JPH0630811B2 - 溶接ト−チ自動倣い方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はトーチを開先の幅方向にオシレートさせつつ溶
接を行う消耗電極式アーク溶接トーチのオシレート中心
を溶接線に自動的に倣わせる自動倣い方法及びこの方法
を実施する自動倣い装置に関するものである。

［従来の技術］ 周知のように、消耗電極式のアーク溶接方法において
は、第１１図に示したように、トーチ１を通して消耗性
電極ワイヤ２を被溶接物３ａ，３ｂの開先４に供給する
とともに、溶接部にシールドガスを供給し、ワイヤ２と
被溶接物３ａ，３ｂとの間にアークを生じさせつつトー
チ１を溶接線ｌに沿って移行させて溶接を行う。

この消耗性電極式アーク溶接方法において、トーチ１を
開先の幅方向にオシレートさせつつａ１→ｂ１→ａ２→
ｂ２→ａ３→ｂ３…のように移行させながら溶接を行う
場合には、トーチ１の狙い位置（オシレート中心）を溶
接線ｌに一致させるようにトーチを溶接線に倣わせる必
要がある。

溶接電源として定電圧特性を有するものを用いて第１１
図に示したようにトーチ１を溶接線ｌとほぼ直角にオシ
レートさせた場合には、電源の自己制御性によりアーク
長はほぼ一定に保持され、開先の深さに応じてワイヤの
エクステンション（トーチ１からの突出長）が周期的に
変化して、溶接電流はトーチの位置の変化に対して第１
２図Ａに示すように周期的に変化する。このように、定
電圧特性の溶接電源を用いた消耗で電極式アーク溶接方
法では、溶接電流がトーチと被溶接物との間の距離に応
じて変化するため、この溶接電流の変化からトーチの狙
い位置（オシレート中心の位置）のずれを検出してこの
ずれを無くすようにトーチ駆動機構を制御することによ
りトーチを溶接線に倣わせることができる。

このように、溶接電源として定電圧特性の電源を用いる
場合には、溶接電流の変化からトーチの狙い位置のずれ
を検出することができるが、ベース電流に略矩形波状の
パルス電流を周期的に重畳して溶接を行うパルスアーク
溶接方法においては、溶接電流の変動とそれに伴うアー
ク電圧の変動とが頻繁に生じ、これらの変動の周波数が
高いため、溶接電流または電圧の瞬時値の変化はトーチ
のオシレートに伴うワイヤ先端と被加工物との間の距離
（アーク長）の変化に対応しない。

例えば、パルスアーク溶接方法により第１１図に示した
ような水平隅肉溶接を行う場合に、ワイヤ２の先端のオ
シレート中心を被溶接物である立板３ａと下板３ｂとの
交差線（溶接線）ｌ上に置き、トーチ１を溶接線方向と
一定の角度を成す方向に一定の周期でオシレートさせる
と、パルスアーク溶接の場合には溶接電流の変化が第１
２図Ｂのようになる。この場合溶接電流のベース電流Ｉ
ｂ及びパルス電流Ｉｐのピーク値はほぼ一定に保たれ
る。

従ってパルスアーク溶接においては、溶接電流または電
圧の大きさを検出してもトーチの狙い位置のずれを検出
することはできず、定電圧特性の溶接電源が使用される
消耗電極式アーク溶接の場合のように、トーチの狙い位
置のずれを電気的に検出してトーチを溶接線に倣わせる
自動倣い方法を採用することはできなかった。

そのため従来パルスアーク溶接を行う場合には、トーチ
の位置と溶接線の位置とを検出する複雑な機械的位置検
出装置や、光学的位置検出装置を設けて、これらの検出
装置によりトーチ位置と溶接線の位置とを検出してトー
チの狙い位置を溶接線に倣わせるようにしていた。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のように、従来パルスアーク溶接を行う場合には、
トーチの位置及び溶接線の位置を検出するために複雑な
機械的位置検出装置や光学的位置検出装置を設ける必要
があったため、溶接装置の構造が複雑になって装置が大
形化するのを避けられなかった。特に狭い場所に設置せ
ざるを得ない溶接装置の場合には、装置の大形化を許容
できないため、トーチの自動倣いを行わせることが困難
であった。また機械的位置検出装置や光学的位置検出を
用いた場合には、位置検出装置がアーク溶接に伴って生
じる熱や光、あるいはスパッタの影響を受けて検出精度
及び耐久性が低下するという問題もあった。

本発明の目的は、消耗電極式パルスアーク溶接を行う場
合にトーチの狙い位置のずれを電気的に検出して、複雑
な機械的位置検出装置や光学的位置検出装置を用いるこ
となくトーチを溶接線に自動的に倣わせることができる
ようにした溶接トーチの自動倣い方法及びこの方法を実
施する装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本願第１の発明は、ベース電流及びパルス電流のピーク
値をほぼ一定としてパルス周期またはパルス幅をアーク
電圧に応じて変化させることによりアーク長をほぼ一定
に制御するパルス溶接電源を用い、トーチを開先の幅方
向にオシレートさせつつ溶接を行う消耗電極式パルスア
ーク溶接のトーチのオシレート中心を溶接線に倣わせる
自動倣い方法である。

