JPH074666B2

JPH074666B2 - 溶接線倣い制御方法

Info

Publication number: JPH074666B2
Application number: JP11817689A
Authority: JP
Inventors: 克弥久貝; 英幸山本; 祐介新村
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 1988-05-11
Filing date: 1989-05-10
Publication date: 1995-01-25
Anticipated expiration: 2010-01-25
Also published as: JPH0252171A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、溶接トーチをオシレートさせてアーク長及び
ワイヤ突き出し長の変化に伴う電気的変化を検出し、溶
接線に倣わせる溶接線倣い制御方法に関するものであ
る。

［従来の技術］従来から、溶接トーチをオシレートさせてアーク長及び
ワイヤ突き出し長の変化によって発生する電気的変化を
検出するアークセンサの検出信号によって、溶接トーチ
を溶接線に倣わせる溶接線倣い制御方法が使用されてい
る。

この従来のアークセンサは、水平隅肉溶接の場合は、溶
接速度が120cm/min程度の比較的低速度の溶接において
は比較的良好な結果が得れている。また、水平隅肉溶接
の場合は、板厚2.0mm程度までの薄板であれば、実用可
能である。

通常、所定の板厚の被加工物の溶け込み深さは、溶接電
流値、溶接速度及びオシレート速度によって変化し、こ
のオシレート速度は、オシレート周波数、オシレート
幅、溶接速度、オシレート波形、オシレート停止時間の
変数によって定まる。以下、説明を簡単にするために、
オシレート速度に最も影響するオシレート周波数を変化
させ、他の変数は予め定めた略一定値とした場合につい
て説明する。

このように溶接速度が低速度の時は、溶接トーチのオシ
レート周波数も0.5乃至5Hz程度の低周波であるが、この
時の従来例について、第２図及び第３図を参照して、溶
接トーチWTが左側の被溶接物Wlと右側の被溶接物Wrとの
間をオシレートしている時の各オシレート位置に対する
溶接電流値の関係について説明する。第２図（Ｂ）は、
オシレートの中心位置Ｃ（以下、オシレート中心とい
う）と溶接線W₀とが一致している場合であって、同図に
おいて、A₀及びA₁は溶接トーチの先端から突き出した消
耗電極の長さ（以下、ワイヤ突き出し長という）であ
り、B₀は消耗電極（以下、ワイヤという）先端とワイヤ
先端方向の被溶接物表面との距離（以下、アーク長とい
う）を示す。溶接トーチWTがオシレート幅の左端L₀の位
置にある時、突き出し長はA₁であり、アーク長はB₀であ
り、溶接トーチWTが左端L₀からオシレート中心Ｃすなわ
ち溶接線W₀の位置に達するまでの間、前述したように、
オシレート周波数が低周波である時は、定電圧特性の溶
接電源の自己制御作用により速かに溶接電流値が増加し
て溶融速度が増加してアーク長が略一定値B₀になり、そ
のためにワイヤ突き出し長がA₁からA₀に徐々に増大す
る。ワイヤ突き出し長の増大により、同図（Ａ）に示す
ように、オシレート位置Ｐ（横軸）に対して溶接電流の
平均値Ｉ（縦軸）がI₁からI₀に減少する。溶接トーチWT
がオシレート中心Ｃから右端R₀に移動している時は、前
述した動作とは逆に、アーク長B₀は一定値を保ちながら
ワイヤ突き出し長はA₀からA₁に減少し溶接電流値もI₀か
らI₁に増加する。したがって、オシレート中心Ｃと溶接
線W₀とが一致している時（以下、「位置ずれがない時」
という）は、溶接線W₀の両側の溶接電流値Ｉは左右対称
であり、かつオシレート往復とも同一電流値になってい
る。また同図（Ｃ）及び同図（Ｄ）は、それぞれ時間ｔ
（横軸）の経過に対する溶接電流値Ｉ及びオシレート位
置Ｐ（縦軸）の関係を示している。第３図は、オシレー
ト中心Ｃと溶接線W₀とがずれている場合（以下、「位置
ずれがある時」という）であって、溶接トーチWTがオシ
レートの左端L₁からオシレート中心Ｃをこえて右端R₁に
オシレートする間に、第２図の動作と同様にアーク長B₀
は一定値を保ちながら、ワイヤ突き出し長はA₃からA
₀（溶接線）に増加した後、A₀からA₄（オシレート中
心）をこえてさらにA₅まで減少する。したがって、位置
ずれがある時は、溶接線W₀の両側の溶接電流値Ｉは左右
非対称になるが、オシレート往復とも同一電流値となっ
ている。また同図（Ｃ）及び同図（Ｄ）は、それぞれ時
間ｔ（横軸）の経過に対する溶接電流値Ｉ及びオシレー
ト位置Ｐ（縦軸）の関係を示している。

以上は、従来の低周波オシレートの場合について第２図
及び第３図を使用した説明であるが、つぎに、公知の実
験式との関係について説明する。一般にアーク溶接のワ
イヤ溶融速度Vmは、次の式で示されている。

Vm＝ａ・Ia＋ｂ・Ａ・（Ia）^２ ……（１）ただし 1a:溶接電流の平均値 A:ワイヤ突き出し長 a,b,c:定数低周波オシレートではアーク長B₀は略一定であるので、
ワイヤ溶融速度Vmとワイヤ送給速度Vfとは等しくなり、
次式が成立する。

Vm＝Vf＝ｇただしｇは定数 ……（２）（１）式と（２）式からａ・Ia＋ｂ・Ａ・（Ia）^２＝Vm＝Vf＝ｇ ……（３）（３）式を時間ｔで微分して整理するとａ・dIa＋ｂ｛（Ia）^２・dA＋2A・Ia・dIa｝＝０ ……
（４）また溶接トーチWTの先端とワイヤ先端方向の被溶接物表
面との距離（以下、トーチ先端距離という）をＤとする
とＤ＝B₀＋Ａ ……（５）となる。アーク長B₀はワイヤ突き出し長Ａに比べて値が
小さくかつ略一定なので、Ｄ≒Ａなので、（３）式のＡ
にＤを代入して整理すると次式となる。

（６）式には時間の項が入っていないので、オシレート
位置により定まるトーチ先端距離Ｄによって溶接電流値
Iaが定まる。すなわち、溶接トーチがオシレート幅の左
端から右端（右方向）に移動中に通過するトーチ先端距
離Ｄと右端から左端（左方向）に移動中に通過するトー
チ先端距離Ｄとが同じ値になる時は、溶接トーチが左方
向に移動中か右方向に移動中か又は溶接線の左半分の位
置にあるのか右半分の位置にあるのかは関係がなく、溶
接電流値は同一値になることを示している。これは、前
述した第２図及び第３図の動作と同じことを意味してい
る。したがって、従来技術は、前述した第２図及び第３
図の動作又は（６）式に基ずいて、オシレートの右半分の溶接電流の積分値と左半分の溶
接電流の積分値とを比較することにより溶接線を認識す
る。

オシレートの右半分の特定した位置の溶接電流のピー
ク値と左半分の特定した位置の溶接電流のピーク値とを
比較することにより溶接線を認識する。

オシレート中の最小電流値の発生位置を溶接線と認識
する。

その他、以上の変形例又は組合せにより溶接線を認識
する。

ことが行われている。

このように、従来の0.2〜5Hzの低周波のオシレートで
は、オシレートの位置変化に対してワイヤの溶融速度の
変化が追従してアーク長B₀が略一定を維持することがで
きるのでワイヤ突き出し長Ａの変化又はトーチ距離の変
化に対して溶接電流値が追従して第２図及び第３図又は
（６）式に示す関係で変化するので、上述した〜の
制御方法で良好な溶接線倣い制御ができていた。

しかし、このような制御方法が次第に2.0mm程度の薄板
の水平隅肉溶接にも拡大使用されるようになったが、さ
らに1.6mm程度の薄板になると溶接速度が高速度になる
ために、オシレート周波数が従来の0.2〜5Hz程度では、
オシレートによる溶接ビードの蛇行が目立ち、それを防
ぐために、5Hz以上にオシレート周波数を高くする必要
が生じてきた。オシレート周波数が5Hz程度の周波数に
なると、第４図に示すように、オシレート位置の変化が
速くなるために、トーチ先端距離Ａ＋Ｂの変化に対応し
たワイヤの溶融速度Vmの追従が遅れてアーク長Ｂが変動
してしまい、溶接電流値Ｉの変化が前述した第２図及び
第３図又は（６）式が適用できなくなってくる。

