JPH06170537A

JPH06170537A - アーク溶接自動制御方法及び装置

Info

Publication number: JPH06170537A
Application number: JP4337790A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Kanayama; 秀明金山
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 1992-11-26
Filing date: 1992-11-26
Publication date: 1994-06-21
Anticipated expiration: 2017-08-05
Also published as: JP3311403B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ワイヤ突き出し長さの違いやパワーケーブル
の違いにより適正値が変わってしまう溶接電圧ではな
く、アーク溶接現象中に発生する短絡移行状態を制御対
象とすることにより、実際の溶接現場における使用条件
の違いが生じても常に最適な溶接結果を得ることができ
るアーク溶接自動制御方法及び装置を提供。【構成】ロボット等の自動装置を用いてアーク溶接を
行う溶接方法において、アーク溶接中に溶接ワイヤ先端
が母材に接触短絡する短絡移行状態の単位時間に発生す
る割合が目標短絡率と等しくなるなる様に溶接電圧制御
指令を加減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アーク溶接ロボット等
の自動溶接装置を用いてアーク溶接作業を行う場合に、
オペレータの設定した溶接電流値に対して、常に安定し
た溶接条件となる様に溶接電圧値を決定することで、ア
ーク溶接条件を安定制御することを特徴とするアーク溶
接自動制御方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アーク溶接ロボット等の自動溶接装置を
用いてアーク溶接作業を行う場合、図３に示す様に、オ
ペレータによってロボット制御装置１へ入力された溶接
電流値設定部２によって設定された溶接電流情報や、溶
接電圧値設定部３によって設定された溶接電圧情報は、
ロボット制御装置１内に持つ、溶接電流情報と溶接電流
制御指令との関係を示すメモリーテーブルａ４、及び溶
接電圧情報と溶接電圧制御指令との関係を示すメモリー
テーブルｂ５により、デジタルからアナログへ変換に必
要なデータを求め、この値がデジタル／アナログ変換回
路によりアナログ電圧に変換された後、溶接電流制御指
令７及び溶接電圧制御指令８として、アーク溶接機６へ
出力されていた。

【０００３】ここでメモリーテーブルａ４は、溶接電流
情報２が溶接電流情報として例えば250Aとして、入力さ
れたとき、アーク溶接機６で溶接電流を250Aで流させる
ようなアナログ溶接電流制御指令７が、デジタル／アナ
ログ変換されるとき生成されるようなデジタル信号であ
るデジタル溶接電流制御指令を発生させるテーブルであ
り、同様にメモリーテーブルｂ５は溶接電圧情報３が入
力されたとき、アーク溶接機６で相当する溶接電圧を発
生させるアナログ溶接電圧制御指令８を発生させるデジ
タル溶接電圧制御指令を発生させるテーブルである。ア
ーク溶接条件は、この溶接電流制御指令７と溶接電圧制
御指令８の適切な設定により実現されるものであるが、
溶接知識の浅いオペレータにとっては、この適切な設定
を行うことが困難とされていた。

【０００４】また図４に示す様に、オペレータが溶接電
流情報10のみを与え、溶接電流制御指令については、図
３と同様に、溶接電流情報と溶接電流制御指令の関係を
示すメモリーテーブルｃ11により求め、溶接電圧制御指
令については、溶接電流情報と溶接電圧情報の関係を示
すメモリーテーブルｄ12により一旦溶接電圧情報をもと
めた上で、溶接電圧情報と溶接電圧制御指令との関係を
示すメモリーテーブルｅ13により得た値をアーク溶接機
１６機へ出力する方法も一般的となっている。しかし一
元調整と呼ばれるこの方法においてさえ、メーカが準備
したこれらのメモリーテーブルの設定条件と実際の溶接
現場における使用条件では、ワイヤ突き出し長さ、溶接
パワーケーブルの長さ、溶接機の個体差及び溶接ワイヤ
先端を移動させる溶接速度等が異なっている場合が多
く、オペレータの希望する溶接条件を得ることは困難で
あった。