この第１の発明においては、トーチがオシレート範囲の
一端から中央位置までの１／４周期の区間を変位する間
に前記パルス溶接電源から与えられるパルスの周期また
はパルス幅の積分値Ｐ１と、トーチがオシレート範囲の
中央位置から他端までの１／４周期の区間を変位する間
にパルス溶接電源から与えられるパルスの周期またはパ
ルス幅の積分値Ｐ２とを演算し、積分値Ｐ１及びＰ２を
等しくするようにトーチの狙い位置を制御することによ
りトーチのオシレート中心を溶接線に倣わせる。

本願第２の発明は、上記第１の発明の方法を実施する自
動倣い装置であって、トーチの位置を検出してトーチが
オシレート範囲の両端部位置に達した時にそれぞれ端部
位置信号を出力し、該トーチがオシレート範囲の中央位
置に達した時に中央位置信号を出力するトーチ位置検出
装置と、いずれかの端部位置信号が発生してから中央位
置信号が発生するまでの間にパルス溶接電源が出力する
パルスの数を計数する第１のパルス計数手段と、中央位
置信号が発生してから次の端部位置信号が発生するまで
の間にパルス溶接電源が出力するパルスの数を計数する
第２のパルス計数手段と、第１のパルス計数手段の計数
値と第２のパルス計数手段の計数値との差に基づいてト
ーチの狙い位置を溶接線に一致させるために必要な修正
量を求めてトーチの狙い位置を該修正量だけ修正するト
ーチ狙い位置調整装置とを備えたことを特徴としてい
る。

また本願第３の発明は、トーチの狙い位置を修正し得る
ようにするとともに、トーチの上下位置の修正をも行い
得るようにた自動倣い方法で、この第３の発明では、ト
ーチがオシレート範囲の一端から中央位置までの１／４
周期の区間を変位する間にパルス溶接電源から与えられ
るパルスの周期またはパルス幅の積分値Ｐ１と、トーチ
がオシレート範囲の中央位置から他端までの１／４周期
の区間を変位する間に前記パルス溶接電源から与えられ
るパルスの周期またはパルス幅の積分値Ｐ２とを演算す
ると共に、オシレートのｎ／２周期の期間に溶接電源か
ら与えられるパルスまたはパルス幅の積分値Ｒを演算
し、１／４周期の積分値Ｐ１及びＰ２を等しくするよう
にトーチの狙い位置を制御するとともに、ｎ／２周期の
積分値Ｒを設定値Ｓと等しくするようにトーチの上下位
置を制御する。

本発明において、トーチの狙い位置とはトーチのオシレ
ート中心の位置を言う。またトーチの上下位置とは、ト
ーチの先端と被溶接物との間の距離を言う。

［発明の作用］ ベース電流Ｉｂ及びパルス電流Ｉｐのピーク値はほぼ一
定としてパルス周期またはパルス幅をアーク電圧に応じ
て変化させることによりアーク長をほぼ一定に制御する
パルス溶接電源を用い、トーチを開先の幅方向にオシレ
ートさせつつ溶接を行う場合には、ワイヤのエクステン
ションの増減に伴ってパルス電流の周期またはパルス幅
を変化させるため、各瞬時におけるパルスの周期または
幅は、各瞬時におけるワイヤのエクステンションに対応
している。

従って上記のようにトーチがそのオシレート範囲の一端
から他端まで変位するオシレート半周期の期間に、パル
ス溶接電源から与えられるパルスの周期またはパルス幅
を積分すると、オシレート中心が溶接線ｌに一致してい
る時には前半の１／４周期の期間の積分値Ｐ１と後半の
１／４周期の期間の積分値Ｐ２とが等しく（Ｐ１＝Ｐ
２）なる。またオシレート中心が溶接線ｌよりオシレー
ト範囲の一端側にずれている時には前半の１／４周期の
期間の積分値Ｐ１が後半の１／４周期の期間の積分値Ｐ
２より大きく（Ｐ１＞Ｐ２）なり、オシレート中心が溶
接線ｌよりオシレート範囲の他端側にずれている時には
前半の１／４周期の期間の積分値Ｐ１が後半の１／４周
期の期間の積分値Ｐ２より小さく（Ｐ１＜Ｐ２）なる。

従ってＰ１及びＰ２の大小に応じてトーチのオシレート
中心をオシレート範囲の一端側または他端側に移動させ
てＰ１＝Ｐ２となるようにトーチの狙い位置を修正する
ことにより、トーチを溶接線に倣わせることができる。

第２の発明の装置においては、上記パルス周期の積分演
算を、パルス溶接電源から与えられるパルスの数を計数
することにより行っている。

また第３の発明においては、上記の方法によりトーチの
狙い位置の修正を行うとともに、トーチの上下位置の修
正をも行っている。すなわち、ｎ／２周期の期間にパル
ス溶接電源から与えられるパルスの周期またはパルス幅
の積分値Ｒを求めると、このオシレート半周期の積分値
Ｒはトーチの上下位置に対応している。従ってこの積分
値Ｒを設定値Ｓと比較して積分値Ｒを設定値Ｓに等しく
するようにトーチの上下位置を修正することにより、ト
ーチの上下位置を設定値Ｓに対応する上下位置に保つこ
とができる。

