JPS6234469B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は消耗電極定速送給型自動アーク溶接装
置或いは消耗電極定速送給型アーク溶接ロボツト
において、その溶接トーチをアークセンサ方式に
より得られる制御用入力信号を用いて溶接ウイビ
ング幅自動制御、溶接開先幅自動追従制御させる
ための溶接用倣い検出装置に関する。 自動アーク溶接装置或は教示・再生型アーク溶
接ロボツトを用いてアーク溶接を行なう場合、被
溶接材の取付誤差・寸法誤差或は溶接中の変形等
が発生しても、これらの変動量を検出し、自動的
に補正して常に適正な溶接が行なえるようにする
必要がある。従来かかるアーク溶接に伴なう上記
変動量の検出方法としては従来種々提案・実用化
されているが、その中で特に溶接アークの電気的
特性値の変化を検出し、これを上記補正のための
入力信号として利用する、いわゆる“アークセン
サ”も屡々利用されている。 ここで現在主として用いられているアークセン
サの作動原理について第１図，第２図を参照して
説明する。第１図は一般的な消耗電極定速送給ガ
スシールドアーク溶接に於ける電流・電圧特性
と、一般的な溶接電源の外部特性例を示すもので
ある。同図にみる如く、被溶接材１と溶接トーチ
２との間の距離ｈがh₀を中心に±Δｈだけ上下に
変動することにより、特性曲線は略々相似のまま
上下に移動する。一方、図示のような外部特性
（定電圧特性に近い）を有する溶接電源により上
記アークを負荷させる場合は、ｈ＝h₀ではＰ_N，
ｈ＝h₀＋ΔｈではＰ_L，ｈ＝h₀−ΔｈではＰ_Sの各
交点でそれぞれ安定な通電が行なわれ、定常溶接
状態が得られる。すなわち、被溶接材１と溶接ト
ーチ２との間の距離ｈの変化に対応して溶接電源
の動作点がＰ_N，Ｐ_L，Ｐ_S等と変化し、この変動
により電流，電圧が変動する。図から明らかな如
く、ｈ＝h₀からｈ＝h₀＋Δｈに変化すれば、電流
ＩはI₀からI₀−ΔＩに、電圧ＥはE₀からE₀＋ΔＥ
にそれぞれ変化し、またｈ＝h₀からｈ＝h₀−Δｈ
に変変化すればＩ＝I₀＋ΔＩ，Ｅ＝E₀−ΔＥにそ
れぞれ変化することが分る。このように、ｈの変
化によりＩ，Ｅが共に変化するわけであるが、図
からも分かるように、Ｅの変化よりＩの変化が遥
かに大幅なので、実際にはＩの変化を利用して、
ｈの目標値制御を行なうことが可能となるわけ
で、いわゆるアークセンサはこの現象を利用して
いる。 第２図は第１図の現象を利用して溶接トーチの
位置制御を行なう方法例の説明図である。第２図
ａは平板上での溶接に際しての被溶接材１と溶接
トーチ２との間の距離ｈ（すなわちＺ軸）の目標
値自動制御の例を示す。同図ｂは突合せ溶接時の
ｈの目標値自動制御の例を、ｃはすみ肉溶接時の
ｈに関する目標値自動制御の例をそれぞれ示す。
第２図ａ〜ｃにおいて、tiは電流Ｉ又は電圧Ｅが
加えられる入力端子、LPFはローパスフイルタ、
COMはしきい値設定器SRの出力とローパスフイ
ルタLPFの出力と比較判別する比較判別器、SA
はサーボアンプ、SMはサーボモータ、DMは溶
接トーチ２の駆動機構で、この駆動機構DMは紙
面に対し直角な方向をＸ軸としたとき、図示Ｚ
軸，Ｙ軸方向に溶接トーチ２を駆動するものであ
る。第２図ａの場合はＺ軸のみの駆動であるが、
ｂはｃの場は、Ｚ軸のみならずＹ軸の変化もｈを
変化させるので、両軸に係る自動制御に利用でき
るようにしてある。すなわち、第２図ｂ，ｃにお
いて、Ｙ軸を固定すれば、ａと同様、Ｚ軸の制御
のみとなる。次にＺ軸を固定すれば、Ｙ軸方向の
変化によりｈが変化するので、予め溶接トーチ２
をＹ軸方向に振動（オシレーテイング或はウイー
ビング）させ乍ら進行（Ｘ軸方向）させる如く操
作することにより、Ｙ軸方向の変化に伴なうｈの
