JPS6046871A - 溶接用倣い検出装置 - 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】 本発明は消耗笥、極定速送給型自動アーク俗接装置或い
は消耗電極定運送給型アーク溶接ロ、ｔ１２トにおいて
、その溶接トーチをアークセンサ方式により得られる制
御用入力信号を用いて浴接ライビング幅内動制御、溶接
開先幅自動追従制御させるための溶接用倣い検出装置ａ
に関する。

自動アーク溶接装置或は教示・［）生型アーク溶接口？
ットを用いてアーク溶接を行なう場合、被溶接材の取付
誤差・寸法誤差υν１は溶接中の変形等が発生しても、
これらの変動ｔｉを検出し、自動的に補正して常に適正
な溶接が行なえるようにする必要がある。従来かかるア
ーク溶接に伴なう上記変動類の検出方法としては従来第
１１１々提案・実用化されているが、その中で特に溶接
アークの電気的特性値の変化を検出し、これを上記補正
のだめの入カイｄ号として利用する、いわゆる゛アーク
センサ″も１−々利用されでいる。

ここで現在主として用いられているアークセンサの作動
原理について第１図＊　’Ａ’Ｃ２図を蚕朋して説明す
る。第１１ン１は一般的な消４！Ｉ：　’ｔＫ　＊　＞
ｉ−゛迩送給ガスシールドアーク溶接に於ける′屯渾・
血圧特性と、一般的な溶接ｉ［詠の外部特性例を示すも
のである。同図にみる如く、被溶接材１と溶接トーチ２
との間の距離すがり、を中心に十Δｈだけ上下に変動す
ることにより、特性曲線り は略ｆ相供のまま上下に移動する。一方、図示のような
外部特性（定電圧特性に近い）を壱する溶接電詠により
」二記アークを負荷させる場合は、ｈ　＝　ｈ　６では
ｐＨ，ｈ＝ｈｏ＋ΔｈではＰＬ＋ｂ　＝１１ｏ−Δｈで
けＰｓの各交点でそれぞれ安定な通電が行なわれ、定常
溶接状態が得られる。すなわち、被溶接月１と溶接トー
チ２との間の距離りのゑ・化に対応して溶接電諒の動作
点がＰＮ＋ＰＬ＋　Ｐｌｉ等と変化し、この変動により
電流、電圧が変動する。図から明らかな如く、ｈ＝ｈｏ
がらｈ　＝ｈｏ十Δｈ［盈・化すれば、″電流■はＩＯ
がら■ｏ−Δ■に、′重圧ＥけＥ　６からＥｏ十ΔＥに
それぞれ変化し、またｈ　＝ｈｏからｈ＝ｈｏ−ΔｈＫ
変化すわばＩ＝Ｉｏ＋Δｒ、Ｅ＝ｇ０−ΔＥにそれぞれ
変化することが分る。このように、ｈの変化によりＩ、
Ｅが共に変化するわけであるが、図がらも分るように、
Ｅの変化より■の変化が遥かに大幅なので、実除には■
の変化を利用［２て、ｈの目標値制御を行なうことか負
目ｉｂとなるわけで、いわゆるアークセンナはこの現象
を利１［１シている。

第２図は第１図の籾象を利用して溶接トーチの位置制御
を行なう方法例の計１明図である。第２図（ａ）は平板
上での溶接に際しての被溶接材１と溶接トーチ２との間
の距１ｉｉ１ｆｈ（すなわち２輔）の目標値自動制御の
例を示す。同図（ｂ）は突合せ溶接時のｈの目榛（＋１
’４自動制御の例を、（ｃ）ｉｒｊすみ肉溶接時のｈに
関する目標値自動制御の例をそれぞれ示す。第２図（ａ
）〜＜ｃ＞において、ｔｉｌｌ−、Ｊ：’電流■又は電
圧Ｅが加えられる入力端子、ＬＰＦはローハスフィルタ
、ＣＯＭはしきい値設定器ＳＲの出力とローフ９スフイ
ルタＬＰＦ’の出力とを比１．＆　ｆｌｌ別する比較判
別器、ＳＡはサー？アンプ、ＳＭはサーブモータ、ＤＭ
は溶接トーチ２の駆動機構で、この駆動機構ＤＭは紙面
に７１シ直角な方向をｙ軸としたとき、図示２東１１．
Ｙ軸方向に溶＋茨トーチ２を、−＾ｌ山するもので凌）
る。第２図（ａ）の場合ｔ’ｒ、　Ｚ　１１４１＋のみ
のＵｔ＜動であるが、（ｂ）及び（ｃ）の場は、Ｚ　ｔ
ｉｌｌのみならずｙ軸の変化もｈを変化させるので、両
軸に係る自動制御に利用できるようにしである。すなわ
ち、第２図（ｂ）　、　（ｃ）において、ｙ軸を固定す
れば、（ａ）と同様、２軸の制御のみとなる。次に、２
輛を固定すれば、Ｙ軸方向の変化によりｈが変化するの
で、予め溶接トーチ２をＹ　４ｘｌ＋方向に振Ｓｉ＋　
（オンレーティング或はウィービング）させ乍ら進行（
Ｘ軸方向）させる如く操作することにより、Ｙ軸方向の
変化に伴なうｈの変化を検出し、その検出飴をこれに対
応する電気的しきい値と比較判別器ＣＯＭにより比較弁
別してウィービング折返光し点を決め、とれをくシ返え
して進行させることにより、溶接線の自動追従機能を具
備させている。次に第２図（ｂ）　、　（Ｃ）に於いて
、２柘１．ｙ軸ともに制御対象とする場合は、Ｚ　１ｌ
ｑＩ＋制御をＹ軸中央付近のｈに灼して行ない、Ｙ　！
Ｉ＋制御は前記同様、Ｙ軸方向ウィービング端部のｈに
対して行なうことに５− よシ両立させ得る。