［実施例］ 以下添附図面を参照して本発明の実施例を説明する。

本明細書では、被溶接物３の開先が示されている各図面
（例えば第４図）において、図の紙面の表側から裏側に
向う方向に溶接が進行するものとし、溶接進行方向に向
って開先を見てトーチ位置の左右を定めるものとする。
すなわち溶接進行方向に向って左側のオシレート端部位
置及び右側のオシレート端部位置をそれぞれオシレート
範囲の左端及び右端とする。

第１図は本発明の方法を実施する自動倣い装置の構成例
を示したもので、同図において３は開先４をもって突合
された被溶接物、１０は溶接機本体である。

溶接機本体１０内には、消耗性電極ワイヤ２を溶接部に
供給する溶接トーチ１と、トーチ１を開先４の幅方向に
オシレートさせるオシレート装置１１と、トーチ１のオ
シレート中心を調整するトーチ狙い位置調整機構１２
と、トーチ１の上下位置を調整するトーチ上下位置調整
機構１３と、トーチの速度を示すトーチ速度検出信号Ｖ
ｔを出力するトーチ速度検出回路１４とが設けられてい
る。

オシレート装置１１は、電動機Ｍ１を駆動源としてトー
チ１を開先４の幅方向に往復移動させる機構からなり、
トーチ狙い位置調整機構１２は電動機Ｍ２を駆動源とし
てオシレート装置１１全体を支持する架台を開先の幅方
向に変位させてトーチのオシレート中央位置を調整する
機構からなっている。またトーチ上下位置調整機構１３
は、電動機Ｍ３を駆動源としてオシレート装置１１を支
持する架台を上下させる機構からなり、電動機Ｍ２及び
Ｍ３をそれぞれ制御することにより、トーチのオシレー
ト中心（狙い位置）とトーチの上下位置とをそれぞれ別
個に調整し得るようになっている。

溶接機本体１０の近傍にはワイヤ送給装置１５とワイヤ
リール１６とが配置され、ワイヤリール１６から巻き戻
された電極ワイヤ２がワイヤ送給装置１５及びトーチ１
を通して溶接部に供給されるようになっている。

２０はパルス溶接電源で、この電源はベース電流Ｉｂに
ピーク値が一定でパルス周期またはパルス幅がアーク電
圧に応じて適宜に変化するパルス電流Ｉｐを周期的に重
畳した波形の溶接電流Ｉａをトーチ１とワイヤ２と被溶
接物３とを通して流す。この溶接電源２０はベース電流
を供給する電源とパルス電流を供給するパルス電源とを
備えた電源主回路２１と、電源主回路２１内のパルス電
源にパルス幅を設定する為の信号を与えるパルス幅設定
回路２２と、電源主回路２１内のパルス電源が出力する
パルスの位相とパルス幅とパルス周期（周波数）とを定
めるパルス周波数制御回路２３と、アーク電圧検出回路
２５と、アーク電圧設定回路２６と、電圧比較回路２７
とを備えている。

アーク電圧検出回路２５はトーチ１と被溶接物３との間
に設けられ、トーチ１と被溶接物３との間の電圧からト
ーチ１とワイヤ２の先端との間に生じる電圧降下を差し
引いて真のアーク電圧を示すアーク電圧検出信号Ｖａを
出力する。このアーク電圧検出回路の出力信号Ｖａはア
ーク電圧設定回路２６の出力とともに電圧比較回路２７
に入力されている。電圧比較回路２７の出力はパルス幅
設定回路２２の出力とともにパルス周波数制御回路２３
に入力され、パルス周波数制御回路２３から得られる同
期パルスＶｐが電源主回路２１内のパルス電源に与えら
れている。

パルス周波数制御回路２３はパルス幅設定回路２２の出
力と電圧比較回路２７の出力とを入力として、アーク長
（アーク電圧）を設定された一定値に保持するために必
要な、パルス電流Ｉｐのパルス幅とパルス周期（１／周
波数）とを定める為の同期パルスＶｐを発生し、電源主
回路２１内のパルス電源はこの同期パルスと位相、周期
及び幅がほぼ同一なパルス電流Ｉｐを出力してベース電
流Ｉｂに重畳する。従ってパルス周波数制御回路２３か
ら出力される同期パルスＶｐの周期及びパルス幅は実質
的にベース電流Ｉｂに重畳されるパルス電流Ｉｐの周期
及びパルス幅に等しいため、この同期パルスＶｐの周期
及びパルス幅を積分することにより、溶接電流のパルス
の周期及びパルス幅の積分値を求めることができる。

上記パルス周波数制御回路２３から得られる同期パルス
Ｖｐは、トーチ位置信号発生回路３０の出力信号及びト
ーチ上下位置設定回路３１の出力信号とともに主制御装
置３２に入力されている。

トーチ位置信号発生回路３０は、トーチ速度検出回路１
４とともにトーチ位置検出装置を構成するもので、トー
チ速度検出回路１４の出力Ｖｔを入力とするバッファ回
路３３と、バッファ回路３３の出力を入力とする零クロ
ス回路３４及び積分回路３５と、積分回路３５の出力を
入力とする零クロス回路３６とからなっている。