【０００５】又特開平3-86376 号公報では、所定周期毎
に溶接電流、溶接電圧を検出し、それぞれの平均値を演
算によって求め、これら平均値と溶接電流情報、溶接電
圧情報とのそれぞれの誤差を演算し、それぞれの誤差が
設定許容範囲内に入るまで、溶接電流の誤差に基づいて
溶接機へのワイヤ送給速度指令を補正すると共に、接電
流制御指令、溶接電圧制御指令を補正するアーク溶接自
動制御方法が開示されている。しかしながらこの方法で
は、上述した実際の溶接現場における使用条件の違いに
より、最終的にオペレータが溶接電流と溶接電圧との関
係がどうあるべきかをあらかじめ熟知している必要があ
る上に、実際には前述の使用条件の変化によりその関係
も変化することになるので、オペレータの希望する溶接
条件になっても、希望する溶接結果にならないので、実
際の溶接現場での使用は不可能と言わざるを得なかっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上に述べたように従
来技術におけるアーク溶接自動方法は、適切な溶接結果
を得るための溶接条件設定（ここでは溶接電流、溶接速
度、ワイヤ突き出し長さ等の使用状況の違いに対する適
切な溶接電圧決定）が、溶接知識の浅いオペレータで
は、困難であること。及び自動装置を提供するメーカ
が、あらかじめ豊富な溶接知識に基づいて準備した溶接
電流に対する溶接電圧の関係を示すメモリーテーブルに
よっても、上記使用条件が異なっている場合が多いの
で、希望する溶接結果が得られない、という問題があ
り、溶接条件出し作業にカットアンドトライによる不必
要な時間を費やしているのが現状であった。

【０００７】本発明の課題はワイヤ突き出し長さの違い
やパワーケーブルの違いにより適正値が変わってしまう
溶接電圧ではなく、アーク溶接現象中に発生する短絡移
行状態を制御対象とすることにより、ワイヤ突き出し長
さ、溶接パワーケーブルの長さ、溶接機の個体差及び溶
接ワイヤ先端を移動させる溶接速度等使用条件の違いが
生じても、常に最適な溶接結果を得ることができるアー
ク溶接自動制御方法及び装置を提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、特許
請求の範囲記載のアーク溶接自動制御方法及び装置を提
供することにより上述した従来技術の課題を解決した。（作用）本発明の方法及び装置によると、溶接知識の浅
いオペレータの作業であっても、上述した実際の溶接現
場における使用条件が異なっていても、わずか１回の試
し溶接のみで、最適な溶接結果を得ることを可能とする
ものとなった。

【０００９】

【実施例】以下添付した図１及び図２に基づきこの発明
を詳細に説明する。図１は本発明の一実施例アーク溶接
自動制御装置18を含むロボット制御装置17の構成を示す
ブロック図、図２は溶接速度の変化に対応した溶接電圧
値に対する短絡率の変化を示す実験値表である。本実施
例では、アーク溶接自動制御装置18は、ロボット制御装
置17内に搭載される装置として説明されているが、必ず
しもロボット制御装置17内にある必要はなく、１個の独
立した装置であったり、あるいはアーク溶接機31内に搭
載された装置であってもよい。図１に従って、アーク溶
接自動制御装置18の具体的な動作について説明する。

【００１０】オペレータはアーク溶接作業に先駆けてロ
ボット制御装置17に対して、溶接電流指令値入力部21で
溶接電流指令値を、そして溶接速度指令値入力部22で溶
接ワイヤ先端を移動させる溶接速度指令値を、それぞれ
マニュアル設定すると、ロボット制御装置17内に持つ溶
接電流情報と溶接電流制御指令との関係を示すメモリー
テーブルｆ19により、デジタル／アナログ変換に必要な
データを求め、この値をデジタル／アナログ変換回路に
よりアナログ電圧に変換された後、溶接電流制御指令29
として、アーク溶接機31へ出力される。ここでメモリー
テーブルｆ19は、溶接電流指令値入力部21で溶接電流指
令値を溶接電流情報として例えば250Aとして、入力され
たとき、アーク溶接機31１溶接電流を250Aで流させるよ
うなアナログ溶接電流制御指令29が、デジタル／アナロ
グ変換されるとき生成されるようなデジタル信号である
デジタル溶接電流制御指令を発生させるテーブルであ
る。

【００１１】又、溶接電流指令値入力部21で入力した溶
接電流指令値と、溶接速度指令値入力部22で入力した溶
接速度指令値は、アーク溶接自動制御装置18の入力情報
としても処理され、溶接電流指令値に対し、それぞれ予
め入力された、初期溶接電圧制御指令、基準短絡率、基
準溶接速度との関係を示す、メモリーテーブルｇ20によ
り、溶接電流指令値にそれぞれ対応した、初期溶接電圧
制御指令、基準短絡率及び基準溶接速度、のデータを得
る。初期溶接電圧制御指令は、溶接開始の際に溶接電圧
制御指令30として、アーク溶接機31へ出力されることに
より、初期アーク溶接作業が開始される。

