JPS62279085A - 自動溶接機におけるトーチの位置制御方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 「産業上の利用分野」 本発明は、アルミニウムの溶接の自動化、品質向上を図
るために新規に開発された自動溶接機におけるトーチの
位置制御装置に関するものである。

「従来の技術」 アーク溶接による継手の品質を向上させるには、安定し
たアークが形成すべきビードの幅全域により均一に飛ぶ
ように、溶接トーチの走行を正確に制御することが必要
になる。

これまで、自動溶接機において溶接トーチの位置を制御
する装置として、溶接トーチを搭載して走行する台車に
、溶接線の近辺の部材に当接して溶接線と台車との間隔
を一定に保持する機械的な倣い機構を設けて、もって溶
接トーチの位置ずれを防止する倣い機構方式のものと、
溶接時のアーク電流を検出し、アーク電流の変動からト
ーチの位置ずれを防止するアーク電流検出方式のものと
が開発されている。

前記倣い機構方式のものは、比較的に安価に製作するこ
とができる。しかし、溶接線の近辺の部材に歪があるよ
うな場合には、その歪が倣い機構を介して台車あるいは
溶接トーチに伝達され、その結果、溶接トーチの位置ず
れが発生する虞れがあった。

一方、従来のアーク電流検出方式のものは、第５図に示
すように、溶接線１が２つの板部材２・３相互の直交す
る交差部で、溶接トーチ４をビードの幅方向（矢印イ方
向）にウィービング（振動）させながら前記溶接線ｌを
隅肉溶接する場合に、ウィービングによる振動の中心位
置Ｘと、このＸから両側に距離したけ離れた最大振幅時
の位置Ｙ・Ｚとの各位置におけるアーク電流ＩＸ・Ｉｙ
−１２を検出し、その検出値を、振動の中心位置Ｘが溶
接線１の真正面にある理想状態の時の電流値（第６図参
照）と比較し、その電流値の差から溶接トーチ４の位置
ずれを検出し、位置ずれが検出された場合には、そのず
れの分だけ溶接トーチ４の位置を移動させるようにした
もので、このアーク電流検出方式では、溶接線ｌに対す
る溶接トーチ４の位置を直接検出することになるため、
板部材２・３に歪があってもその影響が小さく、倣い機
構方式の場合の問題点が解決される。

「発明が解決しようとする問題点」 しかし、前述のアーク電流検出方式のものは、鉄系の部
材相互の溶接を前提としたもので、アルミニウム板相互
の溶接などには、使用することができないという問題が
あった。

すなわち、鉄系の部材は、比較的に電気抵抗が大きく、
エクステンション（ワイヤの突出長）の変化が顕著にア
ーク電流の変化となって現れる。

したがって、例えば第７図に示すように、溶接トーチ４
の振動の中心が、溶接線Ｉの正面位置Ｋか＝３− ら振動方向に距離■７Ｉだけずれると、第８図に示すよ
うに各位置での電流値が変わり、第６図に示した理想状
態の時の電流値と比較することによって溶接トーチ４の
位置ずれの量を知ることができ、また、溶接トーチ４が
幅方向には位置ずれせずにトーチの軸線方向に位置ずれ
した場合には、第６図に示した曲線がそのまま上下に大
きく平行移動した電流値曲線が得られて、軸線方向の位
置ずれの量を検知することができ、その結果、溶接トー
チ４のビードの幅方向の位置ずれを防止するとともに、
エクステンションを一定に保って、非常に安定した溶接
が可能になる。

しかし、アルミニウムは、鉄系の部材と比較して電気抵
抗が小さく、エクステンションの変化量に対するアーク
電流の変化が非常に小さい。また、アルミニウムの溶接
では、鉄系の溶接と比較してワイヤの送給速度が大きく
、速度が大きくなった分だけ、エクステンションの変化
の検出が困難になり、前述のように溶接トーチをビード
の幅方向にウィービングさせた時のアーク電流を計測す
るだけの従来装置では、溶接トーチのビードの幅方向に
対する位置ずれは検出できても、溶接トーチ４の軸線方
向の位置ずれは検出できず、したがって、溶接トーチの
軸線方向の位置を倣う倣い機構を併用するなどしないと
、アルミニウムの溶接には使用できなかった。