トーチ速度検出回路１４は、例えばオシレート装置１１
を駆動する電動機Ｍ１の回転速度を検出する速度発電機
ＴＧの出力をトーチ速度信号Ｖt として出力する。この
トーチ速度信号Ｖt の波形は例えば第８図Ａに示す通り
である。トーチの速度はオシレート範囲の両端（折返し
点）で零になり、オシレート範囲の中央位置で最大にな
るため、トーチ速度検出信号Ｖt はオシレート範囲の両
端位置でそれぞれ零になり、オシレート範囲の中央位置
で最大または最小になる。従って零クロス検出回路３４
によりトーチ速度検出信号Ｖt の零点を検出して信号を
発生させることにより、第８図Ｂに示すようにオシレー
トの左端及び右端を示す左端信号ＶL 及び右端信号ＶR
を得ることができる。またトーチ速度検出信号Ｖt のピ
ークの位置を検出することにより、オシレートの中央位
置を示す中央位置信号Ｖc を得ることができる。本実施
例では、トーチ速度検出信号Ｖt を積分回路３５により
積分（微分でも可）することによってその位相を９０度
ずらし、この９０度位相をずらした信号Ｖt′（第８図
Ｃ）の零点を零クロス検出回路３６により検出すること
によって中央位置信号Ｖc （第８図Ｄ）を得ている。

上記パルス溶接電源は、ベース電流Ｉb 及びパルス電流
のピーク値Ｉp をほぼ一定としてパルス周期をアーク電
圧に応じて変化させることによりアーク長をほぼ一定に
制御する。この場合溶接電源からトーチ及び被溶接物を
通してベース電流Ｉb のみが通電される期間（ベース電
流通電期間）をＴb 、ベース電流に重畳されるパルス電
流Ｉpのパルス幅をＴp 、パルス周期をＴf とすると、
Ｔb ，Ｔp ，Ｔf の間には、Ｔf ＝Ｔp ＋Ｔb なる関係
がある。

尚アーク長を一定に制御する方法としては、パルス電流
Ｉp の周期Ｔf （またはパルス周波数Ｆp ＝１／Ｔf）
を制御する方法と、パルス幅Ｔp を制御する方法とがあ
り、本発明においてはこれらいずれの方法によってもよ
いが、本実施例ではパルス幅Ｔp を一定とし、パルス周
期Ｔf を制御するものとする。

以下上記実施例の装置の動作を本発明のトーチ自動倣い
方法とともに説明するが、先ずトーチの狙い位置を溶接
線に倣わせる制御について述べる。

上記のような溶接電源を用いて被溶接物３の溶接を行う
と、第４図に示すように見掛けのアーク長（ワイヤ２の
先端と被溶接物との間の距離、アークＡr の長さ）Ｌa
がトーチのオシレート範囲の全域に亘ってほぼ一定に保
たれ、開先４の内面とトーチ１との間の距離の変化に応
じてワイヤのエクステンション（トーチ１の先端からワ
イヤ２の先端までの距離）Ｌe1ないしＬe3が増減する。
尚第４図においてａ及びｃはそれぞれトーチのオシレー
ト範囲の左端位置及び右端位置を示し、ｂはトーチのオ
シレート範囲の中央位置を示している。またｔ１、ｔ２
及びｔ３はそれぞれトーチ１が左端位置ａ、中央位置ｂ
及び右端位置ｃの位置に位置する時刻を示している。こ
の場合の溶接電流Ｉa 及びアーク電圧Ｖa の波形はそれ
ぞれ第５図Ａ及びＢに示す通りで、パルス電流Ｉp のピ
ーク値及びベース電流Ｉb は一定であるが、パルス周期
Ｔf はトーチのオシレートに伴って変化している。これ
に対し、アーク長がほぼ一定であるため、パルス電流通
電期間及びベース電流通電期間のアーク電圧はトーチが
オシレートしてもほとんど変化しない。

上記のように、ベース電流Ｉb 及びパルス電流Ｉp のピ
ーク値はほぼ一定としてパルス周期をアーク電圧に応じ
て変化させることによりアーク長をほぼ一定に制御する
パルス溶接電源２０を用い、トーチ１を開先４の幅方向
にオシレートさせつつ溶接を行う場合には、ワイヤ２の
エクステンションの増減に伴ってパルス電流の周期が変
化するため、各瞬時におけるパルスの周期は、各瞬時に
おけるワイヤのエクステンションに対応している。そし
てトーチがオシレート範囲の一端から他端まで変位する
オシレートの半周期の期間にパルス溶接電源から与えら
れるパルスの周期を積分すると、オシレートの中心位置
（トーチの狙い位置）のずれに応じて前半の１／４周期
の期間の積分値Ｐ１と後半の１／４周期の期間の積分値
Ｐ２との大小関係が変化する。

