JPH09141431A

JPH09141431A - アーク溶接センサ倣い制御方法及び装置

Info

Publication number: JPH09141431A
Application number: JP30147095A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Araya; 雄荒谷; Masayuki Ishikawa; 正幸石川; Kazuhiko Endo; 一彦遠藤; Yuichiro Tsuji; 裕一郎辻
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-11-20
Filing date: 1995-11-20
Publication date: 1997-06-03

Abstract

(57)【要約】【課題】安価でありながら、高信頼及び高精度のアー
ク溶接センサ倣い制御方法及び装置を実現する。【解決手段】ステップ100で溶接開先形状の各寸法等
の初期設定値を入力しステップ101、102で溶接トーチの
溶接動作を開始しステップ105で比較電圧ＶによりＡＶ
Ｃを実行する。ステップ106で溶接トーチがＡＳＣ開始
領域への到達を判断し到達すればステップ107で電圧V−
感度電圧△Vを行いＡＳＣを開始しステップ108でアーク
電圧が電圧V以下か判定しV以下なら開先壁に接近と判断
しステップ110でトーチの移動方向を反転する。ステッ
プ112で最終層かを判断し、そうならステップ114で記憶
した溶接トーチの揺動軌跡＋加算幅により再生溶接を行
い、ステップ112で最終層ならステップ114で記憶揺動軌
跡＋加算幅＋仕上げ幅により再生溶接を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アーク溶接の倣い
制御方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶接線を追従するセンサ倣い制御は多く
の方法がある。ポテンショメータ、リミットスイッチ、
視覚センサ、磁気センサなど種々のセンサがあるが、溶
接トーチへの負荷物となり、積極的には採用出来ない。

【０００３】一方、アーク電圧、電流を直接処理して溶
接線を倣う方法は負荷物がないので、継手の種類、倣い
精度等に関する仕様が満たされれば最も優れたセンサと
考える。

【０００４】アーク電圧を直接処理して溶接線を倣う方
法の例として、特開昭５９−３５８８４号公報に記載さ
れた開先倣い方法がある。この方法は、アーク電圧を検
出し、検出したアーク電圧と所定電圧とを比較して溶接
トーチを開先に倣わせる方法である。

【０００５】つまり、図８に示すように、アーク電圧を
電圧計で検出し、トーチ高さ制御を行いながら揺動動作
（Ａ←→Ｂ←→Ｃ）をし、トーチ高さが所定値より上昇
したことをポテンショメータ等により検出し、揺動の方
向を逆転させる動作を繰り返しながら溶接線を倣う方法
である。

【０００６】なお、アーク溶接の参考文献としては、例
えば、溶接法ガイドブック２「アーク溶接におけるセン
シングと制御」、溶接学会、１９９０、ＩＩ−１２２〜
１２７がある。

【０００７】

【発明が解決しようとしている課題】しかし、上記従来
技術にあっては、溶接開先面に沿ってトーチが上昇動作
をしなければならず、その為に開先角度、揺動速度、溶
接条件等に制約がでてくるという問題点があった。

【０００８】また、溶接線が溶接中の熱変形でずれた
り、溶接線の組立精度が低く、さらに、溶接アーク現象
からくる問題として、例えば、開先壁が少なく十分な電
圧感度が得られない、開先壁を溶融させたり、磁気吹き
等のために安定した電圧感度が得られない等の問題もあ
った。したがって、上記従来技術にあっては、安価であ
り、かつ、高信頼及び高精度の溶接線倣い制御を行うこ
とができなかった。

【０００９】本発明の目的は、安価でありながら、高信
頼及び高精度のアーク溶接センサ倣い制御方法及び装置
を実現することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、次のように構成される。溶接対象物の溶接
継手の開先内で溶接トーチを揺動し、アーク溶接を行う
アーク溶接センサ倣い制御方法において、溶接トーチを
揺動して、アーク溶接を行っているときの、アーク溶接
に基づくアーク電気量及び揺動位置を検出し、少なくと
も開先中心近傍の所定範囲内に溶接トーチが位置すると
きは、アーク電気量を基準値と比較して、溶接トーチと
溶接対象物との間隔が所定の距離となるように、溶接ト
ーチの高さ位置制御を行う。そして、溶接トーチが上記
所定範囲を越えると、その時のアーク電気量を基準に新
たに比較基準値を設け、アーク電気量が上記比較基準値
以下となったときは、アークが開先壁に接近したと判断
して、溶接トーチの揺動動作の方向を反転させる。

【００１１】好ましくは、上記アーク溶接センサ倣い制
御方法において、溶接対象物の開先寸法と溶接の積層層
数とを、予め定め、溶接トーチの揺動幅を推定し、推定
した揺動幅に所定の値を加えた溶接トーチの揺動限界幅
であるソフトリミット値を定める。そして、このソフト
リミット値まで溶接トーチが移動した場合には、アーク
電気量が上記比較基準値に達していないときでも、溶接
トーチの揺動動作の方向を反転させる。

【００１２】また、好ましくは、上記アーク溶接センサ
倣い制御方法において、倣い制御した溶接トーチの揺動
軌跡を記憶し、溶接トーチの積層層数が所定以上となる
と、記憶した揺動軌跡に所定の開先幅寸法増加量を加え
て、溶接トーチの揺動動作制御を行う。

