JPS60118380A - オツシレ−ト幅自動制御法 - 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】 けるオツシレート幅自動制御法に関する。

消耗電極（ワイヤ）を使用するアーク溶接において．溶
接時のアーク長とワイヤ突出し長との和のオツシレート
変化パターンから開先幅を検出し，それによってオツシ
レート幅を自動的に制御する方法は未だ見出されていな
い。

本発明は，上記現情に鑑み，ワイヤを使用するアーク溶
接において，溶接トーチの近傍に有形な検出子を装着す
ることなく溶接時の溶接条かかる目的を達成する本発明
の要旨は、検出が容易で、かつ通常用いる溶接条件を電
気的な演算回路で処理することによシ、ワイヤ突出し長
さとアーク長との和（チップ−被溶接材間距離）をめ、
トーチをオッシレートすることによりこの和の変化パタ
ーンから被溶接物で構成される開先面の面間距離（以下
開先幅という。）を検出し開先幅の大小に応じてオツシ
レート幅を自動的に調整し溶接欠陥がない健全な継手を
得る点にある。

本発明の演算処理はアナログ演算によっても勿論可能で
あるが、ディジタル電算機によシ処理する実施例を以下
に図面を８照しつつ説明する。

第１図は本発明に係る一実施例の溶接回路および演算処
理機構を示すブロックダイヤ グラム。

第２図は本発明に基づく原理の説明図。

第３図は被溶接材の開先幅が変化している状態を示す図
。

第４図は第３図のＩＶ　−ＩＶ’断面図と開先内でオツ
シレートした時のオッシレー）幅ｗＫ 対するＬ（−ＬＥ＋ＬＡ）の変化パターンを示す。

第５図は第３図のｖ　−ｖ’断面図と開先内でオッシレ
ートした時のオツシレートＩ［ｗ　Ｋ対するＬ　（−Ｌ
Ｅ＋ＬＡ）の変化パターンを示す。

第６図、第７図は本発明に基づく原理の説明図である。

まず第１図において。

■は、消耗電極５と被溶接材８との間にアーク６を発生
させ溶接金属７を得るのに必要な電気エネルギを供給す
るための溶接電源。

２は、消耗電極用の溶接トーチ。

３は、シールドノズルでシールドガス９と共にアーク６
雰囲気および溶接金属７を大気からシールドする。

４は、ワイヤに給電するためのチップ。

、１０　、　Ｉ　Ｏ’は、コイル状に巻かれたワイヤＪ
ｉを溶接トーチ２内に送給するためのローラーで、送給
ローラｌＯはモーター１２に結合されておシ、またモー
ター１２は駆動装置１３によって制御されている。

１４は、溶接電源ｌの溶接トーチ２に対する給電点であ
る。

１５は、溶接電流値を検出する１例えばシャント等の電
流値検出器。

１６は、チップ４と被溶接材８との間の電圧を検出する
１例えば分圧器等の電圧値検出器。

１７はワイヤ送給速度を検出する１例えばロータリエン
コーダ尋の回転量検出器。

１８は、溶接トーチ２に機械的に結合し、溶接トーチ２
ｔ−溶接の進行方向とはは直角の方向に揺動させるオツ
シレータでモータ１９によって駆動される。

２０は、上下移動装置２１および左右移動装置２３とオ
ツシレータ１８とを結合する金具である。上下移動装置
２１はそ一夕２２によって、また左右移動装置２３はモ
ータ２４によって駆動されている。

２５Ｆｉ、溶接トーチ２．オツシレータ１８．上下移動
装置２１．左右移動装置２３などの結合体を支持する金
具で図示省略の紙面の前後方向に移動する台車等に搭載
されている。

２６は、モータ１９の駆動制御装置４２からオツシレー
ト位置情報を受けるもので、波形整形機能を有する増幅
器である。

２７は１回転量検出器１７からの信号を適当なレベルに
するための増幅器。

２８は、電圧値検出器１６からの信号を適当なレベルに
するための増幅器。

２９は、電流値検出器１５の信号から溶接電流の平均値
に比例する信号を発生するための増幅器。

３０は、電流値検出器１５の信号から溶接電流の実効値
に比例する信号を発生するための増幅器。

３１は、溶接トーチ２の被溶接物８からの距離即ち、テ
ップ−被溶接物間距離Ｌ（−ＬＥ＋ＬＡ）を設定するた
めの設定器。

３２．３３，３４，３５，３６．３７はｓ２６゜２７．
２８，２９，３０．３１のアナログ信号をディジタル信
号に変換しディジタル電算機３８に入力するためのＡ−
Ｄ変換器（アナログ−ディジタル変換器）３９は、電算
機３８からのディジタル信号をアナログ信号に変換し、
オツシレートモータ１９’に制御する駆動制御装置４２
へ出力する。その信号は、オツシレート幅制御信号、オ
ツシレー漣度制御信号である。

