JPS58196173A - 溶接線自動倣い方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は消耗電極を使用するガスシールドアーク溶接に
おける溶ｍ線倣い方法に関する。

各種構造物の溶接組立の自動化において、溶接品質を確
保するためには、溶接開先精度幅誤差に対し溶接トーチ
の遅進を追従させることが重要であり、この溶接品質の
確保のため従来では検出機構を用いることが提案されて
いた。

シカし、この検出機構は開先面にセンサを取付は次シ開
先＠を画像センサにて処理することにより耐熱、耐ノイ
ズ、取扱いの複雑さ、アーク光などのため、信頼性に欠
ける。

このため、本発明は上述の欠点に鑑み、高信頼性金有す
る溶接諭動倣い方法を提供することを目的とする。

かかる目的音達成するため本発明としては。

溶接トーチのチップを通して消耗電極を被溶接物の溶接
線に向けて供給するとともに、溶接トーチをオシレート
させて溶接を行なうアーク溶接において、溶接電流、消
耗電極送給速度、およびチックと被溶接物との間の電圧
を検出しこれを演算処理してアーク長と消耗電極の突出
し長さとの和であるチップ・溶接金属間距離を求め、少
なくとも２点の所定のオシレート位置にお轄る上記チッ
ク・溶接金属間距離の相対差分によシ上紀溶接トーチの
オシレート中心位置と被溶接物によって構成される継手
の中心位置のずれを検出し、このオシレート中心位置と
継手の中心位置との相対位置関係が設定どおりになるよ
う常に溶接トーチ位置を制御してアーク点が溶接線に倣
うようにすることを特徴とする。

以下、本発明の溶接線自動倣い方法を図＃Ｊを参照して
詳細に説明する。

第１図には本発明の原理を表わす。溶接トーチ１は溶接
用電源等を具える溶接装置２とターミナル２ムにて接続
されるとともに＋！ｌ）−チ１先端部には中心にチック
３が取付けられ、その外周にシールドガスを噴出、させ
るシールドガスノズル４が取付けである。そして、溶接
トーチｌの基端部からリール５に巻かれたワイヤ６がワ
イヤ送給モータ７で駆動される送９０−２８を介して溶
接トーチｌの中心部を軸方向に挿通されてチック３先端
部から突き出している。

このワイヤ６Ｆｉワイヤ送給モータ７の駆動制御電源９
によってその過多適度が調整制御される。

また、溶接トーチｌの基端部は駆動モータ１０を具えた
オシレート装置１１に取付けられ、被溶接物１２の溶！
！線に対しオシレート運動するようになっている。１３
ｉｊ前記駆動モータ１Ｇを駆動させる制御電源である。

オシレート装置１１は駆動モータ１４を具えた上下移動
装置１５に壕付けられ、上下移動装置１５は駆動モータ
１６を具えた左右移動装置１７に取付けられ。

これらによって被溶接物１２に対するチック３先端の位
置を変えることができるようになっている。なお、前記
左右移動装置１７は台車（図示省略）に連結されている
アーム１８に支持されてお９１台車により溶接トーチ１
及びその付属装置ＦｉＩＩｒ接線に沿って移動される。

図中、１９はワイヤ６先端部に発生するアーク、２０は
溶接金属、２１はシールドガスである。

このような装置を用いるガスシールド消耗電極式アーク
溶接では、溶接電流■、ワイヤ送給速度マ、アーク電圧
ｖＡ、ワイヤ突出し長さり、、アーク長しム等の間Ｋ１
１一定の関数関係があることが実験的に得られている。

そこで、制御に必要な変数ｔして、ワイヤ送給速度Ｖ、
溶接電流■およびチップ・被溶接物間の電圧Ｖを検出す
る機構が上記装置に備えられている。ワイヤ送給速度マ
を検出する機構としては、ロータリエンコーダ等の回転
量検出器２２が送りローラ８に取付社てあり、アナログ
・ディジタル変換器（以下％変換器とする）２３を介し
てディジタル化して演算処理を行なうディジタル電算機
（以下、電算機とする）２４に入力される。また、チッ
ク３と被溶接物１２との間の電圧Ｖを検出するためポテ
ンショメータ勢の電圧値検出器２５がチック３と被溶接
物１２とに接続され、その出力信号がＡｑ変換器２６を
介して電算機２４に入力される。さらに。