すなわち、第６図Ａに示したように、オシレート範囲Ｗ
_０の中央位置ｂが溶接線ｌに一致している場合には、溶
接電流波形が同図Ｂのようになり、同図においてベース
電流通電期間Ｔb1＝Ｔb3（＜Ｔb2）となる。この時第６
図Ｃに示すようにパルス周期の積分波形がオシレート中
心ｂの両側に対称な波形になり、トーチ１がオシレート
範囲Ｗ_０の一端から他端まで変位するオシレート反周期
の前半の１／４周期の期間（トーチが左端ａから右端ｃ
に向って変位する半周期においてはトーチがａ〜ｂ間を
変位する期間）の積分値Ｐ１と後半の１／４周期の期間
（トーチが左端ａから右端ｃに向って変位する半周期に
おいてはトーチがｂ〜ｃ間を変位する期間）の積分値Ｐ
２とが等しくなる。

これに対し第７図Ａに示したように、オシレート範囲Ｗ
_０の中央位置ｂが溶接線ｌよりトーチの移動方向の前方
側（この例では溶接線ｌよりも右側）にずれた場合に
は、溶接電流波形が同図Ｂのように非対称になり、同図
においてベース電流通電期間Ｔb1＞Ｔb4，Ｔb2＞Ｔb3）
となる。この時第７図Ｃに示すようにパルス周期の積分
波形がオシレート中心ｂの両側に非対称な波形になり、
トーチ１がオシレート範囲Ｗ_０の一端から他端まで変位
するオシレート半周期の前半の１／４周期の期間の積分
値Ｐ１よりも後半の１／４周期の期間の積分値Ｐ２の方
が大きく（Ｐ１＜Ｐ２）になる。

また、オシレート範囲Ｗ_０の中央位置ｂが溶接線ｌより
もトーチ移動方向の後方側にずれた場合には、オシレー
ト半周期の前半の１／４周期の期間の積分値Ｐ１よりも
後半の１／４周期の期間の積分値Ｐ２の方が小さく（Ｐ
１＞Ｐ２）なる。

このように、トーチがオシレート範囲の一端から他端ま
での間を変位するオシレートの半周期の期間にパルス溶
接電源２０から与えられるパルスの周期を積分すると、
オーチのオシレート中心の位置（トーチの狙い位置）ｂ
の溶接線ｌからのずれに応じてオシレート半周期の前半
の１／４周期の積分値Ｐ１と後半の半周期の積分値Ｐ２
との間の大小関係が変るため、これらの積分値を比較す
ることによりトーチの狙い位置のずれを検出することが
でき、両積分値を等しくするようにトーチのオシレート
の中央位置ｂを修正することによりトーチの狙い位置を
溶接線に一致させることができる。

すなわち、Ｐ１＝Ｐ２の時にはオシレート中心位置ｂを
そのままに保持し、Ｐ１＜Ｐ２の時にはオシレート中心
位置をトーチの移動方向の後方側に所定量移動させるこ
とによりトーチの狙い位置を溶接線ｌに一致させる。ま
たＰ１＞Ｐ２の時にはオシレート中心位置をトーチの移
動方向の前方側に所定量移動させることによりトーチの
狙い位置を溶接線ｌに一致させる。トーチの狙い位置を
溶接線に一致させる為に必要な修正量及び修正の方向
は、積分値Ｐ１とＰ２との差及びその差の符号に対応し
ているため、両積分値の差の大きさ及び符号と修正量及
び修正方向との関係を予め求めて記憶させておけば、積
分値Ｐ１とＰ２との差から修正量を直ちに得ることがで
きる。

次にトーチの位置が上下方向にずれた場合の修正につい
て説明する。トーチの位置が被溶接物３に対して上下に
ずれた場合、アーク長は一定に保たれるため、たとえト
ーチ１のオシレート中心が溶接線に一致していてもワイ
ヤのエクステンションが初期設定値からずれることにな
る。従って、良好な溶接結果を得るためには、トーチの
狙い位置を溶接線に一致させる制御を行うと共にトーチ
の上下位置を設定値に保つための制御を行うことが好ま
しい。

トーチ１の上下位置が変化した場合には、オシレートの
ｎ／２（ｎは正の整数。）周期の期間のパルス周期の積
分値Ｒが変化するため、この積分値Ｒを設定値Ｓと比較
することにより、トーチの上下位置のずれを知ることが
できる。例えばトーチの上下位置が設定位置に一致して
いる場合のオシレート半周期の積分値（設定値）が第９
図に破線で示した通りであったとすると、トーチの上下
位置が設定位置より上方にずれてエクステンションが長
くなった時のパルス周期のオシレート半周期の積分値は
第９図に鎖線で示したように設定値より小さくなる。本
願第２の発明においては、トーチのオシレートのｎ／２
周期の期間のパルス周期またはパルス幅の積分値Ｒを設
定値Ｓと比較して、両者を等しくするようにトーチの上
下位置を修正することにより、トーチの上下位置を設定
値に保持する。トーチの上下位置を設定位置に保つ為に
必要な修正量及び修正方向は、ｎ／２周期の期間のパル
ス周期またはパルス幅の積分値Ｒと設定値Ｓとの差の大
きさ及び符号に対応しているため、該設定値Ｓと積分値
Ｒとの差と必要な修正量との関係を予め求めて記憶させ
ておくことにより、設定値Ｓと積分値Ｒとの差からトー
チ１の上下位置を設定値に保つ為に必要な修正量を得る
ことができる。

