JPS6138784A

JPS6138784A - 溶接開先追従方法

Info

Publication number: JPS6138784A
Application number: JP16196784A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Hokaku; 宝角　敬一; Hiroshi Kondo; 弘近藤; Masami Une; 宇根　正美; Kenji Saeki; 佐伯　健二
Original assignee: Shin Meiva Industry Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 1984-07-31
Filing date: 1984-07-31
Publication date: 1986-02-24
Also published as: JPH0418945B2

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】（利用分野）この発明は、消耗電極を供給する溶接トーチを溶接開先
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、溶接電流を検出し、この検出した溶接電流値を演算
、処理することによって揺動中心を位置制御し、溶接ト
ーチを開先に追従させるようにした方法に関するもので
ある。

（従来の技術）アーク溶接の自動化に対応して溶接トーチを溶接開先に
追従させる方法としては、別個の検出器を要せずかつス
パック、アーク熱等の影響による精度低下がないなど数
々の利点を有するところの溶接アーク自体の特性を利用
した方法、いわゆるアークセンサ倣いが開発され、実行
されている。

中でも、溶接トーチの揺動中、溶接電流を検出し、それ
を演算処理することによって溶接トーチを開先に追従さ
せるようにした方法が代表的であるが、検出される溶接
電流には、アーク現象、消耗電極送給の不均一などによ
る変動が含まれているため、一様なパターンをもってい
々いので、単に揺動の両側特に揺動の左右端の溶接電流
検出値が等しくなるように溶接トーチの揺動中心を位置
制御するだけでは精度のよい溶接開先追従はできない。

そこで、溶接電流を検出する際に使用する低周波フィル
タ（特開昭５２−８２６５１号）、揺動の左右端付近の
溶接電流を積分し、左右の積分値を比較するようにした
もの（特開昭５２−９６５７号）、揺動中心から左側へ
の半周期の溶接電流検出値の積分値と右側への半周期の
溶接電流検出値の積分値とが等しくなるようにするもの
（特開昭５４−２６２６１号）などがあり、検出した溶
接電流に含まれる前述原因による変動はかなり除かれる
。

しかしながら、消耗電極は送給路中で曲げられ間距離が
変わって来るので溶接電流も変化する。

また、消耗電極に給電するため溶接トーチ内に設けられ
ているチップの内径は、所定位置において消耗電極の外
径に適合したやや大きい目になるように作られているが
、摩耗によってチップの内径が大きくなると給電点位置
が変わり、溶接電流の変化が起り得る。そして、このよ
うな溶接電流の変化は、一様なものでなく消耗電極の送
給に伴って変動するので、検出した溶接電流のパターン
は複雑なものであるため、溶接電流を検出して演算処理
し、開先追従を行う場合の障害になっている。

そして、消耗電極への給電点をほぼ一定位置に維持し、
かつ消耗電極の向きをもほぼ一定位置に維持し、アーク
の安定化をはかるような溶接トーチ構造については、特
開昭５８−１９９６７２号、特開昭５８−１９９６７３
号、特開昭５８−１９９６７４号があるが、検出した溶
接電流を演算処理するいわゆる制御面での出願等は見当
らない。

（解決しようとする問題点）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アーク溶接を行い、揺動中に検出し
た溶接、電流値を演算、処理することによって溶接トー
チを開先に追従させるに当り、消耗電極の曲りや給電点
位置の変動に伴うノイズを含む溶接電流の変動の影響を
受けることなく、精度のよい追従を行わせようとするも
のである。

（問題点を解決するだめの手段）前述のような溶接電流検出値を演算処理するに当り、検
出した溶接電流のパターンを、数式化し、この数式から
求められる溶接電流値を演算処理することによって、溶
接トーチを溶接開先に追従させるようにしたものである
。

（作用）検出した溶接電流値は、第７図（ａ）のようにノイズを
含んだ複雑な変動パターンをもっているか゛ミ演算処理
には第７図（ｂ）のような数式が使われるので、溶接ト
ーチの揺動による変化だけを含んだ溶接電流値が使われ
る。

（実施例）第２図のような水平Ｖ開先ＧをもったワークＷに対して
多関節ロボツ）Ｒで溶接トーチＴを揺動させながら、揺
動中心Ｏ８Ｃの両側における揺動の１／４周期の溶接電
流値の積分値を比較して溶接トーチＴを開先Ｇに追従さ
せて溶接し、溶接ビードＢｄを形成させるようにした溶
接開先追従方法での実施例について説明する。

この実施例では、第３図に示すように、溶接トーチＴは
揺動経路Ｐを画き、１回目の揺動■、２回目の揺動■、
３回目の揺動■・・・Ｎ回目の揺動■へと揺動しながら
、溶接速度ＶＮで開先方向ＧＤに添って溶接して行く。

