JPS61147975A - 消耗電極式ア−ク溶接方法 - Google Patents

消耗電極式ア−ク溶接方法

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JPS61147975A
JPS61147975A JP26899884A JP26899884A JPS61147975A JP S61147975 A JPS61147975 A JP S61147975A JP 26899884 A JP26899884 A JP 26899884A JP 26899884 A JP26899884 A JP 26899884A JP S61147975 A JPS61147975 A JP S61147975A
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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】 「産業上の利用分野」 本発明はV型、L型又はこれらに類似した開先を?8接
トーチを左右にウィービングさせながら溶接線に沿って
進行させて溶接を行う消耗電極式アーク溶接方法に係り
、特に溶接トーチを溶接線に正しく倣わせる。Wp接線
自動倣い制御を用いた溶接方法に関するものである。
「従来技術」 従来、溶接線倣いの手法として溶接現象を利用する方法
が多く用いられている。この方法は溶接ワイヤの突出長
さと溶接電流との相関特性を利用して開先部の溶接線を
検出するものであり1、専用の検出器を必要としない利
点がある。
この種の溶接現象を利用した溶接線自動倣い方法として
特公昭52−107703号公報や特開昭52−786
54号公報の明細書に記載された方法が知られている。
この方法は周期的なウィービングの左右両端位置におけ
る溶接電流値をそれぞれ検出して比較し、両温接電流値
が等しくなるようにウィービングの中心を移動制御する
ようにしたものである。
また他の方法として特開昭58−53375号公報に記
載された消耗電極式アーク溶接方法が知られている。こ
の方法は要するに周期的なウィービングの各半周期にお
けや溶接電流値の最大値と最小情とを半周期毎に比較し
、その差を演算すると共に隣合う半周期毎に前記最大、
最小電流、値の差を比較し、この左右の差が小さくなる
方向へウィービングの中心を移動制御することにより、
溶接線に正確に倣った動きを行わせようとするものであ
り、前記特公昭52二100773号公報や特開昭52
−78654号公報に記載された方法と較べてia接線
に対する偏差の検出分解能が優れており、精密な溶接線
倣い制御を行うことができるという利点がある。
続いて上記特開昭58−53375号公報に記載された
溶接方法を参考にして本発明の基礎となる溶接線倣い方
法の一例に付き説明する。
いま、例えば定電圧特性の溶接電流を使用して第5図に
示すように母材となる水平板1と垂直板2に対して溶接
トーチ3を溶接線Swに対して左右方向にウィービング
させながら溶接線8w方向(紙面に垂直方向)に溶接を
進行させて水平すみ肉溶接を行うものとする。溶接ワイ
ヤ4を定速送給するとワイヤ4の突出長さlは開先形状
に沿って変化する。
第5図は、溶接トーチ3のウィービング幅の中心位ti
1ils wが溶接線SWに一致して、溶接線を正しく
倣っている場合を示すものである。第6図は第5図の場
合において、トーチ3がウィービングの左端位W、SI
からウィービング中心S2を経て右端位NSzに至゛る
ウィービングの往行程と、逆に右端S、から左端Slに
至るウィービングの復行程の溶接電流の変化を示すグラ
フである。その詳細は、脚長7.5mlの水平すみ肉溶
接を行った場合の溶接電流を光学一式電極オッシログラ
フを用いて測定記録5・そ0結果!すゞ波形図7あり・
(溶接条件はシニルドガス組成Ar+20%C02゜ワ
イヤ径2−9平均溶接電流305A、溶接電圧29v、
溶接速度35cm/分、ウィービングサイクル約150
回/分、ウィービング幅L=6mmである。なお、溶接
電流の測定に当たっては溶接電源の商用周波数に起因す
る高周波成分やアークの不規則な短絡などに基づく成分
を除去するために遮断周波数fcが10Hzのローパス