変化を検出し、その検出値をこれに対応する電気
的しきい値と比較判別器COMにより比較弁別し
てウイービング折返えし点を決め、これをくり返
えして進行させることにより、溶接線の自動追従
機能を具備させている。次に第２図ｂ，ｃに於い
て、Ｚ軸，Ｙ軸ともに制御対象とする場合は、Ｚ
軸制御をＹ軸中央付近のｈに対して行ない、Ｙ軸
制御は前記同様、Ｙ軸方向ウイービング端部のｈ
に対して行なうことにより両立させ得る。 かくの如く、第１図に示すような現象を巧みに
利用することにより第２図のように電流Ｉの変化
を検出しながら溶接トーチの位置制御が可能とな
るが、この方式では次に述べる欠点を有する。 (1) ｈの変化に伴なうＩの変化は、Ｅの変化に比
して遥かに大幅ではあるが、Ｚ軸方向或はＹ軸
方向の微秒な制御を行なう場合、Ｉの変化によ
る入力信号では安定な比較弁別が困難となるこ
とがある。 (2) 溶滴移行を安定なスプレー移行とするために
は、溶接電流い鋭いパルス状電流を重畳させる
場合があり、このような場合のＩにもとずく制
御用入力信号にも鋭いパルス状波形が重畳され
るため、制御回路の動作が不安定となることが
ある。 (3) 溶接電流の変更や修正に伴ない、判別用しき
い値設定器のしきい値を設定し直す必要があ
る。その理由について述べると次の通りであ
る。即ち、溶接トーチのＺ軸方向の位置を固定
し、Ｙ軸方向にウイビングさせ乍ら進行（Ｘ軸
方向）させる如く操作することにより、Ｙ軸方
向の位置の変化に伴うｈの変化を検出し、その
検出値をこれに対応する電気的しきい値と比較
弁別させてウイビング折返えし点を決め、これ
をくり返えして進行させることにより、ウイビ
ング幅自動制御機能と溶接開先幅自動追従機能
並びに溶接線自動追従機能を具備させている。
ここでこれらの機能を具備させる場合について
第３図及び第４図により詳細に述べる。 第３図は、第１図に於ける基準電流レベルI₀に
代つて、電流レベルI₁，I₂及びI₃の３段階に変化
させた場合の動作点の変化の状況例を示すもので
ある。すなわち、ｈ＝h₀で一定とし、電流Ｉを
I₁，I₂，I₃と変化させる場合、アーク長さを一定
に保つためには溶接電源の動作点をＰ_1N，Ｐ_2N，
Ｐ_3Nに移動させなければならず、然るときは電源
の外部特性を、例えばW₁，W₂，W₃の如く変化さ
せることにより、それぞれの動作点に於いて安定
なアーク通電が行なわれる。このように電流Ｉの
変化と、これに伴う動作点の変動があつても、ｈ
＝h₀からｈ＝h₀＋Δｈ或はｈ＝h₀−Δｈに変化す
る場合は、第１図と全く同様の原理で作動し、例
えば第３図に示すようにＷ＝W₁，ｈ＝h₀，Ｉ＝
I₁、動作点Ｐ＝Ｐ_1Nの状態から、ｈ＝h₀＋Δｈに
変化するとＰはＰ_1Lに移り、ＩはI₁より小さく、
ＥはE₁よりやや大きくなる。反対に、ｈ＝h₀−
Δｈに変化するとＰはＰ_1SとなりＩはI₁より大き
く、ＥはE₁よりやや小さくなる。同様にしてＷ
＝W₂，ｈ＝h₀，Ｉ＝I₂，Ｐ＝Ｐ_2Nからｈ＝h₀±Δ
ｈに変化した場合、また、Ｗ＝W₃，ｈ＝h₀，Ｉ
＝I₃P＝Ｐ_3Nからｈ＝h₀±Δｈに変化した場合
も、それぞれ動作点Ｐ、電流Ｉ、電圧Ｅのすべて
が変化することが分る。 第４図は、第３図の動作原理を応用して、突合
わせ溶接及びすみ肉溶接を実施する場合のウイビ
ング幅自動制御と溶接開先幅自動追従機能並びに
溶接線自動追従機能を具備させる場合の、機器の
構成例と作動例である。すなわち、第４図ａは突
合わせ溶接時の機器構成例を示し、ｂはすみ肉溶
接時の機器構成例を示し、ｃはａ或はｂに於ける
Ｙ軸方向ウイビング幅自動制御による溶接開先幅
自動追従装置の機能構成例を示している。ここ
で、第４図ｃにおいて第２図ｃと異なる点は比較
弁別器COMとサーボアンプSAとの間に左右進行
