JPS6072676A - 溶接線追従装置 - 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】 この発明は、消耗電極を供給する溶接トーチを開先幅方
向に揺動させながら行うアーク溶接において揺動中の溶
接電流を検出し、基準値と比較することにより溶接トー
チを溶接線に追従させるようにした溶接線追従方法およ
び装置の改良に関するものである。

アーク溶接の自動化に伴い、溶接トーチを開先の中心す
なわち溶接線に倣わせるだめの溶接線検線方法としてボ
ール、ローラー、探針などを使用した接触式、差動変圧
器などを使用した非接触式、光学式などの溶接線検出方
法が提案され、丑た使用されて来た。しかしながら、こ
れらの溶接線検出方法を利用した溶接線追従方法にあっ
てはいずれも溶接トーチ周りに検出器を取り付けること
が必要であるため溶接トーチ周りの構造が大型になりま
た複雑化する、溶接トーチ位置と検出器位置のずれのた
め精度低下がある、スパン、り、アーク光、アーク熱等
の影響による精度低下があるなどの欠点があった。

このような従来の溶接線追従方法における溶接線検出上
の問題点を解決するため、溶接アーク自身の特性を利用
して溶接線を検出し、溶接トーチを溶接線に倣わせる溶
接線追従方法および装置いわゆるアークセンサ倣いに関
する出願が行われるようになった。殊に消耗電極を供給
する溶接トーチを開先幅方向に揺動させながらアーク溶
接を行う場合に揺動中心の両側で溶接電流を検出し、比
較することにより溶接トーチに溶接線を追従させるよう
にした溶接線追従方法および装置に関する多くの出願が
公知になっている。

消耗電極を供給する溶接トーチを揺動させながら行うア
ーク溶接においては揺動に伴う溶接トーチ位置と溶接電
流との関係は基本的には第１図の通りであり、同（ａ）
図のように揺動の中心が溶接線と一致しているときは揺
動の左右端における溶接電流は等しく、同（ｂ）図のよ
うに揺動の中心が左右いずれかにずれているときは揺動
の左右端における溶接電流は等しくなくなる。そこで端
的には揺動の左右端またはその近傍における溶接電流が
等しくなるように揺動中心位置を制御することにより溶
接トーチを溶接線に追従せしめることができるわけであ
り、このようなものは特開昭５１−９１８５１号公報で
明らかにされている。

しかしながら、検出した溶接電流にはアーク現象、消耗
電極（溶接ワイヤ）の送給不均一によるノイズなどによ
る変動が含まれているので、これらの影響を極力受けな
いようにするため揺動の左右端近傍における溶接電流を
検出し、それぞれ積分したものを比較するようにしたも
のが特開昭５２−９６５７号公報で明らかにされている
。消耗電極を使用するアーク溶接において消耗電極が溶
融してワークへ移行する形態すなわち溶滴移行形態には
通常、スプレー移行、グロビュール移行および短絡移行
（ショートアーク）があり、溶接電流や溶接電圧の変動
が激しい短絡移行形態にも対処できるものとして揺動の
中心から左右への各半周期ずつについて溶接電流または
溶接電圧を検出して積分し、それらを比較して溶接線追
従を行うものが特開昭５４−２６２６１号公報および特
開昭５７−７５２８８号公報で明らかにされている。

ところが、例えば水平隅肉継手や、下向き隅肉継手であ
ってもその開先形状が溶接線を通る垂直面に対称でない
ような場合などすなわち開先形状が重力方向に関して対
称でないような場合は、揺動中心から左右の電流値はた
とえ積分値をめたとしても等しくなるものではないため
、単に左右の電流値を比較するのではなく、一定の基準
値と比較することが必要になる。そのようなものとして
、この出願の出願人と同一の出願人から特願昭５８−３
０１２８号特許願が提出されている。