フィルタを″使用している。
ウィービングの左右端位置はウィービング装置に取付け
た近接スイッチで位置検出している。
第6図にて明らかなように、溶接トーチ3のウィービン
グ幅の中心S2が溶接線Swに一致して溶接線を正しく
倣っている場合には、ワイヤ突出長さ!と溶接電流との
相関特性からウィーーング左端部電流IL、とウィービ
ング右端部電流値IR1とは互いに等しく、さらにウィ
ービングの往行程における溶接電流最小値IL2と復行
程における溶接電流最小値IR2とは互いに等しくなる
また、左端部電流値ILIはウィービング左端位置SL
になった時点から、右端部電流値IRIはウィービング
右端位W、 S zになった時点から、ローパスフィル
タによる溶接電流信号の位相遅れ時間でだけそれぞれ遅
延させた時点で検出するようにすれば適切な対応が得ら
れることがわかる。
さらに、溶接電流最小値IL2は左端部電流値IL、を
検出したのち、ウィービング右端位fi!’Szに至る
往工程における溶接嫡流を測定して、その間での最小値
を検出し、同様に、溶接電流最小値IR2は右端部電流
値IR,を検出したのち、ウィービング左端位WISI
に至る復行程における溶接電流を測定して、その間での
最小値を検出すればよい。
次に第7図は、ウィービング幅の中心位f& S 2が
溶接線Swに対して垂直板2側にずれた場合のウィービ
ング状態を示し、第8図は、この場合のウィービングの
往行程と復行程における溶接電流の変化を示した具体例
である。
第8図は第6図で説明した溶接条件で水平すみ肉溶接を
行い、溶接線SWとのずれがt)”2+u+となった場
合の溶接電流を光学式電磁オソシログラフを用いて測定
記録した結果を示す波形図である。
第8図から、垂直板2側にずれた場合には右端部電流値
IR,と左端部電流値ILIとに偏差が生じ、IR,>
IL、となることがわかる。
ところで、第8図において注目すべきことは、ウィービ
ングの往行程における溶接電流の最小値IL2が、復行
程における溶接電流の最小値IR。
に等しくならずI R2>、1 t、、となることであ
る。
即ち、ワイヤ突出長さと溶接電流との相関特性を単純に
あてはめて考えるとI”R2−I L2となるべきであ
るにも拘わらず、等しくならないのである。このことの
理由は、必ずしも明らかではないが、実験中の7−クの
観察結果から推定すれば、上記のようにウィービング幅
の中心S2が溶接線SWからずれた場合には、開先内の
溶接線における溶融池の挙動がずれていない場合に対し
て異なるために溶融池に対するアークの挙動が異なり、
第8図に示すような溶接電流の変化が起きるものと推定
される。
さらに、実験では、上記往行程における最小値■L、に
対して、復行程における最小値rR2は、常に小さく、
しかも、雨量小値の差(IL2−IR2)は、ウィービ
ング幅の中心位置S2と溶接線SWとのずれの大きさに
□比例した値となることが確認された。
また、逆にウィービング幅の中心位置S2が水平板1側
にずれた場合には、第8図とは逆になりIL、〉IR,
及び往行程、復行程における溶接電流の最小値の大小関
係はIR2>IL*となる・以上の関係を要約すると、
いま、ウィービングの左端位isIからウィービング中
心S2を経て右端位rR,S 3に至るウィービングの
往行程におけるウィービング左婦部電流埴をIL、、溶
接電流最小値を!L2.右端位R33から左端位置S1
に至る復行程におけるウィービング右端部電流値をIR
,、溶接電流最小値をIR2とすると、■(ILt −
IL2 )−(IRI   IR2)の場合はウィービ
ングの中心S2と溶接線SWとが一致していると判断し
てよい。
■(ILt−IL2)> (IRt−IRz)の場合は
ウィービングの中心S2は溶接線Swに対して左側にず
れていると判断される。
■(ILt−IL2)< (IRI −IR2)の場合
はウィービングの中心S2は溶接線SWに対して右側に
ずれていると判断される。
というずれ方向の判断基準が得られる。
また、差電流値(ILt−IL2)、  (IRI−I
R2)及び両差電流の偏差1  (ILl −IL2)
   (IRI −IR2)lはウィービング中心s2
の溶接線に対する偏向値に比例する。
従って、各ウィービング半周期における電流値IL、、
