JPH07314135A - 溶接機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】溶接時のアーク放電による溶接ノイズによる影
響を受けることなく、速度制御と位置制御の両者により
高精度な制御を行うことができると共に、温度ドリフト
等の影響を受けずに安定した制御を行うことにある。 【構成】溶接ヘッドに内蔵されたサーボモータを該サー
ボモータに同期した位置検出信号をサーボコントローラ
３２にフィードバック入力し、この位置検出信号に基い
て制御指令をドライバに与えてサーボモータ３３を駆動
制御する溶接機の制御装置であって、サーボコントロー
ラ３２をモータの回転方向を示す信号とモータの励磁電
流を制御するＰＷＭ信号を出力する構成とし、且つサー
ボコントローラ３２とドライバ３５間およびサーボコン
トローラ３２とエンコーダ３４との間を電気的に絶縁し
て信号を伝達する絶縁回路３６，３７により接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば発電プラントや
石油化学プラントで使用される配管等を溶接する溶接機
の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば発電プラント、石油化学プラント
で使用される配管の溶接は、信頼性、安全性の面から高
度の溶接技術が必要であるが、かかる溶接は危険、汚
い、厳しいの所謂３Ｋの職種でもあり、高精度、高品質
な溶接を行う熟練技術者の不足に悩まされている。

【０００３】そこで、最近では配管の溶接を簡単な操作
で熟練技術者と同等の品質で繰返し施工可能な溶接シス
テムが開発され、配管の溶接に威力を発揮している。こ
の溶接システムは、トーチやサーボモータ等の駆動部で
構成される溶接ヘッドと、この溶接ヘッドのトーチにア
ーク放電させる溶接電源装置と、溶接ヘッドのサーボモ
ータを制御したり、溶接電源装置に指令を出す制御装置
とで構成されている。

【０００４】従来のかかる溶接システムの制御装置とし
ては、溶接ヘッドのトーチをモータで配管の外周に沿っ
て一定速度で回転させながらタイマーリレー等の時間制
御で一周させるマニアル型の制御装置と、サーボモータ
で速度制御しながらマイクロコンピュータ（以下単にマ
イコンと略称する）で制御する制御装置の２種類に大別
される。

【０００５】ところで、上記マイコン型の制御装置とし
ては、図６に示すようにメモリカード等に溶接時のデー
タを記憶させた溶接条件カード１をセットすると溶接条
件を読取って演算するマイコン２と、このマイコン２よ
り出力されるディジタル指令をアナログ変換してアナロ
グ指令を出力するＤ／Ａコンバータ３と、このＤ／Ａコ
ンバータ３より出力されるアナログ指令を増幅する第１
段および第２段のサーボアンプ４，５と、第２段のサー
ボアンプ５の出力に基いてＤＣモータを駆動するドライ
バ６と、モータの回転速度を検出する回路、例えばタコ
ジェネレータ７より出力されるアナログ電圧値と第１段
のサーボアンプ４より出力されるアナログ指令値で速度
制御を行う回路８と、モータの回転位置を示す位置検出
器、例えばポテンショメータ９で摺動した位置を表すア
ナログ電圧値とＤ／Ａコンバータ３でアナログ変換した
アナログ指令で位置制御を行う回路１０とからなるアナ
ログ方式のサーボモータ制御方式が用いられていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなマ
イコン型の制御装置では、アナログ指令値に対して現在
位置がサーボアンプの調整に依存する上、ポテンショメ
ータ等の位置検出器の精度が低く、温度ドリフト等で溶
接の再現性が低い等の欠点があった。

【０００７】また、溶接時のアーク放電による溶接ノイ
ズがモータに侵入すると、サーボモータの回転位置を示
す位置検出器はノイズに対して復元性を有しているが、
その時間遅れによりモータの制御が阻害される欠点があ
った。