溶接電流■を検出するため溶接装置２と被溶接物１２と
の間にシャント等の電流値検出器２７が設けられ、その
出力信号がＡ４変換器２８を介して電算機２４に入力さ
れる。なお、この装置では、溶接トーチｌがオシレート
されるので、溶接トーチ１の位置が制御要素として必要
であり、そのためオシレート装置１１にはその瞬時のオ
シレート位置を検出するオシレート位置検出器２９が設
けられ、その出力信号がへｔ変換器３０倉介して電算機
２４に入力される。また。

電算１ａ２４にＵＩらかしめ一定に保持すべきチック・
溶接金属間距離ＬＤｔ−設定するための設定器３１が％
変換器３２を介して設けである。

電算機２４内には、上記入力要素群をもとに溶接トーチ
１の位置制御量を算出する回路が組込まれており、その
出力である左右移動制御信号はディジタルアナログ変換
器（以下　Ｄ７．変換器とする）３３管介して、前記左
右移動装置１７の駆動モータ１６の電源であるモータ制
御電源３４に入力され、また、上下移動制御信号はＤ７
．変換器３５を介して、前記上下移動装置１５の駆動モ
ータ１４の電源であるモータ制御電源３６に入力される
。

溶接に際し１回転量検出器２２によってワイヤ送給速度
マが、また電圧値検出器２５によってチック・被溶接材
間の電圧Ｖが、さらに、電流値検出器２７によって溶接
電流■が検出される。

これらのアナログ量ｔｉ　’／Ｄ変換器２３，２６゜２
８によってデジタル量に変換され、電算機２４に加えら
れる。

ところで。

Ｉ；溶接電流 Ｖ：ワイヤ送給速度 ■二チッグ３と被溶接材１２間の電圧 ＬＥ：チッチッの先端からアーク１９までのワイヤ６の
長さ即ちワイヤ突出し長さ。

Ｌム：ワイヤ６の先端から溶接金属２０までの距離即ち
アーク長。

Ｌ：チック３°Ｏ先端から溶接金属２０までのｖＥ：ワ
イヤ突出し部Ｋｌｌ接電流■によって生ずる電圧降下。

Ｖム：アーク電圧 とすると、上記の諸量の間には近似的に次の関数関係が
ある。

Ｌ冨＝ｆ１（マ、Ｉ）−°°・・・−（１）Ｖ鳶＝ｆ、
（マ、Ｉ、Ｌ冨）・・・・・・（２）Ｖ、　＝　Ｖ　−
Ｖ、　　　　　　・・・・・・（３）Ｌム＝ｆ、（Ｖム
、■）　　・・・・・・（４）Ｌ　＝　Ｌｇ　＋　Ｌム
　　　　　・・・・・・（５）（１）式と（４）式は、
「電流制御アーク溶接に関する研究」（溶接学会溶接法
委員会１９８０年７月）および「溶接アーク現象増補版
」（産報、安藤公平１ｋ）のＰ１０５第３・ｌ・２７図
Ｖａ　−■特性よシ得られ、また（２）式の具体的な形
は実験によって求められる。ｌｉｌ、（３）式および（
５）式は籐１図から自明である。

したがって、（１）式の関係を電算機２４にグログ２ム
しておき、ワイヤ過給速度マと溶接電流■を与えると、
ワイヤ突出し長さＬｇが求められる。

（２）式の関係を電算機２４にグログラムしておき、ワ
イヤ送給速度マ、溶接電流Ｉおよび上記演算により得ら
れたワイヤ突出し長さＬｍｔ与えると、ワイヤ突出し部
の電圧Ｖｇが求められる。

（萄弐の関係を電算機２４にグログ２ムしておき、ラッ
グ３．被溶接物１２間の電圧Ｖおよび上記演算で得られ
たワイヤ突出し部の電圧ｖＥを与えると、アーク電圧Ｖ
ムが求められる。

（４）式の関係を電算機２４にグログラムしてお１に、
溶接電流Ｉと上記演算で得られたアーク電圧ＶＡｔ−与
えると、アーク長しムが求められる。

（荀式の関係を電算機２４にグログラムしておき、上記
演算で得られたワイヤ突出し長さｔ、ｇとアーク長しム
との和からデフ１３％溶接金属２０間の距離りが求めら
れる。

上述のよ・うに、変数としてＷＦ接亀ｆｉｌ、ワイヤ送
給速度マおよびテップ３と被溶接物１２との閣の電圧■
を与えると、（１）〜（５）式から、チック３と溶接金
属２０との距離りが求められる。

つぎに、チップ・溶接金属間距離設定器３１とＤ７．変
換器３２とにより、ディジタル値ＬＤでチップ・溶接金
属間距離を設定して電算機２４に４える。

先に求められたワイヤ突出し長さＬｇとアーク長り、Ａ
４Ｄディジタル和（Ｌｍ　＋　Ｌム）と、チップ・＊＊
金属間設定値ＬＤとを電算機２４の１０グラムによって
比較する。

