JPS6225475B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアーク溶接に適用する自動倣い方法に
関する。

諸工業製品の組立段階においてはアーク溶接が
多用されており、製作工数の低減や品質向上等の
点から自動化が試みられている。

このアーク溶接の自動化にあたつては溶接開先
に沿つていかに倣わせるかということが極めて重
要であり、この倣いが不完全な場合には溶接トー
チ先端が開先内の所定の狙い位置からずれ、融合
不良等の欠陥が生じ製品品質の重大な低下となつ
てしまう。

そこで、従来から種々の倣い方法が提案されて
いる。例えば、第１図に示す機械的接触による倣
い方法では、被溶接材０１の開先０２に対向する
よう配置される溶接トーチ０３の近傍に車輪状ま
たは球状の接触子０４を具えた倣い装置０５が設
けられる。そして、接触子０４で開先０２の側壁
または底部を接触しながら開先０２の左右方向の
移動量を差動変圧器０６で検出し、この信号にも
とづき溶接トーチ０３を倣わせるよう駆動モータ
０７を制御するとともに、これらの各機器を自走
台車に搭載し、この台車を溶接線方向に所定の速
度で移動させることで自動倣い溶接を行なつてい
る。

しかし、このような機械的接触倣い方法では接
触子などの特別な溶接トーチ位置検出部を必要と
し、しかも倣い装置を含む溶接装置全体が高価と
なるとともに被溶接材や開先の形状によつては接
触子等の検出部を設置するスペースを確保できな
い等の問題がある。

これらの問題については上述の機械的接触倣い
方法に限らず、非接触式である電気的非接触式倣
い方法、即ち、開先肩部等に磁気コイルを設置
し、被溶接材に発生する渦電流の変化量を検知し
て倣うものや、光学的非接触式倣い方法、即ち、
溶接トーチの先端近傍にテレビカメラを設置し、
開先内でのアーク位置をモニタリングし、これに
よつて得た画像から溶接トーチ位置を検出して倣
うものにあつても溶接トーチ位置を検出する検出
部を必要とするのは機械的接触の場合と同様であ
る。

本発明はかかる従来の欠点を解消し、溶接トー
チ位置の検出部として特別な機器を付設すること
なく開先に完全に倣うことができるようにし溶接
作業の省力化と高品質化ことを企図したアーク溶
接自動倣い方法の提供を目的とする。かかる目的
を達成するための本発明の構成は、上下及び左右
動自在な溶接トーチの上下位置を溶接電圧又は溶
接電流の変化によつて検出し制御する方法におい
て、上記溶接トーチの移動量を検出してその検出
値が設定値以内である場合の開先中央近傍におい
ては、上記溶接電圧又は溶接電流があらかじめ設
定した適正位置に対応する電圧又は電流と一致す
るよう前記溶接トーチの上下位置を制御し、上記
検出値が設定値以外である場合のさらに開先側壁
に近づいた場合溶接トーチの上下動を停止して上
記溶接電流又は溶接電圧があらかじめ設定した電
圧又は電流より小さくなつた時、溶接トーチの左
右動を停止し、あるいは反転してオシレートを行
なうことを特徴とする。

以下、本発明の一実施例を図面に参照して詳細
に説明する。

第２図は本発明のアーク溶接自動倣い方法を実
施するための自動溶接装置の概略構成図である。

被溶接材１の開先２に対向して位置するよう設
けられる溶接トーチ３は開先２の左右方向、すな
わち溶接方向に直交する方向に移動させるため左
右駆動シヤフト４を介して左右駆動モータ５に取
付けてあるとともに上下駆動シヤフト６を介して
上下駆動モータ７にも取付けてある。この溶接ト
ーチ３に電力を供給する溶接電源８としては第４
図ａに示すように垂下特性を有するものを用い、
被溶接材１と溶接トーチ３間に電気的に接続して
ある。尚、図中の直線はアーク長が長、はア
ーク長が短の場合を示す。また、この溶接電源８
には並列にアーク電圧測定器９が接続してあり、
溶接電圧を測定する。

さらに、開先２の左右方向のオシレート幅を制
御するための制御系として、左右駆動モータ５に
オシレート設定器１０が接続してあるとともにオ
シレート中の溶接トーチ３の位置を左右駆動シヤ
フト４に取付けた差動変圧器１１で検出する。そ
して、オシレート信号はトーチ位置制御判別器１
２に入力されるよう電気的に接続してあり、トー
チ位置判別器１２は、予じめ設定入力されたルー
ト間隔l₂（第３図Ａ）と上記オシレート信号から
演算して、トーチの位置を判別する。また、トー
チ位置判別器１２からの信号はアーク電圧判別器
１３に入力されるとともにアーク電圧測定器９の
信号もアーク電圧判別器１３に入力され、さらに
アーク電圧設定器１４ともアーク電圧判別器１３
が電気的に接続してある。そして、このアーク電
圧判別器１３からの出力信号が左右駆動モータ５
に入力されるように電気的に接続してある。