第１図に示した実施例では、パルス周波数制御回路２３
から出力されるパルスとトーチ上下位置設定回路３１か
ら与えられるトーチの上下方向の設定位置を定める設定
値Ｓとトーチがオシレート範囲の左端及び右端にそれぞ
れ位置した時に発生する左端信号Ｖ_L 及び右端信号Ｖ_R
と、トーチがオシレート範囲の中央位置に位置した時に
発生する中央位置信号Ｖc とが主制御装置３２に入力さ
れ、この主制御装置３２が、パルス周期の積分値Ｐ１，
Ｐ２及びＲの演算と、トーチ狙い位置調整装置１２及び
トーチ上下位置調整装置１３への信号の供給とを行う。
本実施例においてはこの主制御装置がマイクロコンピュ
ータにより構成される。第２図はマイクロコンピュータ
からなる主制御装置３２により実現される構成の一例を
特許請求の範囲第２項に記載された構成にほぼ対応させ
て図示したもので、この例ではパルスＶp の数を計数す
ることによりパルス周期の積分値を求めている。

第２図に示された主制御装置３２は、左端信号（端部位
置信号）Ｖ_L が発生してから中央位置信号Ｖc が発生す
るまでのオシレート１／４周期の期間にパルス溶接電源
２０が出力するパルスの数を計数する第１のパルス計数
手段３２ａと、この第１のパルス計数手段が計数した計
数値Ｐ１を記憶する第１の積分値記憶手段３２ｂと、中
央位置信号Ｖc が発生してから右端信号（次の端部位置
信号）Ｖ_R が発生するまでのオシレート１／４周期の期
間にパルス溶接電源が出力するパルスの数を計数する第
２のパルス計数手段３２ｃと、この第２のパルス計数手
段が計数した計数値Ｐ２を記憶する第２の積分値記憶手
段３２ｄと、第１のパルス計数手段３２ａの計数値Ｐ１
と第２のパルス計数手段３２ｃの計数値Ｐ２との差Ｑ＝
Ｐ１−Ｐ２を演算する減算手段３２ｅと、積分値Ｐ１と
Ｐ２とを加算することによりオシレートの半周期の期間
にパルス溶接電源２０から与えられるパルスの周期の積
分値Ｒを求める加算手段３２ｆと、上下位置設定回路３
１から与えられる設定信号Ｓと積分値Ｒとの差Ｕ＝Ｓ−
Ｒを演算する減算手段３２ｇとにより構成される。

トーチ狙い位置調整装置１２はデジタル量で与えられた
修正量だけトーチオシレート装置１１を支える架台を開
先の幅方向に移動させてトーチのオシレート中心を溶接
線に一致させるべく電動機Ｍ２を駆動する数値制御装置
である。この調整装置１２を積分値Ｐ１とＰ２との差Ｑ
と各Ｑの値に対応する修正量とを記憶した記憶手段を備
え、積分値Ｐ１とＰ２との差Ｑが与えられた時にこの記
憶手段から所定の修正量を読み出して電動機Ｍ２の駆動
回路に与える。電動機Ｍ２は与えられた修正量だけオー
チのオシレート中心位置を移動させるようにいずれかの
方向に回転してトーチの狙い位置ｂの溶接線ｌに一致さ
せる。

同様にトーチ上下位置調整装置１３はデジタル量で与え
られた修正量だけトーチオシレート装置１１を支える架
台を上下方向に移動させてトーチのオシレート中心を溶
接線に一致させるべく電動機Ｍ３を駆動する数値制御装
置である。この調整装置１３は設定値Ｓと積分値Ｒとの
差Ｕと各Ｕの値に対応する修正量とを記憶した記憶手段
を備え、設定値Ｓと積分値Ｒとの差Ｕが与えられた時に
記憶手段から所定の修正量を読み出して電動機Ｍ３の駆
動回路に与える。電動機Ｍ３は与えられた修正量だけト
ーチを上方または下方に移動させるようにいずれかの方
向に回転してトーチの上下方向の位置を設定位置に一致
させる。

主制御装置３２をマイクロコンピュータにより構成する
場合の制御のアルゴリズムを示すフローチャートの一例
を第３図に示してある。このフローチャートによる場合
には、先ず左端信号ＶL が入力された時にパルスＶp の
計数を開始し、中央位置信号Ｖc が入力された時の計数
値を、オシレートの先の１／４周期の期間のパルス周期
の積分値Ｐ１として記憶する。また中央位置信号Ｖc が
入力された時にパルスＶp の計数を開始して右端信号Ｖ
R が発生した時の計数値を後半の１／４周期の期間の積
分値Ｐ２として記憶する。次いで積分値Ｐ１とＰ２との
差Ｑを演算し、この差Ｑをトーチ狙い位置調整装置１２
に与える。また積分値Ｐ１及びＰ２の和をオシレートの
半周期の期間のパルス周期の積分値Ｒとし、トーチ上下
位置の設定信号Ｓと積分値Ｒとの差Ｕを求めてこの差Ｕ
をトーチ上下位置調整装置１３に与える。これらの動作
を溶接が終了するまで反復し、トーチ１が開先の左端か
ら右端に向って移動するオシレートの一方の各半周期に
おいてトーチの狙い位置のずれを検出してトーチの狙い
位置を修正する。