ここで、Ｎ回目の揺動について、図上の左端から揺動中
心Ｏ８Ｃまでの１／４周期をＮａ、揺動中心Ｏ８Ｃから
図上右端までの１／４周期をＮｂ１右端から揺動中心Ｏ
８Ｃまでの１／４周期をＮＣ。

揺動中心Ｏ８Ｃから左端までの１／４周期をＮｄと呼ぶ
。

そして、このような溶接トーチＴの揺動と溶接進行方向
ＧＤへの移動は、第４図のように最終腕先に溶接トーチ
Ｔを取り付けたロボッ）Ｒの関節角α１〜α５を制御す
ることによって行われる。

溶接トーチＴＫは、図示しないモーターによって駆動さ
れる消耗電極送給装置Ｒによって消耗電極Ｅが送給され
、消耗電極Ｅには、溶接電源１がら溶接トーチＴの図示
しないチップを通して溶接電流Ｉが供給される。

溶接電源Ｉから溶接トーチＴへの電気配線上にハ電流セ
ンサ２が設けられており、ｆｉｍ−ｔ＝ンサ２の出力Ｒ
、ローパスフィルタ３、サンプルホールＦ回路４、Ａ／
Ｄコンパ〜り５、ポート６を通してバス央に接続される
。また、パスタにはマイクロコンピュータ８およびイン
ターフェースｉＭじてロボットＲの各関節軸駆動用サー
ボ回路１０〜１４が接続されている。なお、マイクロコ
ンピュータ８は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭか
らなる公知のもので、この溶接開先追従に関するプログ
ラムを内蔵し、演算を行い、かつそのデータを格納する
。このような電流センサ２〜サーボ回路１４で制御装置
１５が構成されている。そして、サーボ回路１０〜１４
は、ロボットＲの各関節角α１〜α５を制御するα１軸
モーター６〜α５軸モーク２ＯＫそれぞれ接続されてい
る。また、操作部２１がパス悠に接続されている。

ここで、この溶接開先追従方法の背景となる一般的な作
用について説明する。例えばＮ回目の揺動が始まるに当
り、第５図のように割込Ｉがかかると、溶接トーチＴの
揺動中、揺動周期を適宜分割した各期間（図示せず）中
に溶接電流値を適宜回数サンプルし、平均してその期間
の溶接電流検出値Ｉｎｔとして図示しないＲＡＭに取り
込む。

そして、溶接トーチＴが揺動の一端に来て、これらの溶
接電流検出値が積分され、その結果、１／４周期Ｎａに
関する積分値ＡＮａ、１／４周期Ｎｂに関する積分値Ｂ
Ｎｂは第６図の通シになる。

ただし、この図では溶接電流Ｉは不規則な変動を含まな
い理想的な姿で描かれている。そして、ＡｕｂからＢＮ
ｂを減算して得た差Ｃの関数ｆ（Ｃ）として、溶接トー
チＴの揺動中心の位置制御量を工ここで、次の割込みりがかかり、この出力によりロボッ
トＲは溶接トーチＴを揺動させながら溶接を行わせ、同
時に前述同様、溶接電流を検出する。このような動作の
繰返しにより、溶接トーチＴを開先Ｇに追従せしめて溶
接ビードＢｄを形成させる。

以下、この発明にかかる作用について説明する。

Ｎ回目の揺動が始まるに当り、第１図のように割込み■
がかかると、溶接電流検出、検出した溶接電流の適宜回
数サンプリングと平均、溶接電流検出値の格納と言う各
ステップを揺動の半周期について行う点は、前述の通り
である。

一方、マイクロコンピュータ８には、３次式で式化する
、４次式で近似させるなどのプログラムが書き込まれて
おり、操作部２１で数式化の次数を３に選ぶと与えられ
た時間ｔに対してｆ　（ｔ）＝ａ　ｔ”−１−ｂ　ｔ２
＋ｃ　を十ａなる演算を行うプログラムの実行ができる
ようになる。そして、誤差率もまた操作部２１で例えば
誤差を５％に選ぶと、曲成ｆ（ｔ）の演算結果が、検出
された溶接電流値と５％の誤差範囲で一致するよう、曲
成の定数ａ、ｂ、ｃ、ｄが求められるようになる。この
定数ａ、Ｉ）、ｃ、ｄを求める演算は、公知の最小自乗
法による収束演算によるものであり、このような演算法
をマイクロコンピュータ８のプログラムにすることは公
知のことである。

前述数式化の次数および誤差率は、装置１５の動作に先
立って選択されているので、前述格納した溶接電流検出
値Ｉｎｔの中から代表的に適宜何点かのものが選ばれる
と曲成のｆ（ｔ）が与えられその検出した時間ｔに応じ
て前述演算がなされ、定数ａ１　ｂ、ｃ、ｄが決定され
るので、溶接電流の時間に対する関係を規定する弐ｆ（
ｔ）が決定される。つまり、第７図（ａ）のような不規
則な変動を含む溶接電流検出値のパターンが、同図（ｂ
）のような不規則な変動を含まない曲線で表わされるよ
うになる。