【００１３】また、好ましくは、上記アーク溶接センサ
倣い制御方法において、溶接トーチが上記所定範囲を越
えたとき、所定時間だけ遅延させた後に、アーク電気量
を基準に新たに比較基準値を設ける。そして、アーク電
気量が上記比較基準値以下となったときは、アークが開
先壁に接近したと判断して、溶接トーチの揺動動作の方
向を反転させる。

【００１４】また、好ましくは、上記アーク溶接センサ
倣い制御方法において、溶接トーチが上記所定範囲を越
えたとき、溶接トーチの慣性動作を検出し、検出した動
作が所定以下となった後に、アーク電気量を基準に新た
に比較基準値を設ける。そして、アーク電気量が上記比
較基準値以下となったときは、アークが開先壁に接近し
たと判断して、溶接トーチの揺動動作の方向を反転させ
る。

【００１５】また、好ましくは、上記アーク溶接センサ
倣い制御方法において、アーク電気量が上記比較基準値
以下となり、アークが開先壁に接近したと判断する。そ
して、溶接トーチの揺動動作の方向を反転させた直後か
ら、アーク電気量を基準値と比較して、溶接トーチと溶
接対象物との間隔が所定の距離となるように、溶接トー
チの高さ位置制御を行う。

【００１６】また、溶接対象物の溶接継手の開先内で溶
接トーチを揺動し、アーク溶接を行うアーク溶接センサ
倣い制御装置において、溶接トーチを揺動して、アーク
溶接を行っているときの、アーク溶接に基づくアーク電
気量を検出するアーク電気量検出手段と、アーク溶接を
行っているときの、溶接トーチの揺動位置を検出する揺
動位置検出手段と、少なくとも開先中心近傍の所定範囲
内に溶接トーチが位置するときは、アーク電気量を基準
値と比較する比較手段とを備える。さらに、アーク溶接
センサ倣い制御装置は、溶接トーチと溶接対象物との間
隔が所定の距離となるように、溶接トーチの高さ位置制
御を行い、溶接トーチが上記所定範囲を越えると、その
時のアーク電気量を基準に新たに比較基準値を設け、ア
ーク電気量が上記比較基準値以下となったときは、アー
クが開先壁に接近したと判断して、溶接トーチの揺動動
作の方向を反転させる動作制御手段とを備える。

【００１７】好ましくは、上記アーク溶接センサ倣い制
御装置において、溶接対象物の予め定めた開先寸法と溶
接の積層層数とを記憶する記憶手段をさらに備える。そ
して、上記動作制御手段は、溶接トーチの揺動幅を推定
し、推定した揺動幅に所定の値を加えた溶接トーチの揺
動限界幅であるソフトリミット値を定め、このソフトリ
ミット値まで溶接トーチが移動した場合には、アーク電
気量が上記比較基準値に達していないときでも、溶接ト
ーチの揺動動作の方向を反転させる。

【００１８】また、好ましくは、上記アーク溶接センサ
倣い制御装置において、倣い制御した溶接トーチの揺動
軌跡を記憶する揺動軌跡記憶手段をさらに備え、上記動
作制御手段は、溶接トーチの揺動繰り返し回数が所定以
上となると、揺動軌跡記憶手段に記憶した揺動軌跡に所
定の開先幅寸法増加量を加えて、溶接トーチの揺動動作
制御を行う。

【００１９】また、好ましくは、上記アーク溶接センサ
倣い制御装置において、上記動作制御手段は、溶接トー
チが上記所定範囲を越えたとき、所定時間だけ遅延させ
た後に、アーク電気量を基準に新たに比較基準値を設
け、アーク電気量が上記比較基準値以下となったとき
は、アークが開先壁に接近したと判断して、溶接トーチ
の揺動動作の方向を反転させる。

【００２０】また、好ましくは、上記アーク溶接センサ
倣い制御装置において、溶接トーチが上記所定範囲を越
えたとき、溶接トーチの慣性動作を検出する動作検出手
段を備え、上記動作制御手段は、検出した動作が所定以
下となった後に、アーク電気量を基準に新たに比較基準
値を設け、アーク電気量が上記比較基準値以下となった
ときは、アークが開先壁に接近したと判断して、溶接ト
ーチの揺動動作の方向を反転させる。

【００２１】また、好ましくは、上記アーク溶接センサ
倣い制御装装置において、上記動作制御手段は、アーク
電気量が上記比較基準値以下となり、アークが開先壁に
接近したと判断して、溶接トーチの揺動動作の方向を反
転させた直後から、アーク電気量を基準値と比較して、
溶接トーチと溶接対象物との間隔が所定の距離となるよ
うに、溶接トーチの高さ位置制御を行う。

