JPS6068173A - Detection of profiling for welding - Google Patents

Detection of profiling for welding

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JPS6068173A
JPS6068173A JP17538283A JP17538283A JPS6068173A JP S6068173 A JPS6068173 A JP S6068173A JP 17538283 A JP17538283 A JP 17538283A JP 17538283 A JP17538283 A JP 17538283A JP S6068173 A JPS6068173 A JP S6068173A
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JP
Japan
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welding
arc
impedance
current
torch
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JP17538283A
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Japanese (ja)
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Kazuhiko Wakamatsu
若松 一彦
Hiroshi Shimoyama
博司 下山
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6068173A publication Critical patent/JPS6068173A/en
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/12Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
    • B23K9/127Means for tracking lines during arc welding or cutting

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain high control accuracy and stability with a titled method in automatic arc welding in which the projecting length of a wire is maintained constant by utilizing the impedance of a welding arc for controlling the position of a welding torch. CONSTITUTION:Welding is performed while maintaining the projecting length of a welding wire constant by an automatic arc welding device which feeds a consumable electrode at a constant speed or an arc welding robot. The position of a torch 2 in the central axis direction thereof is automatically followed up in this case. The impedance Za of the arc which is the characteristic value obtd. by dividing arc voltage E by current I is calculated by a circuit 4 and is used as an input signal for controlling automatically the torch position for the purpose of the above-mentioned automatic follow-up. The magnitude of the change rate of the arc characteristic value with a change in the distance (h) between the torch 2 and the materials 1 to be welded is E<I<Za and therefore the improvement in the accuracy and prevention of malfunction in the stage of relational discrimination are effectively accomplished.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶接用倣い検出方法に係シ、特にアーク溶接ロ
ボット、自動アーク溶接装置、アース溶接応用各種機器
等に適用し得る溶接用倣い検出方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a welding trace detection method, and more particularly to a welding trace detection method that can be applied to arc welding robots, automatic arc welding equipment, various earth welding application devices, and the like.

自動アーク溶接装置或は教示・再生型アーク溶接ロボッ
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・寸法誤差或は溶接中の変形等が発生しても、これら
の変動量を検出し、自動的に補正して常に適正な溶接を
行なわしめる方法としては従来多数提案・実用化されて
いるが、特に溶接アークの電気的特性値の変化を検出し
、これを上記補正のための入力信号として利用する、い
わゆるアークセンサもへ々利用される。従来、主として
用いられているアークセンサの作動原理を第1図、第2
図(A) 、 (13) 、 (C)について説明する
。第1図は一般的な消耗電極定速送給ガスシールドアー
ク溶接に於ける電流・電圧特性と、一般的な溶接電源の
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だけ上下に変動する
ことにょシ、特性曲線は略相似のまま上下に移動する。
When performing arc welding using automatic arc welding equipment or a teaching/regeneration type arc welding robot, even if installation errors, dimensional errors, or deformation of the welded material occur during welding, the amount of variation can be detected. However, many methods have been proposed and put into practical use to automatically correct the welding process to always perform proper welding. So-called arc sensors, which serve as input signals, are also frequently used. The operating principle of arc sensors that have been mainly used in the past is shown in Figures 1 and 2.
Figures (A), (13), and (C) will be explained. Fig. 1 shows the current/voltage characteristics in general consumable electrode constant-speed gas-shielded arc welding and an example of the external characteristics of a general welding power source. As shown in the figure, the distance between the welding torch and the material to be welded. However, the characteristic curves move up and down while remaining substantially similar.

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PN、h=h0+ΔhではPL、h=ho−
Δh では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、溶接トーチ
・被溶接材間距離りに変化に対応して動作点がPN、 
Pr、 、 ps 等と変化し、この変動にょシミ流、
電圧が変動する。図から明らかな如く、h=h、からh
=ho+Δh に変化すれば、電流■はIoからIo−
ΔIに、電圧EはEoからE0+ΔEにそれぞれ変化し
、h=hoがらh=ho−Δhに変化すればI=I、+
Δ■。
On the other hand, when the arc is loaded with a welding power source having external characteristics (close to constant voltage characteristics) as shown in the figure, h
PN for =ho, PL for h=h0+Δh, h=ho-
At Δh, stable energization is performed at each intersection of Ps, and a steady welding state is obtained. In other words, in response to changes in the distance between the welding torch and the workpiece, the operating point changes to PN,
Pr, , ps, etc. change, and this fluctuation Nyosimi flow,
Voltage fluctuates. As is clear from the figure, h=h, to h
=ho+Δh, the current ■ changes from Io to Io−
In ΔI, the voltage E changes from Eo to E0+ΔE, and if h=ho changes to h=ho−Δh, I=I, +
Δ■.

E=Eo−ΔE にそれぞれ変化することが判る。It can be seen that each changes as E=Eo−ΔE.

