JPH0683899B2 - 自動ア−ク溶接法及び自動ア−ク溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、充てん材を充てんしようとするグルーブを間
に挾んだ２個の物体の互に向き合う縁部の自動溶接、こ
とに自動操作用の制御信号の調整、処理及び使用に関す
る。

配管のような材料の互に隣接する面の溶接に関して充て
んワイヤを利用する半自動溶接作業はよく知られてい
る。米国特許第4,151,395号明細書には加工品の間に溶
接径路を仕切るグルーブに充てんすることにより継手を
溶接する問題について記載してある。太い管区間は端部
と端部とを向き合わせた関係にこのようにして相互に接
合する。すなわち加工品に対して所定の溶接径路に沿い
アーク溶接トーチ又は類似の器具のような溶接熱源を動
かすと共に、消耗電極源からすきま内に充てん金属を溶
融し溶着することは一般に実施されている。

前記特許明細書には、隣接管区間に溶接しようとする管
区間の端部の付近に固定した案内帯に沿い移動する溶接
機について記載してある。このような溶接機が充てんし
ようとするグルーブの長手に沿い移動する際には、アー
クが横方向に揺動しグルーブを横切つて前後にウイービ
ング運動をする。アークは中央位置で制御し又揺動幅を
制御しなければならない。

従来の光学式、機械式又は磁気式の外部センサにより互
に隣接する部品間のグルーブを追跡するのに種種の提案
が行われている。

米国特許第4,151,395号明細書では、使用信号は、所要
の信号入力を生ずるためにアーク自体の特性を検知する
場合に調整する。

米国特許第4,158,124号明細書には、溶接電流をそのグ
ルーブ側壁に近づく際に積分する装置について記載して
ある。この積分値は次で基準電圧と比較して、アークが
側壁に所定の近さ内の位置に達すると、同様な制御のも
とに反対側の側壁に向い移動するように横移動を止め次
で逆にする。中心線位置及び幅の保持は同じ操作で共に
達成する。

本発明は、作業時に従来より一層信頼性のある溶接がで
きるように制御信号を発生し調整する装置に関する。

本発明自動アーク溶接法及び自動アーク溶接装置におい
ては、電流分路101の両端間で測定されるアーク電流に
比例する信号電圧Ａすなわち出力電圧を増幅器104,106,
107で増幅し、抵抗器112とコンデンサ114とから成る積
分器により短い時定数で積分する。溶接トーチ装置30が
グルーブ12の中心を通るときに、これまで伝送ゲート11
0,118によつて信号電圧から隔離されていた抵抗器120と
コンデンサ122とより成るサンプルアンドホールド積分
器により前記出力電圧を表わす電圧がサンプルされ保持
されるすなわち記憶される。減算増幅器126によりこの
電圧が積分された出力電圧から差引かれて差信号を発生
し、この差信号が、制御用マイクロプロセッサ140によ
り溶接トーチ装置の横移動の中心点及びこの横移動の限
界を制御するのに利用される。

本発明自動アーク溶接装置は、（イ）溶接トーチ装置の
各横移動の終端の近くのアーク電流と、前記横移動の中
心に於ける中心線サンプル電流との間の差を表わす制御
信号を発生する制御信号発生手段110,112,114,118,120,
122,126と、（ロ）前記制御信号の積分値を発生する積
分値発生手段140と、（ハ）前記差の積分値が積分定数
に達するごとに前記各横移動中の前記溶接トーチ装置の
横移動を阻止する阻止手段140,338とを備えている。そ
して本発明自動アーク溶接装置は、前記各横移動時に前
記差の積分の始まる点を、自動的に設定する設定手段14
0を備えたことを特徴としている。

本発明の他の自動アーク溶接装置は、分路両端間にアー
ク電流に比例する出力電圧を設定するように、アーク電
流の通る分路101を備えている。

本発明自動アーク溶接法及び自動アーク溶接装置におい
ては、溶接トーチ装置30により発生するアークが、グル
ーブ12内のいずれかの壁に接近するときに、電流は、グ
ルーブの中心線における電流に比べて増加する。アーク
溶接システムを初期値設計すなわち初期状態設定するに
際しては、中心線サンプル電流すなわち基線電流が設定
される。初期状態設定段階において、溶接トーチ装置の
揺動の幅が設定される。揺動の各側において、たとえば
グルーブの側壁から約20/1000インチの距離の小さな窓
（window）［実験的に定められる］に対して溶接電流の
積分が行なわれ、積分値が、制御用マイクロプロセッサ
内のダウン・カウンタ（down counter）すなわち減算力
カウンタ中の任意の非常に大きな数から差引かれる。こ
の積分の間にこの大きな数から減算された数は初期積分
定数Ｃになる。

初期状態設定の後に、中心線サンプル電流すなわち基線
電流と、積分定数Ｃとは既知である。所定の溶接トーチ
装置の揺動に対する制御信号の積分は、積分用の前記窓
の始端（beginning）においてマイクロプロセッサ140内
のダウンカウンタによつて開始され、積分値が初期積分
定数Ｃになるまで継続し、次いでマイクロプロセツサ14
0により電動機338が制御され揺動が停止される。したが
つてこの窓の距離は物理的距離であつて、初期状態設定
段階の間に使用される窓の距離に比較して変化させるこ
とができ、したがつてアーク運動を修正することができ
る。中心線サンプル電流すなわち基線電流は、伝送ゲー
ト118と、サンプルアンドホールド積分器（120,122）に
より形成される長い時定数の積分信号とによつて連続し
て更新される。アークが阻止されるときに、溶接トーチ
装置が揺動の修正を行なうように、ドウエル時間が設定
される。