【００２２】また、好ましくは、上記アーク溶接センサ
倣い制御方法及び装置において、上記アーク溶接に基づ
くアーク電気量は、アーク電圧である。

【００２３】また、好ましくは、上記アーク溶接センサ
倣い制御方法及び装置において、上記アーク溶接に基づ
くアーク電気量は、溶接電流である。

【００２４】溶接対象物の開先中心近傍は、トーチ高さ
制御を行い、開先壁に近ずくと、開先壁検出制御に切り
替える。切り替え時にアーク電圧から設定した感度電圧
（ΔＶ）を差し引いた電圧を比較電圧として設定し、ア
ーク電圧が比較電圧より下がると、揺動動作方向を反転
させる。

【００２５】また、トーチが開先壁に接近してもアーク
電圧が比較電圧より下がらず、また予め入力した開先寸
法から予測した揺動幅を越えてソフトリミット値までト
ーチが移動してきた場合、この位置比較の判断により揺
動動作を反転させる。

【００２６】また、溶接の積層層数が所定以上となり、
即ち、最終層に近ずき、開先壁の検出が難しくなった場
合、前層の揺動軌跡を時分割、又は走行座標と同期して
記憶させ、算出した揺動幅でその軌跡をプレイバック
（再生）溶接する。

【００２７】前層の軌跡を時分割で記憶した場合は、揺
動周期が一致するように、プレイバックの溶接速度、又
はトーチ移動速度を修正するか、プレイバックのタイミ
ングを溶接速度に合わせて補正して一致させると溶接ビ
ート外観が前層と揃い、好ましい。

【００２８】また、溶接線の記憶は制御した溶接線のセ
ンター位置軌跡を記憶し、プレイバック時に算出した揺
動幅を加えてプレイバック溶接する方法、揺動溶接反転
位置を記憶・再生、又は両者を記憶・再生する方法も可
能である。

【００２９】また、比較電圧の精度を最適化するため
に、比較電圧の設定を溶接トーチの高さ位置制御動作が
完了し、トーチの動きが停止してから行うようにしてい
る。その為にはタイマーを入れて遅らせるか、又は、高
さ制御の動きを検出（エンコーダ信号、モータ逆起電
力、他）する、平均化する、等から適当な方法を選択し
て利用する。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態を添付
図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態
が適用されるアーク溶接センサ倣い制御装置の全体概略
構成図である。

【００３１】図１において、アーク溶接センサ倣い制御
装置は、揺動動作軸３、トーチ高さ制御軸２、母材（ワ
ーク）５を溶接する溶接トーチ４、溶加材供給装置１０
等を搭載した溶接ロボット１、及びセンサ制御盤６、ロ
ボット制御盤７、総括制御盤８、アーク溶接機９等から
構成されている。

【００３２】アーク長制御軸２は、揺動動作軸３に取り
付けられ、さらに、この揺動動作軸３は、ロボット１の
手首に取り付けられている。また、揺動動作軸３には揺
動モータＭ、位置検出エンコーダＥ、両端検出リミット
スイッチ等が取り付けられている。自動溶接装置ではこ
れらの動作軸は走行台車に取り付けられる。

【００３３】また、センサ制御盤６にはマイコンボー
ド、半導体メモリ、サーボアンプ、入力キーボード、他
必要な回路とソフトプログラムが内蔵されている。ま
た、総括制御盤８の指示でセンサ制御盤６、ロボット制
御盤７、溶接機９等を動作させる。また、切り替えによ
り、センサ制御盤６、ロボット制御盤７、溶接機９、そ
れぞれ単独動作も可能である。

【００３４】センサ制御盤６では、図４に示すようなワ
ーク形状例、揺動条件（揺動速度、両端停止時間、検出
感度ΔＶ等）等を入力する。初期条件をセンサ制御盤６
のキーボードから入力し、揺動動作軸３、アーク長制御
軸２を有機的に管理動作させながらアーク溶接する。

【００３５】なお、トーチ高さ制御軸２に倣い制御軸３
を取り付けても良いが、トーチ高さ制御軸に倣い制御軸
の負荷が掛かり、制御負担が大きくなる。なお、揺動動
作軸３には駆動モータの他に位置検出用エンコーダが必
要である。

【００３６】溶接ロボット１の代わりに、専用自動溶接
機又は簡易自動溶接台車を用いても良い。台車や専用自
動溶接機には、走行座標を検出するエンコーダが最終層
溶接のために必要であるが、多少の誤差が許されれば、
エンコーダ無しで、単位時間ピッチで走行位置を判断す
る事ができる。

【００３７】溶接トーチ４にはティグ溶接トーチを使用
しているが、プラズマ溶接トーチ、又はマグ溶接トーチ
でも良い。また、定電圧電源を用いるマグ溶接ではアー
ク電圧の代わりに溶接電流を同様に検出して制御するこ
とも可能である。総括制御盤８では、センサ制御盤６、
ロボット制御盤７、アーク溶接機を管理制御している。

【００３８】センサ制御盤６にはアーク長制御機能と溶
接線倣い制御機能を持っている。なお、既設の自動溶接
システムで、既にアーク長制御機能を持っている場合に
は、この機能はロボット制御盤７、総括制御盤８、又は
単独の制御盤に内蔵されているので、センサ制御盤６に
は倣い制御機能のみを持たせている。

【００３９】この場合について説明すると、センサ制御
盤６はマイコン、各種メモリ、インターフェイス、演算
制御ソフト、揺動モータ駆動・制御、揺動動作軸位置検
出、アーク電圧検出、他から構成されている。