すなわち、第４図（Ｂ）において、位置ずれがない時で
あって、溶接トーチWTがオシレートの左端L₀から右端R₀
に向かって移動するにしたがって、ワイヤ先端Waは同図
（Ｂ）に示すような曲線の軌跡を描く。このような軌跡
を描く理由は、オシレート周波数が5Hz程度の周波数に
なると、トーチ先端距離Ａ＋Ｂが次第に大になる時、ワ
イヤ溶融速度Vmの減少がオシレート位置の変化によるト
ーチ先端距離Ａ＋Ｂの変化に追従することができなくな
るので、アーク長Ｂを一定に維持することができず、第
４図（Ｂ）に示すように、アーク長が左端のB₀からB₂に
増加してオシレート中心Ｃを通過してB₃まで減少した
後、右端のB₀まで増加する。それに伴って、溶接電流値
は、同図（Ａ）に示すように、I₅から減少してオシレー
ト中心Ｃの時のI₆よりも、さらにI₇まで減少した後、右
端のI₅まで増加する。

次に、位置ずれがある時は、溶接トーチWTのオシレート
に伴って、ワイヤ先端Waは第５図（Ｂ）のような曲線の
軌跡を描き、それに伴って、溶接電流値は同図（Ａ）に
示すような軌跡を描くことが知られている。

このように、オシレート周波数が5Hz程度に近くなって
くると、オシレートの右半分と左半分との溶接電流値の
積分値、ピーク値、一周期の最小値等を比較する従来の
方式では、位置ずれに対応した顕著な変化が得られなく
なり、実用化への適用が困難になってきている。この点
を改良するために、右方向にオシレート中の溶接電流の
最小値と右端の電流値との差と、左方向にオシレート中
の溶接電流の最小値と左端の電流値との差とを比較して
溶接線を認識する方法、又は右方向にオシレート中の右
半分と左半分との溶接電流の積分値と、左半分にオシレ
ート中の右半分と左半分との溶接電流の積分値とを比較
して溶接線を認識する方法等が考案されている。しか
し、これらの改良もオシレート周波数が5Hz程度の低周
波までであって、それ以上の高周波では、後述するよう
に、オシレート位置に対する溶接電流値の軌跡がさらに
変化するために、検出して求めた比較値の差が少なくな
り、精度よく溶接線を検出することが困難になってきて
いる。

［発明が解決しようとする問題点］従来の0.5〜5Hz程度の低周波のオシレートにおける溶接
線倣い制御方法は、前述した第２図又は第３図の動作又
は（６）式の適用によって、オシレート位置に関係なく
アーク長B₀を一定と仮定しているので、オシレート位置
すなわちトーチ先端距離が、右方向のオシレートか左方
向のオシレートかに関係なく同一であれば、溶接電流値
が同一であることを前提とした制御又はそれを改良した
制御方法である。

したがって、従来の制御方法では、最大溶接速度は、水
平隅肉溶接では、120cm/minまで、重ね隅肉溶接では、8
0cm/min程度までであり、最小板厚は、水平隅肉溶接で
2.0mm、重ね隅肉溶接では3.2mmであった。さらに、従来
の制御方法では、立向き下進溶接では、溶接速度よりも
溶融金属の垂れ落ち速度の方が速いために実用困難であ
ること、スプレーアーク溶接用とショートアーク溶接用
とは共有することができず、別々の制御方法を使用しな
ければならなかった等の用途が限定されていた。そのた
めに、最近の自動車の各部の薄板の高速度溶接、立向溶
接の自動化の要求に対応できなくなってきている。

［問題点を解決するための手段］本発明は、溶接速度の高速化に伴って、オシレート周波
数を５〜7Hzの中間周波から、さらに７〜10Hzの高周波
に至るまでの各範囲において、オシレート位置すなわち
トーチ先端距離の変化に対応したワイヤ溶融速度の変化
の遅れ、さらに溶接電源から出力される溶接電流値の変
化の遅れ等の過渡現象を考慮にいれたオシレート位置と
溶接電流値との関係に基ずいて、オシレート中心Ｃと溶
接線W₀とのずれを検出する倣い制御方法を提案したもの
である。

本出願の第１の請求項は、溶接トーチをオシレートさせ
てアーク長及びワイヤ突き出し長の変化に伴う電気的変
化を検出し、前記検出信号により溶接トーチを溶接線に
倣わせる溶接線倣い制御方法において、前記溶接トーチ
がオシレート幅の右半分を右方向に進行している時に検
出した前記検出信号と左方向に進行している時に検出し
た前記検出信号とを比較する第１の比較信号及び前記溶
接トーチがオシレート幅の左半分を左方向に進行してい
る時に検出した前記検出信号と右方向に進行している時
に検出した前記検出信号とを比較する第２の比較信号と
を演算し、前記第１の比較信号と前記第２の比較信号と
の差が小さくなる方向に、溶接トーチのオシレート中心
を移動させる溶接線倣い制御方法についての発明であ
る。

本出願の第２の請求項は、溶接トーチをオシレートさせ
てアーク長及びワイヤ突き出し長の変化に伴う電気的変
化を検出し、前記検出信号により溶接トーチを溶接線に
倣わせる溶接線倣い制御方法において、前記溶接トーチ
がオシレート幅の右方向に進行している時のオシレート
右端で検出した前記検出信号と左方向に進行している時
のオシレート中心で検出した検出信号とを比較する第１
の比較信号及び溶接トーチがオシレート幅の左方向に進
行している時のオシレート左端で検出した検出信号と右
方向に進行している時のオシレート中心で検出した検出
信号とを比較する第２の比較信号とを演算し、前記第１
の比較信号と第２の比較信号との差が小さくなる方向
に、溶接トーチのオシレート中心を移動させる溶接線倣
い制御方法についての発明である。

［作用］以下、本発明の前提となるアーク長の変化に影響する溶
接電源及びアークの特性の過渡現象について検討する。

溶接電源の特性 Ea＝E₀-R・Ia-L（dIa/dt） ……（７） R:回路の抵抗値 L:回路のインダクタンス値（制御系の遅れ要素も含む） E₀:溶接電源の無負荷電圧平均値 Ea:溶接電圧平均値アークの特性 Ea＝E₁＋αIa＋β・Ｂ ……（８）Ｂはアーク長 E₁,α，βは定数ワイヤ溶融速度特性（２）式の変形及び（５）式から Vm＝Vf−（dA/dt）＝Vf＋（dB/dt）−（dD/dt） ……（９）（１）式，（５）式及び（７）式乃至（９）式から K₂（d²Ia/dt²）＋（K₁＋ｂ・K₂・I²a）（dIa/dt）＋｛ａ＋ｂ（Ｄ−K₀＋K₁Ia）Ia｝Ia ＝Vf−（dD/dt） ……（10）ただし、K₀＝（E₀−E₁）／β,K₁＝（Ｒ＋α）／β， K₂＝L/β 以上のとおり求めた（10）式を用いてシュミレートした
結果を、第６図乃至第９図に示す。第６図乃至第９図
は、それぞれオシレート周波数が超低周波0.5〜2Hz,低
周波２〜5Hz,中間周波５〜7Hz及び高周波７〜10Hzにお
ける溶接トーチのオシレート位置Ｐ（横軸）と溶接電流
の平均値Ｉ（縦軸）との関係を示す図である。

したがって、本発明を第７図乃至第９図に基ずいて、オ
シレート中心Ｃと溶接線W₀とのずれを確実に検出して溶
接トーチを溶接線に倣わせる制御方法を提案した。第７
図乃至第９図において、位置ずれがない時は、溶接電流
の平均値に最小値が存在しており、また位置ずれが小さ
い時も第５図に示すような曲線となりオシレート中に、
溶接電流の最小電流値を示す位置が存在している。しか
し、位置ずれが大きくなると、オシレート中に溶接電流
の最小電流値を示す位置が現れなくなっている。さら
に、オシレート周波数が７〜10Hzの高周波になると、２
〜5Hzの低周波の場合と溶接電流値の軌跡の方向が逆方
向になっている。

以上の検討結果をもとにした本発明の実施例を説明す
る。

［実施例］（１）請求項第１項の実施例実施例１第１の実施例は、請求項第１項に対する第１番目の実施
例であって、溶接トーチWTをオシレートさせてアーク長
及びワイヤ突き出し長の変化に伴う溶接電流の変化を検
出し、検出信号により溶接トーチを溶接線W₀に倣わせる
溶接線倣い制御方法において、溶接トーチがオシレート
幅の右半分を右方向に進行している時に検出した溶接電
流の積分値ΣRr（第１の検出信号）と左方向に進行して
いる時に検出した溶接電流の積分値ΣRl（第２の検出信
号）との比ΣRr/ΣRlの第１の比較信号R₁を演算し、次
に、溶接トーチがオシレート幅の左半分を左方向に進行
している時に検出した溶接電流の積分値ΣRl（第３の検
出信号）と右方向に進行している時に検出した溶接電流
の積分値ΣLr（第４の検出信号）との比ΣRL/ΣLrの第
２の比較信号L₁を演算し、これらの差の信号J₁＝R₁−L₁
が小さくなる方向に溶接トーチのオシレート中心を移動
させる溶接線倣い制御方法である。

