JPH06104277B2

JPH06104277B2 - 溶接機の自動制御装置

Info

Publication number: JPH06104277B2
Application number: JP63234750A
Authority: JP
Inventors: 尚幸原田; 洋宮原
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1988-09-21
Filing date: 1988-09-21
Publication date: 1994-12-21
Anticipated expiration: 2009-12-21
Also published as: JPH0284270A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は、溶接機の自動制御装置に関するものである。

（ロ）従来の技術従来の溶接機の自動制御装置として、特開昭60−210366
号公報、特開昭60−148677号公報、特開昭62−16883号
公報、特開昭59−120369号公報などに示されるものがあ
る。これらの公報に示されるのは、溶接部の形状に沿っ
て溶接トーチを自動的に走行させて溶接を行なうための
技術であり、溶接部と溶接トーチとの相対位置関係を溶
接中の電流の変化を利用して検出し、これに基づいて溶
接トーチの位置を修正する。このために、溶接電流の周
波数成分のうちトーチの揺動周期と同一の周波数成分を
求め、この値が小さくなる方向に溶接トーチ位置を修正
する。これにより溶接トーチを溶接部の真上に維持する
ことができる。

（ハ）発明が解決しようとする課題しかしながら、上記のような従来の溶接機の自動制御装
置では、常に溶接部の断面形状の垂直２等分面（溶接部
の対称面）上に沿って溶接トーチを移動させることはで
きるが、溶接トーチを対称面から横方向に所定量だけ変
位した位置に維持させることはできない。このように、
溶接トーチの位置を対称面の位置から変位させることは
特殊な溶接条件の場合に必要となる。本発明はこのよう
な課題を解決することを目的としている。

（ニ）課題を解決するための手段本発明は、変位量設定器によって設定された設定値に応
じた量だけ溶接トーチの位置を変位させた状態に維持さ
せることにより、上記課題を解決する。すなわち、本発
明は、溶接トーチと、溶接トーチを揺動させる揺動装置
と、揺動装置を溶接トーチの揺動面内で揺動中心線に直
交する方向に移動可能な横方向移動装置と、揺動装置を
溶接トーチの揺動面と直交する方向に移動可能な溶接方
向送り装置と、溶接トーチにワイヤを送給するワイヤ送
給装置と、ワイヤに電流を供給する溶接電源と、を有す
る溶接機のための自動制御装置であって、溶接電流を検
出する電流検出器と、溶接トーチが所定の揺動位置にあ
るときに信号を出力する揺動位置検出器と、電流検出器
及び揺動位置検出器からの信号に基づいて溶接電流を所
定時間ごとに測定し溶接トーチの揺動周期と一致する周
波数成分又はこれの高調波成分を抽出する周波数成分抽
出手段と、横方向移動装置を作動させる信号を発生させ
る作動指令手段と、を有するものを対象としており、隅
肉溶接部の接合線が含まれる垂直な対称面をもって溶接
部対称面としたとき、溶接部対称面から横方向への溶接
トーチの変位量を可変設定可能な変位量設定器が設けら
れており、この変位量設定器の設定値信号及び周波数成
分抽出手段の出力信号が作動指令手段に入力され、作動
指令手段は周波数成分抽出手段の出力信号に変位量設定
器の設定値信号を加算又は減算して得られる信号を横方
向移動装置への出力信号とするように構成されているこ
とを特徴としている。

（ホ）作用溶接電流の周波数成分のうち溶接トーチの揺動周波数と
同一の周波数成分又はこれの高調波成分の大きさは、溶
接トーチの溶接部対称面からの位置ずれの大きさに応じ
て変化する。従って、周波数成分抽出手段からの出力信
号は、溶接トーチの溶接部対称面からの位置ずれを示し
ていることになる。この周波数成分抽出手段からの出力
信号に変位量設定器からの設定値信号を加算又は減算し
た値を横方向移動装置への出力信号とし、これが０とな
るように溶接トーチを移動させると、溶接トーチの位置
は変位量設定器によって設定された設定値に応じた量だ
け溶接部対称線から位置ずれすることになる。すなわ
ち、第４図に示すように、一方の被溶接部材側の溶接部
のビード長さａが短く、他方の被溶接部材側の溶接部の
ビード長さｂが長い不等ビード長溶接が可能となる。

