JPH0679464A - 自動溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パルス溶接において、連続的かつ安定的にア
ーク電圧およびアーク長を一定に制御する。 【構成】 パルス型溶接電源２７に接続された溶接トー
チ２６と、溶接トーチ２６を保持する上下軸保持機構部
２５と、上下軸保持機構部２５を駆動するモータドライ
バ１６とが設けられている。パルス溶接電源２７からア
ーク電圧測定値がＡ／Ｄ変換器１４を介してＣＰＵ１１
に入力される。ＣＰＵ１１においてアーク電圧測定値か
らアーク電圧平均値が求められ、予め設定されたアーク
電圧設定値と比較演算される。このように比較演算され
た結果、ＣＰＵ１１から指令信号がＤ／Ａ変換器１５を
介してモータドライバ１６に出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接トーチを上下に動
作させてアーク長を一定に保つ非消耗電極式の自動溶接
装置に係り、とりわけパルス電源を用いた自動溶接装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動溶接装置を図６により説明す
る。図６は自動溶接装置の構成を示したブロック図であ
る。自動溶接装置は上下軸保持機構部５により保持され
る溶接トーチ６有し、上下軸保持機構部５は制御装置１
により制御される。

【０００３】制御装置１は電圧設定器２と、比較増幅器
３と、上下軸保持機構部５を駆動するモータドライバ４
とを有している。アーク電圧設定値は電圧設定器２で設
定され、アーク電圧指令値Ｖｒが比較増幅器３に入力さ
れる。また上下軸保持機構部５に保持された溶接トーチ
６は溶接電源７に接続されている。

【０００４】アーク電圧測定値Ｖｆは溶接電源７より出
力され、比較増幅器３に入力される。比較増幅器３はア
ーク電圧指令値Ｖｒとアーク電圧測定値Ｖｆを比較し、
その差分を増幅し、モータドライバ４へ動作指令値を出
力する。この指令値によりモータドライバ４が上下軸保
持機構部５を動作し、同様に上下軸保持機構部５に保持
された溶接トーチ６が上下方向に移動する。

【０００５】以上の作用を繰返すことにより、アーク電
圧設定値とアーク電圧測定値が同じ値になるように溶接
トーチ６を上下方向に動作させ、アーク電圧およびアー
ク長を一定に保っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の装
置では、単にアーク電圧設定値とアーク電圧測定値との
差分だけでアーク長およびアーク電圧を一定に制御して
いる。

【０００７】ところで、パルス無し溶接、なすわち溶接
電流にパルスが無く完全な直流の場合は、アーク電圧測
定値が安定していることから、安定したアーク長一定制
御が出来る。このため、従来の装置ではパルス無し溶接
を行なう場合、あまり問題は生じない。

【０００８】他方、パルス溶接は、パルス無し溶接に比
べてビード幅が増大し、ビード幅の変動が少なくなり、
均一な溶け込み形状が得られるという利点がある。この
ため、原子力プラント等、高品質の溶接結果が要求され
る分野では、パルス溶接を行う場合が多く、パルス溶接
でアーク長一定制御を行う必要が生じている。

【０００９】従来の自動溶接装置では、比較的高い周波
数（数Hz以上）のパルス溶接の場合、擬似的に直流と見
なし、パルス平滑回路を用いてアーク電圧測定値の波形
をパルスがなくなる程度に平滑化している。しかしなが
ら、この平滑化のためアーク電圧の急な変化に追従出来
ず、応答性が悪くなることがある。また、低周波数（数
Hz以下）のパルス溶接の場合は、パルスのピーク時また
はベース時の一方のみに対してアーク長一定制御を行
い、この間他方に対しては制御を停止している。このた
め、制御停止期間中にアーク長が変動した場合は、全く
追従できないという問題、さらに、アーク長一定制御の
切替時にアーク長が変動してしまうという問題があっ
た。

【００１０】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、パルス溶接時にも安定したアーク長および
アーク電圧を一定に制御することが可能な自動溶接装置
を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、パルス型溶接
電源に接続された溶接トーチと、この溶接トーチを保持
して移動させる保持機構部と、この保持機構部を駆動す
る駆動部と、アーク電圧設定値が予め入力されるアーク
電圧設定部と、前記パルス型溶接電源からのアーク電圧
測定値に基づいてアーク電圧平均値を求め、アーク電圧
設定部に入力されたアーク電圧設定値とアーク電圧平均
値とを比較演算して前記駆動部に指令信号を出力する中
央演算処理装置とを備えたことを特徴とする自動溶接装
置である。

【００１２】

【作用】本発明によれば、パルス電源からのアーク電圧
測定値に基づいて中央演算処理装置においてアーク電圧
平均値を求め、このアーク電圧平均値と予め入力された
アーク電圧設定値とを比較演算して駆動部に指令信号を
出力する。駆動部はこの指令信号に基づいて溶接トーチ
を保持する保持機構部を駆動する。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明による自動溶接
装置の第１の実施例について説明する。