かくの如く、第１図に示すような現象を巧みに利用する
ことにより第２１Ｙ１のように＊、　Ｍ？、　Ｉの変化
を検出しながら溶接トーチの位埴制（ｉ１４Ｉヵ１１能
となるが、この方式では次に述べる欠点をイ」する。

（１）ｈの変化に伴なう工の変化は、Ｅの変化に比して
賽かに大幅ではあるが、Ｚ軸方向或はＹ軸方向の微妙な
制御を行なう場合、■の変化による入力信号では安定な
比較弁別が困舷となることがある。

（２）浴部移行を安定なスプレー移行とするためには、
溶接電流に鋭い・やルス状血流を暇督させる場合があシ
、このような場合の■にもとすく制御用入力信号にも鋭
い・母ルス状波形が重畳されるため、制御１回路の動作
が不安定となることがある。

（３）溶接電流の変更やイし正に伴ない、弁別用しきい
値設定器のしきい値を設定し直す必要がある。その理由
について述べると次のａ　Ｆ）であ６一 る。即ち、鹸化トーチの２軸方向の位置を固定し、Ｙ１
１１方向にライビングさゼ乍ら進行（Ｘ軸方向）させる
如く操作することにより、Ｙ軸方向の位置の変化に伴う
ｈの変化を検出し、その検出イ１１１をこＪｌに対応す
る電気的しきい値と比較弁別させてライビング折返えし
虚を決め、これを・＜り返えしてｙｘ　ｃｒさせること
により、ライビング輪重動制御機能と浴接開先幅自動追
従機能９１・びに溶梯紳自動ｉ（４従槻能を其倫させて
いる。

ここでこれらの十幾能ｆＩ：共（＋ｉ＃させる場合につ
いて第３図及び第４図により計細に述べる。

第３図Ｑ；ｊ２、第１図にＩに・ける基準を流レベル■
。

に代って、”ｉｔｆ、　ｆｆ１ｒ、レベルＩ、、Ｉ茸及
び■３の３段′階に変化させた場合の動作虚の変化の状
況例を示すものである。すなわち、ｈ　＝ｈｏで一定と
し、′Ｉ４１．流■をＩ、、Ｉ、、Ｉｓ　と変化させる
場合、アーク長さを一定に保つためには溶接電源の動ｆ
１小なＰｌＮＩ　Ｐ２ＮＩ　Ｐ５Ｎに移動させなければ
ならず、然るときは′市、諒の外部特性を、例えばＷｉ
　、Ｗ、、Ｗ３の如く変化させることにより、それぞれ
の動作虚に於いて安定なアーク通′屯が行なわれる。こ
のように電流Ｉの変化と、これに伴う動作点の変動があ
っても、ｈ　＝ｂｏからｈ　＝ｈ、＋Δｈ或はｈ＝ｈｏ
−Δｈに変化する場合は、第１図と全く同様の原理で作
動し、例えは第３図に示すようにＷ””Ｗｌ　＋　ｈ”
”ｈ（１１Ｉ””ＩＩ　、動作虚Ｐ＝Ｐ、Ｎの状態から
、ｈ　＝ｈｏ＋Δｈに変化するとＰＦｉＰ、Ｌに移り、
■は■１　より小さく、ＥはＥｌよりやや大きくなる。

反対に、ｈ＝ｈＯ−Δｈに変化するとＰはＰｌＢとなり
■はＩ、より大きく、ＥはＥｌ　よりやや小さくなる。

同様にしてＷ”’Ｗｘ　＋　ｈ”ｈｏ　＋　Ｉ＝Ｉａ　
＊　Ｐ”’Ｐ２Ｎからｈ＝ｈ、±Δｈに変化した場合、
また、ＷｉＷ３．ｈ＝ｈｏ、Ｉ＝Ｉ。

Ｐ＝Ｐ３Ｎからり、Ｊ（１士Δｈ　に変化した場合も、
それぞれ動作点Ｐ、電流Ｉ、’ｉｋ圧Ｅのすべてが変化
することが分る。

第４図は、第３図の動作原理を応用して、突合わせ浴接
及びすみ肉溶接を実施する場合のライビング輪重動制御
と浴接開先幅自動追従機能並びに溶接線自動追従機能を
具備させる場合の、機器の構成−１１と作動例である。