【０００８】本発明は上記のような欠点を除去するため
になされたもので、溶接時のアーク放電による溶接ノイ
ズによる影響を受けることなく、速度制御と位置制御の
両者により高精度な制御を行うことができると共に、温
度ドリフト等の影響を受けずに安定した制御を行うこと
ができる溶接機の制御装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１に対応する発明は溶接するための電圧、電
流、その他の溶接条件に従って溶接ヘッドに備えられた
サーボモータを駆動制御する溶接機の制御装置におい
て、前記サーボモータの回転位置をディジタル的に検出
する回転位置検出器と、この回転位置検出器で検出され
た位置検出信号がフィードバック入力され、方向を示す
信号とサーボモータの励磁電流を制御するＰＷＭ信号を
モータドライバに出力するディジタル位置制御回路と、
このディジタル位置制御回路と前記モータドライバ間お
よび前記ディジタル位置制御回路と位置検出器との間を
電気的に絶縁して信号のみを伝達する絶縁回路とを備え
たものである。

【００１０】また、請求項２に対応する発明は、溶接す
るための電圧、電流、その他の溶接条件に従って溶接ヘ
ッドに備えられたサーボモータを駆動制御する溶接機の
制御装置において、前記サーボモータの回転位置をディ
ジタル的に検出する回転位置検出器と、この回転位置検
出器で検出された位置検出信号がフィードバック入力さ
れ、方向を示す信号と前記サーボモータの励磁電流を制
御するＰＷＭ信号をモータドライバに出力するディジタ
ル位置制御回路と、このディジタル位置制御回路と前記
モータドライバ間および前記ディジタル位置制御回路と
位置検出器との間を電気的に絶縁して信号のみを伝達す
る絶縁回路とを備え、前記絶縁回路に繋がる前記ディジ
タル位置制御回路とこのディジタル位置制御回路を駆動
する直流電源を非接地系とし、前記絶縁回路に繋がるモ
ータドライバとこのモータドライバを駆動する直流電源
を接地系としたものである。

【００１１】

【作用】請求項１に対応する発明の溶接機の制御装置に
あっては、ディジタル位置制御回路をモータの回転方向
を示す信号とモータの励磁電流を制御するＰＷＭ信号を
出力するＰＷＭ方式とし、且つディジタル位置制御回路
とドライバ間およびディジタル位置制御回路と位置検出
器との間を絶縁回路により電気的に絶縁して信号のみを
伝達するようにしているので、速度制御と位置制御の両
者より高精度な制御を行うことができ、また溶接ヘッド
から発生する溶接ノイズがサーボモータを介してディジ
タル位置制御回路側に侵入することがなくなり、溶接ノ
イズによりサーボモータの制御が阻害されるようなこと
がなくなる。

【００１２】また、請求項２に対応する発明の溶接機の
制御装置にあっては、上記の作用効果に加えて、ディジ
タル位置制御回路とその直流電源を非接地系とし、モー
タドライバとその駆動電源を接地系としてあるので、溶
接ノイズが接地系を通してディジタル位置制御回路およ
び直流電源に侵入することがなくなる。

【００１３】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明をティグ溶接を行う溶接機に適用し
た場合の構成例を示すものである。ティグ溶接は、図１
に示すように２本の配管Ａ，Ｂの溶接部分をＶ字形に加
工し、このＶ開先をガスシールドしながらタングステン
電極１１のアーク放電で溶接ワイヤ１２を溶融して接合
するものである。

【００１４】上記タングステン電極１１は、トーチ１３
にトーチ軸駆動部１７の図示しないサーボモータにより
トーチ軸方向に移動可能に保持されている。また、トー
チ１３はウィビング軸駆動部１４及びトーチ駆動部１７
を介して支持腕１５に支持されている。さらに、ウィビ
ング駆動部１４はトーチ１３を図示しないサーボモータ
によりウィビング軸方向に移動可能になっている。

【００１５】さらに、これらトーチ１３、ウィビング駆
動部１４、トーチ軸駆動部１７は支持腕１５を介して図
示しない回転駆動部に一体的に連結され、図示しないサ
ーボモータにより配管のＶ開先を周回できるようになっ
ている。

【００１６】これらトーチ１３のトーチ軸方向の移動、
ウィビング軸方向の移動およびこれらの回転軸方向の移
動は、ディジタル方式の制御装置１６からの指令値によ
りそれそれのサーボモータを駆動することにより制御さ
れる。