次に、オシレート周波数が２〜5Hzの低周波、５〜7Hzの
中間周波及び７〜10Hzの高周波の時のオシレート位置と
溶接電流値との関係について、第５図及び第７図乃至第
９図を使用して説明する。なお、いずれの周波数の場合
も位置ずれがない時は、第１の比較信号Ｒと第２の比較
信号Ｌとは一致してＲ＝Ｌとなりオシレート中心は移動
しないので、以下の実施例において説明を省略する。

低周波及び中間周波オシレート第７図（Ａ）において、R₁＝ΣRr/ΣRl＞1,L₁＝ΣLl/Σ
Lr＜１であるので、R₁−L₁＞０となり、オシレート中心
Ｃが溶接線W₀に対して右にずれているので、オシレート
中心を左方向に移させる。同図（Ｃ）において、同図
（Ａ）とは逆に、R₁＝ΣRr/ΣRl＜1,L₁＝ΣLl/ΣLr＞１
であるので、R₁−L₁＜０となり、オシレート中心Ｃが溶
接線W₀に対して左にずれているので、オシレート中心を
右に移動させる。

第８図（Ａ）において、R₁＝ΣRr/ΣRl≒1,L₁＝ΣLl/Σ
Lr＜１であるので、R₁−L₁＞０となり、以下第７図
（Ａ）と同様である。また第８図（Ｃ）において、R₁＝
ΣRr/ΣRl＜1,L₁＝ΣLl/ΣLr≒１であるので、R₁−L₁＜
０となり、以下第７図（Ｃ）と同様である。

高周波オシレート第９図（Ａ）において、R₁＝ΣRr/ΣRl＜1,L₁＝ΣLl/Σ
Lr＞１であるので、R₁−L₁＜０となり、第７図（Ａ）の
R₁−L₁＞０とは逆符号になっているが、オシレート中心
Ｃが溶接線W₀に対して右にずれているので、オシレート
中心を左方向に移動させる。同図（Ｃ）においては、R₁
−L₁＞０となり、第７図（Ｃ）のR₁−L₁＜０とは逆符号
になっているが、オシレート中心Ｃが溶接線W₀に対して
左にずれているので、オシレート中心を右方向に移動さ
せる。

位置ずれが小さい場合位置ずれが小さい場合は、第７図（Ａ）の溶接電流軌跡
は第５図（Ａ）に示す軌跡を描く。この場合において
も、R₁＝ΣRr/ΣRl＞1,L₁＝ΣLl/ΣLr＞１であるが、Ir
＞Ilであるので、R₁−L₁＞０となり、、以下、第７図
（Ａ）と同様である。第５図（Ｃ）において逆の方向の
位置ずれが小さい場合も、第７図（Ｃ）と同様にR₁−L₁
＜０になる。後述する各実施例において、位置ずれが小
さい場合は、通常の位置ずれが大きい場合と同様である
ので説明を省略する。

実施例２第２の実施例は、請求項第１項に対する第２番目の実施
例であって、第１の実施例において、第１の検出信号Σ
Rrと第２の検出信号ΣRlとの差（ΣRr−ΣRl）の第１の
比較信号R₂を求め、次に、第３の検出信号ΣLlと第４の
検出信号ΣLrとの差（ΣLl−ΣLr）の第２の比較信号L₂
を求めて、これらの差の信号J₂＝R₂−L₂が最小値になる
ように溶接トーチのオシレート中心を移動させる溶接線
倣い制御方法である。

第１の実施例と同様に第７図乃至第９図を使用して説明
する。

低周波及び中間周波オシレート第７図（Ａ）において、R₂＝ΣRr−ΣRl＞0,L₂＝ΣLl−
ΣLr＜０であるので、R₂−L₂＞０となり、以下、第１の
実施例と同様である。同図（Ｃ）において、R₂＝ΣRr−
ΣRl＜0,L₂＝ΣLl−ΣLr＞０なので、R₂−L₂＜０とな
り、以下、第１の実施例と同様である。

第８図（Ａ）において、R₂＝ΣRr−ΣRl≒0,L₂＝ΣLl−
ΣLr＜０であるので、R₂−L₂＞０となり、以下第７図
（Ａ）と同様である。また第８図（Ｃ）において、R₁＝
ΣRr−ΣRl＜0,L₂＝ΣLl−ΣLr≒０であるので、R₁−L₁
＜０となり、以下第７図（Ｃ）と同様である。

高周波オシレート第９図（Ａ）においてR₂＝ΣRr−ΣRl＜0,L₂＝ΣLl−Σ
Lr＞０であるので、R₂−L₂＜０となり、以下、第１の実
施例と同様である。同図（Ｃ）において、R₂＝ΣRr−Σ
Rl＞0,L₂＝ΣLl−ΣLr＜０であるので、R₂−L₂＞０とな
り、以下、第１の実施例と同様である。

実施例３第３の実施例は、請求項第１項に対する第３番目の実施
例であって、溶接トーチWTをオシレートさせてアーク長
及びワイヤ突き出し長の変化に伴なう溶接電流の変化を
検出し、検出信号により溶接トーチを溶接線W₀に倣わせ
る溶接線倣い制御方法において、溶接トーチがオシレー
ト幅の右半分を右方向に進行している時の予め定めた位
置（例えば中間位置）で検出した溶接電流値Rr（第１の
検出信号）と左方向に進行している時の上記予め定めた
位置で検出した溶接電流値Rl（第２検出信号）との比の
Rr/Rlの第１の比較信号R₃を演算し、次に、溶接トーチ
がオシレート幅の左半分を左方向に進行している時の予
め定めた位置（例えば中間位置）で検出した溶接電流値
Ll（第３の検出信号）と右方向に進行している時の前記
予め定めた位置（例えば中間位置）で検出した溶接電流
値Lr（第４の検出信号）との比Ll/Lrの第２の比較信号L
₃を演算して、これらの差の信号J₃＝R₃−L₃が小さくな
る方向に溶接トーチのオシレート中心を移動させる溶接
線倣い制御方法である。

低周波及び中間周波オシレート第７図（Ａ）において、R₃＝Rr/Rl＞1,L₃＝Ll/Lr＜１で
あるので、R₃−L₃＞０となり、以下、第１の実施例と同
様である。同図（Ｃ）において、R₃＝Rr/Rl＜1,L₃＝Ll/
Lr＞1,R₃−L₃＜０となり、以下、第１の実施例と同様で
ある。

第８図（Ａ）及び同図（Ｃ）において、それぞれR₃≒0,
L₃≒０になるが、上記と同様である。

高周波オシレート第９図（Ａ）においてR₃＝Rr/Rl＜1,L₃＝Ll/Lr＞１であ
るので、R₃−L₃＜０となり、以下、第１の実施例と同様
である。同図（Ｃ）において、R₃＝Rr/Rl＞1,L₃＝Ll/Lr
＜１であるので、R₃−L₃＞０となり、以下、第１の実施
例と同様である。

実施例４第４の実施例は、請求項第１項に対する第４番目の実施
例であって、第３の実施例において、第１の検出信号Rr
と第２の検出信号Rlとの差（Rr−Rl）の第１の比較信号
R₄を求め、次に、第３の検出信号Llと第４の検出信号Lr
との差（Ll−Lr）の第２の比較信号L₄を求めて、これら
の差の信号J₄＝R₄−L₄が最小値になるように溶接トーチ
のオシレート中心を移動させる溶接線倣い制御方法であ
る。

低周波及び中間周波オシレート第７図（Ａ）において、R₄＝Rr−Rl＞0,L₄＝Ll−Lr＜０
であるので、R₄−L₄＞０となり、以下、第１の実施例と
同様である。同図（Ｃ）において、R₄＝Rr−Rl＜0,L₄＝
Ll−Lr＞０であるので、R₄−L₄＜０となり、以下、第１
の実施例と同様である。