この発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、アルミ
ニウム材相互の交差部を隅肉溶接する際に、アーク電流
を検出することによって、溶接トーチのビードの幅方向
の位置ずれを防止するだけでなく、溶接トーチの軸線方
向の位置ずれをも防止することができ、他の倣い機構を
併用せずともエクステンションを一定に保って、良好な
溶接を行うことができ、したがって、アルミニウム溶接
の自動化率を向上させるとともに品質の向上を図ること
のできる自動溶接機におけるトーチの位置制御装置を提
供することを目的とする。

「問題点を解決するための手段」 この発明に係るトーチの位置制御装置は、アルミニウム
材相互の交差部を隅肉溶接する際にアーり電流の変動か
ら溶接トーチの位置ずれを検出して溶接トーチの位置を
修正するもので、支持した溶接トーチをその軸線方向お
よびビードの幅方向に移動させるトーチ移動装置と、こ
のトーチ移動装置と溶接トーチとの間に介在して溶接ト
ーチをビードの幅方向に振動させる横ウィービング装置
と、同じくトーチ移動装置と溶接トーチとの間に介在し
て溶接トーチをその軸線方向に振動させる縦ウィービン
グ装置とが備えられ、前述の各ウィービング装置は、そ
れぞれの装置によるトーチの振動の振幅が２ｆｆｉ＋１
１以上、周波数が２Ｈｚ以上に設定され、それぞれのウ
ィービング装置による最大振幅時のアーク電流を検出し
て、この検出したアーク電流を位置ずれがない理想状態
におけるアーク電流と比較して、その電流値の差から溶
接トーチのそれぞれの振動方向の位置ずれを求めて、こ
の位置ずれの分だけ前記トーチ移動装置によって溶接ト
ーチを位置修正する。

「作用」 この発明に係るトーチの位置制御装置は、従来の装置と
比して、溶接トーチをその軸線方向に振動させる縦ウィ
ービング装置が新設されており、しかもこの縦ウィービ
ング装置は、振動の振幅が２ｍ＋ａ以上、周波数が２Ｈ
ｚ以上に設定されていて、この振動によるエクステンシ
ョンの変化は、ワイヤの通常の送給速度の変化に比べて
短時間のうちに起こるため、ワイヤの送り出しを制御す
るモータの自己制御能力に許容されない。したがって、
前記縦ウィービング装置によって溶接トーチを軸線方向
にウィービングさせたときにアーク電流を計測すれば、
エクステンションが変化しているときには、それによる
アーク電流の変化が顕著に現れ、したがって、アーク電
流の変化から溶接トーチの軸線方向の位置ずれの量を正
確に検出することができる。

したがって、この発明に係るトーチの位置制御装置にお
いては、前記横ウィービング装置による振動時のアーク
電流の変化から溶接トーチのビードの幅方向の位置ずれ
を検出することができ、一方、縦ウィービング装置によ
る振動時のアーク電流の変化から溶接トーチの軸線方向
の位置ずれを検出することができ、これらの検出結果に
基づき、前記トーチ移動装置によって溶接トーチの位置
を修正することによって、溶接トーチのビードの幅方向
の位置ずれを防止するだけでなく、溶接トーチの軸線方
向の位置ずれをも防止することができ、他の倣い機構を
併用せずともエクステンションを一定に保って、良好な
溶接を行うことができ、したがって、アルミニウム溶接
の自動化率を向上させるとともに品質の向上を図ること
ができる。

「実施例」 以下、この発明の一実施例を第１図〜第３図に基づいて
説明する。

第１図は、この発明の一実施例が装備された自動溶接機
５を示したもので、図中、符号６・７はアルミニウムの
板材、８は前記板材６・７相互の交差部である溶接線で
ある。

前記自動溶接機５は、走行台車９に溶接トーチＩＯを搭
載して、前記溶接線にそって溶接トーチＩＯを移動させ
るものであるが、前記溶接トーチ１０は、＝８− 位置制御装置１１を介して台車９に支持されている。