一方、溶接トーチ３の高さを制御するための制
御系としては、アーク電圧測定器９の出力がアー
ク電圧判別器１５に入力されるとともにこのアー
ク電圧判別器１５と前記トーチ位置判別器１２が
電気的に接続してあり、アーク電圧判別器１５に
はアーク電圧設定器１６の信号が入力され、判別
結果が上下駆動モータ７に入力されるよう電気的
に接続してある。そして、これらの各機器等が図
示省略したが溶接線方向に自走する台車に搭載し
てある。

次に、上記自動溶接装置の作用とともに本発明
方法を第３図に示すフローチヤートを参照して具
体的に説明する。

溶接トーチ３の左右方向の周期的な移動の周期
とオシレート幅を設定するオシレート設定器１０
には第３図中Ａで示すように開先２のルーナ間隔
l₂（あるいは、開先２の底部から任意の高さまで
ビードが形成されたときのビードの水平部分の長
さと考えても良い）よりわずかに大きいオシレー
ト幅l₁が設定され、かつ周期Ｔは第３図中Ｂで示
すグラフのようにＴ＝T₇に設定してある。この
オシレート中の溶接トーチ３の位置ｘは開先２の
中央部を原点Ｏとしてあり、オシレート幅は−ｌ_１／２ から＋ｌ_１／２までとなる。

実際の溶接トーチ３のオシレートはその位置ｘ
が｜ｘ｜＜ｌ_２／２となる条件、すなわち、開先２底部 の水平部分の間はオシレート運動とともに溶接ト
ーチ３を一定高さとなるよう上下方向の制御を行
なつて溶接する。この上下方向の制御は溶接電源
８が第４図ａに示すように垂下特性を有すること
から、第４図ｂに示すように、アーク電圧とトー
チ高さ（アーク長）が比例することを利用し、あ
らかじめアーク電圧設定器１６に適正トーチ高さ
に対応する電圧Ｃを設定しておき、この電圧Ｃと
実際の溶接電圧をアーク電圧測定器９で測定した
値との差をアーク電圧判別器１５で判別してその
判別結果を上下駆動モータ７に入力して電圧の差
が０となるようにする。この結果、溶接トーチ３
は適正高さに保持されつつオシレートされて溶接
が続行される。

一方、溶接トーチ３の位置ｘが｜ｘ｜ｌ_２／２なる条 件、すなわち開先２が側壁によつてつぼまる範囲
では上下方向の制御を行なわず、オシレートのみ
行なつて溶接する。

この上下方向の制御を停止するのは、オシレー
ト設定器１０にあらかじめ設定してある｜ｘ｜≧
ｌ_２／２なる条件で行なう。そして、オシレートのみ行 なつているときのアーク電圧をアーク電圧測定器
９で測定すると、アーク電圧は溶接トーチ３が開
先２の側壁に近づくにつれてアーク長が第５図ａ
に示すように短かくなるため減少してくる。そこ
で、アーク電圧設定器１４にあらかじめオシレー
ト端に対応する電圧kC（ただし、ｋは定数で０
＜ｋ＜１）を設定しておき、この値と実際の溶接
時のアーク電圧とをアーク電圧判別器１３で比較
し、一致したとき、すなわち、第５図ｂに示す
kCまでアーク電圧が減少したときに左右駆動モ
ータ５を停止させるが、この時の停止時刻が第３
図中Ｂで示すグラフのT₂あるいはT₅は相当す
る。そして、停止したのち同グラフに示すように
T₂からT₃まであるいはT₅からT₆までオシレート
設定プログラムにしたがい停止状態を保持し、こ
の後、逆方向にオシレートさせて上下動作を繰り
返して溶接を続行する。

ここで、垂下特性につきワイヤの送給関係を述
べるに、垂下特性を有する電源を用いて行なう対
象溶接法としては、TIG法、プラズマ法等の非消
耗電極を用いるものと、潜弧溶接、大電流MIG溶
接等の消耗電極を用いるものとがある。前者の非
消耗電極溶接では、トーチ（電極先端）と母材と
の間の距離の変動がアーク電圧に直に表われる
が、ワイヤは溶接電流や電圧に無関係に定速送給
されてアーク長やアーク電圧に影響を及ぼさな
い。