このよ−うに、hの変化によ、9 I 、 Eが共に変
化するのであるが、図からも判るように、Eの変化よ、
9Iの変化が遥かに大幅なので、実際にはIの変化を利
用して、hの目標値制御を行なうことが可能となるわけ
で、いわゆるアークセンサはこの現象を利用している。
In this way, a change in h causes both 9I and E to change, but as can be seen from the figure, the change in E...
Since the change in 9I is much larger, it is actually possible to use the change in I to control the target value of h, and so-called arc sensors utilize this phenomenon.

第2図(4)、 (B) 、 (C)は第1図の現象を
利用して、ワイヤ突出長EX を一定に保ち乍ら溶接電
流の変化によシ溶接トーチ・被溶接材間距離りを自動追
従させるための溶接トーチ位置制御を行なう現状の方法
例である。第2図(6)は開先のある′奨金せ溶接継手
に対する溶接トーチの位置関係、同図(B)はすみ肉溶
接継手に対する溶接トーチの位置関係、同図C)はくA
)(或は(B)も同様)に於いて溶接電流を制御入力信
号として溶接トーチ・被溶接材間距離りを自動追従させ
るための制御装置のブロック構成例を示す。
Fig. 2 (4), (B), and (C) utilize the phenomenon shown in Fig. 1 to change the distance between the welding torch and the workpiece by changing the welding current while keeping the wire protrusion length EX constant. This is an example of the current method for controlling the welding torch position to automatically follow the direction of the welding process. Figure 2 (6) shows the positional relationship of the welding torch to a grooved fillet welded joint, Figure 2 (B) shows the positional relationship of the welding torch to a fillet welded joint, and Figure C) foil A.
) (or the same applies to (B)), a block configuration example of a control device for automatically tracking the distance between the welding torch and the workpiece by using the welding current as a control input signal is shown.

上記のように第1図に示すような現象により、第2図(
4)、 (B) 、 (C)のように電流Iの変化を溶
接トーチの位置制御に巧みに利用しているのであるが、
この方式では次に述べる欠点を有する。
As mentioned above, due to the phenomenon shown in Figure 1, the phenomenon shown in Figure 2 (
As shown in 4), (B), and (C), changes in current I are skillfully used to control the position of the welding torch.
This method has the following drawbacks.

(1)hの変化に伴なう工の変化は、Eの変化に比して
遥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
比較弁別が困難となることがある。
(1) Although the change in machining due to the change in h is much larger than the change in E, when performing delicate control in the Z-axis direction or Y-axis direction, the input due to the change in Stable comparative discrimination may be difficult for signals.

(2)溶滴移行を安定なスプレー移行とするため、溶接
電流に鋭いパルス状電流を重畳させる場合があシ、この
ような場合のIにもとすく制御用入力信号にも鋭いパル
ス状波形が重畳され、制御回路の動作が不安定となるこ
とがある0 (3)第2図(ト)# (B) 、 (C’)に示す構
成では、z軸方向の変化のみならず、Y軸方向の変化も
hを変化させるので、Y軸方向にライビングし乍ら進行
(X軸方向)する場合は、溶接トーチZ軸方同高さ制御
のための制御入力信号として、溶接電流信号をそのまま
利用するだけでは高い制御精度を期待するのが難かしい
(2) In order to make the droplet transfer into a stable spray transfer, a sharp pulsed current may be superimposed on the welding current. may be superimposed and the operation of the control circuit may become unstable. Changes in the axial direction also change h, so when moving in the Y-axis direction (X-axis direction), the welding current signal is used as a control input signal to control the same height of the welding torch in the Z-axis direction. It is difficult to expect high control accuracy just by using it as is.

なお、第1図おLび第2図(4)、 (B) 、 (C
)において、01は被溶接材、02は溶接トーチ、03
は電流信号入力、04はローパスフィルタ、05は整形
回路、θ6は弁別回路、07はサーボアンプ、08はサ
ーボモータ、09は2軸駆動機構、010はワイヤ突出
長信号入力、01ノは弁別しきい値設定回路、Q12は
不感帯幅設定回路である。
In addition, Figure 1 L and Figure 2 (4), (B), (C
), 01 is the material to be welded, 02 is the welding torch, 03
is a current signal input, 04 is a low-pass filter, 05 is a shaping circuit, θ6 is a discrimination circuit, 07 is a servo amplifier, 08 is a servo motor, 09 is a two-axis drive mechanism, 010 is a wire protrusion length signal input, 01 is a discrimination circuit. The threshold setting circuit Q12 is a dead band width setting circuit.

本発明は上記の事情に鑑みて提案されたもので、その目
的とするところは、前記の欠点を除去し、ノイズ妨害が
少なく、且つ微小変化にも確実に対応出来る高精度で低
コストの溶接用倣い検出方法を提供するにある。
The present invention was proposed in view of the above circumstances, and its purpose is to eliminate the above-mentioned drawbacks, produce high-precision, low-cost welding that has little noise interference, and can reliably respond to minute changes. The present invention provides a copying detection method.

