JPS61242764A - 溶接線自動倣い方式 - 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】 〈産業上の利用公費〉 本発明は、消耗電極を使用し、溶接トーチをオッシレー
トさせながら行なう交流アーク溶接において、アーク点
をして溶接線を自動的に倣うようにさせ得る溶接線自動
倣い方式％式％ 従来、消耗電極（ワイヤと称する）を使用する交流アー
ク溶接において、溶接時のアーク長とワイヤ突出し長と
の和を求め、それのオッシレートによる変化から溶接線
を倣う方法は未だ見出されていない。

このような交流アーク溶接において、有形な開先形状検
出子または機構をトーチ近傍に設けることなくアーク点
が溶接線を自動的に倣うようにすることができれば＃利
であ＾−〈発明の課題〉 本発明は、上記の点に着目してなされたもので、トーチ
近傍に特別に有形な開先形状検出子などを用いることな
く、溶接時の溶接条件を用いて、アーク点をして溶接線
を自動的に倣うようにし得る溶接線自動倣い方式を提供
することを目的とする。

〈課題を達成するための手段〉 上記目的を達成するため、本発明の溶接線自動倣い方式
は、ワイヤを使用し、溶接トーチをオッシレートさせな
がら行なう交流アーク溶接において、溶接電流、ワイヤ
送給速度及びチップと被溶接材との間の電圧である溶接
条件を検出する手段と、この検出手段からの検出値を電
気的演算器で処理することによって、アーク点が溶接線
を自動的に倣うのに必要な情報値であるアーク長とチッ
プからのワイヤ突出し長との和を関数として求め、所定
のオッシレート位置における上記情報値から求めた任意
の少なくとも２個のオッシレート位置における上記情報
値の差分から上記溶接トーチのオッシレート中心位置と
被溶接物によって構成される継手の中心位置との偏差を
検出し、上記オッシレート中心位置と上記継手の中心位
置との相対的位置関係を設定通りにするよう及び上記情
報値が設定通りになるよう常に上記溶接トーチの位置を
制御する手段とから成ることを特徴とする。

く実　施　例〉 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の溶接線自動倣い方式の一実施例に係る
溶接ブロック及び演算ブロック図で、演算処理について
はデジタル演算器によって処理するようにした場合を示
し、また溶接条件には溶接電圧を入れている。

第１図に示すように、本方式による装置では、溶接アー
ク１に電気エネルギを供給するための溶接電源２からの
ケーブルを接続するターミナル３によっ電気的に接続さ
れているコンタクトチップ４と被溶接材５との間の電圧
、つまり溶接電圧Ｖは、溶接条件の１つとして、例えば
分圧器などの電圧検出器６によって検出される。すなわ
ち、送給モータ７とローラ８によって、上記コンタクト
チップ４から供給されるワイヤ９は、溶接電流ｌによっ
てそのワイヤ突出部に電圧降下ηが生じるが、溶金１０
と共にフラックス１１によって大気から保護される前期
溶接アーク１の電圧、つまりアーク電圧■は、上記溶接
電圧■がら電圧降下外を差し引いたものとなるので、こ
れを算出するため上述の如く溶接電圧Ｖの検出を行なう
。なお、電圧降下等については、後述のような関係式か
らこれを求める。

チップ−被溶接材間距離、すなわち上記コンタクトチッ
プ４の先端から溶金１０までの距離りは、コンタクトチ
ップ４の先端から溶接アーク１までのワイヤ９の長さ、
いわゆるワイヤ突出し長−と、ワイヤ９の先端から溶金
１０市でのｌｉ！５雌すｊｒ　ｈ訊チーｈ薦■　シバ壬
ｎとして表わされる。前記アーク電圧Ｖはアーク長飄の
変数の１つとなっており、走行用レール１２上を紙面と
垂直方向に移動する台車１３に搭載された各ベッド１４
〜１６並びに前記コンタクトチップ４を含む溶接トーチ
１７、すなわちモータ１８によって駆動され、溶接１・
−チ１７を溶接線と直角方向つまり開先の幅方向にオッ
シレートするオツシレーシ駕ン用ベッド１６、このオッ
シレーシリン用ベッド１６と結合しかつモータ１９によ
って駆動されて溶接トーチ１７を上下方向に移動させる
上下移動用ベッド１５、この上下移動用ベッド１５と結
合すると共に台車１３と取付治具２０によって機械的に
結合され、かっモータ２１によって駆動されて溶接トー
チ１７を左右方向つまりオツシレーション方向に移動さ
せる左右移動用ベッド１４の制御に用いられ、そして上
記モータ１８には、その駆動軸と機械的に結合してオツ
シレーション用ベッド１６の可動部の位置すなわち溶接
トーチ１７のオシシレー９１２位置を検出するオッシレ
ート位置検出＠２２が設けられ、これから得られるオッ
シレート位置に関する情報も上記制御に用いられる。