この位置制御装置１１は、この発明の一実施例となるも
ので、溶接トーチ１０をその軸線方向（第１図の矢印口
方向）およびビードの幅方向（第１図の矢印凸方向）に
移動させるトーチ移動装置１３と、このトーチ移動装置
１３と溶接トーチ１０との間に介在して溶接トーチＩＯ
をビードの幅方向に振動させる横ウィービング装置１４
と、この横ウィービング装置１４とトーチ移動装置Ｉ３
との間に介在して溶接トーチＩＯをその軸線方向に振動
させる縦ウィービング装置１５と、各ウィービング装置
１４・Ｉ５による振動時にアーク電流を検出し、その検
出値に応じて前記トーチ移動装置１３に信号を出力して
、溶接トーチ１０を所定の位置に位置修正させる制御回
路１６とを備えている。

前述の各ウィービング装置１４・Ｉ５は、それぞれの装
置によるトーチ■０の振動の振幅が２ｍｍ以上、周波数
が２）１ｚ以上に設定されている。

また、前記制御回路１６は、それぞれのウィービング装
置Ｉ４・１５による最大振幅時のアーク電流を検出して
、この検出したアーク電流を位置ずれがない理想状態に
おけるアーク電流と比較して、その電流値の差から溶接
トーチ１０のそれぞれの振動方向の位置ずれを求めて、
この位置ずれの分だけ前記トーチ移動装置１３によって
溶接トーチ１０を位置修正する。

以下、前記位置制御装置１１の作用を説明すると、実施
例の位置制御装置１１では、従来の装置と比して、溶接
トーチ１０をその軸線方向に振動させる縦ウィービング
装置１５が新設されており、しかもこの縦ウィービング
装置１５は、振動の振幅が２ｍｍ以上、周波数が２Ｈｚ
以上に設定されていて、この振動によるエクステンショ
ンの変化は、ワイヤの通常の送給速度の変化に比べて短
時間のうちに起こるため、ワイヤの送り出しを制御する
モータの自己制御能力に許容されない。したがって、前
記縦ウィービング装置１５によって溶接トーチ１０を軸
線方向にウィービングさせたときにアーク電流を計測す
れば、エクステンションが変化しているときには、それ
によるアーク電流の変化が顕著に現れ、したがって、ア
ーク電流の変化から溶接トーチ１０の軸線方向の位置ず
れの量を正確に検出することができる。

したがって、前記位置制御装置１１においては、前記横
ウィービング装置１４による振動時のアーク電流の変化
から溶接トーチ１０のビードの幅方向の位置ずれを検出
することができ、一方、縦ウィービング装置１５による
振動時のアーク電流の変化から溶接トーチ１０の軸線方
向の位置ずれを検出することができ、これらの検出結果
に基づき、前記トーチ移動装置１３によって溶接トーチ
１０の位置を修正することによって、溶接トーチ１０の
と−ドの幅方向の位置ずれを防止するだけでなく、溶接
トーチ１０の軸線方向の位置ずれをも防止することがで
き、他の倣い機構を併用せずともエクステンションを一
定に保って、良好な溶接を行うことができ、したがって
、アルミニウム溶接の自動化率を向上させるとともに品
質の向上を図ることができる。

なお、縦ウィービング装置１５によって実際にトーチ１
０を振動させた時の溶接トーチ１０の位置を第２図に示
し、またその時のアーク電流の検出値を第３図に示す。

第２図において、ｘ、ｙ、ｚ　は溶接トーチ１０の理想
の位置、ｘ、、ｙ、、ｚ、は理想位置にあった溶接トー
チ１０が縦ウィービング装置１５の最大振幅り。たけ変
位した時の位置、ｘ、、ｙ、、ｚ、は理想位置から距離
Ｌ２だけ溶接線８側にずれた位置にあった溶接トーチ１
０が最大振幅り。たけ変位した時の位置を示している。

また、第３図において、破線で示した曲線Ｉは理想位置
ｘ、ｙ、ｚの時のアーク電流を示し、実線で示した曲線
■は理想位置にあったトーチを最大振幅分移動させたＸ
。、ｙ、、ｚ、の時のアーク電流を示し、一点鎖線で示
した曲線■は理想位置からり、だけずれた位置にあった
トーチを最大振幅分移動させたＸ　＋　、　Ｙ　１．　
Ｚ　＋の時のアーク電流を示している。この第３図から
も示すように、各曲線１１■、■相互の位置は、顕著に
ずれており、このずれ量Ｌ３．Ｌ、からトーチ１０の軸
線方向の位置ずれを求めることができる。