第８図（Ａ）及び同図（Ｃ）において、それぞれR₄≒0,
L₄≒０になるが、上記と同様である。

高周波オシレート第９図（Ａ）においてR₄＝Rr−Rl＜0,L₄＝Ll−Lr＞０で
あるので、R₄−L₄＜０となり、以下、第１の実施例と同
様である。同図（Ｃ）において、R₄＝Rr−Rl＞0,L₄＝Ll
−Lr＜０であるので、R₄−L₄＞０となり、以下、第１の
実施例と同様である。

実施例５第５の実施例は、請求項第１項に対する第５番目の実施
例であって、第６図に示すように、オシレート周波数が
２〜5Hzの低周波の時と７〜10Hzの高周波の時とで、オ
シレート方向に対して溶接電流値の軌跡が逆回転方向に
なっている。すなわち、２〜5Hzの低周波の時は、オシ
レート右端において右廻りをし、オシレート左端におい
て左廻り（以下、正回転という）をしているのに対し
て、７〜10Hzの高周波の時は、逆に、オシレート右端に
おいて左廻りをし、オシレート左端において右廻り（以
下、逆回転という）をしている。

したがって、本実施例は、オシレート周波数を低周波２
〜5Hzから高周波７〜10Hzまでを共用する場合であっ
て、6Hz付近で、前述した第１乃至第４の実施例におい
て、第１の比較信号Ｒと第２の比較信号Ｌとの各々の信
号又は差の信号の極性を切替えることにある。

オシレート周波数が７〜10Hzの高周波になると、溶接電
流値の軌跡が逆回転方向になる理由は、（７）式の溶接
電源の特性の式において、Ｌ（dIa/dt）の回路のインダ
クタンスの影響によって溶接電流の時間的変化が、
（９）式のワイヤ溶融速度特性の変化に追従できなくな
るためである。

すなわち、第10図において、同図（Ａ）は溶接トーチの
オシレート中心Ｃと溶接線W₀とが一致している時（位置
ずれがない時）のオシレート位置と被溶接物の位置との
関係を示す図であり、同図（Ｂ）は時間経過ｔに対する
オシレート位置Ｐを示す図、同図（Ｃ）乃至（Ｆ）はオ
シレート周波数がそれぞれ0.5Hz,5Hz,7Hz及び10Hzの時
のオシレート位置Ｐに対する溶接電流値Ｉの変化の軌跡
を示す線図であり、同図（Ｇ）乃至（Ｊ）は時間経過ｔ
に対する溶接電流値Ｉの変化を示している。オシレート
周波数が例えば0.5Hzの超低周波の時は、図（Ｂ）に示
すオシレート位置が右端のオシレート幅最大の位置R₀に
ある時、同図（Ｇ）に示す溶接電流値も最大のI₅となり
両者は同位相にある。

オシレート周波数が0.5Hzの超低周波よりも増加して5Hz
の低周波になると、第４図（Ａ）及び（Ｂ）で説明した
ように、トーチ先端距離の変化にワイヤ溶融速度の変化
が追従できなくなり、アーク長が変化して溶接電流値が
変化するために、第10図（Ｈ）に示すように、溶接電流
値の最大位置I₅は、右端のオシレート幅の最大オシレー
ト位置R₀に対してΘ_１だけ速い位置（進んだ位置）にな
る。したがって、同図（Ｂ）と同図（Ｈ）とを合成して
時間ｔの成分を消去すると、オシレート位置に対する溶
接電流の軌跡は、同図（Ｄ）に示す回転方向（正回転）
となる。

次に、オシレート周波数が7Hz程度の中間周波になる
と、電源回路のインダクタンスの影響が現れ、同図
（Ｉ）に示すように、溶接電流値Ｉの最大位置I₅がオシ
レート幅最大のオシレート位置R₀に対して5Hzの低周波
の場合よりも遅れて、両者は同位相になる。したがっ
て、同図（Ｂ）と同図（Ｉ）とを合成して時間ｔの成分
を消去すると、オシレート位置に対する溶接電流の軌跡
は、同図（Ｅ）に示すようにオシレート往復ともほとん
ど一致する。なお、位置ずれが発生した時は、前述した
第８図（Ａ）及び（Ｃ）に示すとおりの溶接電流軌跡と
なる。

さらに、オシレート周波数が10Hz程度の高周波になる
と、電源回路のインダクタンスの影響が大となり、溶接
電流値Ｉの最大位置I₅がオシレート幅最大のオシレート
位置R₀に対して7Hzの場合よりもさらに遅れて、同図
（Ｊ）に示すように、溶接電流値の最大位置I₅は、オシ
レート位置が右端のオシレート幅の最大の位置R₀に対し
てΘ_２だけ遅い位置（遅れた位置）になる。したがっ
て、同図（Ｂ）と同図（Ｊ）とを合成して時間ｔの成分
を消去すると、オシレート位置に対する溶接電流の軌跡
は、同図（Ｆ）に示すように、5Hzの場合の（Ｄ）図の
場合とは逆の回転方向（逆回転）となる。

第11図は溶接電源の回路インダクタンス［mH］（横軸）
とオシレート周波数［Hz］（縦軸）との関係を示すグラ
フである。同図において、例えば、回路インダクタンス
が0.25［mH］の時は、溶接電流軌跡が逆回転になるオシ
レート周波数が6.5［Hz］であるのに対して、回路イン
ダクタンスが1.0［mH］に増加すると逆回転になるオシ
レート周波数は、3.0［Hz］まで低下することを示して
いる。

（２）請求項第２項の実施例請求項第１項の構成においては、オシレート周波数が２
〜5Hzの低周波から７〜10Hzの高周波の範囲まで、溶接
電流の軌跡がオシレート方向によって差異が発生するこ
とを利用して、オシレート中心と溶接線との位置ずれを
検出している。したがって、オシレート周波数が2Hz未
満の超低周波になると、アーク長が一定値を維持して溶
接電流値がオシレート方向によって差異を生じなくなる
ので、オシレート中心と溶接線との位置ずれの検出がで
きなくなる。

そこで、請求項の第２項は、オシレート方向によって溶
接電流の軌跡に差を生じない従来の低周波オシレートの
技術とオシレート方向によって溶接電流の軌跡に差が生
じる低周波から高周波の範囲の請求項第１項の技術とを
組み合わせて、超低速度から高周波まで共用できる溶接
線倣い制御方法を提供したものである。

実施例６第６の実施例は、第２の請求項に対する第１番目の実施
例であって、溶接トーチWTをオシレートさせてアーク長
及びワイヤ突き出し長の変化に伴う溶接電流の変化を検
出し、検出信号により溶接トーチを溶接線W₀に倣わせる
溶接線倣い制御方法において、溶接トーチがオシレート
幅の右方向に進行している時のオシレート右端で検出し
た溶接電流値Re（第１の検出信号）と左方向に進行して
いる時のオシレート中心で検出した溶接電流値Cl（第２
の検出信号）との比のRe/Clの第１の比較信号R₆を演算
し、次に、溶接トーチがオシレート幅の左方向に進行し
ている時のオシレート左端で検出した溶接電流値Le（第
３の検出信号）と右方向に進行している時のオシレート
中心で検出した溶接電流値Cr（第４の検出信号）との比
Le/Crの第２の比較信号L₆を演算し、これらの差の信号J
₆＝R₆−L₆が小さくなる方向に溶接トーチのオシレート
中心を移動させる溶接線倣い制御方法である。なお、前
述した検出精度の向上のために、第１及び第２の比較信
号を、低周波の時はR₆＝Re/Cl及びL₆＝Le/Crとし、高周
波の時はR₆＝Re/Cr及びL₆＝Le/Clに切り替えるようにし
てもよい。

オシレート周波数が0.5〜2Hzの超低周波から７〜10Hzの
高周波まで共用できる実施例について、第６図乃至第９
図を使用して説明する。

超低周波オシレート第６図（Ａ）において、R₆＝Re/Cl＞1,L₆＝Le/Cr＜１で
あるので、R₆−L₆＞０となり、以下、第１の実施例と同
様である。同図（Ｃ）において、R₆＝Re/Cl＜1,L₆＝Le/
Cr＞１であるので、R₆−L₆＜０となり、以下、第１の実
施例と同様である。

低周波及び中間周波オシレート第７図（Ａ）において、R₆＝Re/Cl＞1,L₆＝Le/Cr＜１で
あるので、R₆−L₆＞０となり、以下、第１の実施例と同
様である。同図（Ｃ）において、R₆＝Re/Cl＜1,L₆＝Le/
Cr＞１であるので、R₆−L₆＜０となり、以下、第１の実
施例と同様である。