そこで、この数式ｆ　（ｔ　）　＝ａ　ｔ”−１−ｂ　
ｔ”−１−ｃ　ｔ＋ｄに対して、Ｎ回目の揺動［相］中
の１／４周期ＮａおよびＮｂについて積分し、積分値Ａ
′ＮａおよびＢ’Ｎｂを求め、更にＡ’ＮａからＢ’Ｎ
ｂを減算して差Ｃ′を求める。そして、この差σの関数
として溶接トーチＴの揺動中心の位置制御量が演算され
、更にロボツ）Ｈの各関節軸α１〜α５の駆動量が演算
される。この各関節軸α１〜α５の駆動量が出力された
ところで割込み処理が終る。

ここで、次の割込み■がかかり、先の割込み■で得た出
力によって、ロボットＲは溶接トーチＴにＮ＋１回目の
揺動ｅを行わせて溶接を行う。

このような動作の繰返しにより、溶接トーチＴを正確に
開先Ｇに追従せしめて溶接ビードＢｄを形成し、開先Ｇ
の端に到る。

（他の実施例）他の実施例として、溶接電流検出値Ｉｎｔは、揺動周期
中、適宜間欠的にだけ検出して取り込むこと、揺動幅中
の適宜位置において検出し、取り込むようにすることが
できる。

また水平隅肉なと他の形状の開先についての開先追従に
ついても実施できる。

また、使用される数式も３次式に限ることはなく、４次
式およびその他の数式とすることができ、このよう々数
式化についても最小自乗法以外の係数決定方法によるこ
とができる。

また、Ｎ回目の揺動［相］の半周期の揺動中心における
溶接電流検出値をＷ（ｔ　）Ｎとし、Ｋ回の冊数を決定
する等の方法がある。

そして、このように数式化して得られる溶接電流値を使
用して、溶接開先追従のだめの演算処理を行うに当り、
揺動の一端から次の一端までの半周期および次の一端か
ら更に次の一端までの半周期について前述数式で積分を
行い、その積分値の差が所定の基準値と比較するように
することや、揺動の一端および他の一端について前述数
式から溶接電流値を求め、それらが等しくなるようにす
ることもできる。

また、例えば前述第７図（ｂ）のＯまたはＮ位置付近に
おいて関数ｆ　（ｔ）の微係数を求め、その大小によっ
て、開先幅方向に対する溶接トーチＴの揺動中心の位置
誤差を求めることもできる。

（効果）以上の通り、この発明は、検出した溶接電流から、消耗
電極の曲りや給電点の位置変動に伴うノイズおよびその
他のノイズを含まない、溶接電流を表わすような数式化
を行い、この数式によって演算処理を行うので、精度の
よい溶接開先追従が行えると言う効果がある。従って、
基準値を定める場合、そのため幾つかの揺動についてサ
ンプリングを行ういわゆる学習と言うような面倒な動作
がいらなくなると言う効果もある。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示すものであって、第１図は
フロー図、第２図は概略図、第３図は模これらの図面に
おいて、Ｅは消耗電極、Ｔは溶接トーチ、Ｇは開先、Ｗ
はワーク、Ｏ８は揺動力向、Ｓ１１〜Ｓ３０は演算処理
のステップである。

Claims

【特許請求の範囲】

（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い、前記揺動中に検出した
溶接電流を演算処理することによつて前記溶接トーチを
前記開先に追従させるようにした溶接開先追従方法にお
いて前記検出した溶接電流から、この溶接電流のパターンを
数式化し、この数式について演算処理することによつて
溶接トーチを開先に追従させるようにした前記溶接開先
追従方法。
（２）前記演算処理は、前記数式についての前記揺動の
一端から前記揺動中心までの１／４周期の積分値と前記
揺動中心から前記揺動の他の一端までの１／４周期の積
分値を求め、これら積分値の差の関数として表わされる
制御量によつて前記揺動中心を開先幅方向に位置制御す
るべくした特許請求の範囲第１項記載の溶接開先追従方
法。
（３）前記演算処理は、前記数式についての前記揺動の
一端から次の一端までの半周期の積分値と前記揺動の次
の一端から更に次の一端までの半周期の積分値を求め、
これらの積分値の差と所定の基準値との差の関数として
表わされる制御量により前記揺動中心を開先幅方向に位
置制御するべくした特許請求の範囲第１項記載の溶接開
先追従方法。
（４）前記演算処理は、前記数式によつて求めた前記揺
動の一端付近における溶接電流値と前記揺動の他の一端
付近における溶接電流値との差がなくなるように前記揺
動中心を開先幅方向に位置制御するべくした特許請求の
範囲第１項記載の溶接開先追従方法。