すなわち、第４図（ａｌは突合わせＲ′〒ＪＩ＆時の機
器構成例を示し、（ｂ）を１−ずみ肉溶接時の機器構成
例を示Ｌ、（ｃ）は（、）或け（ｂ）に於ｂ−）るＹ６
１１方向ウィビング幅自動制御による溶接開先幅自動追
従装置ａの機能構成例を示！７ている。ここて゛、第４
図（ｅ）において第２図（ｃ）とｈ′？なる点は比軟弁
別器ＣＯＭとナー？アンプＳＡとの間に左右進行ホール
ド回路ＨＬＤを設けていること、ケーン１ζアンゾＳＡ
にサーブモータ速爪鱈り定器５Ｒ−２の設定値を加えて
いることである。また同図（ｄ）は溶括、トーチウィビ
ング時の電流値の変化の状況例と、ライビング折返えし
虚（軍ｂ１１；ビーク小）を決めるだめの電気的しきい
値設定し１１を示している。

したがって、第４１！Ｋｌ（ａ）〜（，１において溶接
トーチ２の２輔方向の位置を一定とし、Ｙ軸方向にライ
ビングさせながら進行させるように操作することにより
Ｙ−１１方向の位置の変化に伴う命蛤の変化’ｃ　’ｔ
ｋ、流の変化により検出し、その検出値をぞれに対応す
る電気的しきい餉と比較弁別し９− てライビング折返し点を決め、こわをくり返えして進行
させることにより前述しｆｃ　ｔｉ１制御と機能を持た
せることができる。

しかしながらかかる構成にあっては８１！４図（ｄ）か
ら分るように、電流Ｉを’Ｉ　＋Ｉ２　＋Ｉ３％と変化
させればライビング折返えし小決−ｔｆのだめの電流ビ
ーク応弁別１１ｊシきい値もＳＩ＋８２＋８３等と変化
させなければならない。しだがって、溶接電流の大いさ
は溶接結果に最大の影響を及はす要素であるから、ぞの
調整は可及的に高精度が得られるように配慮され、また
、溶接開始前或は溶接開始後の区別なく什廟に調整出来
る機能を有するものでなければならない。しかしこれに
伴なって弁別用しきい値設定器のしきい値をも精度良く
設定し直す必要があり、本方式を適用する場合の欠点で
あった。

本発明は上記のような欠点を緩オＩし、ノイズ妨害が少
なく、月つ微小変化にも確実に対応出来る高精度で低コ
ストのアークセンサ方式になし得ると共に、任意の溶接
電流に対しても常に１０− 安定した比較弁別作用が自動的に得ることができる尚）
１’７亀″、低コスＩ・のに１接用倣い検出装置を提案
することを目的としている。

そこで本発明ではかかる目的を達成するため（＋）　１
１ｔｌｌ仙ｌ　１ｔ４号として［アークのインピーダン
スＺａＪを検出してこれを利用すること、（２）制御信
号用「等化増幅回路」を開発１７て導入すること、の２
小にあり、その特酵を列２にすると次の通シである。

（１）　５ｔｉｌｌ　飾４ｆ；号として［ア〜りのイン
ピーダンスＺａ　Ｊを検出し、これを／Ｆ１１用するこ
と、アークのインピーダンス２＆は甫１圧Ｅを電流Ｉで
除してイ４Ｉられる特性値であるから、これを制側１人
力信すとして利用する場合上１１次のような特徴を挙げ
ることが出来る。

（１）溶接トーチ被溶接材間距離りの変化に伴なうアー
ク私性仙の変化率の大きさはＥ〈■〈Ｚａと々す、Ｚａ
を制伺１人力信号として利用すれば従来の■を利用する
場合よりも大きな変化率がイ’Ｊられ、比較弁別に除し
ての精度向上並びに誤動作防止に有効である。

■　溶接電源に内蔵され九ノぐルス発生器によるパルス
状宛、流が薗れる場合、電源の外部特性とは余り拘りな
く、アーク負荷の特性曲線に活って電流の変化と同一符
号で電圧も変化するので、インピーダンスとしては余り
変化せず、１７ｆって、鋭いノ臂ルス状軍、流によるノ
イズ妨害はそれだけ減少することとなり、制御精度の向
−ヒが図れる。

■　インピーダンスＺａは゛ｔＴ４．圧Ｅを市、流Ｉで
除して得られるのでＥη１路禍成も隘′易であシ、低コ
ストで実現出来る。

（２）制御信号用「等化増幅１１１路」を開発、導入す
ること。アークセンサ方式に立脚した溶接ライビング輪
重動制御と溶接開先幅自動追従並びに溶接開自動追従制
徊１に於いて、溶接′削、流飴が随時任意のレベルに変
化することによりアークのインピーダンスのレベルが変
化しても、ライビング端部折返えし点決定のだめのピー
ク値比較弁別器への入力時点でｔま常に特定のレベルに
よる４８号パターンが得られるような「等化増幅１「１
１路Ｊ　（ｇＱＵＡＬＩＩＲＡＭＰ　）を開発した。本
回路を適用することにより、従来溶接電流レベルの変更
毎にピーク値比較弁別用しきい値をも変更していたのが
、全くその必袂がなくな９、溶接’Ｎ、　６１ｆｆが弥
゛化しても常に安定に同一・臂ターンのライビング幅、
制御を行なうことが出来ることをｔ侍飽としている。