第８図（Ａ）及び同図（Ｃ）において、それぞれL₆≒1,
R₆≒１になるが、上記と同様である。

高周波オシレート第９図（Ａ）において、R₆＝Re/Cl＞1,L₆＝Le/Cr≒１で
あるので、R₆−L₆＞０となり、以下、第７図の場合と同
様になる。同図（Ｃ）において、R₆＝Re/Cl≒1,L₆＝Le/
Cr＞１であるので、R₆−L₆＜０となり、以下、第７図の
場合と同様になる。なお、高周波オシレートの場合、Cr
とClとを切換えることにより、Re/Clの比及びLe/Crの比
よりもRe/Crの比及びLe/Clの比が大きくなるので精度を
向上させることができる。

実施例７第７の実施例は、請求項第２項に対する第２番目の実施
例であって、実施例６において、第１の検出信号Reと第
２の検出信号Clとの差（Re−Cl）を求め、次に第３の検
出信号Leと第４の検出信号Crとの差（Le−Cr）を求め
て、これらの差の信号J₇＝R₇−L₇が最小値になるように
溶接トーチのオシレート中心を移動させる溶接線倣い制
御方法である。

なお、前述した検出精度の向上のために、第１及び第２
の比較信号を、低周波の時はR₇＝Re−Cl及びL₇＝Le−Cr
とし、高周波の時はR₇＝Re−Cr及びL₇＝Le−Clに切換え
るようにしてもよい。

第６の実施例と同様に、第６図乃至第９図を使用して説
明する。

超低周波オシレート第６図（Ａ）において、R₇＝Re−Cl＞0,L₇＝Le−Cr＜0,
R₇−L₇＞０となり、以下、第１の実施例と同様である。
同図（Ｃ）において、R₇＝Re−Cl＜0,L₇＝Le−Cr＞0,R₇
−L₇＜０となり、以下、第１の実施例と同様である。

低周波及び中間周波オシレート第７図（Ａ）において、R₇＝Re−Cl＞0,L₇＝Le−Cr＜0,
R₇−L₇＞０となり、以下、第１の実施例と同様である。
同図（Ｃ）において、R₇＝Re−Cl＜0,L₇＝Le−Cr＞0,R₇
−L₇＜０となり、以下、第１の実施例と同様である。

第８図（Ａ）及び同図（Ｃ）において、それぞれL₆≒0,
R₆≒０になるが、上記と同様である。

高周波オシレート第９図において、R₇＝Re−Cl＞0,L₇＝Le−Cr≒0,R₇−L₇
＞０となり、以下、第７図の場合と同様になる。同図
（Ｃ）において、R₇＝Re−Cl≒0,L₇＝Le−Cr＞0,R₇−L₇
＜０となり、以下、第７図の場合と同様になる。なお、
高周波オシレートの場合、ClとCrとを切換えることによ
り、Re−Clの差及びLe−Crの差よりもRe−Crの差及びLe
−Clの差が大きくできるので精度を向上させることがで
きる。

（３）本発明の制御方法を実施するための装置第14図は、本発明の制御方法を適用してアーク溶接する
ための装置全体の概略構成図である。

第１図（Ａ）は、請求項第１項及び第２項の溶接線倣い
制御方法を実施する装置の実施例のブロックを示す。

第１図において、１は溶接ロボット本体、WTは溶接ロボ
ットに手首に取り付けられた溶接トーチ、Ｗは消耗電
極、Waは消耗電極先端、We及びWrはそれぞれ左側の被溶
接物及び右側の被溶接物であって両者の突き合わせ線が
溶接線W₀を形成している。溶接トーチWTと被溶接物との
間には、溶接電流検出回路10を通じて溶接電源９が接続
されいる。８はロボットの溶接トーチ位置制御回路であ
って、溶接トーチWTの移動及び矢印L₀及びR₀の方向のオ
シレート動作を制御すると共に、溶接トーチWTの位置を
検出するエンコーダの出力信号を入力としてトーチ位置
パルス列信号S₈を出力する。11はトーチ位置パルス列信
号S₈を入力として第１図（Ｂ）に示すオシレート位置検
出信号S₁₁を出力する溶接トーチ位置検出回路である。1
8はオシレート位置検出信号S₁₁を順次にメモリするオシ
レート用記憶回路である。19は、オシレート用記憶回路
18から、最新の信号よりも前のオシレートＮ周期分の信
号を読み出し低周波ノイズ及びドリフトを除去するオシ
レート用フィルタ回路である。20は溶接電流検出回路10
が検出した溶接電流に対応した信号S₁₀を順次にメモリ
する溶接電流用記憶回路である。12は、記憶回路20か
ら、オシレート各位置に対応した最新の信号よりも前の
オシレートＮ周期分の信号を読み出し高周波ノイズを除
去して第１図（Ｃ）に示す溶接電流Ｉに対応する電流フ
ィルタ信号S₁₂を出力する溶接電流用フィルタ回路であ
る。13は、位置フィルタ信号S₁₉と電流フィルタ信号S₁₂
とを入力として、第１図（Ｄ）に示すオシレート位置に
対する溶接電流の変化を示す波形信号S₁₃を出力する位
置・電流波形合成回路である。14は波形信号S₁₃を入力
としてオシレート幅の右半分を右方向に進行していると
き（以下、右進時という）に検出した溶接電流検出信号
（第１の検出信号）と左方向に進行している時（以下、
左進時とい）に検出した溶接電流検出信号（第２の検出
信号）とを比較して第１図（Ｅ）に示す第１の比較信号
Ｒを出力する右位置電流差演算回路である。15は波形信
号S₁₃を入力としてオシレート幅の左半分を左進時に検
出した溶接電流検出信号（第３の検出信号）と右進時に
検出した溶接電流検出信号（第４の検出信号）とを比較
して第１図（Ｆ）に示す第２の比較信号Ｌを出力する左
位置電流差演算回路である。16は第１の比較信号Ｒと第
２の比較信号Ｌとの差の左右電流信号Ｊ＝Ｒ−Ｌを出力
する左右電流差演算回路である。26は、左右電流差信号
Ｊを入力として、関数Ｆ（Ｊ）から、溶接線中心位置の
ずれ方向とずれ量とを表わす信号（以下、位置ずれ信号
という）Ｚを出力する位置ずれ演算回路である。17は位
置ずれ信号Ｚを入力として、倣い操作量Ｑを演算するオ
シレート中心位置補正回路である。25は、倣い操作量Ｑ
を入力として、オシレート中心位置を修正する中心位置
補正信号S₁₇を前述したロボットの溶接トーチ位置制御
回路８に出力する通信ドライバである。

第14図において、第１図と同一の符号の説明は省略す
る。同図において、２はロボット制御装置であって、第
１図（Ａ）の溶接トーチ位置検出回路11及びトーチ位置
制御回路８を含んでいる。３は、倣い制御装置であっ
て、第１図（Ａ）で説明した符号12乃至26の各回路を含
んでいる。21は、トーチ位置検出回路11の一部分を形成
するエンコーダ信号累積カウンタであって、オシレート
位置に対応するエンコーダ信号を累積して累積カウンタ
21のカウント値を後述するCPUに読込む。23は、CPUであ
って、第１図（Ａ）で説明した符号12乃至17,19及び26
の各回路を形成する。24は主記憶回路であって、その領
域の一部分に、第１図（Ａ）の符号18及び20の回路を形
成する。10は溶接電流検出回路であって、電流検出ホー
ル素子10a,増幅回路10b,サンプリングホールド回路10c
及びA/Dコンバータ10dより構成される。

上述した右位置電流差演算回路14及び左位置電流差演算
回路15は、前述した各実施においては次の演算を行う。

第１の実施例演算回路14は、波形信号S₁₃を入力として、溶接トーチ
がオシレート幅の右半分を右進時に検出した溶接電流の
積分値ΣRr（第１の検出信号）と左進時に検出した溶接
電流の積分値ΣRl（第２の検出信号）との比ΣRr/ΣRl
の第１の比較信号R₁を出力する。

演算回路15は、波形信号S₁₃を入力として、溶接トーチ
のオシレート幅の左半分を左進時に検出した溶接電流の
積分値ΣLl（第３の検出信号）と右進時に検出した溶接
電流の積分値ΣLr（第４の検出信号）との比ΣLl/ΣLr
の第２の比較信号L₁を出力する。

第２の実施例演算回路14は、第１の実施例において、第１の検出信号
ΣRrと第２の検出信号ΣRlとの差（ΣRr−ΣRl）の第１
の比較信号R₂を出力する。演算回路15は、第１の実施例
において、第３の検出信号ΣLlと第４の検出信号ΣLrと
の差（ΣLl−ΣLr）の第２の比較信号L₂を出力する。