【００４０】図２は、統括制御盤８における要素部機能
ブロック図である。図２において、キーボード等のデー
タ入力手段２０から入力される開先形状寸法、感度電圧
△Ｖ等の初期条件が、初期設定値記憶部８３に記憶され
る。また、領域判別部８１は、センサ制御盤６からのセ
ンサ情報に基づいて、溶接トーチ４が、どの領域（後述
する）に位置するかを判別する。アーク長制御部８４
は、アーク溶接器９又は溶接トーチ４等からのアーク電
圧を所定電圧と比較し、動作制御部８２とともに、後述
するアーク長（電圧）制御（ＡＶＣ）を実行する。

【００４１】また、開先検出制御部８６は、アーク溶接
器９又は溶接トーチ４等からのアーク電圧に基づいて、
動作制御部８２とともに、後述するアークセンサ制御
（ＡＳＣ）を実行する。また、揺動軌跡記憶部８５は、
溶接トーチ４の揺動軌跡を記憶する。

【００４２】そして、動作制御部８２は、初期設定記憶
部８３に記憶された初期条件、領域判別部８１からの溶
接トーチ位置情報、アーク長制御部８４、開先検出制御
部８６からの電圧比較結果情報及び揺動軌跡記憶部８５
に記憶された溶接トーチ揺動軌跡に基づいて、センサ制
御盤６、ロボット制御盤７及びアーク溶接機９に動作制
御信号を供給する。

【００４３】図３は、本発明のアーク溶接センサ倣い制
御方法及び装置における動作フローチャートである。以
下、図２、図３、図４、図５及び図６を参照して、本発
明の一実施形態の動作を説明する。

【００４４】図３のステップ１００において、データ入
力手段２０から、溶接開先形状の各寸法、溶接層数（溶
接の積層層数）、記憶再生開始層、ソフトリミット幅、
加算幅、溶接速度、揺動条件であるトーチ移動速度、Ａ
ＶＣ電圧、制御関連の定数である感度電圧ΔＶ、また、
両端停止時間、溶接電流電圧条件、アーク長制御ＡＶＣ
（アーク電圧制御）と倣い制御ＡＳＣ（アークセンサ制
御）との比率等が、初期設定値記憶部８３に入力され
る。

【００４５】ここで、ＡＶＣ（アーク電圧制御）とは、
アーク電圧を検出して、このアーク電圧が所定値となる
ように制御して、溶接トーチ４の溶接対象である母材５
との高さ方向の間隔が所定の距離となるように制御する
ことである。

【００４６】また、ＡＳＣ（アークセンサ制御）とは、
アーク電圧を検出し、検出したアーク電圧が、所定電圧
以下となったら、溶接トーチ４又はアークが開先壁に所
定距離以内に接近したことを検出し、溶接トーチ４の揺
動を停止するように制御することである。

【００４７】溶接開先形状寸法とは、図４に示すよう
に、、溶接ギャップ（０〜９．９ｍｍ）、板厚、開先壁
開度（θ１（０〜４５度）、θ２（０〜４５度））及び
ルートである。また、溶接層数とは、溶接母材５の溶接
層数であり（図４の例では６層）、この層毎に溶接トー
チ４を移動させて溶接が行われる。ソフトリミット幅と
は、溶接トーチ４の揺動幅を推定し、推定した揺動幅に
所定の値を加えたもので、溶接トーチ４が移動し得る限
界範囲であり、これ以上の範囲での溶接トーチ４の移動
が禁止される。

【００４８】また、ＡＶＣとＡＳＣとの比率とは、溶接
トーチ４の動作をアーク電圧制御で行うか、アークセン
サ制御で行うかの比率である。具体的には、図４のギャ
ップ部分でＡＶＣが実行され、それ以外の部分でＡＳＣ
が実行される。

【００４９】さらに、記憶再生開始層とは、溶接トーチ
の揺動軌跡を記憶しておき、この記憶された揺動軌跡を
再生して、再生した軌跡に基づいて、溶接を実行開始す
る層を特定するための情報である。

【００５０】次に、ステップ１０１において、動作制御
部８２は、ロボット制御盤７、アーク溶接機９等に制御
信号を供給し、アーク起動等の溶接起動動作を実行す
る。

【００５１】続いて、ステップ１０２において、動作制
御部８２は、センサ制御盤６等に制御信号を供給して、
溶接トーチ４の溶接動作を開始する（時点Ｔ1）。そし
て、ステップ１０３において、動作制御部８２は、初期
設定値記憶部８３に記憶された記憶再生開始層以降の層
を溶接開始するか否かを判断し、記憶再生開始層より前
の層開始であれば、ステップ１０４に進む。

【００５２】ステップ１０４において、溶接トーチ４の
揺動軌跡の記憶部８５への格納を開始する。そして、ス
テップ１０５において、比較電圧Ｖを用いて、ＡＶＣを
実行する。つまり、アーク長制御部８４によりアーク電
圧が電圧Ｖと比較され、その比較結果により動作制御部
８２は、アーク電圧が一定となるように、溶接トーチ４
の動作を制御する。