しかしながら、このものにあっては溶接開始当初の幾つ
かの揺動周期の溶接電流を検出し、その積分値を平均す
ることによって基準値を決めているが、溶接開始から３
〜４周期ではアークが安定しないため正確な基準値が得
にくい。と言う難点があった。ところが、基準値を正確
にするために多くの周期について平均をめれようとする
と、今度は制御すなわち溶接トーチを溶接線に追従させ
る動作にはいるのが遅れてしまうと言う点が問題になる
。

この発明は、このような点に着目して行われたものであ
り、前述のような溶接線追従方法および装置において、
基準値をめるだめの溶接電流の検出を適正な回数の周期
について行うようにしたサンプルモードを設は正確な基
準値をめるようにすることを目的とする。

この発明は、設定した溶接電流、溶接ワイヤ径シールド
ガスの種類および溶接姿勢に応じて、基準値作成のだめ
の溶接電流を検出する周期の回数を決められるようにし
たことを特徴とする。

以下、この発明を、消耗電極（溶接ワイヤ）を供給する
溶接トーチを産業用ロボットのエンドエフェクタとして
使用し、水平隅肉継手について揺動を伴ったアーク溶接
を行う実施例について図面を用いて説明する。

第２図は、構成を示すブロック図であると共に実施状態
を示す模式図である。

１は溶接電源であり、溶接トーチ２を介して消耗電極（
溶接ワイヤ）３とワーク４ａとの間に電圧を印加し、溶
接電流を供給する。

２は溶接トーチであり、その中心に沿って消耗電極３か
通過しており、図示しないチップを通して消耗電極３に
給電している。また、図示しないガスノズルを介してシ
ールドガスを供給し、アーク部をシールドする。

３は消耗電極であり、溶接ワイヤでてきている。

そして図示しない送給装置により供給される。

４は開先であり、ワーク４ａによりこの図では水平隅肉
継手を形成している。

５は電流センサでめり、溶接トーチ２、消耗電極３を通
して流れる電流を検出する。

６はローパスフィルタであり、溶接ワ１ヤ送給の不均一
等による溶接電流中のノイズを除去する。

ｌｊ：Ａ／Ｄコンバータであり、ローパスフィルタ６の
出力を入力し、ディジタルデータに変換する。

８は産業用ロボン）Ｒとデータをやり取りする第１ポー
トである。

９は溶接装置制御盤１３および電流セ／す５とデータを
やり取りする第２ポートである。

１０はＣＰＵであり、検出した溶接電流、溶接装置制御
盤で設定した溶接条件に関するデータ、ロボッ）Ｒから
得られる溶接姿勢、溶接トーチ２が揺動の開始点にある
か到着点にあるか、アーク部／す動作に対す要求などに
関するデータを取り込み、第３図、第４図および第６図
に示すこの溶接線追従装置における演算等を行う。

１１はＲＯＭであり、ＣＰＵ１　Ｑが行う演算のシステ
ムプログラムを格納してイル。

１２はＲＡＭであり、第４図および第６図に示すこの溶
接線追従装置の演算中におけるデータを格納する。

１３は溶接装置制御盤であり、少なくとも溶接電流、溶
接ワイヤ径、シールドガス種類ヨ洛換嚢妻についてデー
タの設定ができる。

またトーチ２が１位置から■位置へ揺動するのをＵ　Ｉ
）方向０とし、■位置から工位置へ揺動するのをＤＯＷ
Ｎ方向（Ｄ）とする。

第３図は検出した溶接電流を処理するだめの全体的なデ
ータ処理のフロー図である。第３図において、基準値を
作成するため溶接電流を検出し、そのための諸量を演算
するザブルーチンをサンプルモードと言い、サンプルモ
ードて得られた基準値とその後に検出した溶接電流から
演算した諸量とを比較し、溶接１・−チ２を制御するだ
めの制御量を演算するサブルーチンを実行モードと言う
。

第４図はサンプルモードのフロー図でアル。

第５図は溶接電流を検出し、基準値を作成する演算の内
容を示す模式図である。図中２ａは溶接トーチ２の揺動
経路、４ｂは溶接線、４Ｃは溶接トーチ２の揺動中心線
を示す。水平隅肉溶接でのアンダーカットなどを防止す
るため揺動中心は溶接中心からオフセットしている。