IL2及びIR,、IR2を検出し、次にこれらの検出
値を用いてそれぞれ差電・流値(ILt −IL2 )
、  (IRI −IR2)を演算して両差電流値を互
いに比較し、その比較結果から、上記のずれ方向判断基
準に基づいて両差電流値が互いに等しくなる、あるいは
一定値になる方向に両差電流値の偏差に応じてウィービ
ング幅中心位置を移動制御するようにすれば、溶接線の
自動倣いが可能となる。
「従来技術の問題点」 ところでアーク溶接においては、一般にアーク長が長く
溶接電流の大きい!!i域ではピンチ効果が溶接棒の表
面張力よりも大となって溶滴が小粒子として棒端から離
脱し、高速度で溶融池に突入するスプレー移行と呼ばれ
る現象が発生する。一方アーク長が短いと小電流におい
て棒端に垂れ下がった溶滴は当然母材と接触し、fa接
棒と母材とが溶滴によって橋絡される。小電流のアーク
溶接ではこのような短絡時に大電流が流れるような特性
の電源が使用されており、この大電流により生じるピン
チ力によって上記橋絡が破れてアークが発生する。この
ように溶滴が大塊となって移行する現象は短絡移行と呼
ばれ、その短絡周期は例えば60〜100回/秒程度で
ある。このような短絡の間隔は溶接電流の変動を検出す
ることによって知りうるが変動が大きいのが一般的で、
短絡周期は上記短絡の間隔の平均値として一般にとらえ
られる。
しかしながら短絡移行領域において、上記のように短絡
とアークとがかなり大きい変動をもった周期として繰り
返され、且つ移行する溶滴の大きさも変動するため検出
される溶接電流(1)は第2図(e)に波形図として示
す如く急激に変動することを避けることができない、こ
の点スプレー移行領域での溶接電流が概ね第8図に示さ
れる如くなめらかに変化するのと対称的である。
従来のアーク倣いによる溶接線自動倣い制御は前述の通
り溶接電流のピーク値又はボトム値を検出し、その差に
よって正確な倣い演算を行うものであるからスプレー移
行領域のように溶接電流の変動がゆるやかな場合には高
精度を得ることができるが、短絡移行領域のように溶接
電流が急激に変動する領域では、溶接ワイヤの溶接線か
らの偏りのみに伴う溶t1電流の変化を検出することが
困難で、倣い制御の制度が大幅に低下するという問題点
があった。特に薄板溶接においてはこのような短絡移行
領域による溶接条件がほとんどで、しかもワーク形状が
複雑で、歪、ワークの取付誤差等が大きく精度のよい倣
い制御が要求される。
「発明の目的」 従って本発明の目的とするところは、短絡移行領域にお
ける溶接電流の変化を平滑化して短絡移行@域特有の理
由による溶接電流の変化を吸収し、溶接ワイヤの偏りに
よる電流変動の検出精度を向上させることである。
「発明の構成」 上記目的を達成するために、本発明が採用する主たる手
段は、検出した溶接電流に基づいて溶接線の修正を一定
周期毎に行ないつつ溶接トーチを周期的にウィービング
させながら修正された溶接線に倣って短絡移行領域にお
ける溶接を行う消耗電極式アーク溶接方法において、上
記溶接電流を短絡周期の2倍以上で且つウィービング周
期ノ174以下の所定時間で積分した値に基づいて溶接
線の修正が行われるようになした点であり、その適用範
囲は前記特開昭58−53375号公報に記載されたア
ーク溶接方法のみでなく、特公昭52−10773号公
報や特開昭52−78654号公報に記載の溶接線自動
倣い方法、その他の消耗1!極式のあらゆるアーク溶接
方法に適用可部で、特に薄板のアーク溶接に適用して好
適である。
「実施例」 続いて第り図乃至第4図の添付図面を参照して本発明を
具体化した実施例に付き説明し、本発明の理解に供する
。ここに第1図は本発明の一実施例にかかる溶接方法を
実施した場合の溶接電流の変化を示す線図、第2図(a
)〜(d)は同溶接方法の制御手順を示すフローチャー
ト、第21!I(e)は溶接電流の原波形を示す線図、
第3図は同実施例に係る溶接方法を実施するためのロボ
ット装置全体の側面図、第4図は同ロボット装置におけ
る信号の流れを示すブロック図である。なおこの実施例
においては前記従来例と共通の要素には同一の符合を使
用して説明する。
第3図は溶接用ロボットRによって母材MのV形開先部
5に溶接トーチ3によりアーク溶接を行っている状態を