すなわち溶接電圧Ｖを検出するための電圧検出器からの
信号は、フィルタ機能を有する増幅器２３により適当な
大きさに増幅され、アナログ信号をディジタル信号に変
換する変換＠２４を通してマイク四プロセッサを用いた
制御装置２５に加えられ、溶接トーチ１７の上下位置、
左右位置を制御するための演算が行なわれ、制御装置２
５からのディジタル信号を変換器２６でアナログ信号に
変換して、送給モータ７を制御するドライバ２７、上下
移動用ベッド１５を駆動するモータ１９を制御するドラ
イバ２８、左右移動用ペッド１４を駆動するモータ２１
を制御するドライバ２９及びオツシレーシ冒ン用ベッド
１６を駆動するモータ１８を制御するドライバ３０に制
御信号を送出し、これらを制御する。

いるロータリー・エンコーダ等の回転量検出器３４から
のディジタル信号をアナログ信号に変換し、適当な大き
さにする増幅器３２を除き、上記増幅器２３と同様に信
号を適当な大きさにしかつフィルタ機能を有するもので
あり、そして例えば変流器または分流器のような電流検
出器３５で検出された溶接電流１、上記ワイヤ送給速度
Ｖも上述の制御に用いられる。

トーチ先端近傍のオッシレート状況を示す第２図乃至第
４図、溶接トーチ１７のオッシレートによるチップ−被
溶接材間距離の変化及び開先線とアーク点との偏差の演
算方式の説明に供する第５図乃至第７図を参照して更に
動作について述べると、ワイヤ９を使用し、溶接トーチ
１７をオッシレートさせながら行なう交流アーク溶接に
おいて、アーク点をして溶接線を自動的に倣うようにす
るのに、本実施例では、溶接電流Ｌ１ワイヤ送送速度Ｖ
及び溶接電圧Ｖを検出し、ディジタル演算処理すること
によって、アーク長−とワイヤ突出し長−との和、すな
わちチップ−被溶接材間距離Ｌ　（＝ζ＋Ｌｉりを求め
、所定のオッシレート位置θにおける上記チップ−被溶
接材間距離りの値から求めた任意の少なくとも２個のオ
ッシレート位置θにおけるチップ−被溶接材間距離りの
差分から上記溶接トーチ１７のオッシレート中心位置と
被溶接物によって構成される継手の中心位置との偏差を
検出し、上記オッシレート中心位置と上記継手の中心位
置との相対的位置関係を設定通りにするよう及び上記チ
ップ−被溶接材間圧ＪｌｉＬが設定通りになるように常
に上記溶接トーチ１７の位置を制御するようにしている
。

すなわち、電流検出器３５によって溶接電流■が、また
電圧検出Ｗｉ６によって溶接電圧Ｖが、更に回転量検出
器３４によってワイヤは増幅器６，３２．３３を通した
後、Ａ／Ｄ変換器２４を通じてディジタル量に変換され
て制御装置２５へ加えられる。制御装置２５は、溶接電
流工、溶接電圧ｖ１ワイヤ送送速度Ｖからワイヤ突出し
長さ−及びアーク長ζを演算し、かつこれらとオッシレ
ート位置（θ）信号から溶接線と溶接トーチ１７の偏差
及び設定したトーチ高さからの偏差を演算する機能を備
えると共に、一連の溶接シーケンスを制御する機能を有
している。

まず、既述した各要素の間には、次のような関係がある
。

１、＝ｆ１　（１，ｖ）　　　　　　　　　　　　　・
・・（１）等＝＝　ｆ２（Ｉ、　　ｖ、　　ｔ、）　　
　　　　　　　　・（２１Ｖ＝Ｖ−Ｖ　　　　　　　　
　　　　　　・・・（３）ζ＝ｆ３（１，ＶＡ）　　　
　　　　　　　　　　・・・（４）Ｌ＝Ｌ、＋ζ　　　
　　　　　　　　　　・・・（５）なお、ｆｉ（ｉ＝１
．２．３）はｆｉがカッコの中の関数であることを示す
。