上記のような構成によって、溶接トーチの位置ずれが検
出可能であるのは次のような原理による。すなわち、溶
接トーチの位置ずれの大きさと方向について、これの大
きさは、溶接電流の周波数成分の内溶接トーチの揺動周
波数成分と同一成分の大きさ、すなわち溶接トーチを正
弦波状に揺動させる場合は、溶接トーチの揺動周期と同
一の周波数成分の大きさに対応させることができ、また
これの方向は、溶接トーチ揺動に対する上記の周波数成
分の位相の正逆関係によって決定できる。このことは、
次の説明から明らかである。溶接電流は、ワイヤ先端と
相手部材との距離に対応している。すなわち上記距離が
小さいほど電流が増大する。たとえば、第６図（ａ）に
示すように溶接トーチが溶接部から大きく位置ずれする
と、左側の斜面Ｍは溶接電流にほとんど影響を与えず、
右側の斜面Ｎのみとの関係で溶接電流が決定される。し
たがって、１揺動周期中に溶接トーチは斜面Ｎに１回最
も接近し、また１回最も遠ざかり、これに応じて１回だ
け最大電流が得られ、また１回だけ最小電流が得られ
る。このため、溶接電流は第６図（ｂ）に示すように変
化する。この溶接電流の周期は揺動周期と一致してい
る。したがって、溶接電流のうち溶接トーチの揺動周波
数と同一の周波数成分の大きさ（振幅）は大きくなって
いる。一方、第７図（ａ）に示すように、溶接トーチの
位置ずれが比較的小さい場合には、斜面Ｍ側に揺動した
ときにもこれの影響を受ける。しかし、斜面Ｍの影響の
度合は、斜面Ｎの影響の度合よりも小さい。したがっ
て、第７図（ｂ）に示すように、溶接電流は１揺動周期
中に大小２つの山を生ずることになる。すなわち、溶接
トーチの揺動周期と同一の周波数成分とこれ以外の成分
とを合成した電流波形が得られる。このため、溶接トー
チの揺動周期と同一の周波数成分の度合は相対的に小さ
くなっていく。更に、第８図（ａ）に示すように、溶接
トーチのずれが全くない状態になると、１回の揺動ごと
に斜面Ｍと斜面Ｎとが同等の影響を与え、揺動周期と同
一の周波数と同一の周波数成分は存在しないことにな
る。このように第６図から第８図の状態に変化するにし
たがって、揺動周期と同一の周波数成分が減少していく
（換言すれば、１回の揺動について電流変化が１回発生
する度合が減少していく）。したがって、上述のよう
に、溶接電流のうち溶接トーチの揺動周波数と同一の周
波数成分の大きさ（振幅）は、溶接トーチの溶接部から
の位置ずれの大きさに応じて増大していくことになる。
一方、溶滴の落下、ワイヤの曲り、ワイヤ送給速度の変
動、仮付部の有無等の条件による影響は、これらの周波
数成分が溶接トーチの揺動周波数と異なるため、溶接ト
ーチの揺動周波数と同一の周波数成分の大きさにほとん
ど影響を与えない。一方、溶接トーチのずれの方向によ
って位相の正逆関係が相違することは、第９図（ａ）及
び（ｂ）と、第10図（ａ）及び（ｂ）とを比較すれば明
らかである。すなわち、Ｍ面とＮ面との影響度合は溶接
トーチのずれの方向によって全く逆となる。したがっ
て、同一の溶接トーチ揺動に対して、電流波形の位相関
係は正逆の関係（同位相又は逆位相の関係、すなわち18
0度の位相差をもつ関係）になり、このために、電流の
周波数成分のうち溶接トーチ揺動周期と同一の周波数成
分の位相関係も正逆の関係になる。以上説明したような
原理により、溶接電流の周波数成分のうち溶接トーチの
揺動周期と同一の周波数成分の大きさと位相とのみから
溶接トーチの位置ずれの度合と方向が決定可能であるの
で、ずれの度合に応じた（比例した）量だけ逆方向に溶
接トーチ位置を移動させることにより、溶接トーチの位
置を溶接部の真上に位置させることができる。この動作
を繰り返すことにより溶接トーチを溶接部の真上に移動
させ、この位置に保持することが可能になる。なお、以
上の原理説明は、変位量設定器の設定値が０の場合（等
ビード長溶接を行う場合）のものであるが、変位量設定
器に設定された変位量の符号及び大きさに応じて、溶接
トーチの揺動中心が、溶接部対称面から設定値分だけ左
方向又は右方向に変位させられる（不等ビード長溶接が
行われる）ことになる。

