、積分回路２５におい
て積分された後、比較器２６の一入力端子に入力される
。今、この電圧がＢ（Ｖ）であるとする。

ここで、溶接線７のねらいが第４図中ａ方向にずれてい
るとすると、パルスＳ１によって曲げられたアークは、
パルスＳ２によって曲げられたアークよりも短い。従っ
て、それぞれのアーク電圧Ａ（Ｖ）とＢ（Ｖ、）との関
係は、以下に示すようになる。

Ａ（Ｖ）＜Ｂ（Ｖ）これにより、比較器２６の出力電圧の符号は、−となる
。次に、比較器２６の出力電圧は、モータ駆動回路２７
に入力されるので、ＤＣモータ１３の端子Ｔ、から端子
Ｔ、、へ電流が流れてＤＣモータ１３が回転する。この
時、溶接トーチ５が第２図のｍ方向へ移動するようにＤ
Ｃモータ１３の回転方向を設定しておくことにより、電
圧Δ（Ｖ）と電圧Ｂ（Ｖ）とが等しくなるように制御さ
れると共に、第１図中ρ方向にずれた溶接線７のねらい
が自動的に修正される。

一方、第４図において、溶接線７のねらいが図中ｍ方向
にずれている場合には、上述の場合とは逆に、電圧Ａ（
Ｖ）とＢ（Ｖ）との関係は、以下に示すようになる。

Ａ（Ｖ）＞Ｂ（Ｖ）これにより、比較器２６の出力電圧の符号は、十となる
。次に、比較器２６の出力電圧は、モルタ駆動回路２７
に入力されるので、ＤＣモータＩ３の端子Ｔ０から端子
Ｔｄへ電流が流れてＤＣモータ１３か回転する。この時
、溶接トーチ５が第２図のρ方向へ移動するようにＤＣ
モータ１３の回転方向を設定しておくことにより、電圧
Ａ　（Ｖ　）と電圧Ｂ（Ｖ）とが等しくなるように制御
されると共に、第１図中ｍ方向７こずれた溶接線７のね
らいが自動的に修正される。

ところで、以」−説明したワイヤおよびガスシールド系
の溶接方法の溶接速度は、はぼ毎分３００ｍｍ〜５００
ｍｍであるので、毎秒１０ｍｍ程度である。

また、この溶接線倣い装置は、本来、溶接線７に対する
ずれを調整するための装置であるので、極端にずれが発
生しない。

そこで、例えば、溶接が３ｍｍ進む毎に上述した倣いの
処理を行うとすると、３００ｍ５ｅｃ毎に繰り返せばよ
いことになる。そして、上述した倣いの処理は、電気的
に行う処理であり、はぼどんな速度にも対応できるので
、３００　ｍ５ｅｃ毎の処理速度は問題ない。

また、上述した一実施例においては、アーク電圧の変化
を電流の変化に変換している。これは以下に示す理由に
よる。

最近、溶接電源２０には、上述したように、定電圧型を
使用するものが多い。そして、従来の溶接線倣い装置に
おいては、アーク電圧が高くなると、ワイヤ送給速度を
高くし、逆に、アーク電圧が低くなると、ワイヤ送給速
度を低くしてアーク電圧を一定に保つようにし−ている
。

ところが、」二連した一実施例においては、その制御速
度が早く、ＤＣモータ１３の慣性があるため、従来の制
御方法によｌってはアーク電圧を調整できない。

そこで、アーク電圧の変化を電流の変化として検出して
いるのである。

また、コイル】７に流れる電流は、１周期の間の１７１
０の期間だけであるので、それだけ大きな電流を流すこ
とができ、大きな磁力線を発生させることができる。

尚、以上説明した一実施例においては、アークが正確に
溶接線７に倣っている場合でも、電圧Ａ（Ｖ）と電圧Ｂ
（Ｖ）とが同一電圧になることはないので、比較器２６
からは常時信号が出力されるが、ＤＣモータ１３の慣性
によりほとんど影響を及ぼさない。そして、ＤＣモータ
１３は、バランスがくずれた時のみ連続して同一方向に
回り続ける。

尚、アークを溶接線７に固定する場合には、比較器２６
をもうひとつ用意すればよい。

また、」二連した一実施例においては、フード６の構成
を第４図に示すものにした例を示したか、これに限定さ
れるものではない。ここで、第７図および第８図にフー
ド６の他の構成例を示す。これらの図において、第４図
の各部に対応する部分には同だの符号を付け、その説明
を省略する。第７図において、２８は非磁性体のカバー
である。

また、第６図において、２９＋および２９．はそれぞれ
フード６に巻回されたコイルであり、これらに上述した
パルスＳｌおよびＳ、に応じた電流を交互に流ずこ七に
より、図中ｐ方向あるいはｑ方向に磁力線が発生する。

「発明の効果」以上説明したように、この発明によれば、以下に示す効
果が得られる。

■機械的構造が簡単であり、装置が安価になる。

■従来のウィービング倣い方式がコンピュータのソフト
により制御されているのに対して、この発明は、電気回
路のみで構成され、制御されるので、構成が簡単である
と共？こ、コンピュータのエラー暴走等のトラブルが少
ない。

■従来の機械的に倣いを行う方式では不可能な超高速か
ら低速まで自由に制御が可能である。

■倣い装置単体の製造および販売が可能である。

■従来の機械的に倣いを行う方式において発生する仮イ
τ１けによる軌跡エラーが発生しない。

■作用の高速性を応用すれば、極薄板の被溶接物に応用
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による溶接線倣い装置を適
用した溶接ロボットの概略構成を示す正面図、第２図は
第１図のＡ−Ａ矢視図、第３図は第２図の部分拡大図、
第４図は第３図の部分拡大斜視図、第５図はアークおよ
び溶接トーチ５を制御する制御回路の一例を示す回路図
、第６図はパルス発生回路１８から出力されるパルスＳ
、およびＳ、の波形の一例を示す図、第７図および第８
図はそれぞれフード６の他の構成例を示す図、第９図は
従来の溶接ロボットによる溶接の動作を説明するだめの
図、第１Ｏ図および第１１図はそれぞれ第９図のＡ−Ａ
矢視図である。１・・・ワーク、２・・・・・水平被溶接物、３・・・
垂直被溶接物、４・・・・・・溶接部、５・・・・・・
溶接トーチ、６・・・・フード、７・・・・・温材、８
・・・・・・チップ、９・・・マニプレータ、１０・・
・・・レール、１１・・・・・・ブーム、１２・・・・
・・ヘッド、１３・・・・・・ＤＣモータ、＋４・・・
・・・温材供給用モータ、１５・・・・・・リール、１
６・・・・・・磁性体、１７・・・・・・コイル、＋８
・・・・・・パルス発生回路、１９・・・・・・コイル
駆動回路、２０・・・・・溶接電源、２１・・・・・分
流器、２２．２３・・・・・・アーク電圧検出回路、２
４，２．５・・・・積分回路、２６・・・・・・比較器
、２７・・・・・モータ駆動回路。＋５− ・ソ′

Claims

【特許請求の範囲】　アークを溶接線を中心線として交互に周期的に曲げる
アーク曲げ手段と、１層期中に前記アークが曲げられた時のアーク電圧をそ
れぞれ検出して比較する検出比較手段と、該検出比較手
段の比較結果に基づいて溶接トーチを移動する移動手段
とを具備することを特徴とする溶接線倣い装置。