４０は、電算機３８からのディジタル信号をアナログ信
号に変換し、左右移動装置２３の駆動モータ２４を制御
する駆動制御装置４３へ出力する。

４１は、電算機３８からのディジタル信号をアナログ信
号に変換し、上下移動装置２１の駆動モーター２２′に
制御する駆動制御装置４４へ出力する。

次に本実施例の作用を説明する。

（イ）電流検出器ｊ５と増幅器２９によって溶接電流の
平均値Ｉａが、また電流検出器１５と増幅器３０とによ
って溶接電流の実効値工ｅがめられる。また、電圧検出
器１６と増幅器２８とによってテップ４と被溶接物８と
の間の電圧Ｖがめられる。さらに１回転量検出器１７と
増幅器２７とによってワイヤ送給速度Ｖが検出される。

（ロ）　これらのアナログ量はんΦ変換器３５，３６゜
３４．３３によってディジタル量に変換されて、ディジ
タル電算機３８に加えられる。

ｒｔ　ここで記号を医のように定義する。

Ｉａ：　溶接電流の平均値 ■ｅ：　溶接電流の実効値 ■　＝　ワイヤ送給速度 ■　二　チップ（４）と被溶接材（８）との間の電圧 ＬＥ：　チップ（４）の先端からアーク（６）までのワ
イヤ（５）の長さ、而ゆるワイヤ突出し長さ ＬＡ：　ワイヤ（５）の先端から溶接金桐（７）までの
距峠、面ゆるアーク長 Ｌ　：　（Ｌいと（ＬＡ）との和、即ちチップ（４）の
先端から溶接金属（７）までの距離 ■ｏ：　ワイヤ突出部に溶接電流（ｉａ、　Ｉｅ）によ
って生ずる電圧降下 ＶＡ：（Ｖ）から（Ｖ、）を差し引いた電圧、即ちアー
ク電圧 とのようにすると上記の諸量の間には近似的に次の関係
がある。

ＬＥ　＝　ｆｌ（Ｉａ、Ｉｅ、ｖ）　−−−■Ｖ、−ｆ
２（Ｉａ、Ｉｅ、ｖ、ＬＥ）　＋＋　＋・＋　・。

ｙＡ−ｖ−ＶＥ　・・・・・・・・・■ＬＡｇ　ｆ３（
ＩＩＶＡ）　・・・・・・・・・■Ｌ　−Ｌ、＋ＬＡ　
・・・・・・・・・００式は参考文献ｌから、また０式
は参考文献２からめられる。■式の具体的な形は実験に
よってめることができる。０式および■式は第１図から
自明である。

参考文献１：溶接学会、＠接法委員会 ■９８０年７月 「電流制御アーク溶接に関する研 究」 参考文献２：「溶接アーク現象く増補版〉Ｊ株式会社　
産　報 著者　安藤弘平（他） に）　従って、■式の関係をディジタル電算機３８にプ
ログラムしておき、ワイヤ送給速度Ｖと溶接電流Ｉａ、
Ｉｅを与えるとワイヤ突出し長さＬＥがめられる。

（ホ）■式の関係をディジタル電算機３８にプログラム
しておき、溶接電流（工ａ、　Ｉｅ）、ワイヤ送給速度
Ｖおよび上記に）で得られたワイヤ突出し長さＬＨ？ｒ
与えるとワイヤ突出し部の電圧降下Ｖ、がめられる。

（へ）０式の関係をディジタル電算機３８にプログラム
しておきチップ（４）と被溶接物（８）との間の電圧、
および上記（ホ）で得られたワイヤ突出し部の電圧降下
ｖＥヲ与えるとアーク電圧■□がめられる。

（ト）■式の関係をディジタル電算機３８にプログラム
しておき、溶接電流ｉａ、　Ｉｅと上記（へ）で得られ
喪アーク電圧■□とを与えるとアーク長ＬＡ　がめられ
る。

（力　０式の関係をディジタル電算機３８にプログラム
しておくと上記に）で得られたワイヤ突出し長さＬＥと
上記（ト）で得られたアーク長ＬＡとの和からチップ４
と被溶接物８との距離りがめられる。