以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

本発明に係る溶接用倣い検出装置のブロック構成例を第
５図に、また、本発明の基幹をなすアークのインピーダ
ンス検出のだめの具体的回路構成例をＭＩＪ６図に、さ
らにインピーダンス信号の等化増幅回路構成例を第７図
にそれぞれ示す。

第５図ｉＪ、一般的な消耗Ｘ袷定速送給がスシールド浴
接法による突合わせ溶接或はすみ肉溶接に於いて、溶接
電流信号による溶接ライビング輪重動ｔｂｌｌ　＠ｌと
浴接開先幅自動追従制御機構を、１３一 本発明にもとすくアークのインピーダンス横出回路並び
にインピーダンス化号幼化増幅回路を適用して構成した
場合のブロック構成例である。

第５図（、）は突合わせ溶接に於ける機器招成例であっ
て、図中、１は被溶＃旧、２け溶接トーチ、■はアーク
電圧、■は溶接電流、（ｆ３０は溶接電源の極性、ｚ、
ｙは溶接トーチを基準に設定せる駆動軸の名称を示し、
この場合はＺ　！Ｉ＋’方向は固定、Ｙ軸方向にはライ
ビングさせている状況を表わす。第５図（ｂ）は、すみ
肉溶接に於ける構成例を示すもので、その各構成要素に
ついては同図（、）のそれらと同一機能を有する構成要
素であるので、その説明は省略する。次に、第５図（Ｃ
）は、同図＜１．１）の突合わせ浴接に於いて、溶接ラ
イビング輪重動制御と溶接開先幅自動追従制御を、本発
明にもとすくアークのインピーダンス４６号検出回路と
インピーダンス信号の等化増幅回路を適用して構成した
例を示すものである。図中、１及び２は同図（ａ）　Ｍ
ｌ／、け（ｂ）の同一符号と同じ機能要素、３ａは１Ｍ
１流入力伯号、３ｂは１４− アーク血圧入力’ｋ”ｉ、４はインピーダンス演舞１す
１路、５はインピーダンス４ｇ？ｙ、ｅはローパスフィ
ルタ、７はインピーダンス信号、８は等化増幅１１１路
である。また９は等化増幅回路８０等化インピーダンス
出力４Ｍ号ＥＱ、Ｚａ、ｉｏは比較弁別１［１１路、１
）は比較弁別用しきい値設定１１１路、１２け駁定さｉ
ｌだしきい値出力信号８１１３は左右進行弁別、１［シ
びにホールド回路、１４はサークぜハｑ幅器、１５けサ
ーが増幅器用入力レベル設定（サーｄ？モータ速庶設定
）回路、１６はＹ軸駆動す＋１’モータ、Ｊ　７　ｔｌ
：　Ｙ　＋ｋｔ＋ＩｉＭ動装ｆｆ！＋’ヲーｔしぞれ示
す。なお、第５図（ｂ）に示すすみ肉溶接に係る構成も
玉出：突合わせ溶接に係る構成と全く回−である。

次に、第６し１は、第５図に於ける機能構成要素のうち
、本発明の基本となるアークのインピーダンス検出部と
？Ｗ　初ｊａｉｌ路４の貝１体例を示すものである。第
６　＋ｙ＋　（１１）け、アーク電圧、電流から割ａ器
と演′−増幅器によりインピーダンスを演′鈎する場合
の１ｉ１路構成例を示し同図中、１は被溶接材、２は溶
接トーチ、３ａけ電流、入力信号、３ｂはアーク電圧入
力（（−Ｑ、４はインピーダンス演算回路、５はインピ
ーダンス信号、Ｓ　ｆｌは電流分流器である。上記イン
ピーダンス演９呻１路４は可変抵抗器ＶＲ−７，ＶＲ−
２、演％　ｊＷ幅器０Ｐ−７，ＯＰ−，２、割糎器りか
ら構成され、霜、圧入力信号■は入力端ｔ１ｇ、電流入
力信号■は入力端ｔ口にそれぞれ入力されるように々り
ている。そしてコモン端子ｔｉｅには共通線ＣＯＭが接
続されている。第６図（ｂ）は、アーク電圧、電流から
掛胸器と演算増幅器によりインピーダンスを演算する場
合の回路構成例を示すも（７）テ、ＶＲ−７，ＶＲ−”
はｂ１変抵抗器、ＯＰ〜１〜０Ｐ−３は演舞増幅器、Ｍ
は掛＞１器である。第６図（ｃ）は、アーク′亀圧、′
咀流から演算増幅器とトランジスタによりインピーダン
スを演請する場合のｒｃｌｌ路構成例を示すもので、同
図中、Ｖ　Ｒ−Ｊ　、　Ｖ　Ｒ−，９ｔｊＢＪ変Ｕｔ抗
Ｗ、０Ｐ−１，０Ｐ−２，０Ｐ−４〜ＯＰ７は演舞増幅
器、ＴＲ−Ｊ〜ＴＲ−３ｉＪ：トランジスタである。