そして、その比較結果をＤ／Ａ変換器３５ｔ−通じてモ
ータ制御電源３６に出力し、駆動モータ１４を駆動して
、上下移動装置１５によって溶接トーチ１を上下させる
。例えば（Ｌム＋Ｌ！　）＞Ｌｏならｔｆｌ１級トーチ
１を下に、（Ｌム十り鳶）〈ＬＤならば溶接トーチ１に
一上に移動させる。

上述のようにして、チック・溶接金属間距離設定器３１
によって、チップ・ｆ＃接金金属間距離任意の値に制御
するのである。

一方、溶接トーチＩＦｉオシレート装置１１によりオシ
レートされる。１ｌｌｌｉ’）−テｉｔ−オシレ−トシ
ないとき、ワイヤ６の延長上に被溶接物１２によって形
成される継手の交点（溶接Ｊｌ）がある場合、溶接トー
チｌは、第２図に示す如く、オシレートの中心と前記交
点とを結ぶ軸を中心にしてオシレートされる。溶接トー
チ１のオシレートが紙面に平行に単振動（振子運動）ま
たはこれに近い運動を行なうとすれば、オシレート相対
角度θ％（最大振幅に対する任意の振幅を百分率で示し
たもの）に対するチップ・溶接金属間距離りは第５図に
示す形となる。これは溶接トーチ１のオシレート角度θ
がｏのとき、トーチ軸が水平面に対して４ぎの場合を示
したものである。

第５図〜第７図はチップ・溶接金属間距１１ｍＬと角度
θとが描くパターンから継手の中心位置と溶接トーチ１
のオシレート中心位置とのずれを求めるためのパターン
ソ゛ア”る。ここでは、オシレート位置が０＝２５％と
θ＝７５Ｎの時のチップ・溶接金塊間距離りの平均点と
おしを直線で結び％＃＝１００％での外挿値り、を得る
と共に、同様にオシレート位置がθ＝−２５Ｘと＃−−
７５ｊｌの時のチップ・溶接金属間距離ＬＯ平均点とお
しを直線で結び、θ−−１００Ｘでの外挿値ＬＬを得る
。そして、この外挿値ＬＭＬＬとを比較する。この場合
、オシレート位置は一＝土２５Ｘ、±７５ｘ、±１００
Ｘ’ｔ”決めたが別にこの数値に限るものではない。

第５図において、＃＝−７５％、θ＝−２５％、−＝２
５％、＃＝７５％の時のチック・溶接金属間距離りの平
均値をＬ−ｔｓ　ｒ　Ｌ−ｔｓ　＋　４５＋　４ｓとす
る。

この場合、角度θと距＠Ｌのテンブリングをオシレート
の１周期とするとθ＝±２５％、θ＝±７５Ｘにおける
ｔの値は２個ずつあるので平均値をとるものとする。さ
らに、第５図ｔ−０−Ｌ座標面として（−７５、Ｌｔｓ
　）と（−２５。

１−ｔｍ　）とを直線で結びθ＝−１００Ｘにおける距
離りの値をＬＬとする。同様に（２５，４ｓ）と（７５
，４ｓ）とを直線で結びθ＝１００％における距離りの
値をＬＲとする。

実験の結果−ＬＬ　−Ｌｍキ０であれば、溶接トーチ１
がオシレートしない時、ワイヤ６の先端は継手の交点の
近くに存在する。すなわち、溶接トーチ１をオシレート
しない場合にワイヤ６の延長上に継手の交点がある状急
でオシレートさせ友い時第５図における距離りの角度−
に対する軌跡でｔ、ｔ、　−ＬＲキ０になるように溶接
トーチ１の左右位置を制卿すればよい。

第３図は溶接トーチ１をオシレートしない時にワイヤ６
の延長上に被溶接物１２によって形成される継手の交点
がない場合を示すもので、溶接トーチ１が下板に近い場
合を示すものである。この場合、溶接トーチｌのオシレ
ート面が紙面に平行に単振動又はこれに近い運動を行な
うとすれは、メシレー　ト角度θに対するチップ・溶接
金属間距離りは第６図に示す形となる。