ホールド回路HLDを設けていること、サーボア
ンプSAにサーボモータ速度設定器SR―２の設定
値を加えていることである。また同図ｄは溶接ト
ーチウイビング時の電流値の変化の状況例と、ウ
イビング折返えし点（電流ピーク点）を決めるた
めの電気的しきい値設定例を示している。 したがつて、第４図ａ〜ｄにおいて溶接トーチ
２のＺ軸方向の位置を一定とし、Ｙ軸方向にウイ
ビングさせながら進行させるように操作すること
によりＹ軸方向の位置の変化に伴うｈの変化を電
流の変化により検出し、その検出値をそれに対応
する電気的しきい値と比較弁別してウイビング折
返し点を決め、これをくり返えして進行させるこ
とにより前述した制御と機能を持たせることがで
きる。 しかしながらかかる構成にあつては第４図ｄか
ら分るように、電流ＩをI₁，I₂，I₃等と変化させ
ればウイビング折返えし点決定のための電流ピー
ク点弁別用しきい値もS₁，S₂，S₃等と変化させな
ければならない。したがつて、溶接電流の大いさ
は溶接結果に最大の影響を及ぼす要素であるか
ら、その調整は可及的に高精度が得られるように
配慮され、また、溶接開始前或は溶接開始後の区
別なく任意に調整出来る機能を有するものでなけ
ればならない。しかしこれに伴なつて弁別用しき
い値設定器のしきい値をも精度良く設定し直す必
要があり、本方式を適用する場合の欠点であつ
た。 本発明は上記のような欠点を緩和し、ノイズ妨
害が少なく、且つ微小変化にも確実に対応出来る
高精度で低コストのアークセンサ方式になし得る
と共に、任意の溶接電流に対しても常に安定した
比較弁別作用が自動的に得ることができる高精
度、低コストの溶接用倣い検出装置を提案するこ
とを目的としている。 そこで本発明ではかかる目的を達成するため(1)
制御信号として「アークのインピーダンスZa」
を検出してこれを利用すること、(2)制御信号用
「等化増幅回路」を開発して導入すること、の２
点にあり、その特徴を列挙すると次の通りであ
る。 (1) 制御信号として「アークのインピーダンス
Za」を検出し、これを利用すること、アーク
のインピーダンスZaは電圧Ｅを電流Ｉで除し
て得られる特性値であるから、これを制御入力
信号として利用する場合は、次のような特徴を
挙げることが出来る。 溶接トーチ被溶接材間距離ｈの変化に伴な
うアーク特性値の変化率の大きさはＥ＜１＜
Zaとなり、Zaを制御入力信号として利用す
れば従来のＩを利用する場合よりも大きな変
化率が得られ、比較弁別に際しての精度向上
並びに誤動作防止に有効である。 溶接電源に内蔵されたパルス発生器による
パルス状電流が流れる場合、電源の外部特性
とは余り拘りなく、アーク負荷の特性曲線に
沿つて電流の変化と同一符号で電圧も変化す
るので、インピーダンスとしては余り変化せ
ず、従つて、鋭いパルス状電流によるノイズ
妨害はそれだけ減少することとなり、制御精
度の向上が図れる。 インピーダンスZaは電圧Ｅを電流Ｉで除
して得られるので回路構成も容易であり、低
コストで実現出来る。 (2) 制御信号用「等化増幅回路」を開発、導入す
ること。アークセンサ方式に立脚した溶接ウイ
ビング幅自動制御と溶接開先幅自動追従並びに
溶接線自動追従制御に於いて、溶接電流値が随
時任意のレベルに変化することによりアークの
インピーダンスのレベルが変化しても、ウイビ
ング端部折返えし点決定のためのピーク値比較
弁別器への入力時点では常に特定のレベルによ
る信号パターンが得られるような「等化増幅回
路」（EQUALIZER AMP）を開発した。本回
路を適用することにより、従来溶接電流レベル
の変更毎にピーク値比較弁別用しきい値をも変
更していたのが、全くその必要がなくなり、溶
接電流が変化しても常に安定に同一パターンの
ウイビング幅制御を行なうことが出来ることを