第３の実施例演算回路14は、波形信号S₁₃を入力として、溶接トーチ
がオシレート幅の右半分を右進時の中間位置で検出した
溶接電流信号Rr（第１の検出信号）と左進時の中間位置
で検出した溶接電流信号Rl（第２の検出信号）との比Rr
/Rlの第１の比較信号R₃を出力する。演算回路15は、波
形信号S₁₃を入力として溶接トーチがオシレート幅の左
半分を左進時の中間位置で検出した溶接電流信号Ll（第
３の検出信号）と右進時の中間位置で検出した溶接電流
信号Lr（第４の検出信号）との比Ll/Lrの第２の比較信
号L₃を出力する。

第４の実施例演算回路14は、第３の実施例において、第１の検出信号
Rrと第２の検出信号Rlとの差（Rr−Rl）の第１の比較信
号R₄を出力する。演算回路15は、第３の実施例におい
て、第３の検出信号Llと第４の検出信号Lrとの差（Ll−
Lr）の第２の比較信号L₄を出力する。

第５の実施例第５の実施例は、第１乃至第４の実施例において、オシ
レート周波数が７〜10Hzの高周波の時に、第１の比較信
号Ｒと第２の比較信号Ｌとの極性を互に逆にした場合で
ある。

第６の実施例演算回路14は、波形信号S₁₃を入力として、溶接トーチ
の右進時のオシレート右端で検出した溶接電流値Re（第
１の検出信号）と左進時のオシレート中心で検出した溶
接電流値Cl（第２の検出信号）との比Re/Clの第１の比
較信号R₆を出力する。演算回路15は、波形信号S₁₃を入
力として、溶接トーチの左進時のオシレート左端で検出
した溶接電流値Le（第３の検出信号）と右進時のオシレ
ート中心で検出した溶接電流値Cr（第４の検出信号）と
の比Le/Crの第２の比較信号L₆を出力する。なお、高周
波のオシレートの場合に、前述した検出精度の向上のた
めに、第１の比較信号R₆としてRe/Crを出力し、第２の
比較信号Le/Clを出力するようにしてもよい。

第７の実施例演算回路14は、第６の実施例において、第１の検出信号
Reと第２の検出信号Clとの差（Re−Cl）の第１の比較信
号R₇を出力する。演算回路15は、第６の実施例におい
て、第３の検出信号Leと第４の検出信号Crとの差（Le−
Cr）の第２の比較信号L₇を出力する。なお、前述した検
出精度の向上のために、高周波のオシレートの場合に、
第１の比較信号R₇として（Re−Cr）を出力し、第２の比
較信号として（Le−Cl）を出力するようにしてもよい。

その他の変形例本発明の倣い制御方法は、以上の実施例に限定されるも
のではなく、請求項に含まれる各種の変形、例えば溶接
トーチをオシレートさせてアーク長及びワイヤ突き出し
長の変化に伴う電気的変化であれば、溶接電流の平均
値、サンプリングした溶接電流のディジタル信号、ショ
ートアーク溶接のアーク期間又は短絡期間の電圧又は電
流、パルスアークのベース期間の電流又は電圧等を使用
することができる。

（４）サンプリングの動作説明第１図及び第14図に示す倣い制御装置３のサンプリング
動作について説明する。

トーチ位置及び溶接電流のサンプリング周期溶接トーチWTの各オシレート位置のデータ及びその各オ
シレート位置に対応した溶接電流値のデータをサンプリ
ングする周期を定めるクロック信号の周波数Fsは、ショ
ートアーク溶接における短絡時又はパルスアーク溶接に
おけるパルス電流とベース電流との変化時における溶接
電流波形の微細な変化を、正確にサンプリングできるよ
うにするために、10〜15KHzの高い周波数を選定する。

オシレート中心位置補正の周期オシレート中心位置補正の周期（以下、位置補正周期と
いう）Tdを短くすると、溶接トーチと溶接線との位置ず
れを微細に制御することができるが、この位置補正周期
Tdは１回の位置補正演算時間Tcよりも小さくすることは
できない。逆に、位置補正周期Tdを長くすると、倣い制
御のための演算時間を長くとることができるので、１回
のオシレート中心位置補正に処理できるデータ数を大き
くすることができ、信頼性を向上させることができる。

そこで、位置補正周期Tdとしては、位置補正周期Tdの間
に溶接トーチが溶接線方向に移動するる距離Ldとする
と、溶接トーチの溶接線方向への移動速度（溶接速度）
Vdの設定値に対して、移動距離Ldが略一定となり、かつ
位置補正周期Tdが、１回の位置補正演算時間Tcよりも長
くなる値を選定する。すなわち、TdはLd/Vd又はTcのい
ずれかの最大値を選定すればよい。

溶接トーチ位置及び溶接電流検出信号の記憶溶接トーチ位置検出信号S₁₁及び溶接電流検出信号S
₁₀は、主記憶回路24の領域の一部分をしめるバッファに
記憶される。ここで使用するバッファは、バッファの最
終アドレスの次のアドレスが、先頭のアドレスに戻るリ
ングバッファ18a及び20aに、バッファのどの位置にデー
タを書き込み（読み出し）するかという情報（以下、リ
ングバッファポインタという）によって書き込み・読み
出しが行われる。

サンプリング動作の流れ図第15図に、オシレート位置検出信号S₁₁及び溶接電流検
出信号S₁₀をサンプリングしてリングバッファ18a及び20
aに書き込むサンプリング動作の流れ図を示す。

電源の投入時に、オシレート用記憶回路18及び溶接電
流用記憶回路20を初期化する。

倣い制御の開始時に、図示していない検出信号サンプ
リング用クロック信号のクロックカウンタをリセットす
る。

倣い制御開始とともににサンプリング用クロック信号
を起動する。

トーチ位置検出回路11のエンコーダが検出したエンコ
ーダ信号を、エンコーダ信号累積カウンタ21で累積して
一連のオシレート位置検出信号S₁₁をCPUに読込む。

CPUに読込んだ第16図（Ａ）に示す一連のオシレート
位置検出信号S₁₁を、主記憶回路24のオシレート用リン
グバッファ18aに、リングバッファポインタが指示する
位置に記憶する。

溶接電流検出回路10の溶接電流検出信号S₁₀を、第14
図に示すA/Dコンバータ10dでディジタル信号に変換して
CPUに読込む。

CPUに読込んだ第17図（Ａ）に示す一連の溶接電流検
出信号S₁₀を、主記憶回路24の溶接電流用リングバッフ
ァ20aに、リングバッファポインタが指示する位置へ記
憶する。

リングバッファポインタを進め、第１図及び第14図に
図示していないクロックカウンタを１だけ増加させ、ク
ロックカウンタのカウント値が設定値Ｍに達するまでサ
ンプリングを繰り返す。（設定値Ｍは、例えば、前述し
たサンプリングのクロック信号の周波数Fsと位置補正周
期Tdとの積である。）クロックカウンタ値がＭに達すると、クロックカウン
タをリセットするとともに、倣い制御演算開始の指令を
出力した後、サンプリングを繰り返す。

サンプリングを継続しないときは、サンプリングクロ
ック信号を停止して倣い制御を終了する。

（５）フィルタの動作説明オシレート用フィルタ第16図（Ａ）に示す一連のオシレート位置検出信号S
₁₁を記憶しているオシレート用リングバッファ18aか
ら、リングバッファポインタが指令する最新のオシレー
ト位置検出信号S₁₁よりも前のオシレートＮ周期（例え
ば１周期）の一連のオシレート位置信号（以下、データ
Xmという）を読み出し、オシレート用バッファ18bに記
憶する（16図（Ｂ）参照）。

オシレート用バッファ18bに記憶されたデータXmを、
オシレート用フィルタ回路19に出力して低周波ノイズ及
びドリフトを取り除き、第16図（Ｃ）に示す位置フィル
タ信号S₁₉（以下、データＸという）を出力する。

溶接電流用フィルタ第17図（Ａ）に示す溶接電流検出信号S₁₀を記憶して
いる溶接電流用リングバッファ20aから、リングバッフ
ァポインタが指令する最新の電流信号S₂₀₁よりも前のオ
シレートＮ周期（例えば１周期）の一連の溶接電流信号
（以下、データYmという）を読み出し、溶接電流用バッ
ファ20bに記憶する（第17図（Ｂ）参照）。

溶接電流用バッファ20bに記憶されたデータYmを、溶
接電流用フィルタ回路12に出力して高周波ノイズを取り
除き、第17図（Ｃ）に示す電流フィルタ信号S₁₂（以
下、データＹという）を出力する。