μ雪’；１　ｈｌｌＱＩ　　ＩＡＩ−ｔＩ７　／１１％
　フ’ｌ＋　’ＩＩ　鯰１ｒ）−プ求めることができ、
また（３）、（５１式は第１図から明らかである。

そこで、各式の関係を制御装置２５にプログラムしてお
いて順次変数を与えて演算すればよい。

すなわち、溶接電流■及びワイヤ送給速度Ｖを与えて求
められたワイヤ突出し長−と、溶接電流Ｉとワイヤ送給
速度Ｖとを与えると、（１）式の結果を用いて（２）式
のワイヤ突出し部の電圧降下鴇が求められる。

以下、同様にして、（３）式の関係をプログラムしてお
き、コンタクトチップ４と被溶接材５との間の電圧Ｖ及
び上記で得られた電圧降下ηを与えるとアーク電圧鬼が
求められ、そして、（４）式の関係をプログラムしてお
き、溶接電流Ｉと上記で得られたアーク電圧Ｖとを与え
るとアーク長−が求められる。また、（５）式の関係を
プログラムしておくと、上記で得られたワイヤ突・出し
長−との和から、コンタクトチップ４の先端から溶金１
０までの距離りが求められ、このようにして、変数とし
て溶接電流！、溶接電圧Ｖ及びワイヤ送給速度Ｖを与え
ると、（１）〜（５）式から、コンタクトチップ４の先
端から溶金［１０１までの距離りが求められる。

次に、上記制御装置２５は、予めコンタクトチップ４か
ら溶金１０までの平均圧ｊｌｊｌＬｉｌｌを設定できる
機能をも有してお秒、上記で求めたチップ−被溶接材間
距離りと、その設定したチップ−被溶接材間の平均圧Ｉ
ｍＬｔ）とを制御装置２５のプログラムによって比較し
、これによってチップ−被溶接材間距離を任意に制御す
る。すなわち、上記比較結果によりモータ１９を駆動し
て溶接トーチ１７の高さを調整するのであり、Ｌ＞−な
らば溶接トーチ１７を下に、しく−ならば上に移動させ
るようにし、またＬ＝−ならば溶接トーチ１７は上下に
移動させない。このように、制御装置２５に平均圧＃−
の値を設定することによって、チップ−被溶接材間距離
を任意に制御することができ、上下方向の調整が可能で
ある。

上記で用いたしは第５図乃至第７図に示す各オッシレー
ト位置でのしの平均値である。

すなわち、 である。

次に、左右方向の制御について説明する。

第２図は、溶接トーチ１７をオッシレートしない時に溶
接トーチ１７の中心軸３６と図示しない開先の中心軸と
が一致している場合、第３図は中心軸３６が開先の中心
軸の左にある場合、第４図は逆に中心軸が右にある場合
を夫々示し、またθはオッシレート角度を表わしている
。

また、第５図は、上記第２図の状態で溶接を行なった場
合におけるオッシレ−１・振幅（θ：相対値で最大振幅
に対する百分率）とチップ−被溶接材間圧＠Ｌの関係を
示すものであり、同様に第６図【よ坑３Ｍ−笛７Ｍけ笛
４図の場合に夫々対応するものである。

ここで、第５図乃至第７図において、開先の中心軸と溶
接トーチ１７のオッシレート中心軸３６との偏差を求め
る方法を以下に述べると、まず、第５図乃至第７図をθ
−り座標面と考え、θが２５％の時のＬ値をＬ　θが２
５嘱 ７５％の時のＬ値をＬ７．とし、点（２５％、Ｌ２−と
点（７５％、　Ｌ、、）　トｅ結ぶ直線のθ＝ＩＱＯ％
におけるＬ値を−とする。同様にして、点（−２５％、
Ｌ−２−と点（−７５％、Ｌ−７−とを結ぶ直線のθ＝
−１００％におけるＬ値をことする。なお、Ｌ値を検出
するオッシレート振幅値は、上述のような±２５％、±
７５％及び±１００％は一例であり、これに限られるも
のではない。

また、θとＬのサンプリングをオッシレートの１周期中
の±２５％、±７５％とすると、夫々のオッシレートに
おけるしの値は各２個あるので平均値をとるものとする
。

実験の結果、Ｌ−Ｌ４０であれば流捻トーチ１７のオッ
シレート中心軸と開先の中心軸ははシ一致した。従って
、溶接トーチ１７のオッシレート中心軸と開先の中心軸
とを一致させたいときは、−−１，＝Ｏになるように溶
接トーチ１７の位置を左右移動用ベッド１４で調整すれ
ばよい。