特徴としている。 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。 本発明に係る溶接用倣い検出装置のブロツク構
成例を第５図に、また、本発明の基幹をなすアー
クのインピーダンス検出のための具体的回路構成
例を第６図に、さらにインピーダンス信号の等化
増幅回路構成例を第７図にそれぞれ示す。 第５図は、一般的な消耗電極定速送給ガスシー
ルド溶接法による突合わせ溶接或はすみ肉溶接に
於いて、溶接電流信号による溶接ウイビング幅自
動制御と溶接開先幅自動追従制御機構を、本発明
にもとずくアークのインピーダンス検出回路並び
にインピーダンス信号等化増幅回路を適用して構
成した場合のブロツク構成例である。 第５図ａは突合わせ溶接に於ける機器構成例で
あつて、図中、１は被溶接材、２は溶接トーチ、
はアーク電圧、は溶接電流、は溶接電源
の極性、Ｚ，Ｙは溶接トーチを基準に設定せる駆
動軸の名称を示し、この場合はＺ軸方向は固定、
Ｙ軸方向にはウイビングさせている状況を表わ
す。第５図ｂは、すみ肉溶接に於ける構成例を示
すもので、その各構成要素については同図ａのそ
れと同一機能を有する構成要素であるので、その
説明は省略する。次に、第５図ｃは、同図ａの突
合わせ溶接に於いて、溶接ウイビング幅自動制御
と溶接開先幅自動追従制御を、本発明にもとずく
アークのインピーダンス信号検出回路とインピー
ダンス信号の等化増幅回路を適用して構成した例
を示すものである。図中、１及び２は同図ａ或は
ｂの同一符号と同じ機能要素、３ａは電流入力信
号、３ｂはアーク電圧入力信号、４はインピーダ
ンス演算回路、５はインピーダンス信号、６はロ
ーパスフイルタ、７はインピーダンス信号、８は
等化増幅回路である。また９は等化増幅回路８の
等化インピーダンス出力信号EQ.Za、１０は比較
弁別回路、１１は比較弁別用しきい値設定回路、
１２は設定されたしきい値出力信号Ｓ、１３は左
右進行弁別並びにホールド回路、１４はサーボ増
幅器、１５はサーボ増幅器用入力レベル設定（サ
ーボモータ速度設定）回路、１６はＹ軸駆動サー
ボモータ、１７はＹ軸駆動装置をそれぞれ示す。
なお、第５図ｂに示すすみ肉溶接に係る構成も上
記突合わせ溶接に係る構成と全く同一である。 次に、第６図は、第５図に於ける機能構成要素
のうち、本発明の基本となるアークのインピーダ
ンス検出部と演算回路４の具体例を示すものであ
る。第６図ａは、アーク電圧，電流から割算器と
演算増幅器によりインピーダンスを演算する場合
の回路構成例を示し同図中、１は被溶接材、２は
溶接トーチ、３ａは電流入力信号、３ｂはアーク
電圧入力信号、４はインピーダンス演算回路、５
はインピーダンス信号、SHは電流分流器であ
る。上記インピーダンス演算回路４は可変抵抗器
VR―１，VR―２、演算増幅器OP―１，OP―
２、割算器Ｄから構成され、電圧入力信号は入
力端ｔ_iE、電流入力信号は入力端ｔ_iIにそれぞ
れ入力されるようになつている。そしてコモン端
子ｔ_iCには共通線COMが接続されている。第６
図ｂは、アーク電圧，電流から掛算器と演算増幅
器によりインピーダンスを演算する場合の回路構
成例を示すもので、VR―１，VR―２は可変抵抗
器、OP―１〜OP―３は演算増幅器、Ｍは掛算器
である。第６図ｃは、アーク電圧，電流から演算
増幅器とトランジスタによりインピーダンスを演
算する場合の回路構成例を示すもので、同図中、
VR―１，VR―２は可変抵抗器、OP―１，OP―
２，OP―４〜OP７は演算増幅器、TR―１〜TR
―３はトランジスタである。 次に、第７図は第５図に於ける機能構成要素の
うち、本発明のもう１つの基本となるアークのイ
ンピーダンス信号等化増幅回路の具体例である。
第７図ａはインピーダンス入力信号Zaを、掛算
