JPS6018270B2 - ア−ク溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、関先位置検出器を用いずに、アーク自身で
トーチの移動を適確に溶接継手に倣わせるァーク溶接方
法に関するものである。

自動溶接の無人化を図るためには、溶接中に時々刻々と
変化する関先線の二次元的なずれに対して、トーチ位置
を自動的に検知し制御するため検知センサおよび前記検
知センサによるトーチ位置調整機構が必要とされる。

従来、この種検知センサとしては、接触型の葦勤変圧器
方式、ポテンショメータ方式、またはリミットスイッチ
方式のもの、あるいは、非接触型の電磁式また光学式位
置検出方式のものなど、種々のセンサが使用されている
。

しかしながら、いずれにせよトーチの他にセンサという
固有の機器をトーチ近傍に設けるものであるから、検知
位置と制御対象位置との間に、寸法的な制限で一定の間
隔が必要であり、従ってセンサの出力に対し、上記間隔
寸法に応じた時間差を与えてトーチ位置を制御する、極
めて複雑で、そのわりには精度に限界のある制御方式し
か実用化されていなかつた。そこで本発明者は、先に上
述の従来技術における問題点を改善した技術を開発し、
侍願昭５２一８３５０６として出願した。

この先糠発明は、ワイヤ送給速度を一定とした消耗電極
アーク溶接および非消耗電極アーク溶接において、アー
ク特性をワイヤ突出長またはア−ク長の変化に対して補
償するトーチ移動機構を設け、この機構によりトーチ移
動量を常時監視して、トーチの藤線方向の変位もしくは
位置を倣い制御に用いるものである。

この方法によれば、別体として倣いセンサを設けること
ないこ、安定した溶接が可能となる。すなわち、この先
願発明のアーク溶接方法においては、溶接電源として直
流定電流電源を用い、設定されたアーク電圧を保持する
ように、上記移動機構によってトーチをその軸線方向に
移動制御するものである。また消耗電極の場合には、一
定速度で送給されている消耗電極ワイヤのトーチ下端面
からの突出長を一定に保持する、鞄線方向の移動制御動
作を行なわせる。そして、上記トーチを、母材の開先線
に沿って溶接進行方向に所定の速度（以下移動速度と云
う）で移動させながら、該進行方向の中方向に所定の速
度（以下横行速度と云う）で往復動させるトーチ駆動動
作に組合わせ、上記往復動の方向変換点を、上記トーチ
軸線方向の変位もしくは位置が所定値になる点とするこ
とにより、関先面の傾斜によってアークが常に関先中内
を往復して倣い動作が行なわれ、かつ溶接継手部のルー
トから止端までの高さを常に一定に保持したアーク熔接
が果される。またこの場合、溶接進行方向に対して関先
線が平行でなくなると、上記往復動の半周期毎に溶着断
面積が変るが、この先願発明においては、各半周期毎の
上記間隔距離変化を時間積分することにより、上記熔着
断面積に対応した信号を各周期毎に得ることができる。
また別に各周期毎の上記間隔距離変化を微分することに
より、止端間距離に対応した信号を各周期毎に得ること
ができ、各々１周期前のこれら信号によって、溶接電流
、アーク電圧、熔接速度等の熔接条件の設定値を、別に
求めておいたアルゴリズムを用いて各々補正制御するこ
とができ、これによって常に所定の落着および片面溶援
の場合の適正な裏ビード形成がなされる。しかしながら
、この先願発明を実施しているうちに、次の点に問題の
あることがわかった。

即ち、溶接トーチが揺動の半サイクル中で、仮付ピード
、フィラーワィャの不安定送給、半サイクル中での溶融
金属の波うち等により、開先端まで移動されないうちに
反転電圧を検知して反転動作を行い、所望の開先端での
反転動作が行なわれない事態が発生した。この発明は、
上述した先厭発明の問題点を解決し、アーク自身でトー
チの移動を適確に溶接継手に倣わせることができるアー
ク溶接方法を提供するもので、アーク電圧を一定に保持
するように、トーチを母材に対し接近、離反させて、ア
ーク長を一定に保持し、前記接近、離反によるトーチの
軸線方向の変位もしくは位置が、予め定められた値にな
るたびに、揺動の方向を変換させつつ、トーチを溶接進
行方向の幅方向に往復動させながら溶接を行なうアーク
溶接方法において、トーチの関先幅方向における揺動方
向の反転位置を検出し、その検出値によって、関先幅方
向に一定区間の不惑帯域を設定し、前記不感帯域におい
ては、トーチの揺動方向の反転が行われないようにして
溶接を行なうことに特徴を有するものである。

次に、この発明のアーク溶接方法を、実施例により図面
と共に説明する。第１図にはこの発明の原理が説明図に
より、第２図には、この発明の一実施例に係る制御回路
がブロック図により示されている。第１図において、１
は母村、２は母村１の開先端面内に対置される電極、３
は前記電極２を保持するトーチで、前記電極２と母材１
との間には、定電流電源によって、溶薮アークが発生さ
れている。