【００５３】そして、ステップ１０６において、動作制
御部８２は、領域判別部８１から情報に基づいて、溶接
トーチ４がＡＳＣ開始領域に到達したか否を判断する。
到達していなければ、ステップ１０５に戻る。到達して
いれば、ステップ１０７において、現在の電圧Ｖから感
度電圧△Ｖを減算して、電圧Ｖに再設定し、開先検出制
御部８６及び動作制御部により、ＡＳＣの実行が開始さ
れる。

【００５４】次に、ステップ１０８において、動作制御
部８２は、アーク長制御部８４からの情報に基づいて、
アーク電圧が電圧Ｖ以下となったか否かを判定する。そ
して、アーク電圧が電圧Ｖ以下となれば、開先壁に接近
したと判断して、ステップ１１０に進む（時点Ｔ2）。

【００５５】ステップ１０８において、アーク電圧が電
圧Ｖを超える場合には、ステップ１０９に進み、動作制
御部は、領域判別部８１からの情報に基づいて、上述し
たソフトリミット幅に到達したか否かを判断する。

【００５６】このリミット幅に到達していなければ、ス
テップ１０８に戻る。また、ソフトリミット幅に到達し
ていれば、ステップ１１０に進む（時点Ｔ2）。そし
て、ステップ１１０において、動作制御部８２は、溶接
トーチ４の移動方向を反転する。続いて、ステップ１１
１に進み、現在の電圧Ｖに感度電圧△Ｖを加算して、電
圧Ｖに再設定し、ステップ１０５に戻る。

【００５７】ステップ１０３において、記憶再生開始層
以降の層を溶接開始する場合には、ステップ１１２に進
む。ステップ１１２において、動作制御部８２は、この
時点から溶接を開始する溶接層が最終層（図４の例にお
いては、第６層）か否かを判断する。最終層でなけれ
ば、ステップ１１３に進み、揺動軌跡記憶部８５に記憶
された溶接トーチ４の軌跡に加算幅をつけ加えて、再生
溶接を開始する。

【００５８】ステップ１１２において、最終層開始であ
れば、ステップ１１４に進み、揺動軌跡記憶部８５に記
憶された軌跡に加算幅及び仕上げ幅をつけ加えて、再生
溶接を開始する。

【００５９】各層における溶接終了位置は、溶接ロボッ
ト１により検出され、溶接ロボット１から、ロボット制
御盤７を介して、各層終了信号として、動作制御部８２
に供給され、上述した各ステップへの割り込み処理とし
ての処理が動作制御部８２により実行される。

【００６０】この割り込み処理の実行の動作を説明す
る。図３のステップ２００において、上述した各層終了
信号が動作制御部８２に供給されると、動作制御部８２
は溶接トーチ４を、そこでの開先中心位置に移動させ
る。次に、ステップ２０１において、動作制御部８２
は、アーク溶接機９等に指令信号を供給し、クレータ処
理及びアーク切りを実行させる。

【００６１】そして、ステップ２０２において、動作制
御部８２は、溶接実行終了した層が最終層か否かを判断
し、最終層であれば、処理は終了される。また、ステッ
プ２０２において、動作制御部８２は、溶接実行終了し
た層が最終層でなければ、ステップ２０３に進み、溶接
終了した層数に１層分を加算して、溶接終了数とする。
そして、ステップ１０１に戻る。

【００６２】なお、溶接トーチ４が、ＡＳＣ制御の位置
まで移動すると、アーク長制御を停止（保持）するが、
動作が完全に停止するまでソフトタイマーで待ってから
アーク電圧を取り込み、現在の比較電圧Ｖから感度電圧
△Ｖを引いて比較電圧Ｖを作る。また、アーク長制御軸
２にエンコーダがある場合や速度検出ができる場合には
これらを利用してアーク長制御軸２の停止を確認する事
ができる。

【００６３】また、溶接終了時には走行台車を停止し、
揺動動作軸３を開先中心の位置に移動して、クレータフ
ィラー条件で溶接して終了する。なお、ＡＶＣとＡＳＣ
の割合はＡＶＣが２０％〜８０％の範囲、感度電圧ΔＶ
は０.１Ｖ〜１.５Ｖの範囲が適当であった。

【００６４】また、ソフトリミット幅を設定した理由
は、開先壁にトーチ４が近ずく過程で、ワーク５の形状
から予測される位置に来ても、まだアーク電圧が比較電
圧Ｖよりも高い場合には溶接壁にアークが食い込む状態
になる可能性があるからである。

【００６５】つまり、トーチ４が、変位量、組立誤差
量、設置誤差量等を想定して設定したソフトリミットの
幅に来たら、その位置で動作方向を反転させる。その結
果、過度のアークの食い込みを防ぐことができる。この
ソフトリミット値の±振り幅は０.５〜２.０mmが適当で
あった。

【００６６】なお、ソフトリミット幅で溶接トーチ４の
揺動を反転すると、センター位置がシフトする。このた
め、次のような緩和法が考えられる。（１）ソフトリミット幅のデータは無視して、前のデー
タを使用する。（２）シフト量に係数を掛けて緩和させる。（３）リミット又はシフト量の平均化した値を使用す
る。本発明の実施形態においては、（１）の、ソフトリミッ
ト幅のデータは無視して、前のデータを使用する方法を
採用している。