（ヘ）実施例第２図に本発明による自動溶接装置を示す。これは下向
き隅肉溶接に本発明を適用した実施例である。溶接トー
チ20は揺動装置22によって揺動可能に支持されている。
揺動装置22は溶接トーチ20を一定周期で揺動させること
ができる。溶接トーチ20にはワイヤ送給装置24からワイ
ヤ26が送給可能である。揺動装置22は横方向移動装置28
と支持部材30を介して連結されている。横方向移動装置
28はモータ28aを有しており、このモータ28aを作動させ
ることにより支持部材30を第２図中で水平方向に移動さ
せることができる。すなわち、モータ28aを駆動するこ
とにより、揺動装置22及びこれに支持された溶接トーチ
20を水平方向に移動させることができる。モータ28aは
パルスモータであり、入力される正転用又は逆転用パル
スに応じて正転又は逆転する。横方向移動装置28は、フ
レーム32上に軸受34及び36を介して水平方向（紙面に直
交する方向）に移動可能に支持された走行台38上に設け
られている。なお、走行台38を駆動する駆動装置は図示
を省略してある。この走行台38及び駆動装置が溶接方向
送り装置を構成する。走行台38を移動させることによ
り、溶接トーチ20を紙面に直交する方向に移動させるこ
とができる。被溶接物40及び42は台44上に設置される。
被溶接物40及び42の接触面端部が溶接すべき溶接部46で
ある。ワイヤ送給装置24及び台44はそれぞれ給電線47及
び48によって溶接電源50と接続されている。溶接電源50
には電流検出器52が設けられており、電流検出器52から
の信号54は制御器56に入力される。電流検出器52は例え
ばホール素子を利用した磁気的電流検出器又はシャント
抵抗器あり、溶接電流に比例した信号54を発生する。制
御器56には揺動装置22に設けられた揺動位置検出器600
からの信号64も入力される。揺動位置検出器60は溶接ト
ーチ20が揺動中心位置を１方向から通過するときに（す
なわち、１揺動周期に付き１回）、パルス状の信号64を
発生するものであり、例えば溶接トーチ20と連動するス
リット機構及び光電スイッチによって構成することがで
きる。制御器56には、変位量設定器90からの信号92も入
力される。変位量設定器90は、溶接部46を構成する被溶
接物40及び42の中間の垂直面（接合線を含む対称面）を
もって溶接部対称面としたとき、この溶接部対称面から
水平方向への溶接トーチ20の変位を設定するためのもの
であり、ポテンショメータ、デジタルスイッチなどによ
り構成される。信号92は変位量設定器90の操作量に比例
した電圧信号となる。制御器56はモータ28aへ回転量及
び回転方向を指令する信号66を出力することができる。

制御器56の構成を第３図にブロック図として示す。制御
器56には、電流検出器52からの信号54、揺動位置検出器
60からの信号64及び変位量設定器90からの信号92が入力
される。制御器56は、AD変換器70及び94、マイクロプロ
セッサ72、記憶器74、及び駆動信号出力部76を有してい
る。AD変換器70は、電流検出器52からのアナログ信号54
をデジタル信号80に変換する。また、AD変換器94は、変
位量設定器90からのアナログ信号をデジタル信号96に変
換する。マイクロプロセッサ（中央処理装置CPU）72
は、記憶器74に格納してあるプログラムに基づいて、信
号の読み込み、演算、信号の出力等の制御を行ない、後
述のような機能を達成する。記憶器74にはマイクロプロ
セッサ72を作動させるプログラム及び演算に必要なデー
タが格納してあり、また演算中の数値データ等も一時的
に格納される。駆動信号出力部76は、マイクロプロセッ
サ72からの信号82に応じてモータ28aを所定量だけ所定
方向に駆動するパルス信号66を出力する。