【００１７】図２はかかる溶接機の制御装置を含む溶接
システムの構成例を示すブロック図である。図２におい
て、２１は溶接条件が記録されたメモリカードで、この
メモリカード２１は溶接する条件の電圧値、溶接速度、
ウィービング速度・位置、溶接パス回数、セクターの分
割数、ワイヤー供給速度、オシレート周波数、ベース・
ピーク電流値の設定値等が予め記憶されている。

【００１８】一方，前述した制御装置１６はメモリカー
ド２１から読取った溶接条件と操作パネル２２からの操
作により起動され、溶接電源装置２３、溶接ヘッド２４
および水冷装置およびガス供給装置２５を制御する。

【００１９】上記制御装置１６には、トーチ軸駆動制御
部、ウィビング軸駆動制御部および回転軸駆動制御部が
それぞれ備えられている。図３はウィビング軸駆動制御
部の回路構成を示すもので、トーチ軸駆動制御部および
回転軸駆動制御部についてもＣＰＵを除いては同一の回
路構成となっている。

【００２０】図３において、３１は図２に示すメモリカ
ード２１から読取った溶接条件と操作パネル２２からの
操作により起動されるＣＰＵで、このＣＰＵ３１はトー
チ軸駆動制御部、ウィビング軸駆動制御部、回転軸駆動
制御部にそれぞれ指令値を与えるものである。

【００２１】３２はこのＣＰＵ３１からの指令値と前述
したウィビング軸に対応するサーボモータ３３に同期し
た光学式のロータリエンコーダ３４から位置検出信号が
フィードバック入力されるディジタル位置制御回路、例
えばサーボコントローラで、このサーボコントローラ３
２はモータの回転方向を示す信号とモータの励磁電流を
制御するＰＷＭ信号を出力する構成とし、モータドライ
バ３５に対して駆動指令をサーボモータ３３に同期した
光学式のロータリエンコーダ３４からの位置検出信号で
ＰＩＤ制御を行い、２線のＰＷＭ方式で速度・位置制御
を行う。

【００２２】この場合、光学式のロータリエンコーダ３
４からの位置検出信号は絶縁回路、例えばフォトカプラ
で信号を絶縁した絶縁回路３６を通してサーボコントロ
ーラ３２に伝達され、電気的には絶縁されている。ま
た、サーボコントローラ３２からのＰＷＭ信号も同様の
絶縁回路３７を通してモータドライバ３５に伝達され、
電気的には絶縁されている。

【００２３】また、３８はサーボコントロール回路を駆
動する直流電源、３９はモータドライバ３５を駆動する
直流電源である。図４は上記絶縁回路３７の構成例を示
すものである。図４において、４１は絶縁タイプのＤＣ
−ＤＣコンバータで、このＤＣ−ＤＣコンバータ４１の
入力端は図３の直流電源３８を基準にして得られる＋５
Ｖラインと０Ｖの共通グランドとの間に接続された電界
コンデンサＣ１の両端に接続され、出力端は接地された
共通ＧＮＤとＰ５Ｖラインとの間に接続された電界コン
デンサＣ２の両端に接続されている。

【００２４】一方、４２は発光素子および受光素子から
なるフォトカプラで、このフォトカプラ４２の発光素子
側には上記ＤＣ−ＤＣコンバータ４１の入力側の５Ｖラ
インを電源として駆動されるインバータ４３を通して入
力信号が加えられ、また受光素子側は上記ＤＣ−ＤＣコ
ンバータ４１の出力側のＰ５Ｖラインを電源として駆動
され、光を信号に変換する。

【００２５】上記は絶縁回路３７の構成であるが、絶縁
回路３６については発光行素子がＰ５Ｖラインを電源と
し、受光素子が＋５Ｖラインを電源として駆動される以
外は前述と同様である。

【００２６】ここで、図３において、絶縁回路３６，３
７のマイコン側、つまりＣＰＵ３１、サーボコントロー
ラ３２、直流電源３８は０Ｖの共通グランドに接続さ
れ、また負荷側、つまりモータドライバ３５、直流電源
３９は接地された共通ＧＮＤに接続され、図示波線を堺
に負荷側からマイコン側への溶接ノイズの侵入がしゃ断
されるようにしてある。