次に、第７Ｎ０第５図に於ける機能構成要素のうち、本
発明のもう１つの基本となるアークのインピーダンス信
８等化増幅回路の具体例である。第７図（ａ）　ｔｊイ
ンピーダンス入力個号Ｚａを、ｍｗ器、割勢器及び演算
増幅器によシ演算さぜ、智、化インピーダンス信号ｇＱ
、Ｚａとして出力させる場合の回路構成例を示すもので
、同図中、７゜ｉｌｌ禍成要索として８Ａは線形増幅器
、８Ｂは要素と１７で用いられる割算器（Ｄ）、８Ｃは
割算器８Ｂの出力に係るピークホールド、８Ｄは掛算器
Ｍ、ＶＲ７は入力レベル調整用可変抵抗器、Ｖ　ＲＡ　
ｋＪ’、基準増幅１１’設定用町変折抗器、ＣＯＭ　ハ
共】１０基線をそれぞれ表わす。第７図（ｂ）は、イン
ピーダンス入力４ｇ号Ｚａを、掛算器Ｍ及び演舞−増幅
器により演舞させ、等化インピーダンス信号ＥＱ　、　
Ｚａとして出力させる場合の回路構成例を示すもので、
同図中に示されるを素８Ｂにおい１７− て、Ｍノは掛９器、ＯＰ２は演ｐ増幅器であり、他の要
素については同図（、）と同一９テ１号のものは同−要
素であることを、ｂ　＋１４ミする。第７１ｒｌ　（ｃ
）ｒｉ　。

インピーダンス入力信号Ｚａを、壮目Ｊｉ！：Ｖ　Ｍ　
、演算増幅器、トランジスタにより演算させ、等化イン
ビーダンス化号ＩＱ、Ｚａとして出力させる場合の回路
構成例であって、同図中に示される細氷８Ｂにおいて、
ＯＰ２ないしＯＰ４け演磐増＋１ｖｌｔ器、ＴＲＩ及び
ＴＴｔ２はトランジスタを７Ｊベシ、他の要素について
は同図（、）或は（ｂ）と同−符シＪのものは同一要素
であることを前１ｉ４Ｅ　’ｉ−’　ｔ）。

次に上記のように構成さｔまた溶ν用倣い検出装置の作
用について述べる。

まずアークのインピーダンス検出に係る作用について説
明する。第５しＩ（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）に於
ける１＊２．３ａ＋３ｂ、４．５及び第６図（ａ）　、
　（ｈ）　＋（ｃ）に於ける同一符号の槻・能要紫によ
りアークのインピーダンスは次のように検出される。ア
ークのインビーダン、スＺａは（１）式の如く定義でき
る。

１８− ｚｌＩ−〒　・・・・・・　（１） でけ割鉤器りの基本的演ｑ機能 を利Ｊ１１シて、２′にＥｌ：　Ｉ成分、Ｘ′ニはＥ成
分全入力し、ＶＯ２としてＺａを讐出できるように回路
構成したもので、図中０Ｐ−１，０Ｐ−２は線形増幅或
は符号反転作用、ＶＲ−Ｊ、ＶＲ−２はＩ成分及びＥ成
分のレベル調整器として作用する。

第６１ン１（ｂ）に４〈す演鉤回路においては掛舞器Ｍ
の基本的演′ｊｐ１械仲 ｖｏ＝　、ｘ　−ｙ　・・・・・・　（３）を利用して
、これを演算増幅器の負饋還回路に挿入し、総合的に割
算器を構成せ１７めてＺａ−丁を算出する如く回路を構
成したもので、図中、０Ｐ−１〜０Ｐ−Ｊは線形増幅或
は符号反転作用、ＶＲ−Ｊ、ＶＲ−，２は■成分及びＥ
成分のレベル調整器として作用する。

さらに第６図（Ｃ）に示す演舞回路においては演算増幅
器とトランジスタによる対数変換・ｊ≠対数変換機能を
利用してＺａ＝−を請出する如く回■ 路を構成したものである。

Ｚａ　＝　Ｅ＝６（Ｌｏｇ、Ｅ−Ｌｏｇ、　Ｉ　）　、
、、、、、　（４゜■ 〔ｅ：自然対数の底〕 図中、ｏｐ−ｉ　、ｏｐ−ｚ、ｏｐ−４〜０Ｐ−７は線
形増幅、符号及転成はトランジスタＴＲ−１〜’ｒ　ｔ
ｔ　−、ｖとともに対数・逆対数変換作用、ＶＲ−１、
ＶＲ−２はＩ成分及びＥ成分のレベル６ＩＩ′ｄＩｌｌ
Ｉ５−器として作用する。