次にこの実施例の作用について説明する。第２及び３図
に示す装置により次のようにして溶接が行なわれる。溶
接トーチ20は、揺動装置22によって紙面に平行な平面内
で揺動しつつ走行台38によって紙面に直交する方向に移
動し、第４図に示す溶接部46をアーク溶接する。溶接中
は、溶接トーチ20が溶接部46の真上から所定量Ｐだけず
れた位置を通過するように、制御器56からの信号66によ
ってモータ28aが制御される。制御器56は、揺動位置検
出器60からのパルス状の信号64、電流検出器52からの信
号54及び変位量設定器90からの信号92に基づいて、第５
図に示すフローチャートの手順に従ってモータ28aに出
力する信号66を決定する。まず、揺動位置検出器60から
の信号64がオンとなるることを検出することにより、溶
接トーチ20が最初に揺動中心位置を１方向から通過する
ことを検出し（ステップ102）、これを検出すると同時
にAD変換器70からの信号80を読み込み、記憶器74に記憶
させる（ステップ104）。次いで、微小時間△Ｔ（例え
ば、揺動周期の1/100の時間）のアイドル時間を置いて
（ステップ106）、溶接トーチ20が揺動中心位置にある
かどうかを判断し（ステップ108）、揺動中心位置に復
帰していない場合にはステップ104にもどって微小時間
△Ｔ後の信号80を読み込み、記憶器74に記憶させる。こ
の信号80の読み込み及び記憶は溶接トーチ20が揺動中心
位置に復帰するまで（すなわち、揺動位置検出器60から
信号64がオンとなるまで）繰り返される。従って、１揺
動周期間に信号80が△Ｔ時間毎に100回測定され、デー
タA₁、A₂・・・A₁₀₀として記憶される。１揺動周期が終
了してトーチ20が揺動中心位置にもどると、ステップ11
0に進み、次式に示す演算を行なう。

Ai・・・信号80の測定データＮ・・・Aiのデータ数（上例ではＮ＝100）上記演算によって、溶接電流中に含まれる周波数成分の
うち溶接トーチ20の揺動周期と同一の周波数成分及び位
相の正逆が、それぞれＳの値の大きさ及びＳの値の正負
として算出される。

次いでAD変換器94からの信号96が読み込まれる（ステッ
プ112）。信号96は、自動溶接装置の操作者が変位量設
定器90に設定した変位量（溶接部対称面から水平方向へ
の溶接トーチ20の変位量）に対応した値Ｐである。次い
で下記の算出式により作動指令信号Ｄが算出される（ス
テップ114）。

Ｄ＝k₁・（Ｓ−k₂・Ｐ）・・・（１）ここで、係数k₂は変位量設定器90の操作角度に対する変
位量の大小を関係づける係数であり、変位量設定器90に
使用するポテンショメータの特性値を考慮して決定され
る。また係数k₁は、トーチ位置修正動作の応答性及び安
定性を関係づける係数であり、応答性を増す場合には大
きな値とし、逆に安定性を増す場合には小さな値とす
る。

この作動指令信号Ｄが信号82として駆動信号出力部76に
入力される。駆動信号出力部76は、入力された信号82の
大きさ及び正負に応じて所定数の正転用又は逆転用パル
スを信号66としてモータ28aに出力する（ステップ11
6）。次いでリターンし、上記と同様のルーチンが繰り
返し実行される。

上記のような制御器56の作用によって、溶接トーチ20
は、変位量設定器90に設定された値に対応する変位量だ
け溶接部46の真上から変位した位置に位置するように制
御される。例えば、溶接トーチ20が設定どおりの位置に
ある場合には、式（１）において、周波数成分の値Ｓと
変位量設定器90に設定された値Ｐとが相殺されて作動指
令信号Ｄは０となり、モータ28aは回転せず溶接トーチ
も移動しない。溶接トーチ20が設定どおりの位置にない
場合には、式（１）において、周波数成分の値Ｓと変位
量設定器90に設定された値Ｐとは相殺されず、作動指令
信号Ｄが発生してモータ28aは回転し、溶接トーチ20が
移動し、設定どおりの位置に維持される。このようにし
て、たとえば、第４図に示すように、溶接部対称面から
Ｐだけ水平方向に変位した垂直面を中心として一方の被
溶接部材40側の溶接部のビード長さａが短く、他方の被
溶接部材42側の溶接部のビード長さｂが長い溶接（不等
ビード長溶接）が行われることになる。なお、変位量設
定器90の設定値が０の場合には、被溶接部材の一片側と
他方側とでビード長さの等しい等ビード長溶接が行われ
ることになる。