以下本発明による溶接法及び溶接装置とその溶接バグと
の実施例を添付図面について詳細に説明する。

第１図に例示した配管溶接作業では、管部材10を第２の
管部材11に対し隣接させ端部と端部とを互に向き合う関
係にする。各管部材10,11の端部は斜切してグルーブ12
を形成するようにしてある。グルーブに沿い管材料を溶
融融解すると共にガスシールドアークの使用によりグル
ーブ12内に充てん材を溶着する。

案内帯14は、管部材10の外面に取付けられこの外面から
スペーサ16により間隔を隔てている。案内帯14には溶接
バグ（bug）20を取付けてある。バグ20は第１の組の追
従ローラ22と第２の組の追従ローラ24とを備えている。
各ローラ22,24は、案内帯14の内面、縁部及び外面に連
関し追従する３個のローラを備えている。このようにし
てバグ20は、管部材10のまわりにグルーブ12から一定の
距離を隔てた径路に追従する。バグ20には１対の駆動輪
26,28を設けてある。各駆動輪26,28は、案内帯14の外面
に連関し、バグ20を案内帯14に沿い制御した速度で動か
す適当な電動機（図示してない）により駆動する。

本発明によれば溶接トーチ装置30は、バグ20の側部から
延びる複合軸32に取付けてある。トーチ装置30にはケー
ブル34により溶接電流を供給する。充てんワイヤ36は案
内管38により供給されトーチ30を経て下降しノズル40を
経て出る。適当な源からのシールドガスは管部片42によ
り供給され、充てんワイヤ36がノズル40から出る際に、
ノズル40の下方の充てんワイヤ先端との間にアークが存
在するような持続時間にわたりワイヤ36の端部のアーク
を遮へいする。

アーク内の電流は、バグ20に対するトーチ装置30の運動
の制御のために検知して利用する。複合軸32によりトー
チ装置30を軸32の軸線のまわりに矢印44により示すよう
に回転し、ノズル40及び管部材10,11間のヘッド角を選
択的に調節することができるようにする。

又軸32を経て運動を伝えることによりノズル40及びグル
ーブ12間の距離を矢印46に従つて変えることができるよ
うにしてある。

さらにトーチ装置30は矢印48により示すように横方向に
動かしノズル40から延びる溶接先端をグルーブ12を横切
つて前後にウイービング運動させる。

本発明による自動アーク溶接法及び自動アーク溶接装置
の動作を述べる前にアーク溶接システムを初期状態設定
するための動作を逐次に述べることにする。

次の各動作を行う。

1.バグ20を案内帯14に取付ける。

2.電気主スイッチを入れる 3.次いでアーク溶接システムは管部材10又は管部材11の
表面を追求するルーチンの態勢になる。

（ａ）第１に溶接ヘッド角を位置及び方向に従って６゜
ないし７゜の進み又は遅れに設定する。このヘッド角は
矢印44により直交から±45゜まで設定することができ
る。

（ｂ）ヘッド角を設定した後、アーク溶接システムは加
工品を追求することを試みる。溶接トーチ装置30を、こ
れが加工品に電気的に接触するまで下げる。一定の電流
源を溶接ノズル40の導電性部分に接続し、回路の変化を
感知する。

（ｃ）加工品に触れた後、溶接トーチ装置を、所望の充
てんワイヤ突出長さを表わす点までもどす。次いで充て
んワイヤ36を、ワイヤ36が加工品に接触するまで溶接ト
ーチ装置30を経て送る。

（ｄ）次いで溶接トーチ装置30を約1/4inだけもどす。

4.次いで溶接グルーブを位置決めする。

（ａ）配管系の場合にはグルーブ12に対する案内帯14の
およその位置は即知である。溶接トーチ装置30を、複合
軸32によりグルーブ12のほぼ中心の所定の位置に動か
す。

（ｂ）次いで溶接ノズル40を約1/2in下げ、グルーブ12
に入れる。次いで溶接ノズル40を右方に駆動し、グルー
ブ12の右側壁に接触させ、次いで左方に駆動し左側壁に
接触させる。これ等の接触は共に電気接触時に検知す
る。

5.右側壁の位置データを記憶し、又左側壁の位置データ
を記憶する。次いで右データを左データから差引き、こ
の差を半分に割り、グルーブ中心を定める。

6.次いでグルーブ中心で電気的接触が起るまで溶接ノズ
ル40を矢印46により示すようにグルーブ12内に押し下げ
る。このようにして電気的接触により溶接場所の底部を
見付ける。次いで溶接トーチ装置30を約1/16inだけもど
す。ふたたび右側に接触し又ふたたび左側に接触する。
このようにしてもとの出発揺動幅が得られる。次いで溶
接ノズル40を中心線にもどす。

7.次いでガス及び電力を送る。ガスによる予備掃気サイ
クルは約1/2secの時限にわたり、この時限中にガスが流
れ溶接トーチ装置及びガス管路42から空気を一掃する。

8.予備掃気サイクルを終えると、ワイヤ送り機を始動し
溶接を始める。このワイヤが加工品に触れるとアークが
発生する。

9.次に起る1/4secの遅延中に溶接トーチ装置では何も行
われない。アークを生成する間には、すべてグルーブ中
心位置に留まる。

10.1/4secの遅延後に、所定の幅にわたる揺動が全部で
４サイクルにわたり開始される。この幅は追求ルーチン
により設定したもとの機械的幅により定まる。初期状態
設定の４サイクルの間に、幅のカウントを実際の積分定
数として蓄積する。