今、第１図において、トーチ３をＡ点から、一方の傾斜
関先面４に沿って、Ｃ点方向まで溶接するように、トー
チ３を図面右方に移動させる。

この場合、アーク電圧をＡ点における値に一定に保持す
るために、関先底面５から各溶接点まで、垂直高さの変
化に応じてトーチ３を昇降せしめ、常にトーチ３に保持
された電極２と母材１間の長さを一定にするように制御
する。さらに、この発明では、区間Ｌにおける前述の原
因による誤動作を防止するために、区間Ｌを不惑帯域と
し、その間はトーチ３の横行動作が持続されるようにす
る。もしくは、Ａ点から右方にトーチ３を移動させる場
合には、（６Ｌ十Ｌ）の区間を、逆にＤ点から左方にト
ーチ３を移動させる場合には（６Ｒ十Ｌ）の区間を、そ
れぞれ不感帯域とし、この間は、トーチ３の横行動作が
持続されるようにする。この発明における制御方法の具
体的実施例を第２図を用いて説明する。第２図において
、７はトーチ３を昇降させるトーチ昇降機構、３３はト
−チ３に横行動作を行なわせるトーチ横移動機構で、各
々、昇降用モーター８および横移動用モーター２６で駆
動される。トーチ３の昇降は、ア−ク電圧検出器９から
の検出信号と、アーク電圧基準設定器１０による基準ア
ーク電圧との偏差とを、差動増中器１１により得て、こ
の偏差が常に零となるように、Ｙ軸モーター制御器１２
を介して制御することにより行なわれる。上記の制御に
よって、ァーク点が、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点を順に通
り、関先形状に倣って移動するが、それに応じてト−チ
３も昇降移動することになる。このトーチ３の昇降移動
量の変化は、ポテンショメ−夕１３（以下、Ｙ軸ポテン
ショメータという）によって経時的な変化をする電圧信
号として検出される。また横行移動量の変化は、ポテン
ショメータ３２（以下、×軸ポテンショメータという）
により、経時的に変化する電圧信号として検出され、ト
ーチ３の開先幅方向における揺動方向が反転したときの
開先端の電圧信号がアナログメモリ１４に記憶される。
さらに、トーチ３が開先を幅方向に左側から右側に移動
するときは、上記によりアナログメモリー４に記憶され
た、前サイクルにおける関先右端Ｄの反転時に電圧信号
１８は、設定器１９に記憶されている関先右端Ｄより所
定区間手前の位置までの開先区域（６Ｒ）だけ差動増中
器２０で加算され、かくして開先左端Ａから、前サイク
ルの開先右端反転位置Ｄより、６Ｒだけ手前の位置まで
の関先区域（８Ｌ十Ｌ）が不感帯城として設定される。
トーチ３が関先を幅方向に右側から左側に移動するとき
は、上記によりアナログメモリ１４に記憶された、前サ
イクルにおける関先左端Ａの反転時の電圧信号１５は、
設定器１７に記憶されている関先左端Ａより所定区間手
前の位置までの閥先区域（６Ｌ）だけ差動増中器１６で
減算され、かくして関先右端Ｄから前サイクルの開先左
端反転位置Ａより６Ｌだけ手前の位置までの関先区域（
６Ｒ＋Ｌ）が不感帯域として設定される。

さらに、×軸（横移動）モーター制御器２３よりの切換
信号により、フリップフロップ切換ロジック２４を作動
させ、上記により設定された不感帯城の設定値は、トー
チ３が右側から左側に移動しているときは切換ロジック
２１によって出力され、トーチ３が左側から右側に移動
しているときは切換ロジック２２によって出力される。
上述のように、この方法においては、不感帯城の設定は
、揺動方向の反転が行なわれる前サイクルの反転時の電
圧信号即ち反転位置を基準としているので、トーチの往
復動サイクルに対してずれが生じている。この値と、横
行の現在位置（Ｘ軸ポテンショメータ３２の出力）とを
、コンパレーター２７で比較し、その値が一致した時「
スイッチ２８を投入するようになっている。さらにこの
時、反転位置基準設定器３０の設定値と、Ｙ軸ポテンシ
ョメータ１３の出力値とをコンパレーター２９で比較し
、上記Ｙ軸ポテンショメータ１３の出力が、第１図の反
転位置Ａ点もしくはＤ点よりも上方の位置に対応した出
力となった時トコンパレーター２９より揺動方向の反転
信号が×軸モーター制御器２３に入り、横行の移動方向
が逆転する。即ち、今第１図において、トーチ３が右方
に移動すると仮定すると、前週程でフリップフロップ切
換ロジック２４の信号は、切換ロジック２に入り、前サ
イクルにおける開先右端反転時の電圧信号１８を出力さ
せる状態になっている。従って、その右端電圧信号１８
を用いた差動増中器２０からの出力が、トーチ３の現移
動値とコンパレーター２７で比較され、その値が一致し
た時、即ち、第１図のＤ点より６Ｒだけ少ないところで
、コンパレーター２７からの出力が、スイッチ２８を作
動させる。一方トーチの昇降によって、Ｙ軸ポテンショ
メータ１３から昇降移動量が電圧信号として得られるが
、この現移動値と設定器３０との値をコンパレー夕−２
９で比較し、その値が一致もしくは越えている時、横移
動用モーター２６を反転させるための信号が、スイッチ
２８を通って、Ｘ軸モーター制御器２３に送られ、横移
動用モーター２６を逆転し、トーチ３は第１図において
左方へ移動いさじめる。その時、×軸モーター制御器２
３は、フリッブフロップ切換ロジック２４に信号を送り
、今度は、切換ロジック２１が動作して、前サイクルで
の左端Ａ点の反転時の電圧信号１５が×軸反転可能位置
出力信号２５に出力されて、左方向移動の時の不感帯を
設定し、上記Ｄ点での揺動反転動作と同機の動作をＡ点
においてもおこなうことになる。従って、×軸モーター
制御器２３には、Ａ点、Ｄ点より、各々、６Ｌ，６Ｒ、
少し、位置にトーチが位置するまで、コンパレーター２
９の反転信号が入力されないので、Ａ点から右行のとき
は（６Ｌ＋Ｌ）の区間において、Ｄ点から左行のときは
、（６Ｒ十Ｌ）の区間において、各々右移動、左移動の
トーチ移動動作が持続されることになる。