一方、後者の消耗電極溶接では、アーク電圧側
ワイヤ送給モータの電機子側にフイードバツクさ
れる。すなわち、チツプと母材との間の長さＬが
変動すると、アーク電圧Ｖ（ワイヤ突出長内での
電圧降下Ｖ_aとの和）が変動し、この変動に伴い
ワイヤ送給速度が増減し、アーク電圧を常に一定
の状態（元の状態）におく（復元）するものであ
る。

ところが、第４図ａに示す電流Ｉが一定でチツ
プ母材との距離が異なる場合、たとえば距離L₁
＞L₂とした場合、この距離L₁とL₂とに対応して
アーク電圧は等しくならないことが実際上知られ
ている。すなわち、チツプ及び母材間距離L₁の
場合のアーク電圧V₁は、ワイヤ内の抵抗値Ｒ_w1ア
ーク柱（アーク長に比例する抵抗体である）での
抵抗値Ｒ_a1とすれば次式となる。

V₁＝IR_w1＋IR_a1＝Ｉ（Ｒ_w1＋Ｒ_a1） すなわち、ワイヤ内の電圧降下とアーク柱での
電圧降下の和である。

また、距離L₂の場合のアーク電圧V₂も同様に
得られる。

V₂＝IR_w2＋IR_a2＝Ｉ（Ｒ_w2＋Ｒ_a2） このV₁とV₂を比較するとチツプ及び母材間距
離L₁＞L₂であるので、チツプと母材との抵抗は
Ｒ_w1＋Ｒ_a1＞Ｒ_w2＋Ｒ_a2となり、V₁＞V₂となる。
したがつて、垂下特性電源を用いて非消耗電極、
消耗電極にかかわらず、アーク電圧を検知でき、
高さ倣いや溶接線倣いが可能となる。

また、溶接線方向への溶接トーチ３の移動は、
図示省略したが自走台車を所定速度で走行させる
ようにすることで完全自動溶接が行なえる。

尚、上記実施例では垂下特性を有する溶接電源
を用い溶接時のアーク電圧の変化を検出して自動
倣いを行なう場合について説明したが、定電圧特
性の溶接電源を用いるCO₂、MIG溶接等の場合に
は溶接電流の変化を検出することで自動倣いがで
き、第２図中の電圧に関する設定器、測定器等を
電流に関する設定器、測定器等に変更すれば他の
構成は同一で良い。すなわち、電圧設定器や電圧
測定器等を電流設定器や電流測定器とすればよ
い。

以上、実施例とともに具体的に説明したように
本発明によれば、アーク自身を検出部とすること
で特別の機器を必要とせず溶接線の倣いが可能と
なり、自動溶接が精度よく実施できる。したがつ
て、溶接作業の省力化と製品品質の向上となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の倣い方法のひとつである機械的
接触倣い方法を実施するための自動溶接装置の概
略構成図、第２図は本発明のアーク溶接自動倣い
方法を実施するための自動溶接装置の概略構成
図、第３図は本発明のアーク溶接自動倣い方法を
説明するフローチヤート、第４図ａは溶接電源の
垂下特性を示すグラフ、第４図ｂはアーク長とア
ーク電圧との関係を示すグラフ、第５図ａは開先
形状に対するアーク長の変化の説明図、第５図ｂ
はトーチ位置とアーク電圧の変化の説明図であ
る。 図面中、１は被溶接材、２は開先、３は溶接ト
ーチ、４は左右駆動シヤフト、５は左右駆動モー
タ、６は上下駆動シヤフト、７は上下駆動モー
タ、８は溶接電源、９はアーク電圧測定器、１０
はオシレート設定器、１１は差動変圧器、１２は
トーチ位置判別器、１３，１５はアーク電圧判別
器、１４，１６はアーク電圧設定器である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 上下及び左右動自在な溶接トーチの上下位置
   を溶接電圧又は溶接電流の変化によつて検出し制
   御する方法において、上記溶接トーチの移動量を
   検出してその検出値が設定値以内である場合の開
   先中央近傍においては、上記溶接電圧又は溶接電
   流があらかじめ設定した適正位置に対応する電圧
   又は電流と一致するよう前記溶接トーチの上下位
   置を制御し、上記検出値が設定値以外である場合
   のさらに開先側壁に近づいた場合溶接トーチの上
   下動を停止して上記溶接電流又は溶接電圧があら
   かじめ設定した電圧又は電流より小さくなつた
   時、溶接トーチの左右動を停止し、あるいは反転
   してオシレートを行なうことを特徴とするアーク
   溶接自動倣い方法。