【００１４】図１は本発明による自動溶接装置の構成を
示すブロック図である。図１において、自動溶接装置
は、パルス型溶接電源２７に接続されパルス溶接を行う
溶接トーチ２６と、溶接トーチ２６を保持して移動させ
る上下軸保持機構部２５と、上下軸保持機構部２５を駆
動制御する制御装置１０とを備えている。

【００１５】制御装置１０は中央演算処理装置（ＣＰ
Ｕ）１１と、ＩＣカードインターフェース（ＩＣカード
Ｉ／Ｆ）１２と、操作部１３と、アナログ・デジタル変
換器（Ａ／Ｄ変換器）１４と、デジタル・アナログ変換
器（Ｄ／Ａ変換器）１５と、モータドライバ１６とを備
えている。このうちモータドライバ１６は上下軸保持機
構部２５を駆動し、上下軸保持機構部２５に保持されて
いる溶接トーチ２６を上下方向に移動させる。また溶接
トーチ２６は、パルス型溶接電源２７の出力により溶接
時に溶接アークを発生させるようになっている。溶接時
のアーク電圧の測定値（波形）はパルス型溶接電源２７
より出力され、制御装置１０のＡ／Ｄ変換器１４に入力
される。

【００１６】他方、ホストコンピュータ１７でアーク電
圧設定値が設定され、ＩＣカード１８に書き込まれるよ
うになっている。ＩＣカード１８に書き込まれたアーク
電圧設定値はＩＣカードＩ／Ｆ１２により制御装置１０
に読み込まれる。またホストコンピュータ１７で設定す
る代わりに、アーク電圧設定値を操作部１３により手動
で設定しても良い。

【００１７】次にこのような構成からなる本実施例の作
用について説明する。

【００１８】まず、溶接アークが発生して溶接トーチ２
６によりパルス溶接が開始されると、アーク電圧設定値
Ｖｆがパルス型溶接電源２７より出力され、Ａ／Ｄ変換
器１４に入力される。このアーク電圧測定値ＶｆがＡ／
Ｄ変換器１４より、一定時間毎にＣＰＵ１１に入力され
る。ＣＰＵ１１において、このアーク電圧測定値Ｖｆか
ら、アーク電圧測定値Ｖｆのパルス周期、ピーク時間、
ベース時間、アーク電圧平均値、ピーク電圧平均値、ベ
ース電圧平均値の各々が求められる。

【００１９】次にＣＰＵ１１において、予めホストコン
ピュータ１７または操作部１３により設定されたアーク
電圧設定値と、計算により求められたアーク電圧平均値
とが比較され、この差により上下軸保持機構部２５の動
作量が求められる。上下軸保持機構部２５の動作量はＣ
ＰＵ１１から指令信号としてＤ／Ａ変換器１５に出力さ
れ、この指令信号に基づいてモータドライバ１６が上下
軸保持機構部２５を駆動する。次に図２および図３によ
り、パルス溶接時のアーク電圧一定制御について詳述す
る。図２はパルス溶接時のアーク電圧測定値Ｖｆの一例
を示す図であり、図３はパルス溶接時のアーク電圧一定
制御の動作を示すフローチャートである。

【００２０】以下、図２および図３により、ＣＰＵによ
るアーク電圧一定制御の動作を詳述する。

【００２１】アーク電圧測定値ＶｆがＡ／Ｄ変換器１４
からＣＰＵ１１へ一定のサンプリング時間（パルス波形
を測定できる時間であって、通常パルス周期ｔｖの１／
１０以下）毎に読み込まれる。（Ｆ１） ＣＰＵ１１ではこの読み込みデータの変化量により、デ
ータ毎にパルスの変化部か一定部かを判別する。なお、
図２において、ｔ_c1、ｔ_c2、ｔ_c3、ｔ_c4は変化部の所要
時間である。（Ｆ２） 次にこのデータから、変動部の開始ポイント間の時間に
より、ピーク時間ｔｐ、ベース時間ｔｂ、パルス周期ｔ
ｖを算出する。（Ｆ３） 次にＣＰＵ１１においてパルス１周期分の読み込みデー
タの平均値を計算しアーク電圧平均値とする。（Ｆ４） ＣＰＵ１１ではこのアーク電圧平均値とあらかじめ設定
されたアーク電圧設定値との差を求め、これにあらかじ
め設定されたゲインを掛け、この値を上下軸保持機構部
２５の動作指令値とする。（Ｆ５） この動作指令信号はＣＰＵ１１からＤ／Ａ変換器１５を
介してモータドライバ１６へ出力される。（Ｆ６） 以上のフローに従ってモータドライバ１６により上下軸
保持機構部２５を動作させ、アーク電圧およびアーク長
の一定制御を行う。