第６図において、角度θの１周期における０＝−７５Ｘ
％θニー２５Ｘ１θ＝２５％、０＝７５！Ｘの時の距＠
Ｌの平均値を谷々ｔ−７Ｓ　ｌ　ｔ−４１ｒ４ｓ、４ｓ
とする。ついで、第５図と同様、第６図をもθ−Ｌ座標
向として（−７５、ｔ−ｙｓ）と（２５−ｔ−ｔｓ）と
ｔｍｍで結び＃＝−１００％におりる距離りの値をＬＬ
とする。また、（２５゜ｔｕ）と（７５、Ｌｒ５）とを
直線で結び＃＝１００Ｘにおける距離りの値をり、とす
る。

実験の結果、＄３図のように溶接トーチ１か被溶接物１
２の下板に近づくと角度θと距１ＩＩＬとの関係は第６
図のようにな９その結果ＬＬ　＞　ＬＲとなる。よって
ｈ　ＬＬ＞Ｌｌ　　のとき溶接トーチ１を上板に近づく
ように左右移動装置１７をモータ１６にて駆動しＬｔ、
　−ｔ、ｔ　＝　Ｏになるようにすれば、オシレート中
心線が常に継手の交点に位置することになる。

第４図会ま第３図の場合とは逆に溶接トーチ１が上板に
近づいた場合を示し、第７図は第４図の時に角ｆ＃と距
離りとが描くパターンを示す。　　′溶接トーチ１が被
溶接物１２の上板に近づくと纂７図に示すようにＬＬと
Ｌ凰との関係はＬＲ＞ＬＬとなる。よって＊　ＬＲ）　
ＬＬの場合、溶接トーチｌｔ下板に近づけるように左右
移動装置１７をモータ１６にて駆動しＬｌ　−ｉ、Ｌ＝
　０となるようにすればオシレート中心線が常に被溶接
物１２で構成される交点に至ることになる。

以上の操作手順はディジタル電算機２４に予めプログラ
ムされているのでアーク点は常Ｋｍ溶接物１２の支点を
追従する。こうして、チップ・溶接金属間距＄１Ｌｔｉ
溶接中一定に保持されると共に何らかの原因でアーク点
が溶接線からずれた場合でも自分自身で軌道修正が可能
となる。

上述の如く、本発明による酊接線自動倣い方法によれば
、チックと被１ｗ接物との距離を自動的に制御するとと
もに、オシレート角度を溶接線を中心として常に対称に
制御するようにしたので、溶接ＩＩｉ！を自動的に倣う
ことができ、最初はラフな溶接線の合せでも溶接が精度
よく行なえる。したがって、拳法を８級ロボットなどに
適用することによって、精度の商い無人化＊接も可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図社本発明に係る溶ｍｓ＋自動倣い方法の原理図、
１ｍ２図は溶接線を向く軸を中心として溶接トーチがオ
シレートする状態を示す説明図。 嬉３図および第４図は溶接線からずれた位置を向く軸を
中心として溶接トーチがオシレートする状態の二つの例
を示す説明図、第５図は第２図に示すオシレートによる
チック・溶接金属間距離の変化バター７を示す縮図、第
６図は第３図に示すオシレートによるチップ・溶接金属
間距離の変化パターンを示す線図、第７図は第４図に示
すオシレートによるチック・溶接金属間距離の変化パタ
ーンを示す線図である。 図面中 １は溶接トーチ。 ３はチック、 ６Ｆｉワイヤ。 １１はオシレート装置。 １２は被溶接物。 １５＆！上下移動装置、 １７／Ｉｉ左右移動装置、 ２２は回転量検出器、 ２４Ｆｉディジタル電算機。 ２５は電圧値検出器。 ２７は電流値検出器。 ２９はオシレート位置検出器。 ３４．３６＃′ｉモータ制御電源である。 特許出願人 三菱重工業株式会社 復代理人 弁理士　光　石　士　部（他１名） 第２図 ρ ＋２ 第５図 相対＾炭θ（〜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 溶接トーチのチックを通して消耗電極を被溶接物の溶接
   線に向けて供給するとともに溶接トーチをオシレートさ
   せて溶接を行なうアーク溶接において、溶接電流、消耗
   電極送給速度、およびチップと被溶接物との間の電圧を
   検出しこれらを演算処理してアーク長と消耗電極の突出
   し長さとの和であるチック・溶接金属間距離を求め、少
   なくとも２点の所定のオシレート位置における上記チッ
   プ・溶接金属間距離の相対差分により上記溶接トーチの
   オシレート中心位置と被溶接物によって構成される継手
   の中心位置のずれを検出【７、このオシレート中心位置
   と継手の中心位置との相対位置関係が設定どおりになる
   よう常に浴接トーチ位置を制＃１−てアーク点が溶接線
   に倣うようにすることを特徴とする溶接線自動倣い方法
   。