なお、前記実施例では、溶接トーチ１０が走行台車９に
搭載される場合を示したが、本発明の利用は、前記実施
例に限定するものではない。例えば、第４図に示すよう
に、門型のクレーンの走行部２０に関節ロボットアーム
２１を介して溶接トーチ１０を取り付けるような場合に
も利用することができる。

「発明の効果」 以上の説明から明らかなように、本発明に係るトーチの
位置制御装置は、従来の装置と比して、溶接トーチをそ
の軸線方向に振動させる縦ウィービング装置が新設され
ており、しかもこの縦ウィービング装置は、振動の振幅
が２ｍｍ以上、周波数が２Ｈｚ以上に設定されていて、
この振動によるエクステンションの変化は、ワイヤの通
常の送給速度の変化に比べて短時間のうちに起こるため
、ワイヤの送り出しを制御するモータの自己制御能力に
許容されない。したがって、前記縦ウィービング装置に
よって溶接トーチを軸線方向にウィービングさせたとき
にアーク電流を計測すれば、エクステンションが変化し
ているときには、それによるアーク電流の変化が顕著に
現れ、したがって、アーク電流の変化から溶接トーチの
軸線方向の位置ずれの量を正確に検出することができる
。

したがって、この発明に係るトーチの位置制御装置にお
いては、前記横ウィービング装置による振動時のアーク
電流の変化から溶接トーチのビードの幅方向の位置ずれ
を検出することができ、一方、縦ウィービング装置によ
る振動時のアーク電流の変化から溶接トーチの軸線方向
の位置ずれを検出することができ、これらの検出結果に
基づき、前記トーチ移動装置によって溶接トーチの位置
を修正することによって、溶接トーチのビードの幅方向
の位置ずれを防止するだけでなく、溶接トーチの軸線方
向の位置ずれをも防止することができ、他の倣い機構を
併用せずともエクステンションを一定に保って、良好な
溶接を行うことができ、したがって、アルミニウム溶接
の自動化率を向上させるとともに品質の向上を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の正面図、第２図および第
３図はそれぞれ本発明の要部の作用説明図、第４図は本
発明を利用することのできる他の自動溶接機の説明図、
第５図〜第８図はそれぞれ従来の位置制御装置の作用説
明図である。 ５・・・・・・自動溶接機、６・７・・・・・・板材、
８・・・・・・溶接線、９・・・・・走行台車、１０・
・・・・溶接トーチ、１１・・・位置制御装置、１３・
・・・・・トーチ移動装置、１４・・・・・・横ウィー
ビング装置、１５・・・・・・縦ウィービング装置、１
６・・・・・・制御回路。 出願人　　石川島播磨重工業株式会社 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アルミニウム材相互の交差部を隅肉溶接する際にアーク
   電流の変動から溶接トーチの位置ずれを検出して溶接ト
   ーチの位置を修正する自動溶接機におけるトーチの位置
   制御装置であって、支持した溶接トーチをその軸線方向
   およびビードの幅方向に移動させるトーチ移動装置と、
   このトーチ移動装置と溶接トーチとの間に介在して溶接
   トーチをビードの幅方向に振動させる横ウィービング装
   置と、同じくトーチ移動装置と溶接トーチとの間に介在
   して溶接トーチをその軸線方向に振動させる縦ウィービ
   ング装置とが備えられ、前述の各ウィービング装置は、
   それぞれの装置によるトーチの振動の振幅が２ｍｍ以上
   、周波数が２Ｈｚ以上に設定され、それぞれのウィービ
   ング装置による最大振幅時のアーク電流を検出して、こ
   の検出したアーク電流を位置ずれがない理想状態におけ
   るアーク電流と比較して、その電流値の差から溶接トー
   チのそれぞれの振動方向の位置ずれを求めて、この位置
   ずれの分だけ前記トーチ移動装置によって溶接トーチを
   位置修正することを特徴とする自動溶接機におけるトー
   チの位置制御装置。