【００２２】本実施例によれば、パルス溶接時、パルス
状のアーク電圧測定値を一定のサンプリング時間毎にＣ
ＰＵ１１へＡ／Ｄ入力し、ＣＰＵ１１においてその入力
データからパルス周期を測定し、さらに、パルス１周期
のアーク電圧測定値の平均値を算出することにより、安
定したアーク電圧測定値が得られる。このように、安定
したアーク電圧測定値と、あらかじめ設定されたアーク
電圧設定値とを比較演算し、上下軸保持機構部を動作さ
せることができるので、アーク電圧およびアーク長の一
定制御を安定して行うことができる。

【００２３】次に図４および図５により、本発明による
自動溶接装置の第２の実施例について説明する。このう
ち図４は自動溶接装置の構成を示すブロック図であり、
図５はアーク電圧測定波形およびパルスタイミング信号
を示す図である。

【００２４】図１乃至図３に示す第１の実施例と同一部
分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。

【００２５】図４に示す自動溶接装置の第２の実施例
は、パルス入力Ｉ／Ｆ２０およびデジタル入力部１９を
付加したものであり、他は図１に示す第１の実施例と略
同一である。すなわち、図４において、制御装置１０は
ＣＰＵ１１と、ＩＣカードＩ／Ｆ１２と、操作部１３
と、Ａ／Ｄ変換器１４と、Ｄ／Ａ変換器１５と、デジタ
ル入力部１９と、パルス入力Ｉ／Ｆ２０と、モータドラ
イバ１６とを備えている。このうちモータドライバ１６
は上下軸保持機構部２５を駆動するものであり、上下軸
保持機構部２５に取り付けられている溶接トーチ２６が
上下方向に移動する。

【００２６】パルス溶接時に、パルス型溶接電源２７よ
り出力されるパルスタイミング信号Ｔｐが、パルス入力
Ｉ／Ｆ２０を通してデジタル入力部１９に入力される。

【００２７】次にＣＰＵ１１にデジタル入力部１９から
パルスタイミング信号ＴｐのＯＦＦ／ＯＮ信号が入力さ
れる。ＣＰＵ１１において、パルスタイミング信号Ｔｐ
のＯＮ／ＯＦＦ間の時間が測定され、このことによりパ
ルス周期、ピーク時間、ベース時間が計測される。さら
に、ＣＰＵ１１において、パルスタイミング信号Ｔｐか
ら求めた計測データと、Ａ／Ｄ変換器１４から入力され
るアーク電圧測定値Ｖｔに基づいてアーク電圧平均値、
ピーク電圧平均値、ベース電圧平均値が求められる。

【００２８】このように、パルスタイミング信号Ｔｐに
よりパルス周期を求め、一定のサンプリング時間毎にＡ
／Ｄ変換器１４から入力されるアーク電圧測定値からパ
ルス１周期のアーク電圧測定値の平均値を算出すること
により、安定したアーク電圧平均値を得ることができ
る。

【００２９】次にＣＰＵ１１において、アーク電圧平均
値とあらかじめ設定されたアーク電圧設定値とが比較さ
れ、ＣＰＵ１１からＤ／Ａ変換器１５を介してモータド
ライバ１６に動作指令信号が出力される。

【００３０】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、アーク電圧測定値に基づいて求めたアーク電圧平均
値と、アーク電圧設定値とを比較演算して駆動部に指令
信号を出力し、この指令信号により溶接トーチを保持す
る保持機構部を駆動することができる。このため、従来
のようにパルス平滑回路を用いることなく、連続的に安
定した状態でアーク電圧およびアーク長を一定とする制
御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による自動溶接装置の第１の実施例を示
すブロック図。

【図２】アーク電圧測定波形の一例を示す図。

【図３】アーク長およびアーク電圧一定制御の処理を示
すフローチャート。

【図４】本発明による自動溶接装置の第２の実施例を示
すブロック図。

【図５】アーク電圧測定波形およびパルスタイミング信
号の一例を示す図。

【図６】従来の自動溶接装置を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０ 制御装置 １１ ＣＰＵ １２ ＩＣカードＩ／Ｆ １３ 操作部 １４ Ａ／Ｄ変換器 １５ Ｄ／Ａ変換器 １６ モータドライバ １７ ホストコンピュータ １９ デジタル入力部 ２０ パルス入力Ｉ／Ｆ ２５ 上下軸保持機構部 ２６ 溶接トーチ ２７ パルス型溶接電源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パルス型溶接電源に接続された溶接トーチ
   と、この溶接トーチを保持して移動させる保持機構部
   と、この保持機構部を駆動する駆動部と、アーク電圧設
   定値が予め入力されるアーク電圧設定部と、前記パルス
   型溶接電源からのアーク電圧測定値に基づいてアーク電
   圧平均値を求め、アーク電圧設定部に入力されたアーク
   電圧設定値とアーク電圧平均値とを比較演算して前記駆
   動部に指令信号を出力する中央演算処理装置とを備えた
   ことを特徴とする自動溶接装置。