（ａ）溶接トーチ装置を初めの移行で中心から右方に動
く。

（ｂ）マイクロプロセッサ140内の減算カウンタすなわ
ちダウンカウンタに極めて大きい数をロードする。この
ダウンカウンタは、側壁から与えられた距離すなわちこ
の側壁から約20/1000inを隔てて始まる積分用の窓にお
いてターンオンされる。初期状態設定の４サイクルでは
アークが側壁に近づくごとに積が終了する。

（ｃ）減算カウンタは、アークが側壁に近づく間に、前
もつて設定した数から、実際の電流密度を表わす割合で
カウントダウンされる。

（ｄ）電流のアナログ値は周波数に変換される。この周
波数は、すなわち変数であり、アナログ入力電流からグ
ルーブ12の中心でサンプリングを行った基線電流すなわ
ち中心線サンプル電流を差引いた値に比例する。

（ｅ）この減算カウンタは、溶接トーチ装置がもとの機
械的幅限度に達しカウンタを止めるまでダウンカウント
される。この場合のカウンタ内容を読取る。このカウン
タの数値をもとの前もつて設定した値から差引き、その
差が積分定数Ｃの値になる。同じ動作を全部で８回すな
わち４サイクル全体にわたり繰返す。積分定数Ｃの８個
のサンプルを取上げ、平方二乗平均技術によつて平均し
単一の積分定数Ｃを定める。

（ｆ）８個の測定点の平均値が積分定数Ｃである。

11.この結果管部材10,11の一部分の溶接が行なわれる。

12.初期状態設定の４サイクル中に、トーチ装置が中心
線を過ぎるごとに、１つの溶接電流サンプルを取出す。
このために後続の中心交さすなわち溶接トーチ装置がグ
ルーブの中心を横切るごとに１つのサンプルが加えられ
る。

13.初期状態設定の４サイクル後に自動心合わせ回路が
ターンオンする。初期状態設定の４サイクルは、探索ル
ーチン内に位置する側壁により定まるように幅が固定さ
れる。溶接トーチ装置から加工品への電流が定められ、
積分定数が設定されると、これ等の値は以後の溶接に対
する基準として使用される。

14.前記データの抜き出しを終えた５回目のサイクルで
は、サンプルを中心線で取り上げ、もとのRMS平均値と
比較する。そして中心線サンプルが一層低いか又は一層
高い場合には補正を行う。電流がもとの平均値より高け
れば、溶接トーチ装置を上昇させる。この関係は、充て
んワイヤ突出の約1mmの変化により電流密度に１％の変
化を生ずるような関係になる。

15.アークは、積分開始点をふたたび過ぎるまですなわ
ち側壁のあつた場所から約20/1000inの位置を過ぎるま
で側壁に向って進む。この距離は所望の処理に従って選
定することのできる変数である。通常約20/1000inに選
定する。この点で減算カウンタは、積分定数Ｃすなわち
初期状態設定の４サイクルにわたつて定めた数の平均値
をロードする。減算カウンタ内のこの数によつて、基線
電流が差引かれる電流差引きが起る。

基線電流は、中心値であり窓において測定された複数の
溶接電流値から差引かれる。この差は次いで積分用の窓
の開始点から積分される。この積分は、各横移動の終り
まで小さな窓にわたつて行われる。

16.減算カウンタは積分器又は累算器として作用する。
この減算カウンタがプリセット数からカウントダウンさ
れて零に達すると、マイクロプロセッサ140によつてウ
イービング運動用の電動機338が停止される。

17.揺動の修正を行うように、各横移動の終りにドウエ
ル時間が設定される。次いで溶接トーチ装置のサイクル
は溶接部を横切ってもどる。

18.ドウエル時間中に溶接トーチ装置対加工品の補正を
行う。中心で集めた情報は、ドウエル時間中に行う補正
のために使用される。この場合溶接トーチ装置対加工品
制御と自動心合わせとの間の相互作用を防ぐ。

以上の初期状態設定に関して説明した点を考慮し、自動
アーク溶接を実施する際の、溶接電流、アーク電圧を調
整する溶接制御装置を第２図、第３図及び第４図にブロ
ック図で部分的に例示してある。

溶接電流発電機100はその負電圧端子を電流分路101に接
続してある。正端子は加工品103に接触するように作用
する溶接トーチ102に接続してある。

分路101の各端子は増幅器の入力端子に接続してある。
とくに分路101の正端子は増幅器104の入力に接続してあ
る。分路101の負端子は接地端子105と増幅器106の入力
とに接続してある。各増幅器104,106は増幅器107と共
に、分路101の両端間の電圧に対し約25の利得を生ず
る。

次で増幅器107の出力は伝送ゲート110に接続してある。
ゲート110の出力は、抵抗器112及びコンデンサ114から
成るサンプルアンドホールド（sample and hold）積分
器に接続してある。コンデンサ114の両端間の電圧は次
で電圧ホロワ増幅器116に印加する。次で増幅器116の出
力は伝送ゲート118により、抵抗器120及びコンデンサ12
2から成る第２のサンプルアンドホールド積分器に接続
してある。次でコンデンサ122の両端間の電圧は電圧ホ
ロワ増幅器124に加える。増幅器124の出力は減算増幅器
126の入力に接続してある。減算増幅器126の第２の入力
は、電圧ホロワ増幅器116の出力から通ずる回線128によ
り受ける。すなわちこの減算回路からの電圧出力は、コ
ンデンサ122の両端間の電圧とコンデンサ114の両端間の
電圧との間の差を表わす。