（男　上述のように、説明変数として溶接電流Ｉａ。

Ｉｅ、ワイヤ送給速度Ｖおよびテップ４と被溶接物８と
の間の電圧Ｖｔ−与えると■式〜■式からテップ４と被
溶接物との間の距＠Ｌが目的変数としてめられる。

０　第２図は、オンジレートモータ１９を制御する駆動
制御装置４２からのオンジレート情報（振幅が最大にな
るタイミング及び振幅が零になるタイミング）を基に、
即ちオンシレ１ −ト振幅がゼロを横切るタイミング全基準にして、それ
から一定時間△を毎に、溶接電流■ａ、　■ｅ％　ワイ
ヤ送給速度Ｖ、テップー被溶接材間電圧Ｖをサンプリン
グして前述のＬｌ演算した時のタイミング（これは等測
的にオンジレート振幅となる。何故ならばオランレート
速度は一定であシかつ、サンプリング間隔も一定である
。）とＬとの関係を、第１図に示したようなＶ型突合せ
開先内で溶接した場合の１例を示す。データーＩａ、工
ｅ、ｖ、■　のサンプリングは振幅のゼロクロス時から
最大までの往路のみで行い復路では行わない場合を示す
。

このように開先内でオンジレート溶接を行うと、オンジ
レート位置とそれに対応するテングー母材間距離（Ｌ）
とのパターン図が得られる。

（ハ）第３図は、被溶接材８で形成される開先が変化し
ている状態を示すが、第４図および第５図は、開先幅が
異なる２つの開先でオンジ２ レート溶接を行った時のオンジレート幅Ｗとテップ−母
材間距離りとの関係を模式図に示したものである。

第４図は第５図に比べて開先幅が小さい場合を示してい
るが、開先幅が小さい時は大きい時に比較し、小さいオ
ンジレート振幅でＬが急速に減少するのが観察される。

（ロ）第６図、第７図は、第４図と第５図の関係を定量
的に明らかにするために示した図である。

ここで、Ｌｏはオンジレート振幅が小さい時の即ち開先
中央付近でのＬの値である。ｒは、演算によってめたＬ
の値にバラツキがあるので、これを除くために設けたパ
ラメータである。Ｕはオンジレート振幅を制御するため
に設けたパラメータである。

（オ　第６図は、開先形状が一定の時にパラメータＵの
設定値によってオンジレート幅が変化することを説明す
る図である。

ここで、ｒおよびＵはあらかじめ実験によってめた適正
な値をディジタル電算機３８にパラメータとして設定し
ておく。

＠　溶接が開始されると、オンジレート振幅が零のタイ
ばングを検出し、検出したらデータエａ、Ｉｅ、ｖ、　
ｖ　ｋサンプリ／りしＬを■式〜■式に従って演算する
。次に又データをサンプリングしＬｉ計算する。この過
程を数回繰返して、その平均値し。をめておく。サンプ
リングの間隔は第２図で示した△ｔである。

＠）その後は、△を毎にデータＩａ、工ｅ、Ｖ、■に基
づ＜Ｌｔ−演算し、Ｌとり。−（γ＋Ｕ）との大小関係
に注目する。もし、　Ｌ＞Ｌ。−（ｒ＋Ｕ）ならば、さ
らに同じ方向にオンジレートを行う。

しかし、　Ｌ＜Ｌ。−（γ＋Ｕ）の条件が数回連続して
成立すれば、オンジレート方向を反転させる。

（−次は、またオンジレート振幅が零のタイミングを検
出し以後、＠、（ロ）で述べたシーケンスを繰返す。

（＋／１　このようにしておけば、ｒ、Ｕで設定された
パラメータ条件に従い、適当な大きさでオンジレートが
繰返し行われる。

し）　ところで、第６図は同一開先形状の場合に。

パラメータＵをＵ、、Ｕ２（Ｕ工＜Ｕ２）とした場合の
例を示しているが、　Ｌ　＜　Ｌ（、−（ｒ＋Ｕ）の条
件を成立するためには（Ｕ２）の方が（Ｕ□）の場合よ
りも大きく、オンジレートしなければならないことは第
６図から自明である。

即ち、Ｕを調整することによってオンジレート幅（ｗｌ
を制御できる。（Ｕ□＜Ｕ２ならばｗｌ＜ｗ２　となる
。） ０図　第７図は、開先幅が変化した時にパラメータＵで
オンジレート幅を制御できることを説明した図である。

（ト）動作の原理は、前記（ロ）〜（ロ）と全く同一で
あるが、第７図の場合はパラメータＵを一定のＵ３に設
定したことであり、この条件を満足させるためには、開
先幅が大きい時のオツシレー）　＠　（Ｗａ　）は開先
幅が小さい時のオンジレート幅（Ｖ４）よシも大きくな
ることは第７図か５ ら自明なことである。

（力　以上、第６図から、開先幅が同一の場合。

オンジレート幅はパラメータＵによって制御できること
、また開先幅が変化している時は適正なＵを設定するこ
とによって開先幅の変動に適応してオンジレート幅が変
化することを説明した。