次にこのようにして演舞、　ｌｉＭ回路によりめられる
アークの特性仙としてのインピーダンスＺａを、溶接ト
ーチ・被溶接材曲用ＩｉＩ＃ｈの制御用人力化りとして
利用する場合の作用を説明する。

ｐｉｃ　ｓ図は一般的な消耗電極定速送給ガスシールド
アーク溶接に於ける電流・電圧特性と、一般的な溶接電
爵の外部特性例を示す。同図にみる如く、溶接トーチ・
被溶接材間距離りがり。

を中心にΔｈだけ上１に変動することによυ、アーク′
ｄ］；圧特性曲線は略々相似形のまま上下に移動する。

一方、図示のような外部特性（定電圧特性に近い）を有
する溶接電源により上記アークを負荷させる場合は、ｈ
＝ｈｏではＰＮＩｈ　＝ｈ、＋ΔｈではｐＬ、ｈ＝ｈｏ
−ΔｈではＰ８の各交点でそれぞれ安定な通′区が行な
われ、定常の酊接状γ！４が１Ｈられる。すなわち、被
溶接材１と浴接トーチ２とのｒ＋？鴎離りの変化に対応
して動２１− 作点がＰＮＩ　ＰＬＩ　”等と変動し、この変動により
電流、電圧が変動する。図からも明らかなる如く、ｈ　
、＝ｈｏからｈ＝ｈ、＋Δｈに変化すれば電流Ｉは１．
から■ｏ−ΔＩに、電圧ＥけＥ、からＥｏ＋ΔＥにそれ
ぞれ変化し、ｈ　＝ｈｏからｈＯ−Δｈに変化すれば■
は■ｏ＋ΔＩに、ＥはＥｏ−ΔＥにそれぞれ変化するこ
とが分る。このようにｈの変化によりＩ、Ｅが共に変化
するわけであるが、図からも分るように、Ｅの変化より
Ｉの変化が遥かに大幅なので、■の変化を利用してｈの
目標値制御が従来から行なわれており、いわゆるアーク
センサはこの原理に立脚したものである。

これに対し、本発明では、アークのインピーダンスＺａ
の変化を利用してｈの目標値制御を行なうものである。

すなわち、第８図に於いて、尿 磁線で示す曲線が、実線で示す電流・電圧特性曲縁に対
応する電流・インピーダンス特性曲線であって、ｈ＝ｈ
（１（Ｉ＝Ｉｏ　、ＦＪ＝Ｅｏ　）に於ける動作点をＰ
Ｎ２、これに対応するインピーダンスＺａをＺａ＝Ｚａ
−ｏ　、またｈ　＝ｈｏ＋Δｈ（Ｉ＝Ｉ６−Δ■。

２２− Ｅ−Ｅｏ＋ΔＥ）に於ける動作潰をＰＬ′、Ｚａをｚａ
・０＋ΔＺａ−さらにｈ　＝＝ｈｏ−Δｂ　（Ｉ＝Ｉｏ
＋Δ■。

Ｅ　””　Ｆｒ　６−−ΔＥ）ではｐ　、／、Ｚａ＝Ｚ
ａ−ｏ−ΔＺａとしてそｔｌぞれ表わしている。このよ
うなインピーダンスＺａをｈ制御入力信号として利用す
る場合の６　ｔｌ−につき第１表に」：り説明する。

第１表は１１の変化に伴うＩ　、　Ｅ　、　Ｚａの変化
の様子を比軟した精米であるが、同表から判るようにｈ
　７５Ｋｈ　ｏからｈｏ＋Δｈ１或はｈｏ−Δｈに変化
した場合、′電流変化率Ｉ／Ｔｏ或は醒圧変化率Ｅ　／
　Ｌ　６のいすねよりもインピーダンス変化率Ｚａ／Ｚ
ａ−ｏが犬であり、このことはｂ制御用人カイ１号とし
てはＥよりも、■よりもＺ＆の方が高い識別度を有する
こと、すなわちＺａを入力信号とすることにより、制御
の安定化並びに畠精度化を図シ得ることが分る。

次に、＃簡移行の安定化（スプレー化）のため、溶接回
流に・母ルス状電流を重畳することがある。このような
場合、電流■、電圧Ｅ１インピーダンスＺａの伺れを制
御信号として利用するかにより、入力信号中に含まれる
パルス波比率が異る。その状況を第９図に示す。第９図
は溶接１！ｒ１流■が、基革電流Ｉｏと・ぐルス電流！
ｐ　とがＷ畳して構成される場合（ｔ−Ｉｏ＋Ｉｐ）の
様子を示している。またこのときのアーク電圧Ｅ及びイ
ンピーダンスｚ１の変化状況並びにそれらの変化率を第
２表に示す。

第２表から判るように電流■がＩＯから■。−１−Ｉｐ
に変化すれば動作点ＰＧはＰｐに移動し、電圧ＥはＥｏ
からＥｏ＋Ｅｐに変化する。この場合の電流変化率１／
Ｉｏ、電圧変化率ε／Ｅｏ汲びインピーダンス変化率Ｚ
ａ／Ｚａ・０を比較してみるとＺａ／Ｚａ−ｏが最も１
に近いことが分る。すなわち、ｚａを制御用入力信号と
して利用すれば、仮令電流中に輩い・ｆルスヘ゛流が重
畳されていても、他の特性値を利用するのに比して入力
信号中の・（ルス比率が小さく、制御精度の向上と安定
化を図ることが出来る。