器、割算器及び演算増幅器により演算させ、等化
インピーダンス信号EQ，Zaとして出力させる場
合の回路構成例を示すもので、同図中、７，８，
及び９は第５図に於ける同一符号のものと同じ意
味をもつている。さらに等化増幅回路８の詳細構
成要素として８Ａは線形増幅器、８Ｂは要素とし
て用いられる割算器Ｄ、８Ｃは割算器８Ｂの出力
に係るピークホールド、８Ｄは掛算器Ｍ、VR１
は入力レベル調整用可変抵抗器、VR２は基準増
幅度設定用可変抵抗器、COMは共通基線をそれ
ぞれ表わす。第７図ｂは、インピーダンス入力信
号Zaを、掛算器Ｍ及び演算増幅器により演算さ
せ、等化インピーダンス信号EQ，Zaとして出力
させる場合の回路構成例を示すもので、同図中に
示される要素８Ｂにおいて、Ｍ１は掛算器、OP
２は演算増幅器であり、他の要素については同図
ａと同一符号のものは同一要素であることを意味
する。第７図ｃは、インピーダンス入力信号Za
を、掛算器Ｍ、演算増幅器、トランジスタにより
演算させ、等化インピーダンス信号EQ.Zaとして
出力させる場合の回路構成例であつて、同図中に
示される要素８Ｂにおいて、OP２ないしOP４は
演算増幅器、TR１及びTR２はトランジスタを示
し、他の要素については同図ａ或はｂと同一符号
のものは同一要素であることを意味する。 次に上記のように構成された溶接用倣い検出装
置の作用について述べる。 まずアークのインピーダンス検出に係る作用に
ついて説明する。第５図ａ，ｂ，ｃに於ける１，
２，３ａ，３ｂ，４，５及び第６図ａ，ｂ，ｃに
於ける同一符号の機能要素によりアークのインピ
ーダンスは次のように検出される。アークのイン
ピーダンスZaは(1)式の如く定義できる。 Za＝Ｅ／Ｉ ……(1) 〔Za：アークのインピーダンス（Ω）Ｉ：電
流(A)Ｅ：アーク電流（Ｖ）〕 したがつて、第６図ａに示す演算回路において
は割算器Ｄの基本的演算機能 V₀′＝10・Ｚ′／Ｘ′ ……(2) 〔V₀′：割算器出力（商）Z′：割算器入力（被
除数）X′：割算器入力（除数）〕 を利用して、Z′にはＩ成分、X′にはＥ成分を入力
し、V₀′としてZaを算出できるように回路構成し
たもので、図中OP―１，OP―２は線形増幅或は
符号反転作用、VR―１，VR―２はＩ成分及びＥ
成分のレベル調整器として作用する。 したがつて、第６図ａにおいて溶接におけるア
ーク電圧Ｅ，アーク電流Ｉがそれぞれの入力端子
に加えられると可変抵抗器VR―１，VR―２によ
りアーク電圧Ｅ，アーク電流Ｉのレベルが調整さ
れて演算増幅器OP―１，OP―２に入力される。
演算増幅器OP―１，OP―２ではアーク電圧Ｅ，
アーク電流Ｉを線形増幅あるいは符号反転してそ
れぞれ割算器Ｄに与え、ここでV₀′＝10・Z′／
X′の演算が行なわれ、V₀′としてインピーダンス
Zaが出力される。 第６図ｂに示す演算回路においては掛算器Ｍの
基本的演算機能 V₀＝１／１０Ｘ・Ｙ ……(3) 〔V₀：掛算器・出力（積）Ｘ：掛算器・入力
（被乗数）Ｙ：掛算器入力（乗数）〕 を利用して、これを演算増幅器の負饋還回路に挿
入し、総合的に割算器を構成せしめてZa＝Ｅ／Ｉを算 出する如く回路を構成したもので、図中、OP―
１〜OP―３は線形増幅或は符号反転作用、VR―
１，VR―２はＩ成分及びＥ成分のレベル調整器
として作用する。 したがつて、第６図ａと同様の信号経路を通し
て演算増幅器OP―１，OP―２にレベル調整され
たアーク電圧Ｅ，アーク電流Ｉが入力されるとこ
れらの信号は線形増幅あるいは符号反転されて演
算増幅器OP―１の出力は演算増幅器OP―３を通
して掛算器Ｍの入力端Ｙに、また演算増幅器OP
―２の出力は掛算器Ｍの入力端Ｘにそれぞれ加え
られ、ここで、V₀＝Ｘ・Ｙ／10の演算が行なわ
れる。そして、前記演算結果V₀を演算増幅器OP