【００６７】また、溶接層数が増加するに従って、開先
壁が少なくなるために十分なアーク電圧変化が得られな
くなる。そのため、センサアルゴリズムに前層の揺動軌
跡を所定時間ピッチ又は走行軸の所定距離ピッチに同期
して記憶し、アーク電圧変化が十分に得られなくなって
からは、その記憶軌跡を再生しながら溶接することで、
最終層まで連続して溶接を行うことができる。

【００６８】この場合、各層の１層分を記憶し、次層の
軌跡データを前層に上書きすることになるが、メモリ８
５に余裕があれば全パスを記憶する事が可能である。ま
た、本例においては、センタ位置と揺動反転位置とを記
憶し、開先に広がりに応じた加算幅を加えて、再生して
いる。溶接ビードの揺動周期を一致させるために、ここ
では、溶接トーチ４の移動速度を変更している。

【００６９】トーチ高さ制御が終了後（ＡＶＣ終了）、
図７に示すように、直ちに開先壁検出（ＡＳＣ）に切り
替えるとトーチの慣性動作でアーク電圧が低下するの
で、開先壁と誤検出する可能性がある。

【００７０】そこで、本実施形態においては、図７に示
すように、ＡＶＣ終了後からＡＳＣスタートをタイマー
で遅延時間△ｔだけ遅らせ、トーチの高さ変動が停止し
たところで、感度電圧ΔＶを引いて比較電圧を作り、Ａ
ＳＣをスタートさせている。

【００７１】以上のように、本発明の一実施形態によれ
ば、溶接トーチが開先中心近傍では、アーク電圧制御
により、アーク電圧が一定となるように制御し、開先中
心から所定範囲外となると、アーク電圧が所定の電圧値
より以下となることを検出して、溶接トーチが開先壁に
接近したことを検出する。溶接トーチが開先壁に接近し
たことを検出すると、溶接トーチの移動方向を反転さ
せ、以降、同様にして、ＡＶＣ及びＡＳＣ動作を実行す
る。

【００７２】そして、一層以上の複数層により溶接を実
行するように構成したので、現存するアーク溶接装置
に、特に高価な部品を追加することなく、安価でありな
がら、高信頼及び高精度のアーク溶接センサ倣い制御方
法及び装置を実現することができる。

【００７３】なお、上述した例においては、ＡＶＣ終了
後からＡＳＣスタートをタイマーで△ｔだけ遅らせ、十
分にトーチの高さ変動が停止したところで、ＡＳＣをス
タートさせているが、トーチ高さ変動が停止したこと
を、エンコーダ、ポテンショメータ等の振動検出手段で
検出して、ＡＳＣスタートさせることも可能である。

【００７４】なお、図示は省略したが、作業者等が手に
持ったリモコンボックスから、溶接中に、感度電圧、セ
ンター位置、ソフトリミット幅、揺動幅の増減が出来る
ようになっている。

【００７５】また、装置のシステム及び制御アルゴリズ
ムは同じであるが、ＡＳＣとＡＶＣとの切り替えタイミ
ングを、ＡＳＣにより溶接トーチ４が開先壁近辺に到達
したことが検出され、移動方向が反転された直後から、
ＡＶＣ動作に切り替え、開先壁の所定範囲まで接近した
ら、ＡＳＣに切り替える事によって、ＡＶＣの比率を大
きく増加（約２倍）する事ができる。

【００７６】また、溶接トーチ４の揺動反転時には必要
に応じて、開先壁を十分に溶融させるために、揺動動作
の一時停止、溶接電流の増加、パルス電流の増加等が所
定の時間適宜行われる。

【００７７】また、上述した例においては、アーク溶接
におけるアーク電圧を検出して、ＡＶＣ及びＡＳＣを行
うように構成したが、アーク電圧以外の電気量である溶
接電流を検出してＡＶＣ及びＡＳＣを行うように構成す
ることも可能である。

【００７８】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、次のような効果がある。アーク溶接に基づ
くアーク電圧又は溶接電流及び揺動位置を検出し、開先
中心近傍の所定範囲内に溶接トーチが位置するときは、
アーク電圧又は溶接電流を基準値と比較して、溶接トー
チと溶接対象物との間隔が所定の距離となるように、溶
接トーチの高さ位置制御を行う。

【００７９】また、溶接トーチが上記所定範囲を越える
と、その時のアーク電気量を基準に新たに比較基準値を
設け、アーク電気量が上記比較基準値以下となったとき
は、アークが開先壁に接近したと判断して、溶接トーチ
の揺動動作の方向を反転させるように構成した。

【００８０】したがって、現存するアーク溶接装置に、
特に高価な部品を追加することなく、安価でありなが
ら、高信頼及び高精度のアーク溶接センサ倣い制御方法
及び装置を実現することができる。

【００８１】また、本発明により、溶接中にワークが変
形を起こしたり、組み立てたワークの寸法精度が十分で
なかったり、セッティングしたワークの位置精度が不十
分であったりしても溶接線を自動倣い溶接する事で対応
出来る。