本発明による溶接用倣い検N出方法は消耗電極定速送給
自動アーク溶接装置或は消耗電極定速送給アーク溶接ロ
ボットにより溶接ワイヤの突出長さを一定に保ち乍ら溶
接トーチ中心軸方向位置を自動追従させるための溶接用
倣い検出方法に於いて、溶接アークのインピーダンスを
検出し、これを上記溶接トーチ中心軸方向位置自動追従
のための溶接トーチ位置自動制御用入力信号とすること
を特徴とし、制御入力信号とし。
The welding tracing detection method according to the present invention uses a consumable electrode constant-rate feed automatic arc welding device or a consumable electrode constant-rate feed arc welding robot to keep the protrusion length of the welding wire constant while moving the welding torch in the direction of the center axis. In the welding tracing detection method for automatically tracking the position, the impedance of the welding arc is detected and used as an input signal for automatic control of the welding torch position for automatically tracking the position in the center axis direction of the welding torch. Characteristics and control input signals.

てアーク電圧Eを電流Iで除して得られる特性値である
アークのインピーダンスZaを利用することにより、次
のような効果を得ようとするものである。
By using the arc impedance Za, which is a characteristic value obtained by dividing the arc voltage E by the current I, the following effects can be obtained.

(1)溶接トーチ・被溶接材間距離りの変化に伴なうア
ーク特性値の変化率の大きさは E(I(Zaとなり、Zaを制御入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得
られ、比較弁別に際しての精度向上並びに誤動作防止に
有効である。
(1) The magnitude of the change rate of the arc characteristic value due to the change in the distance between the welding torch and the welded material is E(I(Za), and if Za is used as the control input signal, the conventional A larger rate of change can be obtained than in the case where this method is used, which is effective in improving accuracy in comparison and discrimination and preventing malfunctions.

(2)溶接電源に内蔵されたパルス発生器によるパルス
状電流が流れる場合、電源の外部特性とは余シ拘シなく
、アーク負荷の特性曲線に沿って電流変化と同一・符号
で電圧も変化するので、インピーダンスとしては余シ変
化せず、従って、鋭いパルス状電流によるノイズ妨害は
それだけ減少することとなシ、制御精度の向上が図れる
0 (3) インピーダンスZaは電圧Eを電流工で除して
得られるので回路構成も容易であシ、低コストで実現出
来る。
(2) When a pulsed current flows from the pulse generator built into the welding power source, the voltage changes along the arc load characteristic curve with the same sign and sign as the current change, regardless of the external characteristics of the power source. Therefore, the impedance does not change much, and therefore, noise interference due to sharp pulsed current is reduced accordingly, and control accuracy can be improved. (3) Impedance Za is calculated by dividing voltage E by current factor. Since it can be obtained by using the same method, the circuit configuration is easy and can be realized at low cost.

本発明の一実施例を添付図面を参照して詳細に説明する
An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

第3図(ト)、 (B) 、 (C)はそれぞれ本発明
方法を実施するために用いられる一実施例の構成を示す
図、第4図(A)、ω) 、 (C)はそれぞれ第3図
(C)におけるインピーダンス演算回路の具体的回路構
成例を示す図、第5図は本発明方法(′″−xp得られ
る電流−インピーダンス特性曲線を示す図、第6図は本
発明方法において溶接トーチと被溶接材間距離の変化に
伴う溶接電流、電圧およびインピーダンスの変化を示す
図、第7図は本発明方法において溶接電流が基準電流と
パルス電流との重畳により構成される場合のアーク電圧
およびインピーダンスの変化な説明するための図、第8
図(A) 、 (B) 、 (C) 、の)はそれぞれ
本発明方法において溶接トーチをY軸方向にライビング
しながらX軸方向に進行させる場合の溶接電流とインピ
ーダンスの変化を説明するための図である。
Figures 3 (G), (B), and (C) are diagrams each showing the configuration of an embodiment used to carry out the method of the present invention, and Figures 4 (A), (ω), and (C) are diagrams, respectively. FIG. 5 is a diagram showing a specific circuit configuration example of the impedance calculation circuit in FIG. Figure 7 shows changes in welding current, voltage, and impedance with changes in the distance between the welding torch and the workpiece. Diagram for explaining changes in arc voltage and impedance, No. 8
Figures (A), (B), and (C) are for explaining changes in welding current and impedance when the welding torch is moved in the X-axis direction while riving in the Y-axis direction in the method of the present invention. It is a diagram.