【００２７】次に上記のように構成された溶接機の制御
装置の作用について述べる。いま、溶接ヘッドの各軸の
サーボモータが駆動原点に戻り、溶接準備段階の状態に
あるものとする。このような状態にあるとき、図２に示
す操作パネル２２より制御装置１６にデータロード指令
を与えると図３に示すＣＰＵ３１からの指令により溶接
条件カード２１の記憶データをメモリカード読取部を経
てＣＰＵ３１のメモリにローディングする。

【００２８】次に図２の操作パネル２２より溶接スター
ト指令を制御装置１６に与えると、溶接電源装置２３を
スタンバイ状態とし、トーチの水冷装置およびガス供給
装置２５より水とシールドガスの供給を開始する。ま
た、制御装置１６の指令で溶接電源装置２３の溶接電圧
が溶接ヘッド２４のトーチに加わると、図１に示すよう
にトーチ１３が配管側に移動してタングステン電極１１
が配管に接触してアーク放電が起り、溶接が開始され
る。

【００２９】そして、トーチ１３をウィビング軸方向に
ウィビングしながら回転軸の回転で開先をジグザグに溶
接して埋めて行く。回転軸が一回転しても開先が埋まら
ないときは溶接パス回数を必要な数だけ設定することに
より、回転を繰返して実行し、開先を完全に埋めること
でアーク放電を停止させる。

【００３０】この場合、溶接電圧が溶接条件カードの指
定電圧となるように、トーチと母材間の電圧を制御装置
で測定し、指定電圧に比較して測定電圧が高いときはト
ーチと母材間の間隔を小さくし、逆のときは間隔を大き
くして常に両者の値が釣り合うように制御する。

【００３１】以上はティグ溶接を行う場合の全体の作用
であるが、ここでトーチ１３をウィビング軸方向にウィ
ビングしながら回転軸方向に回転制御する際の作用を詳
細に図３および図５により説明する。

【００３２】ＣＰＵ３１により溶接条件カードから各軸
の駆動位置情報を演算し、その結果を軸単位のコマンド
情報とデータを図示しないメモリに記憶させる。そし
て、ＣＰＵ３１ではどのサーボ軸の指令かをメモリのコ
マンド情報で判別し、その軸のサーボ指令値に代えて指
令されたサーボコントローラ３２に指令する。

【００３３】このサーボコントローラ３２では、光学式
のロータリエンコーダ３４より絶縁回路３６を通してフ
ィードバックされる位置検出信号に基いてＰＩＤ制御を
行い、モータドライバ３５に絶縁回路３７を通して駆動
指令を与えることにより、サーボモータ３３の制御を行
う。この場合、サーボコントローラ３２はモータの回転
方向を示す信号とモータの励磁電流を制御するＰＷＭ信
号を出力する２線のＰＷＭ方式で制御する。

【００３４】即ち、図５に示すように１線はモータの回
転方向を切換えるＤＩＲ信号を伝送し、もう１線はモー
タを励磁するＰＷＭ方式の電流値信号を伝送する。例え
ばモータを正転させるときはＤＩＲ信号を論理値“１”
とし、ＰＷＭ信号のパルス幅を最小幅から徐々に大きく
することにより、モータの回転数が増加する。

【００３５】また、ＤＩＲ信号の論理値を逆にすると、
モータの回転方向は逆転する。このときエンコーダのパ
ルス信号は、Ａ相の立上がりに対してＢ相の立上がりが
位相遅れとなる状態で回転数に応じたパルスを出力す
る。モータが逆転するとＡ相とＢ相の位相差も逆転す
る。

【００３６】以上はウィビング軸駆動制御部の作用であ
るが、トーチ軸駆動制御部および回転軸駆動部の作用に
ついても前述と同様に行われる。このように本実施例で
は、図３のサーボコントローラ３２をモータの回転方向
を示すＤＩＲ信号とモータの励磁電流を制御するＰＷＭ
信号を出力するＰＷＭ方式とし、且つサーボコントロー
ラ３２とドライバ３５間およびサーボコントローラ３２
と光学式のロータリエンコーダ３４との間を電気的に絶
縁して信号のみを伝達する絶縁回路３７，３６により接
続するようにしたので、従来のアナログ制御のようにサ
ーボモータの位置検出精度が低下したり、温度ドリフト
等の影響で溶接の再現性が低くなることがなく、速度制
御と位置制御の両者より高精度な制御を安定に行うこと
ができる。