すなわち、の第６図の場合は、’ｔｔ−’ｔ＞０である
ので、この場合はオフシレートの中心軸を右側に移動さ
せるようにし、Ｏ第７図の場合は、Ｌ、−ＬＬ＜０であ
るので、この場合はオッシレート中心軸を左側に移動さ
せるようにする。そして、乙のの、Ｏの関係も、予め制
御装置２５にプログラムしておくようにし、その出力信
号をＤ／Ａ変換器２６、ドライバ２９を通じてモータ２
１を駆動し、左右移動用ペッド１４を調整して溶接トー
チ１７の左右位置を制御する。

このようにして、基本的な溶接条件である溶接電流！、
ワイヤ送給速度及びチップ−被溶接材間の電圧Ｖを検出
し、これらを電気的ディジタル演算器で処理することに
よって、ワイヤ突出し長−とアーク長−との和としてチ
ップ−被溶接材間距離Ｌ＝Ｌ、＋ζを算出し、かつ溶接
トーチ１７をオッシレートしそのオッシレート位置と前
記チップ−被溶接材間距離りの変化のパターンから溶接
線に対する溶接トーチ１７の相対位置を検出し、アーク
点が溶接線を自動的に倣うように制御することができる
。すなわち、ワイヤ９による交流アーク溶接においては
、溶接電流１、ワイヤ送給速度ｖ１溶接電圧ｖ１ワイヤ
突出し長−、アーク長−の間には理論式及び実験式が存
在るのが判っているので、この例では、変数として溶接
電流！、溶接電圧ｖ１ワイヤ送送速度Ｖを選んでこれら
をディジタル電気演算器で処理することによって、ワイ
ヤ突出し長−とアーク長ことの和を関数として求め、次
に溶接開先内で溶接トーチ１７をオッシレートさせると
チップ−被溶接材間圧＃ｌｌＬ、すなわちワイヤ突出し
長−とアーク長−との和か変化するので、溶接トーチ１
７のオッシレートによる上記チップ−被溶接材間距離り
の変化パターンからＷＩ接線に対するアーク点の相対位
置を検出し、この位置が設定位置からずれていれば、こ
れを修正するよう制御して常にアーク点が溶接線上を自
動的に倣うことができるのである。たとえ、台車１３の
移動経路と設置された溶接線とが一致していない場合で
も溶接線に沿って溶接トーチ１７は自動的に移動するこ
とができ、これは溶接中に両者の関係が２次元的に変化
した場合でも有効である。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
例えば演算処理についていえばアナログ演算器によって
も勿論可能である。

〈発明の効果〉 以上のよ与に、本発明の溶接線自動倣い方式によれば溶
接時の溶接条件を用いて溶接線を自動的に倣うことがで
きるので、レールと溶接線との相対関係をラフに設定す
ることができ、作業性が向上すると共に、溶接ロボット
と組合せることによって精度の高い無人化溶接が可能と
なる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の溶接線自動倣い方式の一実施例に係る
溶接ブロック及び演算ブロック図、第２図乃至第４図は
夫々トーチ先端近傍のオッシレート状況を示す図、第５
図乃至第７図はトーチのオッシレートによるチップ−被
溶接材間距離の変化及び開先線とアーク点との偏差の演
算方式の説明に供する図である。 図面中 １・・・溶接アーク、４・・・コンタクトチップ、５・
・・被溶接材、６・・・電圧検出器、７・・・送給モー
タ、９・・・消耗電極、１４〜１６・・・ベッド、１７
・・・溶接トーチ、１８，１９，２１・・・モータ、２
５・・・制御装置。 −Ｋ）Ｏ−７５−５０−２５０２５５０７５Ｔｏ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 消耗電極を使用し、溶接トーチをオッシレートさせなが
   ら行なう交流アーク溶接において、溶接電流、ワイヤ送
   給速度及びチップと被溶接材との間の電圧である溶接条
   件を検出する手段と、この検出手段からの検出値を電気
   的演算器で処理することによって、アーク点が溶接線を
   自動的に倣うのに必要な情報値であるアーク長とチップ
   からのワイヤ突出し長との和を関数として求め、所定の
   オッシレート位置における上記情報値から求めた任意の
   少なくとも２個のオッシレート位置における上記情報値
   の差分から上記溶接トーチのオッシレート中心位置と被
   溶接物によって構成される継手の中心位置との偏差を検
   出し、上記オッシレート中心位置と上記継手の中心位置
   との相対的位置関係を設定通りにするよう及び上記情報
   値が設定通りになるよう常に上記溶接トーチの位置を制
   御する手段とから成ることを特徴とする溶接線自動倣い
   方式。