第3図(4)、 (B) 、 (C)はそれぞれ一般的
な薄れ電極定速送給ガスシールドアーク溶接に於けるア
ークのインピーダンス検出と、インピーダンス信号を利
用してワイヤ突出長Eχ を一定に保ち乍ら溶接トーチ
・被溶接材間距離りを自動追従させるための溶接位置制
御を行なうためのブロック構成例であり、同図(囚は開
先のある突合せ溶接継手に対する溶接トーチ位置関係、
同図(B)はすみ肉溶接継手に対する溶接トーチ位置関
係を示し、いずれも1は被溶接材、2は溶接トーチ、h
は溶接トーチ・被溶接材間距離、Eはア一り電圧、Xは
溶接電流、十−は溶接電流の極性、Z、Yは溶接トーチ
位置制御の対象となる駆動軸をそれぞれ表わす。第3図
(qは、同図(イ)(或は(B)も同様)の位置関係に
於ける制御装置のブロック構成例であって、図中、3a
は電流入力信号、3bはアーク電圧入力信号、4はアー
クのインピーダンス演算回路、5はインピーダンス信号
、6はローパスフィルタ、7はピークホールド回路、8
は比較弁別回路、9はワイヤ突出長信号入力、10はワ
イヤ突出長信号増幅回路、11は比較弁別しきい値設定
回路、12はサーボ増幅回路、13はサーボ増幅回路用
不感帯幅設定回路、14はサーボモータ、15は2@駆
動機構をそれぞれ表わす。次に、第4図囚、 (B) 
、 (C)はそれぞれ第3図(C)l=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・演算回路の具体例である。同図(A)は、アー
ク電圧、電流から割算器と演算増幅器によジインピーダ
ンスを演算する場合の回路構成例を示し、同図中、1は
被溶接3bはアーク電圧入力信号、4はインピーダンス
演算回路、5はインピーダンス信号、8には電流分流器
、VRは可変抵抗器、OPは演算増幅器、Dは割算器、
COMは共通基線をそれぞれ示す。第4図(B)は、ア
ーク電圧、電流から掛算器と演算増幅器にニジインピー
ダンスを演算する場合の回路構成例であって、同図中の
機能要素中Mは掛算器を示し、他の要素については同図
(4)と同一符号のものは同一要素であることを@味す
る。第4図(C)は、アーク電圧、電流から演算増幅器
とトランジスタにニジインピーダンスを演算する場合の
回路構成例であって、同図中、TRはトランジスタを示
し、他の要素については同図(4)、 (B)と同一符
号のものは同一要素であることを意味する。
Figures 3 (4), (B), and (C) show arc impedance detection in general thin-electrode constant-speed gas-shielded arc welding, and the wire protrusion length Eχ being kept constant using the impedance signal. This is an example of a block configuration for controlling the welding position to automatically follow the distance between the welding torch and the workpiece while maintaining the same distance.
Figure (B) shows the positional relationship of the welding torch to the fillet weld joint, where 1 is the material to be welded, 2 is the welding torch, and h
is the distance between the welding torch and the workpiece, E is the voltage, X is the welding current, 0 is the polarity of the welding current, and Z and Y are the drive shafts to be controlled in the welding torch position, respectively. FIG. 3 (q is an example of the block configuration of the control device in the positional relationship of FIG. 3 (A) (or (B) is the same);
is a current input signal, 3b is an arc voltage input signal, 4 is an arc impedance calculation circuit, 5 is an impedance signal, 6 is a low-pass filter, 7 is a peak hold circuit, 8
9 is a comparison discrimination circuit, 9 is a wire protrusion length signal input, 10 is a wire protrusion length signal amplification circuit, 11 is a comparison discrimination threshold setting circuit, 12 is a servo amplifier circuit, 13 is a dead band width setting circuit for the servo amplifier circuit, 14 15 represents a servo motor, and 15 represents a 2@ drive mechanism, respectively. Next, Figure 4 Prisoner (B)
, (C) are specific examples of the arc impedance detection/arithmetic circuit, which is the basis of the present invention, among the functional components in FIG. 3(C)l=. Figure (A) shows an example of the circuit configuration when calculating diimpedance from the arc voltage and current using a divider and an operational amplifier. Impedance calculation circuit, 5 is impedance signal, 8 is current shunt, VR is variable resistor, OP is operational amplifier, D is divider,
COM indicates a common baseline. FIG. 4(B) is an example of a circuit configuration when calculating the rainbow impedance of a multiplier and an operational amplifier from arc voltage and current, and M among the functional elements in the figure represents a multiplier, and Note that the same reference numerals as in (4) in the same figure are the same elements. FIG. 4(C) is an example of a circuit configuration when calculating the rainbow impedance of an operational amplifier and a transistor from arc voltage and current. In the figure, TR indicates a transistor, and other elements are 4), Those with the same symbols as in (B) mean the same elements.

上記本発明の一実施例の方法について説明する。A method according to an embodiment of the present invention will be described.

(1) アークのインピーダンス検出に係る作用第3図
(ト)、 (B) 、 (C)に於ける各機能要素1゜
2.3a、3b、4,5.及び第4図(A’) 、 (
B) 。
(1) Effects related to detection of arc impedance Functional elements 1° 2.3a, 3b, 4, 5 in Figures 3 (G), (B), and (C). and Fig. 4 (A'), (
B).