【００８２】また、溶接ロボットの教示作業はワークの
形状が複雑になると多数の位置を教示する必要があり、
多大の時間を必要とするが、本発明のアークセンサを利
用する事により、倣い制御能力範囲内のワーク曲線であ
れば、その両端の２点を教示し、後は溶接実行時に倣い
制御溶接する事で、大幅に教示時間を短縮する事が出来
る。

【００８３】従って、本発明のアークセンサを使用して
自動溶接を行う事により、溶接者の負担が大幅に減少、
溶接品質が安定化、溶接能率が向上、生産費用が低減、
等の優れた効果が得られる。

【００８４】また、さらに既設のＡＶＣコントローラに
揺動動作軸とセンサ制御盤を追加する事で、アーク長制
御と溶接線倣い制御を同時に行う事も可能となる。

【００８５】自動溶接機、溶接ロボットを用いてアーク
溶接する際に、対象ワークが熱変形、組立誤差等のため
に正しく溶接線を追従できない場合でも、溶接アーク現
象を利用して溶接線を検出し、リアルタイムで倣い制御
をする事が可能となるもので、構造物一般の自動溶接に
広く利用できる。

【００８６】また、溶接ロボットのティーチング作業も
始終端、及び必要に応じた変化点の教示のみですみ、大
幅な作業簡素化に役立つ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアーク溶接センサ倣い制御装置の全体
概略構成図である。