オシレート用フィルタ回路の動作説明第18図（Ａ）乃至（Ｄ）を参照してオシレート用フィル
タ回路19の動作を説明する。

同図（Ａ）に示すように、オシレート用バッファ18b
から読み出されたデータXmの最初の信号値と最後（最
新）の信号値S₁₁₁とを直線で結び、その直線をオシレー
ト位置の零点となるように、同図（Ｂ）のとおり変換す
る。

さらに、同図（Ｂ）のデータの最大値Xlと最小値Xsと
の平均値Xa（同図（Ｃ））が、オシレート位置の零点と
なるように、同図（Ｄ）のとおり変換する。

溶接電流用フィルタ回路の動作原理第19図の実線は、溶接電流用リングバッファ回路20aの
一連の電流バッファ信号S₂₀（データYm）の時間的経過
ｔを示す。同図において、データＹの平滑化時間Ta（10
〜50msec）の間のＵ個のデータの移動平均を演算する。

このときの移動平均個数Ｕは、バッファ信号の平滑化時
間Taとサンプリング用クロック信号周波数Fsとの積であ
り、時刻T₁における移動平均値Ytは、次の式で表わさ
れ、第19図の点線のようになる。

（６）位置補正信号の演算第16図（Ｃ）に示す位置フィルタ信号S₁₉（データ
Ｘ）と第17図（Ｃ）に示す電流フィルタ信号S₁₂（デー
タＹ）とを、位置・電流波形合成回路13に入力して、第
20図に示す波形信号S₁₃を形成する。

右位置電流差演算回路14は、波形信号S₁₃を入力とし
て、第21図（Ｂ）に示す溶接トーチがオシレート幅の右
半分を右進する時の電流データのディジタル値の総和Σ
Rrと、同図（Ｃ）に示す右半分を左進する時の電流デー
タのディジタル値の総和ΣRlとの差である第１の比較信
号R₈＝ΣRr−ΣRlを演算する（第21図（Ａ）参照）。

なお、第21図（Ａ）乃至（Ｃ）及び第22図（Ａ）乃至
（Ｃ）の横軸は、オシレート位置Ｐに対応する位置フィ
ルタ信号S₁₉を表わし、縦軸は溶接電流値Ｉに対する電
流フィルタ信号S₁₂を表わす。

左位置電流差演算回路15は、波形信号S₁₃を入力とし
て、第22図（Ｂ）に示す溶接トーチがオシレート幅の左
半分を左進する時の電流データのディジタル値の総和Σ
Llと、同図（Ｃ）に示す左半分を右進す時の電流データ
のディジタル値の総和ΣLrとの差である第２の比較信号
L₈＝ΣLl−ΣLrを演算する（第22図（Ａ）参照）。

左右電流差演算回路16は、第１の比較信号R₈と第２の
比較信号L₈との差の信号Ｊ＝R₈−L₈を演算する。

位置ずれ演算回路26は、差の信号Ｊを変数とする関数
Ｆ（Ｊ）から、溶接線中心位置ずれの方向と量とを表わ
す信号Ｚ＝Ｆ（Ｊ）を出力する。

関数Ｆ（Ｊ）としては、例えばaJ＋ｂが用いられる。

ただし、ａ及びｂは、予め定めた定数で、例えば、オシ
レート周波数５［Hz］の時は、波形信号S₁₃が「８の
字」の正回転方向となるので、ａ＞０とする。又10［H
z］の時は、逆回転方向となるのでａ＜０とする。

位置ずれ信号Ｚの算出消耗電極先端Waを、予め溶接線W₀より既知の値Zrだけず
らして溶接を行ない、前述した項の差の信号Jrを演算
すると、開先形状、溶接トーチ姿勢等によって、第23図
（Ａ）、（Ｂ）等に示される状態図が得られる。

これにより、例えば第23図（Ａ）においては、ZrとJrと
が略直線状であるので、Zr＝aJr＋ｂ式に置換すること
ができ、回帰分析によって、a,bの値を求めると、前述
した項の差の信号Ｊから、オシレート中心位置ずれデ
ータＺを求めることができる。

17は、位置ずれ信号Ｚから、倣い操作量Ｑを求めるオ
シレート中心位置補正回路である。倣い操作量Ｑは、例
えばPID制御においてはただし、k,l,mは定数、ｉは倣い制御演算回数である。

倣い操作量Ｑを入力とする通信ドライバ25は、中心位
置補正信号S₁₇を、トーチ位置制御回路８に出力してオ
シレート中心位置ずれを補正することにより、倣い制御
を行う。

［発明の効果］本発明の効果は次のとおりである。

（１）高速溶接における溶接線倣いが可能となった。

従来の溶接線倣い制御方法では、オシレート周波数が5H
z程度の中間周波までしか溶接線の検出ができなかっ
た。第12図は、オシレート周波数［Hz］（横軸）に対す
る溶接線との位置ずれ検出誤差（以下、検出誤差とい
う）の標準偏差［mm］（縦軸）を示す線図である。同図
の点線は、従来の制御方法の検出誤差の標準編差を示す
曲線であって、オシレート周波数が6Hz以上になると、
検出誤差の標準偏差が１［mm］を大幅にこえるために使
用できなかった。これに対して同図の実線は、本発明の
制御方法の検出誤差の標準偏差を示す曲線であって、オ
ンレート周波数が２〜6Hzまでは検出誤差の標準偏差が
1.0［mm］未満であり、6Hzをこえると従来とは逆に、検
出誤差の標準偏差が減少して10Hzの高周波では、0.5［m
m］となり、特に高周波において検出誤差が小さくなっ
ている。

従来の倣い制御方法で、オシレート周波数を大にしない
で、溶接速度のみを大にすると、オシレートによる溶接
ビードの蛇行が目立つようになる。そこで、従来の溶接
線追従時の最高溶接速度は、下向隅肉溶接では120［cm/
min］程度であり、重ね隅肉溶接では80［cm/min］程度
であった。これに対して本発明では、オシレート周波数
を７〜10Hzの高周波にできるために、溶接線追従時の最
高溶接速度を、下向隅肉溶接では200［cm/min］、重ね
隅肉溶接では150［cm/min］程度まで上昇させることが
できた。すなわち、溶接速度を従来の２倍にしても、オ
シレート周波数も従来の２倍にすることができるため
に、オシレートによるビードの蛇行は同じで問題になら
ない。

また、従来では、溶接線追従時の最高溶接速度に前述し
た限度があったために、薄板においても、溶接速度を速
くすることができないので、最小板厚は、水平隅肉溶接
では2.0［mm］、重ね隅肉溶接では3.2［mm］が限度であ
った。これに対して本発明では、最小板厚を、水平隅肉
溶接では1.2［mm］まで、重ね隅肉溶接では2.3［mm］ま
で適用が可能となった。

（２）溶接線追従の精度が向上した。

アークセンサではオシレートの一周期又は半周期の溶接
電流の平均電流のデータを基に、溶接線からの位置ずれ
が検出されるが、オシレート周波数を高くすることによ
って単位時間に検出を行うことができる回数が増加す
る。

第13図は、教示された溶接線（横軸と一致）に対して、
傾斜して配置された実際の溶接線Wsの位置ずれを示して
おり、横軸は溶接時間［秒］、縦軸は教示溶接線（横軸
と一致）に対する傾斜して配置された実際の溶接線との
配置の位置ずれ距離［mm］である。同図におい点線は、
オシレート周波数が2.5Hzの従来の制御方法による傾斜
した実際の溶接線Wsとオシレート中心Ｃとの位置ずれの
時間経過を示し、位置ずれが最大1.0［mm］も生じてい
る。これに対して、同図の実線は、オシレート周波数が
10Hzの本発明の制御方法による傾斜した実際の溶接線Ws
とオシレート中心Ｃとの位置ずれの時間経過を示し、位
置ずれの最大値は0.5［mm］以下であって、従来の半分
以下になり、溶接線追従の精度が向上している。

（３）立向下進溶接における倣い制御が可能になった。

立向下進溶接においては、溶融金属がアークの下方に垂
れさがり、開先の表面まで溶融金属が不安定に流動する
ために、従来の倣い制御方法では、立向下進溶接をアー
クセンサ倣い制御によっ行うことは、極めて困難であっ
た。それに対して本発明の制御方法においては、オシレ
ート周波数を高周波にして溶接速度を高速度にすること
ができるようになったために、溶融金属が垂れ落ちる速
度よりも速い溶接速度で溶接トーチ（アーク）を移動さ
せるので、溶融金属の垂れ落ちの影響はほとんど受ける
ことなく、安定した立向下進溶接の倣い制御を行うこと
が可能になり、例えば、溶接速度が200［cm/min］の立
向隅肉下進溶接、溶接速度が150［cm/min］の立向重ね
隅肉溶接を行うことができる。