次ニアークのインぎ一ダンスＺＪＩの等化増幅作用につ
いて述べる。

先ず、第４図により等化増幅作用の原理を説明する。第
１０図（ａ）は従来用いられている自動利得制御（ＡＵ
ＴＯＭＡＴＩＣＧＡＩＮ　Ｃ０ＮＴＲ０Ｌ：ＡＧＣ）回
路構成例であって、可変利得累子ＶＧ、泊流変換ＤＣ，
比較器ＣＯＭ、ピークホールドＰＨの機能要素が出力・
入力間で閉ループ饋還回路を構成しているのが特徴であ
るが、広い範囲の入力信号レベルに対する定出力レベル
化機能並びに線形度保持に難点がある。これに対し、同
図（ｂ）は本発明に係る等化増幅作用の原理を示すもの
で、割鉤器Ｄ１直流変換ＤＣ，ピークホールドＰＨ。

州胸器Ｍの機ｈヒ侠素が開ループ演算回路を構成するこ
とにより、割獅器り、姓ｌ算器Ｍの許容入出力静間での
全レベルについて高精度な定出力レベル化機能並びに線
形度を得ることが出来る７Ｎ、徴を七する〇 このように、本発明に係る等化増幅回路は、従来の自動
利得制御回路とは構成、作動原理、作用が根本的に異な
るところに大きな特徴がある。

第１１図は第７図の構成に係る等化増幅回路の作用を其
体的に説明するための図である。第１１図（ａ）は突合
わせ＃接に於いて溶接トーチをＹ軸方向にライビングさ
せ乍ら進行する場合の概念図であって、すみ肉溶接の場
合も全く同様の構成となる。同図（ｂ）は、第７図（（
ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）共通）に示す入力信号７
すなわちアークのインピーダンス信号Ｚａを示し、図示
のように溶接トーチ２のＹ軸つィビングに伴ない、ライ
ビング端部では中央付近に比してインピーダンスが減少
することが分る。図中、Ｚａｌ　＋　Ｚａｚ　ｒ　Ｚａ
３　は溶接電流レベルを変化させた場合に生ずるインピ
ーダンス変化の状況を表わす。第１１図（Ｃ）は第７図
に示す等化増幅回路８におけるＶＢ２の出力、すなわち
基本増幅度信号を示し、定数ａである。同図（ｄ）は第
７図に示す要素８Ｂ（割算器）の出力信号、すなわち（
Ｃ）に示す定数ａをインピーダンス信号で除して得られ
る逆インピーダンス信号ａ−Ｚａ　を示し、Ｚａｔ　、
Ｚａ２１　Ｚａｓの変化に対応して変化している。第１
１図（、）は第７図に示すピークホールド８Ｃの出力信
号、すなわち（ｂ）に示すインピーダンス信号Ｚａのピ
ークホールドＺｌ”ＰＩＡＫを示し％　Ｚａｌ　、　Ｚ
ａ２　＋　Ｚａ３の変化に対応して変化する。同図（ｆ
）は第７図に示す掛算器８Ｄの出力、すなわち等化イン
ピーダンス信号ＥＱ−Ｚａ＝　ａ−Ｚａ−’Ｚａ−ｐｇ
、Ｈを示し、Ｚｍｌ。

”＊　＋　Ｚａ１の変化に拘らず出力レベルは一定と３
０− なる。

以上の曲、明で分るように、本発明による等化増幅回路
の作用により、溶接電流、レベルの変動によりアークの
インピーダンスレベルが変動シても、これを定出力レベ
ルに等化し、後続の比較弁別回路構成とその機能を単純
且つ高精度化するのに極めて有効である。

なお、第７図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）は、図中
、要素８Ｂ（割算器）の構成が相違することによシ、細
部作用が異る。すなわち、同図名は要素８Ｂとして割ｎ
器Ｉ）を適用し、その基本的演算機能２′ Ｖｏ＝−／により逆インピーダンス信号ａ−Ｚａ−’を
得る。（ｂ）は要素８Ｂとして掛算器Ｍｌ（基本的演算
機能Ｖｏ＝Ｘ−Ｙ）を演算増幅器ＯＰ２の負饋還１！コ
１路に挿入するＩＭ回路構成とすることによシ、総合的
に逆インピーダンス侶号ａ　−Ｚａ　を得る。

（ｃ）はＶ累８Ｂとして演算増幅器とトランジスタによ
る対数変換・炉対数変換機能を利用することにより、総
合的に逆インピーダンス信号ａ−Ｚａ　をイ４Ｉている
。

３１− このように前述した実施例からも明らかなように本発明
では溶接ロデット或は自動アーク溶接に於ける溶接トー
チ・級浴接４Ａ間距蘭りに関する２軸制御及びＹ軸制御
のだめの入力信号としてアークのインピーダンスＺａを
用いるようにしたので溶接’ｍＭｒ、Ｉ或はアーク電圧
Ｇによる制御に比して、４１号識別能力が大で、酷い制
御精度と安定度が得られ、また溶接軍流中にパルス状電
流が重畳される場合、Ｚａを制御用入力信号として採用
することにより、信月中のパルス波比率を穀小にするこ
とが出来、制御安定度が向上する。