示し、溶接ワイヤ4に流れる電流はシャント6に検出さ
れてロボット制御盤フに伝達される。ロボット制御盤7
は溶接用ロボットRをWjA動して溶接トーチ3を所定
の溶接線に沿って誘導するための制御部で、溶接用ロボ
ットRの姿勢及び位置、更にはウィービング波形を指定
するためのロボット本体制御部8と、シャント6から入
力された溶接電流をサンプリングして溶接トーチ3を適
正な溶接線Swの方向へ修正移動させるために修正指令
信号をロボット本体制御部8に送信する倣いi制御部9
とより構成されている(第4図)。
Pi#接用ロボットRはロボット本体制御部8のサーボ
制御部1G(第4図)によって駆動され、サーボ制御部
10からの信号により駆動され、基礎11に取り付けら
れ、垂直軸のまわりに矢印θiの方向に旋回運動を行う
旋回台12と、この旋回台12上に取付られ垂直面内に
おいて矢印θ2内の方向に駆動運動を行う垂直アーク1
3と、この垂直アーク13の先端に取付られ間じ駆動垂
直面内に矢印θ3の方向に揺動駆動される水平アーク1
4と、この水平アーク14の先端に取付られ、前記W#
接トーチ3を保持する手首部15とを有して構成され、
上記手首部15は矢印θ◆で示す垂直面内における揺動
運動と、矢印θSで示す手首部15の軸芯まわりの旋回
運動とを行うことができ、結局溶接用ロボットRとして
は5つの自由度ををして構成されている。
続いて第1図、第2図及び第4図を参照してマイクロコ
ンピュータを用いて行うアーク溶接方法の制御手順につ
き詳しく説明する。第1T!!Jは本発明をウィービン
グ半周期毎に溶接線の修正を行う制御方法に適用した場
合の溶接電流の変化を示す線図、第2図(a)はロボッ
ト本体制御部8における制御手順を示し、同図(b)は
倣い制御部9における処理手順、ま庭同図(c)及び(
d)は第2図(b)に示したIL、、、、IL、、及び
IR。
、IR,、のサンプリングを行うサブルーチンを示すフ
ローチャートである。
まず制御にあたって既にロボットには溶接線の教示が、
例えばPTP方式により完了しており、教示データがロ
ボット本体制御部8内の図示せぬ記憶装置に収納されて
いるものとする。また溶接条件は短絡移行領域における
アーク溶接が行われるように設定されているものとする
まず溶接作業の開始にあたって第21!l (a)に示
したロボット本体制御部8側の処理手順と、第2図(b
)に示した倣い制御部9側の処理手順とが同期をとうて
並列的に処理される。第2図(a)に示したプログラム
ではマイクロプロセッサは、まず図示せぬ記憶装置から
教示データを取り出し、これに補間演算処理を行って教
示データに基づく溶接線の位置を計算する。この計算は
ロボット本体制御部8の位置計算部16において行われ
る。またマイクロプロセッサには予めウィービングパタ
ーン(例えばウィービング幅、ウィービング周期等)が
指定されており、このウィービングパターンに基づいて
ウィービング波形計算部17においてウィービング波形
計算、即ちウィービングの軌跡の計算が行われる。ここ
でステップaにおいて倣い制御部9から修正指令信号が
ロボット本体制御部8の倣い入力部18に伝えられたか
否かを判断する。
一方倣い制御部9側においては、第2図(b)に示す如
(ステップbにおいて溶接トーチが第5図に示す左端位
置S、から右端部W、S3へのトーチ3の移動状態(右
行き工程)であるか否かを判断する。この時、トーチが
左端位ff、s+から右端位置に向かうて移動している
ものとすれば、その時の溶接電流は第1図に示す如く曲
線Pの最初の半周期期間CIIの部分で表される。ロボ
ット本体制御部8のウィービング波形計算部17から倣
い制御部9の倣い計算部19へは第4図に示す如くウィ
ービング左端信号とウィービング右端信号とが出力され
、倣い計算部19においてウィービング動作の右半周期
と左半周期の各始点及び終点、即ち、左端部3層の位置
と右端部s3の位置が知らされる。
最初の左端半周期crtにおいては、左gll(L)か
ら右側(R)へ溶接トーチ3が移動する区間であるから
、ステップbにおいてイエスの方向へ処理が進み、左半
周期C11における溶接電流Pの溶接電流最大値IL、
と最小値!L、、とがサンプリングされる。
11、、IL、、のサンプリングは、第2図(c)のサ