抵抗器112及びコンデンサ114から成る積分器は比較的短
い時定数を持つ。たとえば約300Hzのコーナ周波数を持
つ積分器を形成するのに、抵抗器112は33,000Ωであ
り、コンデンサ114は0.1μＦである。これに反して抵抗
器120及びコンデンサ122から成る積分器は、たとえば抵
抗器120が68,000Ωでありコンデンサ122が1.0μＦであ
る場合に約68Hzのコーナ周波数を持つ。

次で減算増幅器126の出力はアナログマルチプレクスゲ
ート130に印加する。次でゲート130の出力は抵抗器132
により、電圧‐周波数変換器134の入力に印加する。こ
の場合変換器134の出力は制御用マイクロプロセツサ140
の入力にインピーダンス136の両端間に現われる。

前記した第２図ないし第４図の装置部分では、分路101
を通る電流の流れを検知し、抵抗器112及びコンデンサ1
14から成る積分器から短い時定数の積分信号を生じ又抵
抗器120及びコンデンサ122の積分器から長い時定数の積
分信号を生ずるようにしてある。次でこれ等の２つの信
号は、減算増幅器126で減算しマルチプレクスゲート130
により電圧‐周波数変換器134に印加し出力信号を生ず
るようにしてある。この出力信号の利用については後述
する。

第５図の曲線Ａは分路101を横切つて流れるような溶接
電流の波形を示す。溶接アークの電流の流れの予知でき
ない不安定な性質によつて、サンプリングしたアーク電
流の利用は、選択的にろ波することにより著しく高める
ことができる。

第２図、第３図及び第４図に示すように溶接電流が正常
な選択レベル以上の所定の限度を越えるとき又はこの同
じ選定レベル以下に所定量だけ低下するときは、この溶
接電流をクリップするようにしてある。

とくに電圧ホロワ増幅器124の出力は回線144により増幅
器146の入力に加える。この場合増幅器146は、分圧器14
8に加わる出力を生ずる。増幅器146からの出力電圧は入
力電圧の値の２倍である。

分圧器148は精密分圧器である。分圧器148は３個の抵抗
器を直列に備えている。好適とする実施例では抵抗器15
0は4.02kΩであり、抵抗器152は1.5kΩであり、抵抗器1
54は4.53kΩであつた。この分圧回路は、溶接電流が前
もつて設定した値を20％越えるとつねにこの溶接電流の
クリツプ作用を制御し、そしてこの溶接電流が前もつて
設定した値の90％以下に低下するとつねにクリツプす
る。

とくに第２図、第３図及び第４図に示すように両抵抗器
150,152間の接合点の電圧はシユミツト（Schmidt）トリ
ガ単位156に印加する。トリガ単位156の出力はNORゲー
ト158の一方の入力に印加する。同様に両抵抗器152,154
間の接合点はシユミツトトリガ単位160により第２のNOR
ゲート162に接続してある。次いで各ゲート158,162はNO
Rゲート164の各入力に接続してある。各ゲート158,162
は、回線166の適当な制御電圧により制御し又は可能化
する。

NORゲート164の出力はNANDゲート168の入力に接続して
ある。NANDゲート168の出力はチヤネル170により伝送ゲ
ート110の制御入力に印加する。

操作に当たつてはゲート158を可能化したときに、分路1
01を通る電流が前もつて設定したレベルを20％以上越え
る場合には、伝送ゲート110が不能化にされ抵抗器112及
びコンデンサ114から成る積分器の両端間の電圧が一定
のままになる。同様にして溶接電流が正常な一定値から
10％以上低下する場合には、ゲート162が可能化され、
伝送ゲート110は不能化にされ、抵抗器112及びコンデン
サ114から成る積分器の電圧をふたたび一定の値に保持
する。

操作に当たりゲート158を可能化したときに、分路101を
通る電流が前もつて選定したレベルを20％以上越える場
合には、伝送ゲート110が不能化にされ抵抗器112及びコ
ンデンサ114から成る積分器の両端間の電圧一定のまま
になる。同様にして溶接電流が正常な一定値から10％以
上低下する場合には、ゲート162が可能化され伝送ゲー
ト110は不能化になり、抵抗器112及びコンデンサ114か
ら成る積分器の電圧を一定の値に保持する。

クリツプ作用を生ずる前記の各回路のほかに、又シユミ
ツトトリガ単位176を制御する低電流クリツパを設けて
ある。とくに増幅器107の出力の電圧は、チヤネル178に
よりシユミツトトリガ単位176の一方の入力に供給す
る。このようにしてチヤネル178の電流は基準電圧に対
し比較する。この基準電圧は端子180から供給する。こ
の基準電圧はダイオード182の両端間に現われる。ダイ
オード182の両端間の電圧は、ダイオード182に接続した
各抵抗器により分割する。この基準電圧はチヤネル184
によりシユミツトトリガ単位176の第２の入力に加え
る。トリガ単位176の出力は次でトランジスタ186により
NANDゲート168の一方の入力に加える。

操作に当たり回路は、正規の溶接電流が150ないし200A
である場合に、溶電流が90Aの程度のレベルに低下した
ときに低電流クリツプ回路が伝送ゲート110を不能化に
する作用をするように構成する。