(C)に於ける同一符号の機能要素にょシアークのイン
ピーダンスが検出される。先ず、アークのインピーダン
スZaを次の通シ定義する。
The impedance of the arc of the functional element with the same sign in (C) is detected. First, the arc impedance Za is defined as follows.

za :アークのインピーダンス (Ω)工:電流 (
A) E:アーク電圧 (V) 以下、第4図(A) 、 (B) 、 (C)の各具体
的回路例によシ作用を説明する。
za: Arc impedance (Ω): Current (
A) E: Arc voltage (V) Hereinafter, the effect will be explained using specific circuit examples shown in FIGS. 4(A), (B), and (C).

第4図(5)・・・・・・割算器りの基本的演算機能v
o’ :割算器出力 (商) z′二側割算器入力(被除数) x′二側割算器入力(除数) を利用して 2/には工成分、X′にはE成分を入力し
、■o′としてZaを算出する如く回路を構成したもの
で、図中、OPは線形増幅或は符号反転作用、VRは工
成分及びE成分のレベル調整器として作用する。
Fig. 4 (5) Basic arithmetic function of divider v
o': Divider output (quotient) z' Second-side divider input (dividend) x' Second-side divider input (divisor) The circuit is configured so that Za is calculated as ①o'. In the figure, OP functions as a linear amplification or sign inversion function, and VR functions as a level adjuster for the component and the E component.

第4図(B)・・・・・・掛算器Mの基本的演算機能■
。:掛算器出力 (積) X: 〃 入力 (被乗数) Y: I l (乗数) を利用して、これを演算増幅器の負ν↑還回路に挿入し
、総合的に割算器を構成せしめてza=1−を算出する
如く回路を構成したもので、図中、OPは線形増幅或は
符号反転作用、VRはI成分及びE成分のレベル調整器
として作用する。
Fig. 4 (B) Basic calculation function of multiplier M ■
. :Multiplier output (product) The circuit is configured to calculate za=1-, and in the figure, OP functions as a linear amplification or sign inversion function, and VR functions as a level adjuster for the I and E components.

第4図(C)・・・・・・演算増幅器とトランジスタに
よる対数変換・逆対数変換機能を利用してZa−’を算
出する如く回路を構成したもの■ である。
FIG. 4(C) shows a circuit configured to calculate Za-' using logarithmic conversion and anti-logarithmic conversion functions using operational amplifiers and transistors.

図中、OPは線形増幅、符号及転成はトランジスタTR
とともに対数・逆対数変換作用、VRはI成分及びE成
分のレベル調整器として作用する。
In the figure, OP is linear amplification, and sign and transformation are transistors TR.
In addition, the VR functions as a level adjuster for the I component and the E component.

(2)アークのインピーダンスZaの制御入力としての
作用 アークの特性値としてのインピーダンスを、溶接トーチ
・被溶接材間距離りの制御用入力信号として利用する場
合の作用を説明する。
(2) Effect of arc impedance Za as a control input The effect when the impedance as a characteristic value of the arc is used as an input signal for controlling the distance between the welding torch and the welded material will be explained.

第5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、一般的な溶接電源の外
部特性例を示し、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だけ上下に変動すること
にニジ、アーク電圧特性曲線は略々相似形のまま上下に
整動する。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シ上記アークを負荷させる
場合は、h = ho ではPN、h=ho十Δh で
はPL 。
Figure 5 shows the current/voltage characteristics in general consumable electrode constant-speed feed gas shielded arc welding and an example of the external characteristics of a general welding power source. The distance is wide. The arc voltage characteristic curves fluctuate vertically by Δh around , and the arc voltage characteristic curves fluctuate vertically while remaining substantially similar. On the other hand, when the arc is loaded by a welding power source with external characteristics (close to constant voltage characteristics) as shown in the figure, PN is applied when h = ho, and PL is applied when h = ho + Δh.

h = ho−Δhでは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
、溶接トーチ・被溶接材間距離りの変化に対応して動作
点がPN 、 Pl、 、 Ps等と変動し、この変動
にょシミ流、電圧が変動する。図からも明らかなる如く
、h−h。
When h = ho - Δh, stable energization is performed at each intersection of ps, and a steady welding state is obtained. That is, the operating point changes as PN, Pl, Ps, etc. in response to a change in the distance between the welding torch and the workpiece, and this fluctuation causes the stain current and voltage to change. As is clear from the figure, hh.

からh=hIllH−Δhに変化すれば電流Iは工。If it changes from h=hIllH−Δh, the current I becomes .

からI。−Δ工に、電圧EはE。がらE。十ΔEにそれ
ぞれ変化し、h=hoからり。−Δh(−変化すれば工
はI。+ΔIに、EはEo−ΔEにそれぞれ変化するこ
とが判る。このようにhの変化によりI、Eが共に変化
するのであるが、図からも判るように、Eの変化よシェ
の変化が遥かに大幅であるので、■の変化を利用してh
の目標値偏御が従来から行なわれておシ、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。
From I. - For Δ, the voltage E is E. GaraE. Each changes to 10ΔE, and h=ho. It can be seen that -Δh (-If it changes, engineering changes to I. +ΔI, and E changes to Eo - ΔE. In this way, both I and E change due to the change in h, as can be seen from the figure. Since the change in She is much larger than the change in E, using the change in ■, h
Target value deviation has been carried out in the past, and so-called arc sensors are based on this principle.