第６図ハ実行モードのフロー図である。

以下、作用について説明する。

溶接装置制御盤１３上で、溶接電流、溶接ワイヤ径、シ
ールドガス種類が設定され、ロボットににおいて溶接姿
勢が設定されると、これらの条件を表すデータがＣ；Ｐ
ＵＩＱに取り込まれ、後述するようなテーブルと対照す
ることにより、基準値を作成するために溶接電流検出を
行う揺動周期の回数が選定される。（溶接条件取込手段
および揺動回数選定手段） ロボット工（により溶接トーチ２は第５図（ａ）に示す
教示された溶接開始点ｌ５１−に位置され、ロボットＲ
はアークセンサスタートすなわち溶接電流検出をめる状
態になったものと判断される。（ステップＳｌ）。更に
、サンプルモードすなわち、基準値作成をめる状態であ
ると判断されると（ステップＳ２）、サンプルモード（
ステップＳ３）が始まる。

溶接トーチ２は、第５図（ａ）の教示された正しい溶接
開始点ＩＳ１に位置決めされており、溶接開始に伴い溶
接トーチ２は第５図（ａ）の点ＩＳＩ、２Ｒ１，２Ｓ１
、ＩＲ２，１５２，２Ｒ２，２Ｓ２・・・の順に移動し
ながら溶接を行なって行き、同時に開始点ｉｓｉ〜到着
点２Ｒ１間（ＵＰ方向）、ｉｔ２間（Ｕ　Ｉ）方向）・
・・の順に溶接電流を検出して行く。検出された溶接電
流の状態の１例を開始点１ｓ１〜到着点２Ｉ（１および
２５１〜ＩＲ２間について示すと第５図（ｂ）および（
Ｃ）の通りとなる。ＵＰ方向の半周期の溶接電流の積分
値をＡＵ、ＤＯＷＮ方向の半周期の溶接電流の積分値を
ＡＤとし、更にそれぞれの半周期について１／４周期の
溶接電流の積分値をＡＬＵ、Ａ２Ｕ％ＡＩＤ、Ａ２Ｄと
すると、制御量をめるだめの基準値をめるため次の諸量
が必要となる。

ＡＵ：ＡＩＵ＋Ａ２Ｕ ＡＤＩ：Ａ］、Ｄ＋Ａ２Ｄ ΔＡＵ：ＡＩＵ−Ａ２Ｕ △ＡＤ、＝ＡＩＤ−Δ２Ｄ ΔＡ　＝％（ΔＡＵ十八Ａへ） ΔＡｔ：ＡＤ−ＡＵ ここで、ΔＡは揺動の半周期中における揺動の開始点か
ら中心までのＷ周期と中心から到着点までのＷ周期の溶
接電流の積分値の差の平均値であり、ΔＡｔは揺動の一
周期中における揺動の開始点から到着点までの半周期と
次の半周期の溶接電流の積分値との差である。

前述、揺動の過程で検出された溶接電流値は、記憶され
（ステップ５３１）、到着点２Ｒ１〜開始点２５１間、
１Ｒ２〜１５２間でそれぞれ積分され、前述の式で示さ
れる諸量が演算され（ステップ５３２）、記憶される（
ステップ５３３）。

ところで前述の諸量の演算は何回かの揺動周期について
行うのであるが、その回数は、溶接電流、溶接ワイヤの
径、シールドガスの種類、溶接姿勢に基いて決められる
ものであり、実験に基いて作成されたテーブルとしてＲ
ＯＭ中に格納されている。そこで、溶接装置制御盤で設
定された溶接電流、溶接ワイヤの径、シールドガスの種
類に関するデータおよびロボッ）Ｒで設定された溶接姿
勢に関するデータを取り込み、前記テーブルと対照する
ことによって選定されている。