またインピーダンス等化増幅回路の〕画用によシ、溶接
ロゲット或は自動アーク齢接装置でアークセンサ方式に
立脚せるｍ接つィビング幅自動制御と溶接開先幅自動追
従並びに溶接線自動追従制御に於いて、溶接′電流が随
時任意のレベルに変化することによりアークのインピー
ダン゛　スのレベルが変化しても、これを高精度に定出
力レベル化することが可能となシ、後続の比較弁別回路
の構成とその機能を単純且つ両精度化するのに俸めて有
効である。

さらに既存溶接口、４ｆ、ト或は自動アーク溶接装置に
容易に付加適用出来るばかシでなく主要部分は簡単なア
ナログ回路で構成しているので、低コストに実用でき、
また溶接関連設備自動化、ロボット化による省人化の実
現に有力な手掛りを力えることができ、しかも溶接口が
ット或は自動耐液装置の機能向上、コスト低減により市
場競争力が強化される利点を有する。

以上述べたように本発明によれば浴接アークのインピー
ダンスを検出してこれを溶接トーチを位置制御する制御
入力信号とするとともに前記インピーダンス４６号のレ
ベルが随時任意のレベルに変化してもその出力が常に一
定レベルに維持できるインピーダンス伯号等＠ｌｉ増幅
回路を設けるようにしたので、ノイズ妨害が少なく且つ
微少変化にも確実に対応できる島精度で低コストのアー
クセンナ方式になし得るとともに任意の溶接電流に対し
ても常に安定した比較弁別作用が自動的に得ることがで
きる高精度、低コストの溶接用倣い検出装置が提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な消耗電極定速送給ガスシールドアーク
溶接における電流・電圧特性及び溶接電源の外部特性を
示す図、第２図は第１図の特性を利用して溶接トーチの
位置制御を行なう場合の説明図、第３図は第１図におけ
る基準電流レベルに代って電流レベルを３段階に変化さ
せた場合の動作点の変化状況例を説明するだめの図、第
４図は第３図の動作原理を応用して突き合せ溶接及びす
み肉溶接を実施する場合のライビング輪重動制御と溶接
開先幅自動追従機能並びに溶接線自動追従機能を具備さ
せる場合の機器の構成例と動作例の説明図、第５図は本
発明による溶接用倣い検出装置の一実施例を示す構成説
明図、第６図は同実施例におけるアークのインピーダン
スを検出するだめの具体的構成例を示す回路図、第７図
は同実施例におけるアークのインピーダンス信号等化増
幅回路の具体３４− 的構成例を示す図、第８図は同実施例の作用を説明する
だめの電流・電圧特性曲線に対応する電流・インピーダ
ンス特性曲線図、第９図は溶接′ｋＬ流にパルス状電流
を重畳する場合の作用説明図、第１０図はアークのイン
ピーダンス信号等価増幅回路の動作原理を説明するだめ
の図、第１１図は第７図に示すインピーダンス信号等化
増幅回路の具体的作用を説明するだめの図である。 １・・・被溶接材、２・・・溶接トーチ、３ａ・・・電
流入力信号、３ｂ・・・電圧入力信号、４・・・インピ
ーダンス演舞回路、５，２・・・インピーダンス信号、
６・・・ローフ４？スフイルタ、８・・・等化増幅回路
、９・・・等化インピーダンス出力信号、１０・・・比
較弁別回路、Ｉノ・・・しきい値設定回路、１２・・・
しきい値出力信号、１３・・・左右進行弁別並びにホー
ルド回路、ノー・・・ナーが増幅器、１５・・・サーが
増幅器用レベル設定器、１６・・・Ｙ軸駆動サーぜモー
タ、Ｊ７・・・Ｙ軸駆動装置。 ３５−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 自ｉｒｂアーク溶接装置或いはアーク＃接口ボットにお
   ける溶接トーチを、アークセンサ方式により得られる制
   側ｉ用人カイ８号を用いて溶接ライビング輪重動制御、
   溶接開先幅自動追従制御させるための溶接用倣い検出装
   置Ｍにおいて、溶接アークのインピーダンスを検出して
   これを土日己制御用入力信号とし且つ上記インピーダン
   ス信号のレベルが変化しても常に一足レベルに維持され
   た出力を得るインピーダンス化ぢ等化増幅回路を備え、
   この等化インピーダンス信号を上記ライビング輪重動制
   御、溶接開先幅自動追従ｔｌｉｌ制御のだめの上記溶接
   トーチライビング端折り返えし点決定に必Ｓ＆な比較−
   １ｆ−別器への入力佃弓とすることを％徴とする溶接用
   倣い検出装置ｄ０