溶接電流の前記の処理により、差電圧がマルチプレクス
ゲート130を経て電圧‐周波数変換器134に加わる。さら
に抵抗器120及びコンデンサ122から成る長時定数積分器
の出力は、チヤネル190によりマルチプレクスゲート130
の第２の入力に加える。この場合、基準電流信号、すな
わち横移動の中心における電流値を表わすサンプルを生
ずる電流依存信号を供給する。

分路101からの電流サンプルの処理を行つたので、次に
アーク電圧が所定のレベル以下に低下したときに、伝送
ゲート110に対する制御を行うようにアーク電圧の処理
について述べる。アーク電圧は通常約25Vであるとす
る。

端子200からのアーク電圧はツエナーダイオード202によ
りトランジスタ203の入力すなわちベースに加えられ
る。アーク電圧が約6Vのダイオードしきい値以下に低下
するときは、ダイオード202の作用により、トランジス
タ203が非導通になりコレクタを給電源204の電圧に上昇
させる。このコレクタ端子における電圧は次で時間遅延
回路206によりNORゲート208に加わる。NORゲート208はN
ANDゲート168の第２の入力に接続してある。このように
して分路101からの電流のサンプリングは、アーク電圧
が電圧クリツパ回路に設定したレベル以下に下がると阻
止される。

さらに端子200はチヤネル212によりアーク電圧サンプル
回路214に接続してある。アーク電圧サンプル回路214
は、緩衝増幅器216と、たとえば約5Hzのコーナ周波数を
持つ低域フイルタ218とを備えている。フイルタ218は第
３次低域フイルタである。フイルタ218は、チヤネル224
によりマルチプレクス単位130の第３の入力に接続した
増幅器220,222を備えている。このようにしてアーク電
圧レベルは、電圧−周波数変換器134からインピーダン
ス136の両端間に選択的に現われる信号出力により監視
し利用することができる。

端子200は又ダイオード230により回路232に接続してあ
る。回路232は、前記したように溶接グルーブの各壁の
場所を計測しようとするときに本装置に使う定電流源を
備えている。

出力インピーダンス136の両端間に現われる信号の使用
を制御し本装置の残りの部分に制御入力を送るようにマ
イクロプロセツサ140を設けてある。

マイクロプロセツサ140の機能の１つはマルチプレクス
単位130の制御のために２ビツトアドレス信号を送るこ
とである、本装置が減算モードにあるときに、すなわち
出力インピーダンス136の両端間の電圧が周波数変数基
準で減算増幅器126の入力の各信号の差を表わすとき
に、結合器235からの回線236の電圧と結合器237からの
回線238の電圧とが高くなる。インピーダンス136の両端
間の電圧がアーク横移動の中間点における電流の値を表
わすときは、回線236は高電圧になり、回線238は低電圧
になる。インピーダソス136の両端間の信号が端子200の
電圧を表わすときは、回線236の信号は低くなり、回線2
38の信号は高くなる。マルチプレクス単位130の制御は
マイクロプロセツサ140にプログラムする。

NORゲート208の出力が低い限り、すなわち溶接電圧が約
6Vを越える限りは、出力が低くなる。NORゲート208の出
力はチヤネル240によりNANDゲート242の一方の入力に接
続してある。NANDゲート242の出力はNANDゲート244の両
入力に接続してある。NANDゲート244の出力はトランジ
スタ246のベースに接続してある。トランジスタ246のコ
レクタは、マイクロプロセツサ140に通ずる出力端子248
に接続してある。

探索ルーチンでは溶接トーチ102が加工品に触れるとき
は、溶接電圧は、回線240の状態を変えるような低い値
に降下する。次でこの変化は、出力端子248における状
態の変化により、側壁に触れたという信号に反映する。

端子250はマイクロプロセツサ140から光学的結合器252
に通ずる。結合器252の出力はNANDゲート254の両入力端
子に接続してある。NANDゲート254の出力によりNANDゲ
ート242の第２の端子を制御し探索ルーチンを実施する
ことができる。

チヤネル256により光学的結合器252の出力は定電流源23
2を付勢する。この場合アーク電圧が付勢されていない
ときに探索ルーチンを実施することができる。

端子260はマイクロプロセツサ140から光学的結合器262
に通ずる。結合器262の出力はチヤネル166により送られ
クリツパ出力ゲート158,162を可能化する。

マイクロプロセツサ出力端子270は光学的結合器272に通
じている。結合器272の出力はチヤネル274により伝送ゲ
ート118に接続され、基準電流信号を生ずる中心サンプ
ルを制御する。

第５図に示すように曲線Ａは第２図ないし第４図の端子
Ａに現われる粗溶接電流を表わす。この例では溶接電流
は基本的に約100Aの値から約200Aまで変る。

曲線Ｂは曲線Ａと同じ目盛でクリツパ電圧ホロワ増幅器
116の出力のプロツト、とくに第３図の点Ｂに現われる
波形である。クリツプ作用及びろ波作用に基づく広範な
変化は実質的になくしてある。

曲線Ｃは第２図ないし第４図の端子Ｃに現われる際の溶
接電流のプロツトである。全溶接電流の約10％のわずか
な偏差のあるサンプルゲートC1の時限中に、横移動中心
線における溶接電流の瞬間値と積分器の出力により反映
する平均値との間に差のあることを指示する。

曲線Ｄは電圧‐周波数変換器134への入力を表わし、時
間ゲートC1の間に変換器134に印加する電圧である部分D
1を示す。曲線D2の部分は中心線サンプルに次で変換器1
34に印加する波数を表わす。