そこで、前述の基準値作成のだめの諸量をめる演算が、
選定されている回数だけ行われたかどうか判断され（ス
テップ５３４）、行われていなければ、ロボッ）Ｒがア
ークセンサストップすな−わち、溶接電流検出をめてい
ないかどうかが判断される。（ステップ５３６）。溶接
電流検出をめる状態であれば、溶接電流の記憶（ステッ
プ５３１）、基準値作成のための諸量の演算（ステップ
５３２）等が繰返される。ステップＳ３４て、基準値作
成のための諸量の演算が選定された回数だけ行われたと
判断されると、ステップＳ３３で記憶された諸量のうち
例えばΔＡｔについての平均値が演算されて基準値とさ
れ（ステップ５３７）、記憶される（ステップ５３８）
。そして、実行モード（ステップＳ４）へ移行する。

実行モードにはいると、制御量記憶用ポインタが設定さ
れ（ステップ５４１　）、制御量の記憶が可能になる。

そして、サンプルモードのときと同様にして開始点１５
ｍ〜到着点２　Ｒｍ間、２５ｍ〜ｉＲｍ千１間において
溶接電流が検出され（ステップ５４２）、これに基いて
前述の基準値作成のための諸量と同様η制御量をめるた
めの諸量が演算され、前述同様ΔＡｔがめられる（ステ
ップ５４３）。そしてサンプルモードで得られた基準値
すなわちΔＡｔ（平均）と比較され、この間に偏差があ
れば、この偏差をもって制御量とされる（ステップ５４
４）。この制御量は、垂直成分と水平成分からなってお
り、前の制御量に代って記憶され（ステップ５４５）、
溶接トーチ２がｌ　Ｒｍ−１−１〜ｌｓ＋ｎ４−１にあ
る間に転送され（ステップ５４６）、ロボットＲのアー
ム位置が移動し、溶接トーチ２の揺動開始位置がＩ　Ｓ
’ｍ−１−１に修正される。

そして、ロボットＲがアークセンサストップスなわち溶
接電流検出をめない状態でないと判断されるかぎり（ス
テップ５４７）、ステップＳ４２〜５４５を繰返し、開
始点ｌＳｍ−４−１〜到着点ｌＲｍ＋２・・・以降につ
いて前述同様、制御を続けて行き、ロボットＲがアーク
センサストップをめていると判断されるまで、溶接線４
ｂからオフセントした揺動中心に対する溶接トーチ２の
ずれを修正するだめの正確な制御が行われる。そして溶
接トーチ２は溶接線４ｂをオフセットして追従する。

以上の通り、溶接線からの溶接トーチ２のずれを修正制
御するだめの基準値の作成に当り、溶接電流、溶接ワイ
ヤ径、シールドガスの種類、溶接姿勢と言う諸条件に適
合した回数の溶接電流検出を行なって基準値を作成する
ので、その基準値は正確なものであり、従って正確な溶
接線追従を行うことができると言う効果がある。

その他の実施例として、下向隅肉継手、し開先を持った
継手などの溶接姿勢にも実施できる。基準値をめるため
め諸量および制御量をめるための諸量共、溶接電流の積
分値に限ることはなく溶接電流値そのものとすることも
てきる。制御量をめるに当り、前述諸量のうちΔＡｔの
使用に限ることはなく、ΔＡ、ΔＡＵとΔＡＤを使用す
ることもできる。そして、これらの選択についても溶接
電流、溶接ワイヤ径、シールドガスの種類溶接姿勢と言
う溶接条件とそれらの組合せに対して適切なものを選択
できるようにしたテーブルを持つようにすることができ
る。制御量をめるための諸量のうち選定されている基準
値と対応したものと基準値とを比較してめた偏差につい
ても、そのまま制御量とすることなく、溶接電流、溶接
ワイヤ径、シールドガス種類、溶接姿勢と言う溶接条件
とそれらの組合わせに対応した係数をテーブルとして持
っておき、これらを選定して前記偏差に掛は合わせるこ
とによって制御量をめることができる。