上記の実施例では、オシレート範囲の左端から右端に向
けてトーチが移動するオシレートの一方の半周期で前半
及び後半の１／４周期の積分値Ｐ１及びＰ２を求めてい
るが、トーチがオシレート範囲の右端から左端に向って
移動するオシレートの他方の半周期で積分値Ｐ１及びＰ
２を求めてもよいのは当然である。

尚上記の例ではオシレートの一方の半周期でのみトーチ
の狙い位置及び上下位置のずれを検出してこれらの位置
を修正しているが、一般にトーチの狙い位置の修正の応
答時間はオシレートの半周期の期間に比べて十分短いの
で、オシレートの各半周期毎にトーチの狙い位置及び上
下位置のずれを検出して各半周期毎にトーチの狙い位置
及び上下位置を修正してもよいのはもちろんである。ま
た被溶接物の開先の加工精度が高く、トーチの狙い位置
のずれが少ない場合には、一方の半周期、または各半周
期毎にトーチの狙い位置及び上下位置を修正する代り
に、これらのトーチ位置の修正を一定の時間間隔におい
て行わせるようにしてもよい。更に、トーチの上下位置
のずれが生じるおそれが無い場合またはトーチの上下位
置の多少のずれが許容される場合には、トーチの上下位
置の制御を省略したり、トーチの上下位置の修正だけを
一定の時間間隔をおいて行わせたりすることもできる。

上記の実施例では、積分値Ｐ１とＰ２との差Ｑとトーチ
の狙い位置の修正量との関係を記憶する記憶手段をトー
チ狙い位置調整装置１２内に設けるとしたが、この記憶
手段を主制御装置３２内に設けることもできる。同様に
トーチの上下位置の設定値Ｓと半周期の積分値Ｒとの差
Ｕとトーチの上下方向への修正量との関係を記憶する記
憶手段をトーチ上下位置調整装置１３内に設ける代り
に、主制御装置３２内に設けることができる。

上記の実施例では、アーク長を一定に保つように溶接電
流のパルス周期を制御しているため、パルス周期を積分
してトーチの狙い位置を検出しているが、パルス溶接電
源がアーク長を一定に保つようにパルス幅を制御する場
合には、オシレート半周期の前半の１／４周期の期間の
パルス幅の積分値と後半の１／４周期の期間のパルス幅
の積分値とを比較することにより、トーチ狙い位置のず
れを検出することができる。またオシレートのｎ／２周
期の期間のパルス幅の積分値を設定値と比較することに
よりトーチの上下位置のずれを検出することができる。

尚オシレートの１／４周期の期間のパルス幅の積分値を
求めるには、１／４周期の期間に生じるパルスの幅を加
算すればよい。例えば第１０図Ａに示したようなパルス
の幅の１／４周期の積分値を求めるには、同図Ｂに示す
ようにパルスの周波数より十分に高い周波数のサンプリ
ングパルスにより同図Ａのパルス波形をサンプリングし
て同図Ｃのように各パルスの幅に相応した数のパルスを
得、このパルスを１／４周期に亘って計数すればよい。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、ベース電流及びパルス
電流のピーク値をほぼ一定としてパルス周期またはパル
ス幅をアーク電圧に応じて変化させることによりアーク
長をほぼ一定に制御するパルス溶接電源を用いて、トー
チを開先の幅方向にオシレートさせつつ溶接を行う場合
に、トーチの狙い位置のずれを電気的に検出することが
できるため、複雑な機械的位置検出装置を設けることな
くトーチを溶接線に倣わせることができ、装置が大形化
するのを防ぐことができる。従って狭い場所に設置せざ
るを得ない溶接装置でもトーチの自動倣いを行わせるこ
とができる。またトーチの狙い位置のずれを完全に電気
的に検出するため、熱や光、あるいはスパッタの発生に
伴うアーク溶接特有の悪環境下でも検出精度及び耐久性
が低下することがなく、信頼性を向上させることができ
る。