区間D3は積分の起る区域である。曲線Ｄの区間D3により
表わす電圧はこのようにして、中心サンプルD1に次で横
移動の終端における積分に含まれる区域である。

すなわち本発明によればゲート110の出力は、抵抗器112
及びコンデンサ114から成り短時定数積分器である積分
器に加える。得られる電圧はチヤネル128により減算増
幅器126の一方の入力に加える。各横移動中心点におけ
るゲート118の駆動により抵抗器120及びコンデンサ122
から成る積分器によつてこの中心点における電流を表わ
すサンプルを得て保持する。このサンプルは電圧ホロワ
増幅器124の出力端子に現われる。減算増幅器126の出力
は２つの積分器の出力間の差を表わす。すなわちこれ等
の積分器は実際上電流信号調整器又はフイルタとして作
用する。

減算増幅器126の出力は、変換器134により可変周波数信
号に変換するためにマルチプレクス単位130によりゲー
トする。この可変周波数信号出力は回線236,238を経て
時間基準で選定することにより、各横移動の終端近くで
可変周波数信号をマイクロプロセツサ140に加える。次
でマイクロプロセツサ140は前記したように減算カウン
タの使用により積分のためにパルスを計数する。積分基
準レベルは減少カウンタ内の初めのパルスの数である。
この基準レベルは初期始動中に生じ溶接作業中に動的に
修正する。周波数変換器134に加える信号を調整するこ
とにより、マイクロプロセツサ140による溶接処理の制
御は、従来の装置の場合よりはるかに信頼性が高く普遍
性の広くなることが分つた。

本発明の１実施例では、マルチプレクス単位130はCD405
2型であつた。変換器134はAD537型であつた。マイクロ
プロセツサ140はR.C.A.社から製造販売されているCDP18
5601型であつた。各結合器235,237,252,262,272はHCPL2
502型光学的結合器であつた。ゲート110,118はBG201型
であつた。

第６図に示すように第１図のバグ20は２つの主要部品か
ら成つている。主バグハウジングは案内帯14に追従する
２組の追従遊びローラ22,24を備えている。このハウジ
ングには、第１図の矢印44,46,48のいずれかに従つてト
ーチ30を各別に動かすことができるようにした機構を納
めてある。第２のハウジングは、主バグハウジングに調
節自在に枢着され遊びローラ22,24のような２組の遊び
車を設けたけん引装置である。さらに第２ハウジングに
は第１図に示した駆動輪26,28用の取付け駆動電動機を
設けてある。

第６図は第１図の６〜６線に沿い矢印の向きに見た主バ
グ本体の内部配置を示す。この主バグ本体は、自由端30
1を持つ長方形のハウジング300を備えている。自由端30
1の下側にローラ22,24のような２組の従動ローラが取付
けられレバー303により駆動する。レバー303は軸304に
より偏心輪306に連結してある。軸304は軸受308内に取
付けてある。

自由端301の反対側の端部310は後述のようにけん引装置
に枢着するようにしてある。リンク仕掛は、米国特許第
3,844,468号明細書に大体記載してあるように種種の寸
法の管に適合するようなリンク仕掛である。

スプライン軸312はハウジング300を貫いて横方向に延び
ている。軸312に取付けたかさ歯車314は、電動機318の
出力軸に取付けたかさ歯車316により駆動する。電動機3
18は軸312を駆動し第１図の矢印46の方向におけるトー
チ装置30の運動を制御する。すなわち電動機318はトー
チ対加工品電動機と称する。軸312からトーチ装置30へ
の結合については後述する。

第２の電動機320は、ハウジング300内に取付けられ、軸
312を含むトーチ装置30を介して連結しヘツド角すなわ
ち第１図のノズル40の軸線と溶接バグ20が移動する表面
との間の角度を調節する。すなわち電動機320は出力軸3
22を駆動する。出力軸322は適当な歯車列を介し大きい
輪歯車324を回転し主管状軸330の端部を回転する。トー
チ装置30は管状軸330のフランジ326に連結され、歯車32
4を回転するのに伴いトーチ装置30のヘツド角を変える
ようにしてある。

前記したように軸312は太い外側管状軸330を支える。軸
330の内端には従動腕部片332を取付けてある。腕部片33
2はその端部334に、ねじ軸336に追従する移動ナツトを
取付けてある。ねじ軸336は電動機338により駆動する。
電動機338は揺動駆動電動機である。電動機338は、軸33
0をその端部フランジ326と共に、第１図の矢印48により
表わす運動に従つて内外方に動かす電動機である。従つ
て電動機338は揺動駆動電動機と称する。

主軸330は互に対向する側部を扁平にしてある。これ等
の扁平部には、軸340,342に取付けた追従ローラを連関
させ、電動機320を駆動したときに歯車324の運動を各ロ
ーラ340,342を介し主軸330に伝え、これと同時に駆動電
動機338の駆動により生ずる揺動作用を受けるようにし
てある。

軸312,330の果す機能の説明のためにこの３重機能軸の
軸断面を示した第７図について述べる。

第７図に明らかなように中心軸312は主軸330を貫いて同
軸に延びている。中間軸350はその左端にスプラインブ
ツシング352を取付けてある。腕部片332は、中間軸350
の端部の軸受354,356に取付けられ、軸350を腕部片332
に対し回転できるようにしてある。各軸受354,356は、
中間軸350の端部で作用する端部ナツト358の作用により
固定してある。すなわち軸312が回転すると、その外面
のスプラインがスプラインブツシングに整合する。この
場合中間軸350が回転する。中間軸350には、キーみぞ36
2を持つ端部穴360を形成してある。かさ歯車314の反対
側の軸312の端部は遊び軸受364に取付けてある。