尚、３１は×馳駆動制御器２３に信号を与え、トーチ３
が所定の横行速度で動作を行うようにした速度設定器で
ある。以上説明したように、この発明によれば、種々の
開先形状の熔接継手に対して、特別な倣いセンサを必要
とすることなく、アーク自身によって倣い制御が行なわ
れるので、倣い制御系にお〈れが生ぜず、トーチ回りを
小型化することができる。

また常に安定した溶接が可能となり、関先形状の変化に
対しても、開先幅に対する倣いが同時に果され得るので
、関先線の曲りに対する倣いと共に、安定したァーク溶
接を無人自動運転で行なうことができる。更に、トーチ
の揺動サイクル中で、仮付ビード、フィラーメタルの不
安定送給、溶融金属の波打ち等があっても、その区間を
不惑帯域としてトーチが作動するので、その障害による
誤動作は適確に防止される等、工業上極めて優れた効果
がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の原理を示す説明図、第２図はこの発
明の一実施例を示す制御回路のブロック図である。 図において、１．．・・・・母材、２・・・・・・電極
、３・・・・・・トーチ、４，６・・・…傾斜開先面、
５・・・・・・関先底面、７・・・・・・トーチ昇降機
構、８・・・・・・昇降用モーター、９・・・・・・ア
ーク電圧検出器、１０・・・・・・アーク電圧基準設定
器、１１，１６，２０・・・・・・差動増中器、１２・
・・・・・Ｙ軸モーター制御器、１３・・・・・・Ｙ軸
ポテンショメータ、１４……アナログメモリ、１５，１
８……電圧信号、１７，１９・・・…設定器、２１，２
２，２４・・・・・・切換ロジック、２３・…・・Ｘ軸
モーター制御器、２５・・・・・・Ｘ軸反転可能位置出
力信号、２６・・・・・・横移動用モーター、２７，２
９・・・・・・コンパレーター、２８…・・・スイッチ
、３０・・・・・・反転位置基準設定器、３１・・・・
・・速度設定器、３２・・・…Ｘ軸ポテンショメータ、
３３・・・…トーチ横移動機構。 第１図第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アーク電圧を一定に保持するように、トーチを母材
   に対し接近、離反させて、アーク長を一定に保持し、前
   記接近、離反によるトーチの軸線方向の変位もしくは位
   置が、予め定められた値になるたびに、揺動の方向を変
   換させつつ、トーチを溶接進行方向の幅方向に往復動さ
   せながら溶接を行なうアーク溶接方法において、 トー
   チの開先幅方向における揺動方向が反転したときの開先
   端の電圧信号をアナログメモリに記憶させ、トーチが開
   先を幅方向に左側から右側に移動するときは、上記によ
   り記憶された、前サイクルにおける開先右端反転時の電
   圧信号に基いて、開先左端から、前サイクルの開先右端
   反転位置より所定区間手前の位置までの開先区域を、そ
   して、トーチが開先を幅方向に右側から左側に移動する
   ときは、上記により記憶された、前サイクルにおける開
   先左端反転時の電圧信号に基いて、開先右端から、前サ
   イクルの開先左端反転位置より所定区間手前の位置まで
   の開先区域を、それぞれ不感帯域として、トーチの往復
   動サイクルに対しずれて設定し、 トーチが上記により
   設定された不感帯域を移動中は、スイツチ機構によつて
   、トーチの往復動サイクルにおける反転信号を入力させ
   ず、前記不感帯域を移動後に前記スイツチ機構の切替え
   によつて前記反転信号を入力させ、かくして、前記不感
   帯域においては、トーチの謡動方向の反転が行なわれな
   いようにして溶接を行なうことを特徴とするアーク溶接
   方法。