―３の負帰還回路に挿入することによつて総合的
に割算が行なわれ、インピーダンスZaとして出
力される。 さらに第６図ｃに示す演算回路においては演算
増幅器とトランジスタによる対数変換・逆対数変
換機能を利用してZa＝Ｅ／Ｉを算出する如く回路を構 成したものである。 Za＝Ｅ／Ｉ＝ｅ^(logeE―^logeI) ……(4) 〔ｅ：自然対数の底〕 図中、OP―１，OP―２，OP―４〜OP―７は線
形増幅、符号反転或はトランジスタTR―１〜TR
―３とともに対数・逆対数変換作用、VR―１，
VR―２はＩ成分及びＥ成分のレベル調整器とし
て作用する。 したがつて、第６図ａと同様に演算増幅器OP
―１，OP―２で線形増幅あるいは符号反転され
たアーク電圧Ｅ，アーク電流Ｉが演算増幅器OP
―４，OP―５およびトランジスタTR―１，TR
―２によりそれぞれ対数変換して加算され、さら
にマイナス信号のみ通過させて演算増幅器OP―
６，OP―７およびトランジスタTR―３にて逆対
数変換することによつて総合的に割算が行なわ
れ、インピーダンスZaとして出力される。 次にこのようにして演算回路により求められる
アークの特性値としてのインピーダンスZaを、
溶接トーチ・被溶接材間距離ｈの制御用入力信号
として利用する場合の作用を説明する。 第８図は一般的な消耗電極定速送給ガスシール
ドアーク溶接に於ける電流・電圧特性と、一般的
な溶接電源の外部特性例を示す。同図にみる如
く、溶接トーチ・被溶接材間距離ｈがh₀を中心に
Δｈだけ上下に変動することにより、アーク電圧
特性曲線は略々相似形のまま上下に移動する。一
方、図示のような外部特性（定電圧特性に近い）
を有する溶接電源により上記アークを負荷させる
場合は、ｈ＝h₀ではＰ_N，ｈ＝h₀＋ΔｈではＰ_L，
ｈ＝h₀−ΔｈではＰ_Sの各交点でそれぞれ安定な
通電が行なわれ、定常の溶接状態が得られる。す
なわち、被溶接材１と溶接トーチ２との間の距離
ｈの変化に対応して動作点がＰ_N，Ｐ_L，Ｐ_S等と
変動し、この変動により電流，電圧が変動する。
図からも明らかなる如く、ｈ＝h₀からｈ＝h₀＋Δ
ｈに変化すれば電流ＩはI₀からI₀−ΔＩに、電圧
ＥはE₀からE₀＋ΔＥにそれぞれ変化し、ｈ＝h₀
からh₀−Δｈに変化すればＩはI₀＋ΔＩに、Ｅは
E₀−ΔＥにそれぞれ変化することが分る。この
ようにｈの変化によりＩ，Ｅが共に変化するわけ
であるが、図からも分るように、Ｅの変化よりＩ
の変化が遥かに大幅なので、Ｉの変化を利用して
ｈの目標値制御が従来から行なわれており、いわ
ゆるアークセンサはこの原理に立脚したものであ
る。 これに対し、本発明では、アークのインピーダ
ンスZaの変化を利用してｈの目標値制御を行な
うものである。すなわち、第８図に於いて、破線
で示す曲線が、実線で示す電流・電圧特性曲線に
対応する電流・インピーダンス特性曲線であつ
て、ｈ＝h₀（Ｉ＝I₀，Ｅ＝E₀）に於ける動作点を
Ｐ_N′、これに対応するインピーダンスZaをZa＝
Za・ｏ，またｈ＝h₀＋Δｈ（Ｉ＝I₀−ΔＩ，Ｅ＝
E₀＋ΔＥ）於ける動作点をＰ_L′、ZaをZa・ｏ＋
ΔZa、さらにｈ＝h₀−Δｈ（Ｉ＝I₀＋ΔＩ，Ｅ＝
E₀−ΔＥ）ではＰ_S′、Za＝Za・ｏ−ΔZaとして
それぞれ表わしている。このようなインピーダン
スZaをｈ制御入力信号として利用する場合の特
性につき第１表により説明する。

【表】 第１表はｈの変化に伴うＩ，Ｅ，Zaの変化の
様子を比較した結果であるが、同表から判るよう
にｈがh₀からh₀＋Δｈ、或はh₀−Δｈに変化した
場合、電流変化率Ｉ／I₀或は電圧変化率Ｅ／E₀の
いずれよりもインピーダンス変化率Za／Za・ｏ
が大であり、このことはｈ制御用入力信号として
はＥよりも、ＩよりもZaの方が高い識別度を有
すること、すなわちZaを入力信号とすることに