なお、上記実施例では溶接トーチの揺動周期と同一の周
波数成分を検出するようにしたが、この周波数の２倍、
４倍等の高調波成分を検出することによっても、同一の
作用・効果を得ることができる。

（ヘ）発明の効果以上説明してきたように、本発明による自動溶接装置
は、溶接電流を検出する電流検出器と、溶接トーチが所
定の揺動位置にあるときに信号を出力する揺動位置検出
器と、電流検出器及び揺動位置検出器からの信号に基づ
いて溶接電流を所定時間毎に測定し溶接トーチの溶接周
期と一致する周波数成分又はその高調波成分を抽出する
周波数成分抽出手段と、設定値を可変設定可能な変位量
設定器と、周波数成分抽出手段の出力値に変位量設定器
の設定値を加算又は減算した値に基づいて横方向移動装
置を所定方向へ所定量作動させる信号を発生する作動指
令手段と、を有するものにおいて、隅肉溶接部の接合線
が含まれる垂直な対称面をもって溶接部対称面としたと
き、溶接部対称面から横方向への溶接トーチの変位量を
可変設定可能な変位量設定器が設けられており、この変
位量設定器の設定値信号及び周波数成分抽出手段の出力
信号が作動指令手段に入力され、作動指令手段は周波数
成分抽出手段の出力信号に変位量設定器の設定値信号を
加算又は減算して得られる信号を横方向移動装置への出
力信号とするように構成されているので、隅肉溶接部に
おいて、被溶接部材の一片側と他片側とでビード長さの
等しい等ビード長溶接が可能であるることはもちろん、
ビード長さの異なる不等ビード長溶接も可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の各構成要素間の関係を示す図、第２図
は本発明を適用する溶接機を示す図、第３図は本発明に
よる自動制御装置をブロック図として示す図、第４図は
溶接中の溶接トーチを示す図、第５図は制御装置のフロ
ーチャートを示す図、第６図は位置ずれが大きい場合の
電流波形を示す図、第７図は位置ずれが小さい場合の電
流波形を示す図、第８図は位置ずれがない場合の電流波
形を示す図、第９図は右方向へ位置ずれした場合の電流
波形を示す図、第10図は左方向へ位置ずれした場合の電
流波形を示す図である。 20……溶接トーチ、22……揺動装置、24……ワイヤ送給
装置、26……ワイヤ、28……横方向移動装置、28a……
モータ、30……支持部材、32……フレーム、34,36……
軸受、38……走行台、40,42……被溶接部材、44……
台、46……溶接部、47,48……給電線、50……溶接電
源、52……電流検出器、54,64,66……信号、56……制御
器、60……揺動位置検出器、70,94……AD変換器、72…
…マイクロプロセッサ、74……記憶器、76……駆動信号
出力部、80,82,92,96……信号、90……変位量設定器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接トーチと、溶接トーチを揺動させる揺
動装置と、揺動装置を溶接トーチの揺動面内で揺動中心
線に直交する方向に移動可能な横方向移動装置と、揺動
装置を溶接トーチの揺動面と直交する方向に移動可能な
溶接方向送り装置と、溶接トーチにワイヤを送給するワ
イヤ送給装置と、ワイヤに電流を供給する溶接電源とを
有する溶接機のための自動制御装置であって、溶接電流
を検出する電流検出器と、溶接トーチが所定の揺動位置
にあるときに信号を出力する揺動位置検出器と、電流検
出器及び揺動位置検出器からの信号に基づいて溶接電流
を所定時間ごとに測定し溶接トーチの揺動周期と一致す
る周波数成分又はこれの高調波成分を抽出する周波数成
分抽出手段と、横方向移動装置を作動させる信号を発生
させる作動指令手段と、を有する溶接機の自動制御装置
において、隅肉溶接部の接合線が含まれる垂直な対称面をもって溶
接部対称面としたとき、溶接部対称面から横方向への溶
接トーチの変位量を可変設定可能な変位量設定器が設け
られており、この変位量設定器の設定値信号及び周波数
成分抽出手段の出力信号が作動指令手段に入力され、作
動指令手段は周波数成分抽出手段の出力信号に変位量設
定器の設定値信号を加算又は減算して得られる信号を横
方向移動装置への出力信号とするように構成されている
ことを特徴とする溶接機の自動制御装置。