特に第３の発明によれば、トーチの狙い位置の修正を行
うと同時にトーチの上下位置の修正をも行うことができ
るため、被溶接物の開先の加工精度が低く、トーチと開
先との位置関係が開先の幅方向及び上下方向の双方にず
れる場合でも常にトーチの位置を適性位置に保ちつつ溶
接線に倣わせて良好な溶接結果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を概略的に示したブロ
ック図、第２図は第１図の主制御装置の構成例を示した
ブロック図、第３図は主制御装置をマイクロコンピュー
タにより構成する場合の制御アルゴリズムを示すフロー
チャート、第４図は消耗性電極式パルスアーク溶接にお
けるトーチのオシレート動作に伴うワイヤのエクステン
ションの変化を示す説明図、第５図Ａ及びＢはそれぞれ
消耗電極式パルスアーク溶接における溶接電流の変化及
びアーク電圧の変化を示す波形図、第６図Ａはトーチの
狙い位置のずれがない場合のオシレート動作を説明する
説明図、第６図Ｂは同図Ａの場合の溶接電流波形を示す
波形図、第６図Ｃは同図Ｂの溶接電流のパルスを計数し
た場合の計数値の変化を示す線図、第７図Ａはトーチの
狙い位置が溶接進行方向に向って右側にずれた場合のオ
シレート動作を説明する説明図、第７図Ｂは同図Ａの場
合の溶接電流波形を示す波形図、第７図Ｃは同図Ｂの溶
接電流のパルスを計数した場合の計数値の変化を示す線
図、第８図はトーチ位置検出装置の各部の信号波形を示
す波形図、第９図はトーチの上下位置がずれた場合のパ
ルス計数値の変化を示す線図、第１０図はパルス幅の積
分値を求める方法を説明するための波形図、第１１図は
水平隅肉溶接を行っている状態を示す斜視図、第１２図
は第１１図に示した水平隅肉溶接を定電圧特性の溶接電
源を用いて行った場合の溶接電流波形とパルス溶接電源
を用いて行った場合の溶接電流波形とを示す波形図であ
る。 １……トーチ、２……ワイヤ、３，３ａ，３ｂ……被溶
接物、４……開先、１１……オシレート装置、１２……
トーチ狙い位置調整装置、１３……トーチ上下位置調整
装置、１４……トーチ速度検出回路、２０……パルス溶
接電源、３０……トーチ位置信号発生回路、３１……ト
ーチ上下位置設定回路、３２……主制御装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベース電流及びパルス電流のピーク値はほ
   ぼ一定としてパルス周期またはパルス幅をアーク電圧に
   応じて変化させることによりアーク長をほぼ一定に制御
   するパルス溶接電源を用い、トーチを開先の幅方向にオ
   シレートさせつつ溶接を行う消耗電極式パルスアーク溶
   接の前記トーチのオシレート中心を溶接線に倣わせる自
   動倣い方法において、 前記トーチがオシレート範囲の一端から中央位置までの
   １／４周期の区間を変位する間に前記パルス溶接電源か
   ら与えられるパルスの周期またはパルス幅の積分値と、
   前記トーチがオシレート範囲の中央位置から他端までの
   １／４周期の区間を変位する間に前記パルス溶接電源か
   ら与えられるパルスの周期またはパルス幅の積分値とを
   演算し、 前記両１／４周期の積分値を等しくするように前記トー
   チの狙い位置を制御することによりトーチのオシレート
   中心を溶接線に倣わせる溶接トーチ自動倣い方法。
2. 【請求項２】ベース電流及びパルス電流のピーク値はほ
   ぼ一定としてパルス周期またはパルス幅をアーク電圧に
   応じて変化させることによりアーク長をほぼ一定に制御
   するパルス溶接電源を用い、トーチを開先の幅方向にオ
   シレートさせつつ溶接を行う消耗電極式パルスアーク溶
   接の前記トーチのオシレート中心を溶接線に倣わせる自
   動倣い装置において、 前記トーチの位置を検出して前記トーチがオシレート範
   囲の両端部位置に達した時にそれぞれ端部位置信号を出
   力し、該トーチがオシレート範囲の中央位置に達した時
   に中央位置信号を出力するトーチ位置検出装置と、 いずれかの端部位置信号が発生してから中央位置信号が
   発生するまでのオシレート１／４周期の期間に前記パル
   ス溶接電源が出力するパルスの数を計数する第１のパル
   ス計数手段と、 前記中央位置信号が発生してから次の端部位置信号が発
   生するまでのオシレート１／４周期の期間に前記パルス
   溶接電源が出力するパルスの数を計数する第２のパルス
   計数手段と、 前記第１のパルス計数手段の計数値と第２のパルス計数
   手段の計数値との差に基づいて前記トーチの狙い位置を
   溶接線に一致させる為に必要な修正量を求めて前記トー
   チの狙い位置を該修正量だけ修正するトーチ狙い位置調
   整装置とを具備してなる溶接トーチ自動倣い装置。
3. 【請求項３】ベース電流及びパルス電流のピーク値はほ
   ぼ一定としてパルス周期またはパルス幅をアーク電圧に
   応じて変化させることによりアーク長をほぼ一定に制御
   するパルス溶接電源を用い、トーチを開先の幅方向にオ
   シレートさせつつ溶接を行う消耗電極式パルスアーク溶
   接の前記トーチのオシレート中心を溶接線に倣わせる自
   動倣い方法において、 前記トーチがオシレート範囲の一端から中央位置までの
   オシレート１／４周期の区間を変位する間に前記パルス
   溶接電源から与えられるパルスの周期またはパルス幅の
   積分値と、前記トーチがオシレート範囲の中央位置から
   他端までのオシレート１／４周期の区間を変位する間に
   前記パルス溶接電源から与えられるパルスの周期または
   パルス幅の積分値と、前記オシレートのｎ／２（ｎは正
   の整数。）周期の期間に前記パルス溶接電源から与えら
   れるパルスの周期またはパルス幅の積分値とを演算し、 前記両１／４周期の積分値を等しくするように前記トー
   チの駆動機構を制御して前記トーチのオシレート中心を
   溶接線に倣わせ、前記ｎ／２周期の積分値を設定値と等
   しくするように前記トーチの上下位置を制御することに
   より前記トーチの上下位置を設定位置に保持する溶接ト
   ーチ自動倣い方法。