ブルーチンに従うて処理される。ここでは第2+v4(
e)に示すように一定のサンプリング周期SC毎にウィ
ービング周期を分割し、このサンプリング周期sc分の
#S接電流■を積分する。積分値を順番にsI+ 32
133 r =・とする(左行き工程においてはSr 
’ 、32 ’ 、33 ’ 、3唾′、・・・である
)0次にこうして得られた積分値の中て最大のものIL
、、、(溶接電流最大値)と最小のものIL、(溶接電
流最小値)をサンプリングする。上記のようなサンプリ
ング周期scは短絡周期の2倍以上で且つウィービング
周期の1/4以下の時間に設定される。短絡周期の2倍
以上に設定する理由は、1倍では原波形そのもので積分
による事情化の効果がまったくなく、また1、5倍程度
ではサンプリング周期sc内に短絡波形が1つ入る場合
と2つ入る場合とが生じ中途半端な積分となるからで、
積分の効果を出すためには、少、なくともl+ンプリン
グ周周期和2以上の短絡波形が入ることが望ましいから
である。また溶接電流の鰻大値と最小値は1つのウィー
ビング周期中に各2個(合計4個のデータ)含まれると
共に、これらはほぼ等間隔に発生するため、1個の積分
時間の長さは1ウイ一ビング周期の1/4以下でなけれ
ばならない。
ステップCにおいてウィービング動作の半周期分の溶接
処理が終了したか否かを判断する。これは前記したウィ
ービング右端信号がウィービング波形計算部17から倣
い計算部19に入力されたか否かにより判断され、この
時ノーと判断された時にはステップbに戻る。イエスと
判断された場合、これは溶接トーチ3が右端位置S3に
到着したことを示し、処理はイエスの方向に進んでステ
ップdにおける判断に移る。ステップdではステップC
において判断された半周期が溶接開始時の最初の半周期
、即ち第1図における左半周期CI7であるか否かを判
断し、イエスであればステップbへ戻る。この時、溶接
行程は既に右端位WS。
から左端位ffs+への処理に移っているため、ステッ
プbではノーの判断が行われ、左行き行程における溶接
電流Pの最大値IR−及び最小値IR,,。
が第2図(d)に示すサブルーチンに従ってサンプリン
グされる。続いて前記ステップCにおいて半周回分、即
ちこの場合、右半周期carの終了を待ったのちステッ
プdを経てステップeに至る。
これで最初の1ウイ一ビング周期分が経過し、前記特開
昭58−53375号公報に記載された差電流値の算出
が可能となる。ここでステップeにおいて左半周期にお
ける電流値の差ΔILを■L−−IL、、によって算出
すると共に、右半周期における溶接電流値の差ΔILを
I R,、、−I R,、、によって算出し、更にウィ
ービング中心S2の溶接線Swに対する偏向値に比例し
た差電流値Δ0−ΔIL−ΔIRを算出する(ステップ
n)、その後、ステップhにおいて前記差電流値Δ0の
絶対値が許容範囲(デッドゾーン)に入っているか否か
を判断し、デッドゾーンから離れている場合には、(1
正指令信号を倣い入力部18に送出する。差電流値Δ0
の絶対値が許容範囲内であれば、溶接軌跡の修正を行う
ことなくプログラムを最初に戻す。
一方、第2図(a)に示したロボット本体制御部8側の
プログラムのステップaにおいて上記修正指令信号を受
けて修正指令ありと判断された場合には、位置計算部1
6に修正指令信号を与え、これを受けて位置計算部16
は一定シフト分を元の目標位置データに加算する。その
後マイクロプロセッサはウィービング波形計算部17よ
り送出されるウィービング波形に応じたデータと、修正
された溶接線軌跡に対応した計算位置データとを重畳し
、修正タイミング発生部20からの信号に応じて修正さ
れた目標位置信号をサーボ制御部10に送り、溶接用ロ
ボットRをサーボ制御する。
「発明の効果」 本発明は以上述べたように、検出した溶接電流に基づい
て溶接線の修正を一定周期毎に行ないつつ溶接トーチを
周期的にウィービングさせながら修正された溶接線に倣
って短絡移行領域における溶接を行う消耗電極式アーク
溶接方法において、上記溶接電流を短絡周期の2倍以上
で且つウィービング周期の174以下の所定時間で積分
した値に基づいて溶接線の修正が行われることを特徴と
する消耗電極式アーク溶接方法であるから、短絡移行領