【図２】図１の例における総括制御盤における要素部機
能ブロック図である。

【図３】本発明の一実施形態であるアーク溶接センサ倣
い制御方法及び装置における動作フローチャートであ
る。

【図４】溶接される母材の形状寸法等の説明図である。

【図５】本発明における溶接動作の原理説明図である。

【図６】本発明の一実施形態であるアーク溶接センサ倣
い制御方法及び装置における動作説明図である。

【図７】ＡＶＣ動作終了からＡＳＣ動作開始までの遅延
時間△ｔを設けることの説明図である。

【図８】従来のトーチ高さ制御による開先倣い制御を説
明する図である。

【符号の説明】

１溶接ロボット２アーク長制御軸（トーチ高さ制御
軸）３揺動動作軸（溶接線倣い制御軸）４溶接トーチ５母材（ワーク）６センサ制御盤７ロボット制御盤８総括制御盤９アーク溶接機１０溶加材（フィラワイヤ）供給装置２０データ入力手段８１領域判別部８２動作制御部８３初期設定値記憶部８４アーク長制御（ＡＶＣ）部８５揺動軌跡記憶部８６開先検出制御（ＡＳＣ）部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者辻裕一郎茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接対象物の溶接継手の開先内で溶接ト
ーチを揺動し、アーク溶接を行うアーク溶接センサ倣い
制御方法において、溶接トーチを揺動して、アーク溶接を行っているとき
の、アーク溶接に基づくアーク電気量及び揺動位置を検
出し、少なくとも、開先中心近傍の所定範囲内に溶接トーチが
位置するときは、アーク電気量を基準値と比較して、溶
接トーチと溶接対象物との間隔が所定の距離となるよう
に、溶接トーチの高さ位置制御を行い、溶接トーチが上記所定範囲を越えると、その時のアーク
電気量を基準に新たに比較基準値を設け、アーク電気量
が上記比較基準値以下となったときは、アークが開先壁
に接近したと判断して、溶接トーチの揺動動作の方向を
反転させることを特徴とするアーク溶接センサ倣い制御
方法。
【請求項２】請求項１記載のアーク溶接センサ倣い制
御方法において、溶接対象物の開先寸法と溶接積層層数
とを、予め定め、溶接トーチの揺動幅を推定し、推定し
た揺動幅に所定の値を加えた溶接トーチの揺動限界幅で
あるソフトリミット値を定め、このソフトリミット値ま
で溶接トーチが移動した場合には、アーク電気量が上記
比較基準値に達していないときでも、溶接トーチの揺動
動作の方向を反転させることを特徴とするアーク溶接セ
ンサ倣い制御方法。
【請求項３】請求項１又は２記載のアーク溶接センサ
倣い制御方法において、倣い制御した溶接トーチの揺動
軌跡を記憶し、溶接積層層数が所定以上となると、記憶
した揺動軌跡に所定の開先幅寸法増加量を加えて、溶接
トーチの揺動動作制御を行うことを特徴とするアーク溶
接センサ倣い制御方法。
【請求項４】請求項１記載のアーク溶接センサ倣い制
御方法において、溶接トーチが上記所定範囲を越えたと
き、所定時間だけ遅延させた後に、アーク電気量を基準
に新たに比較基準値を設け、アーク電気量が上記比較基
準値以下となったときは、アークが開先壁に接近したと
判断して、溶接トーチの揺動動作の方向を反転させるこ
とを特徴とするアーク溶接センサ倣い制御方法。
【請求項５】請求項１記載のアーク溶接センサ倣い制
御方法において、溶接トーチが上記所定範囲を越えたと
き、溶接トーチの慣性動作を検出し、検出した動作が所
定以下となった後に、アーク電気量を基準に新たに比較
基準値を設け、アーク電気量が上記比較基準値以下とな
ったときは、アークが開先壁に接近したと判断して、溶
接トーチの揺動動作の方向を反転させることを特徴とす
るアーク溶接センサ倣い制御方法。
【請求項６】請求項１記載のアーク溶接センサ倣い制
御方法において、アーク電気量が上記比較基準値以下と
なり、アークが開先壁に接近したと判断して、溶接トー
チの揺動動作の方向を反転させた直後から、アーク電気
量を基準値と比較して、溶接トーチと溶接対象物との間
隔が所定の距離となるように、溶接トーチの高さ位置制
御を行うことを特徴とするアーク溶接センサ倣い制御方
法。
【請求項７】請求項１記載のアーク溶接センサ倣い制
御方法において、上記アーク溶接に基づくアーク電気量
は、アーク電圧であることを特徴とするアーク溶接セン
サ倣い制御方法。
【請求項８】請求項１記載のアーク溶接センサ倣い制
御方法において、上記アーク溶接に基づくアーク電気量
は、溶接電流であることを特徴とするアーク溶接センサ
倣い制御方法。
【請求項９】溶接対象物の溶接継手の開先内で溶接ト
ーチを揺動し、アーク溶接を行うアーク溶接センサ倣い
制御装置において、溶接トーチを揺動して、アーク溶接を行っているとき
の、アーク溶接に基づくアーク電気量を検出するアーク
電気量検出手段と、アーク溶接を行っているときの、溶接トーチの揺動位置
を検出する揺動位置検出手段と、少なくとも開先中心近傍の所定範囲内に溶接トーチが位
置するときは、アーク電気量を基準値と比較する比較手
段と、溶接トーチと溶接対象物との間隔が所定の距離となるよ
うに、溶接トーチの高さ位置制御を行い、溶接トーチが
上記所定範囲を越えると、その時のアーク電気量を基準
に新たに比較基準値を設け、アーク電気量が上記比較基
準値以下となったときは、アークが開先壁に接近したと
判断して、溶接トーチの揺動動作の方向を反転させる動
作制御手段と、を備えることを特徴とするアーク溶接センサ倣い制御装
置。
【請求項１０】請求項９記載のアーク溶接センサ倣い
制御装置において、溶接対象物の予め定めた開先寸法と
溶接の積層層数とを記憶する記憶手段をさらに備え、上
記動作制御手段は、溶接トーチの揺動幅を推定し、推定
した揺動幅に所定の値を加えた溶接トーチの揺動限界幅
であるソフトリミット値を定め、このソフトリミット値
まで溶接トーチが移動した場合には、アーク電気量が上
記比較基準値に達していないときでも、溶接トーチの揺
動動作の方向を反転させることを特徴とするアーク溶接
センサ倣い制御装置。
【請求項１１】請求項９又は１０記載のアーク溶接セ
ンサ倣い制御装置において、倣い制御した溶接トーチの
揺動軌跡を記憶する揺動軌跡記憶手段をさらに備え、上
記動作制御手段は、溶接トーチの積層層数が所定以上と
なると、揺動軌跡記憶手段に記憶した揺動軌跡に所定の
開先幅寸法増加量を加えて、溶接トーチの揺動動作制御
を行うことを特徴とするアーク溶接センサ倣い制御装
置。
【請求項１２】請求項９記載のアーク溶接センサ倣い
制御装置において、上記動作制御手段は、溶接トーチが
上記所定範囲を越えたとき、所定時間だけ遅延させた後
に、アーク電気量を基準に新たに比較基準値を設け、ア
ーク電気量が上記比較基準値以下となったときは、アー
クが開先壁に接近したと判断して、溶接トーチの揺動動
作の方向を反転させることを特徴とするアーク溶接セン
サ倣い制御装置。
【請求項１３】請求項９記載のアーク溶接センサ倣い
制御装置において、溶接トーチが上記所定範囲を越えた
とき、溶接トーチの慣性動作を検出する動作検出手段を
備え、上記動作制御手段は、検出した動作が所定以下と
なった後に、アーク電気量を基準に新たに比較基準値を
設け、アーク電気量が上記比較基準値以下となったとき
は、アークが開先壁に接近したと判断して、溶接トーチ
の揺動動作の方向を反転させることを特徴とするアーク
溶接センサ倣い制御装置。
【請求項１４】請求項９記載のアーク溶接センサ倣い
制御装装置において、上記動作制御手段は、アーク電気
量が上記比較基準値以下となり、アークが開先壁に接近
したと判断して、溶接トーチの揺動動作の方向を反転さ
せた直後から、アーク電気量を基準値と比較して、溶接
トーチと溶接対象物との間隔が所定の距離となるよう
に、溶接トーチの高さ位置制御を行うことを特徴とする
アーク溶接センサ倣い制御装置。
【請求項１５】請求項９記載のアーク溶接センサ倣い
制御装置において、上記アーク溶接に基づくアーク電気
量は、アーク電圧であることを特徴とするアーク溶接セ
ンサ倣い制御装置。
【請求項１６】請求項９記載のアーク溶接センサ倣い
制御装置において、上記アーク溶接に基づくアーク電気
量は、溶接電流であることを特徴とするアーク溶接セン
サ倣い制御装置。