（４）小電流溶接時にも精度の高い倣い制御が可能にな
った。

アークセンサによる倣い制御方法は、溶接電流が小さく
なると検出誤差が大になるが、本発明の倣い制御方法で
は、小電流になっても、オシレート周波数を高周波にす
ることによって検出誤差が従来よりも小さくできるため
に、従来よりも小電流溶接時にも倣い制御方法を行うこ
とができる。

（５）各種溶接方法に適用できる。

従来の倣い制御方法では、アーク長が略一定であること
が前提であったために、アーク長が変動したり、溶接電
源の回路インダクタンスの異なる溶接法に共通に使用す
ることできなかった。それに対して、本発明の倣い制御
方法は、アーク長が変動しても、溶接電源の回路インダ
クタンスが変化しても適用できるために、スプレーアー
クでも、ショートアークでも、パルスアークでも広い溶
接条件の範囲にわたって、単独に又は共用して使用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の溶接線倣い制御方法を実施する
ための装置の実施例のブロック図であり、同図（Ｂ）乃
至（Ｅ）は各回路の出力波形図であって、同図（Ｂ）は
溶接トーチ位置検出回路11の出力でオシレート位置検出
信号の波形図、同図（Ｃ）はフィルタ回路12の出力の溶
接電流検出信号の波形図、同図（Ｄ）は位置・電流波形
合成回路13の出力の波形信号の波形図、同図（Ｅ）は右
位置電流差演算回路14の出力である第１の比較信号の波
形図、同図（Ｆ）は左位置電流差演算回路15の出力であ
る第２の比較信号の波形図である。第２図は、従来の倣い制御方法の位置ずれがない場合で
あってアーク長が一定と仮定した場合の説明図であっ
て、同図（Ａ）はオシレート位置と溶接電流値との関係
を示す図、同図（Ｂ）は溶接トーチWTのオシレート位置
に対応したワイヤ先端位置Wa、ワイヤ突き出し長A₁,A₀
アーク長B₀の関係を示す図、同図（Ｃ）及び（Ｄ）はそ
れぞれ時間の経過ｔ（横軸）に対する溶接電流値Ｉ及び
オシレート位置Ｐ（縦軸）との関係を示す図である。第３図は、従来の倣い制御方法の第２図において、位置
ずれがある場合のオシレート位置と溶接電流値との関係
を示す図である。第４図は、オシレート周波数が２〜5Hz程度で位置ずれ
がない場合であって、実測したオシレート位置と溶接電
流値との関係を示す図であり、第５図は第４図におい
て、位置ずれが少ない場合の実測したオシレート位置と
溶接電流値との関係を示す図である。第６図乃至第９図は、本発明の制御方法を検討するため
のアーク長の変動及び溶接電源回路のインダクタンスを
考慮にいれた微分方程式から求めたオシレート位置と溶
接電流値との関係を示す図であって、第６図（Ａ）乃至
（Ｃ）はオシレート周波数が0.5〜2Hzの超低周波、第７
図（Ａ）乃至（Ｃ）は２〜5Hzの低周波、第８図（Ａ）
乃至（Ｃ）は５〜7Hzの中間周波及び第９図（Ａ）乃至
（Ｃ）は７〜10Hzの高周波の場合のそれぞれオシレート
中心が溶接線に対して右にずれている場合、位置ずれが
ない場合及び左にずれている場合のオシレート位置と溶
接電流値との関係を示す図である。第10図（Ａ）は溶接トーチのオシレート中心Ｃと溶接線
W₀が一致している時（位置ずれがない時）のオシレート
位置と被溶接物の位置との関係を示す図であり、同図
（Ｂ）は時間経過ｔに対するオシレート位置Ｐを示す
図、同図（Ｃ）乃至（Ｆ）はオシレート周波数がそれぞ
れ0.5Hz,5Hz,7Hz及び10Hzの時のオシレート位置Ｐに対
する溶接電流値Ｉの変化の軌跡を示す図であり、同図
（Ｇ）乃至（Ｊ）は時間経過ｔに対する溶接電流値Ｉの
変化を示す図である。第11図は、溶接電源の回路インダクタンス［mH］（横
軸）とオシレート周波数［Hz］（縦軸）との関係を示す
グラフである。第12図は、オシレート周波数［Hz］（横軸）に対する溶
接線との位置ずれ検出誤差の標準偏差［mm］（縦軸）を
示す線図である。第13図は、教示された溶接線（横軸と一致）に対して、
傾斜して配置された実際の溶接線Wsに対する位置ずれの
溶接時間［秒］（横軸）と、教示溶接線に対する傾斜し
て配置された実際の溶接線との配置の位置ずれ距離［m
m］（縦軸）との関係を示す線図である。第14図は、本発明の倣い制御方法を適用してアーク溶接
するための装置全体の概略構成図である。第15図は、倣い制御装置のうちのサンプリング動作の流
れ図を示す。第16図（Ａ）は、オシレート用リングバッファ18aに読
込んだ一連のオシレート位置検出信号S₁₁の時間的経過
を示す図である。第16図（Ｂ）は、オシレート用バッファ18bに読込んだ
一連のオシレート位置信号（データXm）の時間的経過を
示す図である。第16図（Ｃ）は、オシレート用フィルタ回路19から出力
される一連のフィルタ信号S₁₉（データＸ）の時間的経
過を示す図である。第17図（Ａ）は、溶接電流用リングバッファ20aに読込
んだ一連の溶接電流検出信号S₁₀の時間的経過を示す図
である。第17図（Ｂ）は、溶接電流用バッファ20bに読込んだ一
連の溶接電流検出信号（データYm）の時間的経過を示す
図である。第17図（Ｃ）は、溶接電流用フィルタ回路12から出力さ
れる一連の電流フィルタ信号S₁₂（データＹ）の時間的
経過を示す図である。第18図（Ａ）乃至（Ｄ）は、オシレート用フィルタ回路
19の動作順序を説明する波形図である。第19図は、溶接電流用バッファ回路20の一連のバッファ
信号（データＹ）の時間経過を示す図である。第20図は、左右電流差演算回路16から出力する波形信号
S₁₃の波形図である。第21図（Ａ）乃至（Ｃ）は、右位置電流差演算回路14の
動作を説明する波形図である。第22図（Ａ）乃至（Ｃ）は、左位置電流差演算回路15の
動作を説明する波形図である。第23図（Ａ）及び（Ｂ）は、オシレート中心位置ずれを
算出する関数の定数を求める図である。（第６図乃至第９図参照）第１の比較信号Ｒ……ΣRr/ΣRl,ΣRr/ΣRl,Re/Rl,Rr
−Rl,Re/Cl,Re−Cl 第２の比較信号Ｌ……ΣLl/ΣLr,ΣLr/ΣLl,Ll/Lr,Ll
−Lr,Le/Cr,Le−Cr Ｐ……オシレート位置Ｉ……溶接電流

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接トーチをオシレートさせてアーク長及
びワイヤ突き出し長の変化に伴う電気的変化を検出し、
前記検出信号により溶接トーチを溶接線に倣わせる溶接
線倣い制御方法において、前記溶接トーチがオシレート
幅の右半分を右方向に進行している時に検出した前記第
１の検出信号と左方向に進行している時に検出した前記
検出信号とを比較する第１の比較信号及び前記溶接トー
チがオシレート幅の左半分を左方向に進行している時に
検出した前記検出信号と右方向に進行している時に検出
した前記検出信号とを比較する第２の比較信号とを演算
し、前記第１の比較信号と前記第２の比較信号との差が
小さくなる方向に、前記溶接トーチの中心を移動させる
溶接線倣い制御方法。
【請求項２】溶接トーチをオシレートさせてアーク長及
びワイヤ突き出し長の変化に伴なう電気的変化を検出
し、前記検出信号により溶接トーチを溶接線に倣わせる
溶接線倣い制御方法において、前記溶接トーチがオシレ
ート幅の右方向に進行している時のオシレート右端で検
出した前記検出信号と左方向に進行している時のオシレ
ート中心で検出した前記検出信号とを比較する第１の比
較信号及び溶接トーチがオシレート幅の左方向に進行し
ている時のオシレート左端で検出した前記検出信号と右
方向に進行している時のオシレート中心で検出した前記
検出信号とを比較する第２の比較信号とを演算し、前記
第１の比較信号と第２の比較信号との差が小さくなる方
向に、溶接トーチのオシレート中心を移動させる溶接線
倣い制御方法。