また、基準値の作成に当り、このためにめた諸量を、検
出した回数について算術平均する以外に例えば第７図に
示すようにに回の検出を行なったとして、次式で示すよ
うにウエート付けをすることによって基準値をめること
もできる。

”　ｉ：　ｌ　ｄ　ｔ ここで１は検出した溶接電流であり、１．は揺動の半周
期中についての１の積分値である。

また、一つのワークにつｂて異なった溶接姿勢で溶接を
行うことがあることから、溶接する位置に対応して幾つ
かのサンプルモードを選択できるようにし、これに対応
して幾つかの実行モードを選択するようにすることもで
きる。また、産業用ロボット以外の揺動機構、マイクロ
コンピュータ以外の一般制御回路を使用することもでき
る。そしてこれの他の実施例の効果も１だ前述実施例と
同じである。

以上の通りであるからこの発明は消耗電極を供給する溶
接１・−チを開先幅方向に揺動させながらアーク溶接を
行ない、前記揺動中の溶接電流を検出して基準値と比較
することにより前記トーチを溶接線に追従させるように
した方法および装置において、正確な基準値が得られる
と言う顕著な効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明が関係する現象およＱ・実施例を示すも
のであり、第１図は原理図、第２図はブロック図、第３
図および第４図はフロー図、第５１２１は模式図、第６
図はフロー図並びに＠７図は換式図である。 第１図および第２図において２・・・溶接トーチ、３・
・・消耗電極、４・・・開先 編５図および第７図において４ａ・・・溶接線第４図に
おいてステップ５３１°゛°第１記憶手段ステップＳ３
２・・・第１演算手段、ステップＳ３３・・・第２記憶
手段、ステシブ８３ｔ・・・第２演算手段、スランプＳ
３Ｆ第３記憶手段。 第６図においてステシブ４２・・・第１記憶手段、ステ
ップ４３・・・第１演算手段、ステップＳ４４・・・第
３演算手段。 出願人　新明和工業株式会社 （Ｃ１ 第１図 第７図 Ｌ［１＋ 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）消耗電極を供給する溶接トーチを開先幅方向に揺
   動させながらアーク溶接を行ない、前記揺動中の溶接電
   流を検出して、基準値と比較することにより前記溶接ト
   ーチを溶接線に追従させるべくした溶接線追従方法にお
   いて、 溶接電流、溶接ワイヤ径、シールドガスの種類溶接姿勢
   の組合わせに対応した回数の揺動周期中の溶接電流を検
   出し、この検出した溶接電流に基いて演算した諸量に対
   する前記基準値を作成し、この基準値作成後に検出した
   溶接電流に基いてめた諸量ととの基準値とを比較して、
   溶接トーチの揺動位置に対する制御量を演算し、指令す
   るようにした前記溶接線追従方法。 ［有］　消耗電極を供給する溶接トーチを開先幅方向に
   揺動させながら行うアーク溶接の、前記揺動中の溶接電
   流を検出して基準値と比較することにより前記溶接トー
   チを溶接線に追従させるべくした溶接線追従装置におい
   て、 溶接電流、溶接ワイヤ径、シールドガスの種類および溶
   接姿勢に関して設定されたデータを取り込み、記憶する
   溶接条件取込手段と、 この溶接条件取込手段に取り込１れたデーτりにより溶
   接電流を検出するための揺動回数を決める揺動回数選定
   手段と 検出した溶接電流を記憶する第１の記憶手段とこの第１
   記憶手段に記憶された溶接電流に基き基準値を作成する
   ための諸量と制御量を演算するための諸量をめる第１演
   算手段と 前記演算された諸量を記憶する第２記憶手段と、前記基
   準値を作成するための諸量から基準値を演算する第２演
   算手段と この第２演算手段による基準値を記憶する第３記憶手段
   と 前記基準値とこの基準値作成後に検出した溶接電流に基
   いて演算された制御量をめるだめの諸量とを比較し、前
   記溶接トーチに対する制御量を演算する第３演算手段と を具備してなる前記溶接線追従装置。