【００３７】また、ＣＰＵ３１、サーボコントローラ３
２、直流電源３８は０Ｖの共通グランドに接続され、ま
たモータドライバ３５、直流電源３９は接地された共通
ＧＮＤに接続されているので、溶接ヘッドのトーチから
発生する溶接ノイズがサーボモータ３３を介してサーボ
コントローラ３２側に侵入することがなくなり、溶接ノ
イズによりサーボモータの制御が阻害されるようなこと
がなくなる。

【００３８】なお、上記実施例では絶縁回路３６，３７
として、絶縁トランスを使用した回路やコンデンサを使
用した回路等を用いてもよい。また、サーボモータの回
転位置検出器として光学式のロータリエンコーダを使用
する場合について述べたが、サーボモータの回転位置を
デイジタル的に検出できるものであれば、他の位置検出
器を用いてもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、溶接
時のアーク放電による溶接ノイズによる影響を受けるこ
となく、速度制御と位置制御の両者により高精度な制御
を行うことができると共に、温度ドリフト等の影響を受
けずに安定した制御を行うことができる溶接機の制御装
置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による制御装置をティグ溶接を行う溶接
機に適用した場合の一例を示す構成図。

【図２】本発明による溶接機の制御装置を含む溶接シス
テム全体の構成例を示すブロック図。

【図３】本発明による溶接機の制御装置の一実施例を示
すブロック図。

【図４】同実施例における絶縁回路の具体的な構成例を
示す図。

【図５】同実施例の作用を説明するためのＰＷＭ方式に
よる伝送波形図。

【図６】従来の溶接機の制御装置を示すブロック図。

【符号の説明】

１６……制御装置、２１……溶接条件カード、２２……
操作パネル、２３……溶接電源装置、２４……溶接ヘッ
ド、２５……水冷装置およびガス供給装置、３１……Ｃ
ＰＵ、３２……サーボコントローラ、３３……サーボモ
ータ、３４……光学式のロータリエンコーダ、３５……
ドライバ、３６，３７……絶縁回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接するための電圧、電流、その他の溶
   接条件に従って溶接ヘッドに備えられたサーボモータを
   駆動制御する溶接機の制御装置において、 前記サーボモータの回転位置をディジタル的に検出する
   回転位置検出器と、この回転位置検出器で検出された位
   置検出信号がフィードバック入力され、方向を示す信号
   と前記サーボモータの励磁電流を制御するＰＷＭ信号を
   モータドライバに出力するディジタル位置制御回路と、
   このディジタル位置制御回路と前記モータドライバ間お
   よび前記ディジタル位置制御回路と位置検出器との間を
   電気的に絶縁して信号のみを伝達する絶縁回路とを備え
   たことを特徴とする溶接機の制御装置。
2. 【請求項２】 溶接するための電圧、電流、その他の溶
   接条件に従って溶接ヘッドに備えられたサーボモータを
   駆動制御する溶接機の制御装置において、 前記サーボモータの回転位置をディジタル的に検出する
   回転位置検出器と、この回転位置検出器で検出された位
   置検出信号がフィードバック入力され、方向を示す信号
   と前記サーボモータの励磁電流を制御するＰＷＭ信号を
   モータドライバに出力するディジタル位置制御回路と、
   このディジタル位置制御回路と前記モータドライバ間お
   よび前記ディジタル位置制御回路と位置検出器との間を
   電気的に絶縁して信号のみを伝達する絶縁回路とを備
   え、前記絶縁回路に繋がる前記ディジタル位置制御回路
   とこのディジタル位置制御回路を駆動する直流電源を非
   接地系とし、前記絶縁回路に繋がるモータドライバとこ
   のモータドライバを駆動する直流電源を接地系としたこ
   とを特徴とする溶接機の制御装置。