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り、
例えば第5図に於いて、破線で示す曲線が、実線で示す
電流・電圧特性曲線に対応する電流・インピーダンス特
性曲線であって、h=h0(I=I。、 E=EO) 
l開放ける動作点をpN/、これに対応するインピーダ
ンスZaをZ a=Z a ao * h=ho+Δh (I=I。−ΔI 、 E=Eo+Δ
E)に於ける動作点をPL’ 、 zaをza・。十Δ
Za。
On the other hand, in the present invention, the arc impedance Za
The target value of h is controlled using the change in
For example, in FIG. 5, the curve shown by the broken line is the current/impedance characteristic curve corresponding to the current/voltage characteristic curve shown by the solid line, and h=h0 (I=I., E=EO).
The operating point at which l is released is pN/, and the corresponding impedance Za is Z a = Za ao * h = ho + Δh (I = I. - ΔI, E = Eo + Δ
The operating point in E) is PL', and za is za. ten Δ
Za.

h=ho−Δh (I=I。十ΔI、E=E、−ΔE)
ではPs’ 、Za=Za・。−ΔZa としてそれぞ
れ表わされているO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特性につき第6図に
よシ説明する。第6図はhの変化に伴うI 、 E 、
 Zaの変化の様子を比較した結果を示すものであるが
、同図から判る如く、hがha からり。+Δh、或は
ho−Δhに変化した場合、電流変化率1/ 或は電圧
変化率E/。。の工0 いずれよシもインピーダンス変化率 a/Za#。
h=ho-Δh (I=I. 10ΔI, E=E, -ΔE)
Then Ps', Za=Za・. −∆Za, and such impedances Za as h
The characteristics when used as a control input signal will be explained with reference to FIG. Figure 6 shows I, E, and
This figure shows the results of comparing the changes in Za, and as can be seen from the figure, h is equal to ha. +Δh or ho−Δh, the current change rate is 1/or the voltage change rate is E/. . In any case, the rate of change in impedance is a/Za#.

が大であり、このことはh制御用入力信号としてはEや
■ニジもZa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
高精度化を図り得ることが判る。
This means that as an input signal for h control, Za has a higher degree of discrimination than E or Niji, that is, by using Za as an input signal, it is possible to stabilize the control and improve accuracy. It turns out that it is possible.

次に、溶滴移行の安定化(スプレー化)のため、溶接電
流にパルス状電流を重畳することがある。このような場
合、電流工、電圧E、インピーダンスZaの何れを制御
信号として利用するかによシ、入力信号中に含まれるパ
ルス波比率が異る。その状況が第7図に示されている0
第7図は溶接電流工が、基準電流工。とパルス電流ip
 とが重畳して構成される場合(I=I。十Ip )の
、アーク電圧E及びインピーダンスZaの変化状況並び
にそれらの変化率を説明するものである0同図から判る
如く、電流■がIo から工。+IFに変化すれば、動
作点PoはPp に移動し、電圧EはEoからE、 +
TDP(1変化する。この場合の電流変化率1/0.電
圧変化率0/。。及びインピーダンス変化率Za/2.
’oを比較してみると、 a/za、。が最も11二近
いことが分る。すなわち、Zaを制御用人力信号として
利用すれば、たとえ電流中に鋭いパルス電流が重畳され
ていても、他の特性値を利用するの(:比して入力信号
中のパルス比率が小さく、制御精度の向上・安定化を図
ることが出来る。
Next, in order to stabilize droplet transfer (spraying), a pulsed current may be superimposed on the welding current. In such a case, the ratio of pulse waves included in the input signal differs depending on whether the current, voltage E, or impedance Za is used as a control signal. The situation is shown in Figure 7.
In Figure 7, the welding electrician is the reference electrician. and pulse current ip
0 As can be seen from the same figure, the current Karako. +IF, the operating point Po moves to Pp, and the voltage E changes from Eo to E, +
TDP (changes by 1. In this case, the current change rate is 1/0. The voltage change rate is 0/. and the impedance change rate is Za/2.
If you compare 'o, a/za,. It can be seen that the number is closest to 112. In other words, if Za is used as a human input signal for control, even if a sharp pulse current is superimposed on the current, the pulse ratio in the input signal is small compared to using other characteristic values (: Accuracy can be improved and stabilized.