【００１２】予め入力されたメモリーテーブルｇ20の設
定条件と、ここで行われる溶接作業状態とは、ワイヤ突
き出し長さ、溶接パワーケーブルの長さ、溶接機の個体
差及び溶接速度等溶接条件が異なっている場合が多く、
オペレータの希望する溶接条件ではない。そこで、アー
ク溶接作業が始まると、溶接トーチ32と母材33の電圧を
アーク溶接電圧として、アーク溶接自動制御装置18へ取
り込み、アーク電圧があらかじめ設定された比較基準値
より下回ることを短絡溶接状態としてその回数を検出す
る短絡検出回路23により検出し、単位時間内に発生する
短絡溶接回数を実短絡率計算部24で実短絡率24として演
算する。

【００１３】一方、メモリーテーブルｇ20から得られた
基準短絡率と基準溶接速度と、オペレータにより設定さ
れた溶接速度値22により、以下の式に従って目標短絡率
計算部25で目標短絡率Ｓを計算する。Ｓ＝Ｓ0 −〔（Ｖ−Ｖ0 ）・Ｃ／Ｖ0 〕但し、Ｓは目標短絡率、Ｓ0 は基準短絡率、Ｖは溶接速
度指令、Ｖ0 は基準溶接速度、そしてＣは短絡率補正係
数、である。短絡率補正係数は、図２に示す様に同一溶
接電流において、溶接速度が異なれば同じ溶接電圧値に
対する短絡率が変わることが、実験結果として得られた
ことにより、溶接速度に対する目標短絡率を補正する為
の係数である。

【００１４】この様にして得られた実短絡率計算部24で
得られた実短絡率を、目標短絡率計算部25でえられた目
標短絡率から、比較演算部26で差引き演算し、その結果
の短絡率FB27が、０となる様に溶接電圧制御指令を加減
部28で加減演算することで、あらかじめオペレータによ
り設定された溶接電流値21に対して最適な溶接電圧値と
なる溶接電圧制御指令30を得ることが可能となった。さ
らに、上述の制御処理により補正された溶接電圧制御指
令30をメモリーテーブルｇ20の電圧制御量部に初期溶接
電圧制御指令として書き戻すことにより、次回の溶接を
開始する際の誤差が極力少なくなる様にできる。

【００１５】本発明の方法及び装置によるアーク溶接現
象中に発生する短絡率を使用して、適正溶接条件を設定
できる理由について説明する。一般に、CO₂ 、MAG 溶接
作業におけるアーク溶接条件設定とは、任意の溶接電流
に対して適切な溶接電圧を設定することをいうが、厳密
には、この溶接電圧はアーク電圧と同じであることが望
ましい。しかし実際のアーク電圧を測定することは物理
的に不可能な場合が多いので、通常、溶接機出力端子間
に設置されている溶接電圧計で、溶接機の出力端子間電
圧を検出し、これを溶接電圧と表現していることが多
い。この出力端子間電圧と、実際のアーク電圧との関係
は、出力端子間電圧＝実際のアーク電圧＋パワーケーブ
ルの電圧降下分（パワーケーブルの長さに依存）＋溶
接ワイヤの電圧降下分（溶接ワイヤ突き出し長さに依
存）で表わされるので、出力端子間電圧を決定しても、実際
のアーク電圧はパワーケーブルの長さや、溶接ワイヤ突
き出し長さにの変化により変動してしまうことになる。
それ故、アーク溶接自動装置メーカが予め設定した最適
溶接条件（溶接電流、溶接電圧）であっても、その溶接
電圧は出力端子間電圧であるので、ユーザ固有のパワー
ケーブルの長さや溶接ワイヤ突き出し長さといった使用
条件の下では、実際のアーク電圧がメーカの期待した値
とはならず、期待した溶接結果も得られなかった。

【００１６】一方CO₂ 、MAG 溶接作業において適正なア
ーク溶接条件が設定されているときは、アークがワイヤ
先端から連続的に発生する状態ではなく、ワイヤ先端が
母材に接触短絡し、そこで短絡電流によるピンチ力及び
溶融池の表面張力等の力により母材へ離脱し、その直後
に再アークし、短絡、アークを繰り返しながら移行す
る、短絡移行形態をとることが、アークエネルギーが小
さい為、溶け込みが浅く、薄板溶接、全姿勢溶接に適す
る、と一般的に言われている。この短絡移行形態におい
て発生する短絡の回数（短絡回数）が実際のアーク電圧
と密接に関係している。即ち任意の設定電流に対する実
際のアーク電圧が高いと短絡回数は少なく、実際のアー
ク電圧が低いと短絡回数は多くなる関係がある。そこ
で、仮に出力端子間電圧が設定値よりも高くても、パワ
ーケーブルや溶接ワイヤによる電圧降下分が大きいこと
により実際のアーク電圧が低くなってしまう様な状態
が、この短絡回数により正しく検出できるものとなっ
た。