より、制御の安定化並びに高精度化を図り得るこ
とが分る。 次に、溶滴移行の安定化（スプレー化）のた
め、溶接電流にパルス状電流を重畳することがあ
る。このような場合、電流Ｉ、電圧Ｅ、インピー
ダンスZaの何れを制御信号として利用するかに
より、入力信号中に含まれるパルス波比率が異
る。その状況を第９図に示す。第９図は溶接電流
Ｉが、基準電流I₀とパルス電流Ｉ_pとが重畳して
構成される場合（Ｉ＝I₀＋Ｉ_p）の様子を示して
いる。またこのときのアーク電圧Ｅ及びインピー
ダンスZaの変化状況並びにそれらの変化率を第
２表に示す。

【表】 第２表から判るように電流ＩがI₀からI₀＋Ｉ_pに
変化すれば動作点P₀はＰ_pに移動し、電圧ＥはE₀
からE₀＋Ｅ_pに変化する。この場合の電流変化率
Ｉ／I₀、電圧変化率Ｅ／E₀及びインピーダンス変
化率Za／Za・ｏを比較してみるとZa／Za・ｏが
最も１に近いことが分る。すなわち、Zaを制御
用入力信号として利用すれば、仮令電流中に鋭い
パルス電流が重畳されていても、他の特性値を利
用するに比して入力信号中のパルス比率が小さ
く、制御精度の向上と安定化を図ることが出来
る。 次にアークのインピーダンスZaの等化増幅作
用について述べる。 先ず、第１０図により等化増幅作用の原理を説
明する。第１０図ａは従来用いられている自動利
得制御（AUTOMATIC GAIN CONTROL：
AGC）回路構成例であつて、可変利得素子VG、
直流変換DC、比較器COM、ピークホールドPHの
機能要素が出力・入力間で閉ループ饋還回路を構
成しているのが特徴であるが、広い範囲の入力信
号レベルに対する定出力レベル化機能並びに線形
度保持に難点がある。これに対し、同図ｂは本発
明に係る等化増幅作用の原理を示すもので、割算
器Ｄ、直流変換DC、ピークホールドPH、掛算器
Ｍの機能要素が開ループ演算回路を構成すること
により、割算器Ｄ、掛算器Ｍの許容入出力範囲で
の全レベルについて高精度な定出力レベル化機能
並びに線形度を得ることが出来る特徴を有する。 このように、本発明に係る等化増幅回路は、従
来の自動利得制御回路とは構成、作動原理、作用
が根本的に異なるところに大きな特徴がある。 第１１図は第７図の構成に係る等化増幅回路の
作用を具体的に説明するための図である。第１１
図ａは突合わせ溶接に於いて溶接トーチをＹ軸方
向にウイビングさせ乍ら進行する場合の概念図で
あつて、すみ肉溶接の場合も全く同様の構成とな
る。同図ｂは、第７図（ａ，ｂ，ｃ共通）に示す
入力信号７すなわちアークのインピーダンス信号
Zaを示し、図示のように溶接トーチ２のＹ軸ウ
イビングに伴ない、ウイビング端部では中央付近
に比してインピーダンスが減少することが分る。
図中、Za₁，Za₂，Za₃は溶接電流レベルを変化さ
せた場合に生ずるインピーダンス変化の状況を表
わす。第１１図ｃは第７図に示す等化増幅回路８
におけるVR２の出力、すなわち基本増幅度信号
を示し、定数ａである。同図ｄは第７図に示す要
素８Ｂ（割算器）の出力信号、すなわちｃに示す
定数ａをインピーダンス信号で除して得られる逆
インピーダンス信号ａ・Za^-1を示し、Za₁，Za₂，
Za₃の変化に対応して変化している。第１１図ｅ
は第７図に示すピークホールド８ｃの出力信号、
すなわちｂに示すインピーダンス信号Zaのピー
クホールドZa・_PEAKを示し、Za₁，Za₂，Za₃の変
化に対応して変化する。同図ｆは第７図に示す掛
算器８Ｄの出力、すなわち等化インピーダンス信
号EQ・Za＝ａ・Za^-1・Za_PEAKを示し、Za₁，
Za₂，Za₃の変化に拘らず出力レベルは一定とな
る。 以上基本的な作用について説明したが、更にイ
ンピーダンス演算回路４からローパスフイルタ６