（力　次に、第２図において、Ｌのサンプリングの総和
の平均しｒｎは−サイクルのチップ−被溶接材間距離り
の平均値であ９１次のように演算することができる。

に）　したがって、設定器３１の設定値Ｌｄ　と上述（
至）のしｍとを比較してもし、　Ｌｍ＞Ｌｄならば、モ
ータ２２を駆動して上下移動装置２１を下方にＬｍ−＝
Ｌｄになるまで移動する。逆に。

Ｌｍ＜Ｌｄ　ならばモータ２２を駆動して上下移動装置
２１を上方にＬｍ−Ｌｄになるまで移動する。

６ （２））　上記し）、に）によって（Ｌ）を（Ｌｄ）の
値に常に保持することができる。

（イ）　また、第２図において、縦軸りの左側のＬ差△
Ｄは であるが、△Ｄ＼０の時はオンジレート中心軸と被溶接
材８で形成される開先の中心軸が不一致であることを示
しでいる。即ち、△Ｄ＞０であれば、オンジレート中心
軸は開先の中心軸よりも右側に存在し、逆に、△Ｄ＜０
ならばオンジレート中心軸は開先の中心軸よシも左側に
存在している。

（１）　従って、△Ｄ＞ｏならばモータ（２４）’を駆
動して△Ｄ−０になるまで、左右移動装置（２３）　ｉ
左側に移動し、逆に、△ＤくｏｆＬらばモータ（２４）
を駆動して△Ｄ−ＯＫなるまで左右移動装置２３を右側
に移動する。

（６）　上記（イ）、＜Ａによって、オンジレート中心
位置を常に開先の中心位置に保つことができる。

（イ）　以上で本実施例によれば、開先幅が変動した場
合にオンジレート幅がそれに適応すること、また、トー
チ３と被溶接材８との距離が変化しても、常にトーチ高
さを設定値に保持できること、さらに、溶接線が変化し
てもそれに自動追随できることを述べたが開先幅が変動
した場合、ワイヤ送給速度が一定で（通常この条件であ
る）、かつ溶接速度が一定であれに、ビード高さが変化
する。

（至）　従って、第６図、第７図に示すようにディジタ
ル電算機３８はオンジレート幅ｗを演算することができ
るので、Ｗの変化をフィードバックして図には書いてい
ないが台車の速度を制御して常にビード高さが均一にな
るようにする。

以上実施例とともに具体的に説明したように本発明によ
れば、開先幅の変動に対して自動的にオンジレート幅が
適応し、かつ溶接線を自動追随するので、欠陥のない溶
接継手部が得られる。従って、溶接ロボットと組合せる
ことによ）精度の高い無人化溶接が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例の溶接回路および演算処
理機構を示すブロックダイヤグラム。 第２図は本発明に基づく原理を示す説明図。 第３図は波源接材を示す斜視図。 第４図は第３図のＩＶ　−ＩＶ’断面図の開先内でオン
シレートした時のオンシ・ν′→、シト幅Ｗに対するＬ
；　（＝ＬＢ＋ＬＡ）の変化〉４ターンを示す説明図、
第５図は第３図のｖ　−ｖ’断面図の開先内でオンシレ
ートした時のオンシレート幅ｗＶｃ対するＬ（−ＬＥ＋
ＬＡ）の変化パターンを示す説明図。 第６図及び第７図は本発明に基づく原理を示す説明図で
ある。 図面中。 ２は溶接トーチ。 ５は消耗電極。 ７は溶接金属。 ８は被溶接材。 ９ ３８は電算機でおる。 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） ０ 第４図 第５図 第６図 Ｏを 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 消耗電極（ワイヤ）を使用し、溶接トーチをオツシレー
   トさせながら行うアーク溶接において。 溶接電流（ＩＢ：平均電流、Ｉ８：実効電流）。 ワイヤ送給速度（Ｖ）及びチップと被溶接物との間の電
   圧（Ｖ）　’ｔ”検出し、かつ上記溶接電流（Ｉａ。 Ｉｅ）、上記ワイヤ送給速度（Ｖ）および上記電圧（■
   ）を電気的演算回路で演算処理することによって、ワイ
   ヤ突出し長さくＬＢ）とアーク長（ＬＡ）との和（ＬＥ
   ＋ＬＡ）をめ、更に上記溶接トーチのオツシレートによ
   る上記長さくＬＡ＋Ｌ、）の変化パターンから上記溶接
   トーチのオツ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との偏差および開先面を認知し、
   上記オツシレート中心位置と上記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に常に上記溶接トー
   チ位置を制御してアーク点が溶接線を自動的に倣うよう
   にすることおよび上記開先面の面間距離の変化に応じて
   オツシレート幅を自動調整すると共に溶接速度を制御し
   てルート間隔が変化しても一定のビード高さが得られる
   ようにしたことを特徴とするオンジレート幅自動制御法
   。