域であるために溶接電流の原波形が急激な変動を含むも
のであっても、これが積分によって平滑化されるので溶
接トーチの偏りによる溶接電流値の変動が正確に検出さ
れ、高精度の追従性を発揮し、ビードの蛇行が少なくな
り、溶接部の外観が改良された。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係るアーク溶接方法を実施
した場合の平滑化された溶接電流の変化を示す線図、第
2v!J(a)〜(d)は同実施例の処理手順を示すフ
ローチャート、第2図(e)は短絡移行領域における溶
接電流の原波形を示す線図、第3′WJは同実施例に係
るアーク溶接方法の実施に直接使用することのできるロ
ボット装置全体の側面図、第4図は同実施例における信
号の流れを示すブロック図、第5図はウィービング中心
と溶接線とが一致した状態における溶接作業状態を示す
溶接部の側面図、第6図は第5図に示した状態における
溶接電流の変化を示す線図、第7B21はウィービング
中心が溶接線に対して変位している状態を示す第5図相
当図、第8図は第71!Iの状態における溶接電流の変
化と従来の修正処理手順を示す線図である。 (符合の説明) 3・・・溶接トーチ    4・・・溶接ワイ″ヤ7・
・・ロボット制御盤 8・・・ロボット本体制御部 9・・・倣い制御部  10・・・サーボ制御部16・
・・位置計算部 17・・・ウィービング波形計算部  、18・・・倣
い入力部  19・・・倣い計算部20・・・修正タイ
ミング発生部 1、IL、IR・・・溶接電流 ΔO・・・差電流値 P・・・溶接電流曲線 Sw・・・溶接線    R・・・溶接用ロボットC,
,C,・・・半周期。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 検出した溶接電流に基づいて溶接線の修正を一定周期毎
    に行ないつつ溶接トーチを周期的にウィービングさせな
    がら修正された溶接線に倣って短絡移行領域における溶
    接を行う消耗電極式アーク溶接方法において、上記溶接
    電流を短絡周期の2倍以上で且つウィービング周期の1
    /4以下の所定時間で積分した値に基づいて溶接線の修
    正が行われることを特徴とする消耗電極式アーク溶接方
    法。
JP26899884A 1984-12-19 1984-12-19 消耗電極式ア−ク溶接方法 Granted JPS61147975A (ja)

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JPH0446673B2 JPH0446673B2 (ja) 1992-07-30

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JP26899884A Granted JPS61147975A (ja) 1984-12-19 1984-12-19 消耗電極式ア−ク溶接方法

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JP (1) JPS61147975A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS529657A (en) * 1975-07-14 1977-01-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Groove line follow up device

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JPS529657A (en) * 1975-07-14 1977-01-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Groove line follow up device

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JPH0446673B2 (ja) 1992-07-30

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