すなわち第７図に示した軸構造により中間軸350を電動
機318から駆動しヘツド角を調節することができる。こ
の軸構造により、主軸330を歯車324を介して駆動する電
動機320の駆動に応答して出力フランジ326の回転に適応
する。又この軸構造により、軸350の回転運動をトーチ
装置30に伝えトーチ対加工品距離を調節することができ
る。

第８図にはトーチ装置30を縦断面で示し入力軸370を第
７図の端部穴360内に挿入しキー止めして示してある。
軸370は、軸受372に軸架され、端部にピニオン374を取
付けてある。ピニオン374は、軸378に取付けたピニオン
376にかみあつている。軸378はトーチ装置30のハウジン
グ380を貫いて竪方向に延びている。軸378は、バツクラ
ツシなし従動ナツト382を取付けた親ねじを形成するよ
うにねじを切つてある。軸370を回転すると、親ねじす
なわち軸378が回転しナツト382を上下に動かす。ナツト
382は、トーチ本体384を含むトーチ装置30を支える。ト
ーチ本体384は、親ねじ軸378に平行な案内柱388に追従
する案内腕386を備えている。

トーチ本体384は、充てんワイヤ案内管390を受入れるよ
うに中心穴を形成してある。本体384の下端部は円筒形
部分394から成り底部に端ぐりを形成してある。円筒形
ノズル挿入体392は、トーチ本体384の円筒形端部部分39
4に取付けられ、ハウジング380の底部の絶縁下部ブツシ
ング396を貫いて下方に延びている。ノズル398は挿入体
392の端部に取付けてある。

トーチ本体384の端ぐり部分394内には、案内管390から
の送給ワイヤを通す溶接先端を取付けてある。

トーチ本体384を支えるナツト382と案内腕386のブツシ
ングとは、トーチ体384の各部品をハウジング380に対し
電気的に絶縁するために絶縁材から作つてある。挿入体
392及び中心ノズル体400は導電体から成つている。

トーチ本体384の円筒形部分394と円筒形の挿入体392及
びノズル体400との間は耐圧密封してある。

管部片402を経て加圧遮へいガスを加え空洞404を加圧す
る。挿入体392内に取付けたガスレンズ406により、挿入
体392の内壁とノズル体400の外壁との間の環状部を経て
下方にガスの流れを均等に配分し、ガスの一様な円筒形
のさやがノズル40から流出して、案内管390内の充てん
ワイヤがノズル40の下方の加工品に接触する際に生ずる
アークをこのアークの確保及び利用のために遮へいする
ようにしてある。

第９図には第６図の9-9線に沿う主バグハウジング部分
の断面を示し従動腕部片332を持つねじ軸336を例示して
ある。ねじ軸336は電動機338により駆動する。

第９図には又案内ローラ22,24を詳しく示してある。ロ
ーラ24の組はハウジング300の底部に対し固定して取付
けてある。これに反してローラ22の組は軸410に取付け
てある。軸410は、ハウジング300の壁から支えられハウ
ジング300の底部の近くに位置させてある。軸410にはス
ライダ412を取付けてある。スライダ412は、各ローラ22
を取付けたフレームにみぞ穴414を経てスペーサ416によ
り連結してある。スライダ412はばね418により追従ロー
ラ24に向い付勢してある。第６図に示したクランクレバ
ー303により駆動する偏心輪306は、案内帯14にバグ20を
取付けることができるように、スライダ412を追従ロー
ラ24から遠ざける作用をする。取付けたときにローラ22
の組は、案内帯14の外面に連関するローラ22aを備え
る。ローラ22bは案内帯14の内面に連関する。ローラ24c
のような第３のローラは案内帯14の縁部に連関する。

第10図は溶接バグ20の第２の部品を形成するけん引装置
の横断面図である。このけん引装置は２組の案内帯追従
部片を設けたハウジング420を備えている。一方の組の
追従部片はフレーム部片422に取付けてある。

軸424は駆動輪26を支える。駆動輪26は扁平電動機428に
より軸430及び出力歯車432を介して駆動する。歯車432
は適当な駆動列を経て駆動軸424に連結してある。電動
機428には光学式エンコーダ434を設けてある。電動機42
8は、軸424を支える副フレーム436に取付けてある。フ
レーム436はハウジング420の一端部の横軸438に枢着し
てある。すなわち電動機428及び駆動輪26は軸438のまわ
りに回動自在である。フレーム436にはその軸438の反対
側の端部にばね付勢したプランジヤ440を取付けてあ
る。クランク腕444と共通の軸に取付けた偏心軸442は、
電動機428から駆動輪26を経て所望のけん引力を生ずる
ように、ばね付勢プランジヤ440を介し下向きの力を加
えるのに利用し駆動輪26を案内帯14の表面に押付ける。

軸450は、フレーム420の頂部に取付けられボビン452を
支える作用をする。ボビン452には、第１図及び第８図
のトーチ装置30に送給するように充てんワイヤの巻枠を
取付ける。

第10図のけん引装置ハウジング420は第６図の主バグハ
ウジング300の向き合う端部310に枢着するようにしてあ
る。この継手（図示してない）は、主バグハウジング30
0の追従ローラ22,24と第10図のフレーム部片422に取付
けた追従部片の組のような追従部片とを共に案内帯14に
取付け両ハウジング300,420間の角度を溶接しようとす
る管部材の種種の直径に適合するように調節自在にして
ある。