【００１７】

【発明の効果】そこで、本発明はこの点に着目し、単位
時間内に発生する短絡移行形態の割合が、目標短絡率と
等しくなるように溶接電圧、厳密には出力端子間電圧、
を制御することで、前記使用条件の違いがあっても、ア
ーク電圧を期待した状態にし、結果的に適正な溶接状態
を得るものとなった。本発明の方法及び装置によると、
アーク溶接現象中に発生する短絡移行状態を制御対象と
することにより、ワイヤ突き出し長さの違いやパワーケ
ーブルの違いにより適正値が変わってしまう溶接電圧で
はなく、ワイヤ突き出し長さ、溶接パワーケーブルの長
さ、溶接機の個体差及び溶接ワイヤ先端を移動させる溶
接速度等実際の溶接現場における使用条件の違いが生じ
ても、常に最適な溶接結果を得ることができるアーク溶
接自動制御方法及び装置を提供するものとなった。これ
により溶接知識の浅いオペレータの作業であっても、上
記使用条件が異なっていても、わずか１回の試し溶接の
みで、最適な溶接結果を得ることを可能とするものとな
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例アーク溶接自動制御装置を含
むロボット制御装置17の構成を示すブロック図。

【図２】溶接速度の変化に対応した、溶接電圧値に対す
る短絡率の変化を示す実験値表。

【図３】従来のアーク溶接自動制御装置を含むロボット
制御装置構成を示すブロック図。

【図３】図３とは別の従来のアーク溶接自動制御装置を
含むロボット制御装置の構成を示すブロック図。

【符号の説明】

17．．ロボット制御装置 18．．アーク溶接自動制御装置 31．．アーク溶接機

【手続補正書】

【提出日】平成５年１２月９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図２】溶接速度の変化に対応した、溶接電圧値に対す
る短絡率の変化を示す実験値を示す図表。

【図４】図３とは別の従来のアーク溶接自動制御装置を
含むロボット制御装置の構成を示すブロック図。

【符号の説明】 17．．ロボット制御装置 18．．アーク溶接自動制御装置 31．．アーク溶接機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボット等の自動装置を用いてCO₂ 溶接及
びMAG 溶接を含むアーク溶接を行う溶接方法において、
アーク溶接中に溶接ワイヤ先端が母材に接触短絡する短
絡移行状態の単位時間に発生する割合が目標短絡率と等
しくなる様に溶接電圧制御指令を加減する、ことを特徴
とするアーク溶接自動制御方法。
【請求項２】該目標短絡率は、あらかじめオペレータに
よってそれぞれ入力された、溶接電流指令と溶接ワイヤ
先端を移動させる溶接速度指令に基ずき、演算すること
を特徴とする請求項１記載のアーク溶接自動制御方法。
【請求項３】前記短絡移行状態が単位時間に発生する割
合が目標短絡率と等しくなる様に、溶接電圧制御指令を
加減した結果を、自身の持つメモリーテーブルに記憶す
ることを特徴とする請求項１記載のアーク溶接自動制御
方法。
【請求項４】ロボット等の自動装置を用いてCO₂ 溶接及
びMAG 溶接を含むアーク溶接を行う溶接装置において、
アーク溶接中に溶接ワイヤ先端が母材に接触短絡する短
絡移行状態の単位時間に発生する割合が目標短絡率と等
しくなる様に溶接電圧制御指令を加減する手段を有する
ことを特徴とするアーク溶接自動制御装置。
【請求項５】該目標短絡率は、あらかじめオペレータに
よってそれぞれ入力された、溶接電流指令と溶接ワイヤ
先端を移動させる溶接速度指令に基ずき、演算する手段
を有することを特徴とする請求項４記載のアーク溶接自
動制御装置。
【請求項６】前記短絡移行状態が単位時間に発生する割
合が目標短絡率と等しくなる様に、溶接電圧制御指令を
加減した結果を自身の持つメモリーテーブルに記憶す
る、記憶手段を有することを特徴とする請求項４記載の
アーク溶接自動制御装置。