次に、第3図(A>及び(B)の構成では、Z軸方向の
変化のみならず、Y軸方向の変化もhを変化させるので
、Y軸方向にライビングし乍ら進行(X軸方向)する場
合、溶接電流工及びアークのインピーダンスz8は第8
図(c)、 O))のような変化の過程をたどる。第8
図(A)は開先のある突合せ溶接継手に対する溶接トー
チのライピング状況、(B)は同じくすみ肉溶接継手の
場合を表わす。同図(C)は(5)或は(B)に於ける
溶接電流工の変化状況、ノ)は同じくアークのインピー
ダンスZaの変化状況を示す。図から判るように、溶接
トーチのY軸方向ライビングに伴ない、溶接電流Iはラ
イビング中央付近(YO)で極小値。
Next, in the configurations shown in Fig. 3 (A> and (B)), not only changes in the Z-axis direction but also changes in the Y-axis direction change h. direction), the impedance z8 of the welding current and arc is the 8th
The process of change is as shown in Figure (c), O)). 8th
Figure (A) shows the riping situation of a welding torch for a butt welded joint with a groove, and Figure (B) shows the same case for a fillet welded joint. (C) of the same figure shows the change in the welding current in (5) or (B), and (c) also shows the change in the arc impedance Za. As can be seen from the figure, as the welding torch moves in the Y-axis direction, the welding current I has a minimum value near the center of the riving (YO).

ライピング両端付近(YL 或はYR)で極大値となる
のに対し、アークのインピーダンスZaはライビング中
央付近(Yo)で極太値、ライビング両端付近(YL或
はYR)で極小値となる。然るに、この構成でY軸方向
にライビングし乍ら進行する場合の溶接トーチ−2軸方
向の高さ追従制御にはライピング中央伺近の特性値信号
が必要であるから、この目的に対してアークのインピー
ダンスZaのピークホールド値ZaφPEAKを採用す
ることで容易に解決することが出来る0以上によシ本発
明方法によれば以下の如き優れた効果が奏せられるもの
である0 (1)消耗電極(溶接ワイヤ)定速送給自動アーク溶接
装置或は消耗電極(溶接ワイヤ)定速送給アーク溶接ロ
ボットによシ、ワイヤ突出長EX を一定(二保ち乍ら
溶接トーチ・被溶接材間扼離りを自動追従させるための
溶接トーチ位置制御入力信号を、従来の溶接電流Iから
アークのインピーダンスZaに切替えることによシ、溶
接電流I或はアーク電圧Eによる制御に比して、信号識
別能力が大で、高い制御精度と安定度が得られるととも
に5、さらに溶接電流中にパルス状電流が重畳される場
合には、zaを制御用入力(i月として採用することに
より、信号中のパルス波比率を最小にすることが出来、
制御安定度が向上する。
The arc impedance Za has a maximum value near both ends of the riping (YL or YR), whereas the arc impedance Za has a very thick value near the center of the ribbing (Yo) and a minimum value near both ends of the riping (YL or YR). However, when the welding torch advances while riving in the Y-axis direction with this configuration, a characteristic value signal near the riping center is required for height follow-up control in the two-axis direction. By employing the peak hold value ZaφPEAK of the impedance Za of 0 or more, which can be easily solved, the method of the present invention provides the following excellent effects: 0 (1) Consumable electrode (Welding wire) Constant speed feed automatic arc welding equipment or consumable electrode (welding wire) Constant speed feed arc welding robot, the wire protrusion length EX is constant (while maintaining the welding torch and material to be welded) By switching the welding torch position control input signal for automatically following the separation from the conventional welding current I to the arc impedance Za, signal discrimination is improved compared to control using the welding current I or arc voltage E. The capacity is large, and high control accuracy and stability can be obtained5.Furthermore, when a pulsed current is superimposed on the welding current, by using za as the control input (i month), it is possible to The pulse wave ratio can be minimized,
Control stability is improved.

さらにまた開先のある突合せ溶接継手或はすみ肉溶接継
手の溶接に際しては、溶接トーチ中心軸(2軸)方向の
変化のみならず、溶接線直角(Y軸)方向の変化も溶接
トーチ・被溶接材間距離りを変化させるので、Y軸方向
にライビングし乍ら進行(溶接線方向:X軸)する場合
の2軸方向位置(溶接トーチ高さ)制御には、Y軸方向
ライビッツ幅中央付近のアーク特性値信号を利用するの
が最も効果的と考えられるが、アークのインピーダンス
Zaはライビング中央付近で極大値をとるので、このピ
ークホールド値zB−PEAKを利用することにより上
記Z軸方向位置制御が極めて容易に確実に実施出来る。
Furthermore, when welding a butt-welded joint or a fillet-welded joint with a groove, not only changes in the direction of the welding torch center axis (two axes), but also changes in the direction perpendicular to the welding line (Y-axis) are caused by changes in the welding torch and the workpiece. Since the distance between materials is changed, when riving in the Y-axis direction and progressing (welding line direction: It is thought that it is most effective to use the arc characteristic value signal of Control can be carried out extremely easily and reliably.

(2)既存自動アーク溶接装置或は溶接ロボットに殆ん
ど改造・修正を加えることなく本発明方法を適用出来る
(2) The method of the present invention can be applied to existing automatic arc welding equipment or welding robots with almost no modification or modification.