以上本発明をその実施例について詳細に説明したが本発
明はなおその精神を逸脱しないで種種の変化変型を行う
ことができるのはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

第１図は配管溶接作業時の本発明自動アーク溶接装置の
１実施例の側面図、第２図、第３図及び第４図は第１図
に示したような溶接装置の作動時の信号調整及び制御用
の回路配線図、第５図は第２図、第３図及び第４図の回
路の選定した点に現われる信号の波形の線図、第６図は
第１図の溶接装置の主バグ本体の内部の拡大平面図、第
７図は第６図の7-7線に沿う断面図、第８図は第１図の
溶接装置のトーチ装置の拡大垂直方向断面図、第９図は
第６図の9-9線に沿う断面図、第10図は第１図の溶接装
置のけん引装置を一部を断面にして示す拡大正面図、第
11図は本発明自動アーク溶接法の各段階を説明するブロ
ック線図である。 10,11……管部材、12……グルーブ、14……案内帯、20
……溶接バグ、22,24……追従ローラ、26,28……駆動
輪、30……溶接トーチ、100……発電機、101……分路、
112……抵抗器、114……コンデンサ、120……抵抗器、1
22……コンデンサ、126……減算増幅器、140……マルチ
プロセツサ、300……バグハウジング、310……端部、42
0……けん引装置、440……ばね付勢プランジヤ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接トーチ装置（30）がグルーブ（12）の
   長手に沿う移動中にこのグルーブを横切つて左右に横移
   動すると共に前記溶接トーチ装置が、アーク電流及び関
   連する溶接電圧を供給する自動アーク溶接法において、
   （イ）前記アーク電流に比例する出力電圧を設定する段
   階と、（ロ）この出力電圧を短い時定数で積分する段階
   と、（ハ）前記溶接トーチ装置装置が前記グルーブの中
   心を通るごとに、前記出力電圧を表わす電圧を記憶する
   段階と、（ニ）この電圧を前記積分出力電圧から差引
   き、差信号を発生する段階と、（ホ）この差信号を利用
   して前記グルーブを横切る前記横移動の中心点及びこの
   横移動の限界を制御する段階とから成る自動アーク溶接
   法。
2. 【請求項２】前記出力電圧がプリセツトレベルを所定の
   量だけ越え又は所定の量だけこのプリセツトレベル以下
   に降下するときにこの出力電圧をしゃ断する特許請求の
   範囲第（１）項記載の自動アーク溶接法。
3. 【請求項３】前記溶接トーチ装置の溶接電圧が所定のレ
   ベル以下に降下するときに、前記出力電圧を、積分器か
   ら接続を断つ特許請求の範囲第（１）項記載の自動アー
   ク溶接法。
4. 【請求項４】溶接トーチ装置（30）がグルーブ（12）の
   長手に沿う移動中にこのグルーブを横切つて左右に横移
   動すると共に前記溶接トーチ装置がアーク電流を供給す
   る自動アーク溶接装置において、（イ）前記各横移動の
   終端の近くのアーク電流と前記横移動の中心における中
   心線サンプル電流との間の差を表わす制御信号を発生す
   る制御信号発生手段（110,112,114,118,120,122,126）
   と、（ロ）前記制御信号の積分値を発生する積分値発生
   手段（140）と、（ハ）前記差の積分値が積分定数に達
   するごとに、前記各横移動中の前記溶接トーチ装置の移
   動を阻止する阻止手段（140,338）とを包含する自動ア
   ーク溶接装置。
5. 【請求項５】溶接トーチ装置（30）がグルーブ（12）の
   長手に沿う移動中にこのグルーブを横切つて左右に横移
   動すると共に前記溶接トーチ装置がアーク電流を供給す
   る自動アーク溶接装置において、（イ）前記各横移動の
   終端の近くのアーク電流と前記横移動の中心における中
   心線サンプル電流との間の差を表わす制御信号を発生す
   る制御信号発生手段（110,112,114,118,120,122,126）
   と、（ロ）前記制御信号の積分値を発生する積分値発生
   手段（140）と、（ハ）前記差の積分値が積分定数に達
   するごとに、前記各横移動中の前記溶接トーチ装置の横
   移動を阻止する阻止手段（140,338）と、（ニ）前記各
   横移動時に前記差の積分の始まる点を自動的に設定する
   設定手段（140）とを包含する自動アーク溶接装置。
6. 【請求項６】溶接トーチ装置（30）がグルーブ（12）の
   長手に沿う移動中にこのグルーブを横切つて左右に横移
   動すると共に前記溶接トーチ装置が、アーク電流及び関
   連する溶接電圧を供給する自動アーク溶接装置におい
   て、（イ）アーク電流に比例する出力電圧を設定する設
   定手段（101,104,106,107）と、（ロ）この出力電圧を
   短い時定数で積分して積分電圧を発生する積分電圧発生
   手段（112,114）と、（ハ）前記溶接トーチ装置が前記
   グルーブの中心を通るごとに、前記出力電圧を表わす電
   圧を記憶する記憶手段（120,122）と、（ニ）前記電圧
   を前記積分電圧から差引き信号を発生する差信号発生手
   段（126）と、（ホ）前記差信号を利用し前記グルーブ
   を横切る前記横移動の中心点及びこの横移動の限界を制
   御する制御手段（140）とを包含する自動アーク溶接装
   置。