(3)主要部分は簡単なアナログ回路に↓り構成してい
るので、低コストで実現出来る。
(3) Since the main parts are constructed using simple analog circuits, it can be realized at low cost.

(4) 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与える。
(4) Provide a powerful clue to realizing labor savings through automation and robotization of welding-related equipment.

(5)溶接ロボット或は自動溶接装置の機能向上。(5) Improving the functionality of welding robots or automatic welding equipment.

コスト低減によシ市場競争力が強化される。Market competitiveness will be strengthened by reducing costs.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来のアーク溶接における電流・電圧特性と外
部特性例を示す図、第2図(4)、 (B) 。 (C)はそれぞれ従来例の構成を示す図、第3図(A)
。 (B) 、 (C)はそれぞれ本発明方法を実施するた
めに用いられる一実施例の構成を示す図、第4図(4)
。 (B) 、 (C)はそれぞれ第3図伸)におけるイン
ピーダンス演算回路の具体的回路構成例を示す図、第5
図は本発明方法によシ得られる電流−インピーダンス特
性曲線を示す図、第6図は本発明方法において溶接トー
チと被溶接材間距離の変化(=伴う溶接電流・電圧およ
びインピーダンスの変化を示す図、第7図は本発明方法
において溶接電流が基準電流とパルス電流との重畳によ
り構成される場合のアーク電圧およびインピーダンスの
変化を説明するための図、第8図(5)、(殊(C) 
、 (D)はそれぞれ本発明方法において溶接トーチを
Y軸方向にライビングしながらX軸方向に進行させる場
合の溶接電流とインピーダンスの変化を説明するための
図である。 1・・・被溶接材、2・・・溶接トーチ、3a・・・電
流入力信号、3b・・・アーク電圧入力信号、4・・・
インピーダンス演算回路、5・・・インピーダンス信号
、6・・・ローパスフィルタ、7・・・ピークホールド
回路、8・・・比較弁別回路、9・・・ワイヤ突出長信
号入力、10・・・ワイヤ突出長信号増幅回路、11・
・・比較弁別しきい値設定回路、12・・・サーボ増幅
回路、13・・・サーボ増幅回路用不感帯幅設定回路、
14・・・サーボモーフ、15・・・2軸駆動機構。
Figure 1 is a diagram showing examples of current/voltage characteristics and external characteristics in conventional arc welding, and Figures 2 (4) and (B). (C) is a diagram showing the configuration of a conventional example, and FIG. 3 (A)
. (B) and (C) are diagrams showing the configuration of an embodiment used to implement the method of the present invention, respectively, and FIG. 4 (4)
. (B) and (C) are diagrams showing specific circuit configuration examples of the impedance calculation circuit in Figure 3 and Figure 5, respectively.
The figure shows the current-impedance characteristic curve obtained by the method of the present invention, and Figure 6 shows the change in the distance between the welding torch and the workpiece (= accompanying change in welding current, voltage, and impedance) in the method of the present invention. Figure 7 is a diagram for explaining changes in arc voltage and impedance when the welding current is composed of a reference current and a pulse current superimposed in the method of the present invention, Figure 8 (5), (especially C)
, (D) are diagrams for explaining changes in welding current and impedance when the welding torch is moved in the X-axis direction while riving in the Y-axis direction in the method of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Material to be welded, 2... Welding torch, 3a... Current input signal, 3b... Arc voltage input signal, 4...
Impedance calculation circuit, 5... Impedance signal, 6... Low pass filter, 7... Peak hold circuit, 8... Comparison discrimination circuit, 9... Wire protrusion length signal input, 10... Wire protrusion Long signal amplification circuit, 11.
... comparison discrimination threshold value setting circuit, 12 ... servo amplification circuit, 13 ... dead band width setting circuit for servo amplification circuit,
14... Servomorph, 15... 2-axis drive mechanism.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 消耗電極定速送給自動アーク溶接装置或は消耗電極定速
送給アーク溶接ロボットによシ溶接ワイヤの突出長さを
一定に保ち乍ら溶接トーチ中心軸方向位置を自動追従さ
せるための溶接用倣い検出方法に於いて、溶接アークの
インピーダンスを検出し、これを上記溶接トーチ中心軸
方向位置自動追従のための溶接トーチ位置自動制御用入
力信号とすることを特徴とする溶接用倣い検出方法。
For welding using a consumable electrode constant speed feed automatic arc welding device or a consumable electrode constant speed feed arc welding robot to automatically follow the position of the welding torch in the direction of the center axis while keeping the protruding length of the welding wire constant. A tracing detection method for welding, characterized in that the impedance of a welding arc is detected and used as an input signal for automatic control of the welding torch position for automatically following the position of the welding torch in the central axis direction.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104588839A (en) * 2015-02-12 2015-05-06 山西平阳重工机械有限责任公司 Welding seam automatic tracking method for large-sized complex box-shaped structural part
JPWO2016163073A1 (en) * 2015-04-07 2018-02-08 パナソニックIpマネジメント株式会社 Arc welding control method

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