を通して得られるインピーダンス信号７は第７図
ａに示すように等化増幅回路８を構成する入力レ
ベル調整用可変抵抗器VR―１にてレベル調整さ
れ、線形増幅器８Ａで線形増幅あるいは符号反転
されて割算器８Ｂに入力し、ここで基準増幅度設
定用可変抵抗器VR―２の設定値をもとに基本演
算としてV₀＝Z′／X′の演算を行なつて逆インピー
ダンス信号を得る。この逆インピーダンス信号と
線形増幅器８Ａからのインピーダンス信号のピー
ク値をホールドするピークホールド８Ｃからの信
号とが掛算器８Ｄに加えられ、ここで基本演算と
してV₀＝Ｘ・Ｙの演算がなされて等化インピー
ダンス信号９として出力され、比較弁別回路１０
でしきい値設定回路１１からのしきい値信号１２
と比較弁別される。 上記の作用説明は第７図ａについてであるが、
第７図ｂ，ｃの場合も基本的には同じであり、割
算器８Ｂの割算機能をさせるための具体的回路構
成が異なるのみで逆インピーダンス信号を得る点
では同じなので、ここではその説明を省略する。 以上の説明で分るように、本発明による等化増
幅回路の作用により、溶接電流レベルの変動によ
りアークのインピーダンスレベルが変動しても、
これを定出力レベルに等化し、後続の比較弁別回
路構成とその機能を単純且つ高精度化するのに極
めて有効である。 なお、第７図ａ，ｂ，ｃは、図中、要素８Ｂ
（割算器）の構成が相違することにより、細部作
用が異る。すなわち、同図ａは要素８Ｂとして割
算器Ｄを適用し、その基本的演算機能V₀＝Ｚ′／Ｘ′に より逆インピーダンス信号ａ・Za^-1を得る。ｂは
要素８Ｂとして掛算器Ｍ１（基本的演算機能V₀
＝Ｘ・Ｙ）を演算増幅器OP２の負饋還回路に挿
入する回路構成とすることにより、総合的に逆イ
ンピーダンス信号ａ・Za^-1を得る。ｃは要素８Ｂ
として演算増幅器とトランジスタによる対数変
換・逆対数変換機能を利用することにより、総合
的に逆インピーダンス信号ａ・Za^-1を得ている。 このように前述した実施例からも明らかなよう
に本発明では溶接ロボツト或は自動アーク溶接に
於ける溶接トーチ・被溶接材間距離ｈに関するＺ
軸制御及びＹ軸制御のための入力信号としてアー
クのインピーダンスZaを用いるようにしたので
溶接電流Ｉ或はアーク電圧Ｅによる制御に比し
て、信号識別能力が大で、高い制御精度と安定度
が得られ、また溶接電流中にパルス状電流が重畳
される場合、Zaを制御用入力信号として採用す
ることにより、信号中のパルス波比率を最小にす
ることが出来、制御安定度が向上する。 またインピーダンス等化増幅回路の適用によ
り、溶接ロボツト或は自動アーク溶接装置でアー
クセンサ方式に立脚せる溶接ウイビング幅自動制
御と溶接開先幅自動追述並びに溶接線自動追従制
御に於いて、溶接電流が随時任意のレベルに変化
することによりアークのインピーダンスのレベル
が変化しても、これを高精度に定出力レベル化す
ることが可能となり、後続の比較弁別回路の構成
とその機能を単純且つ高精度化するのに極めて有
効である。 さらに既存溶接ロボツト或は自動アーク溶接装
置に容易に付加適用出来るばかりでなく主要部分
は簡単なアナログ回路で構成しているので、低コ
ストに実現でき、また溶接関連設備自動化、ロボ
ツト化による省人化の実現に有力な手掛りを与え
ることができ、しかも溶接ロボツト或は自動溶接
装置の機能向上、コスト低減により市場競争力が
強化される利点を有する。 以上述べたように本発明によれば溶接アークの
インピーダンスを検出してこれを溶接トーチを位
置制御する制御入力信号とするとともに前記イン
ピーダンス信号のレベルが随時任意のレベルに変
化してもその出力が常に一定レベルに維持できる
インピーダンス信号等価増幅回路を設けるように
したので、ノイズ妨害が少なく且つ微少変化にも
確実に対応できる高精度で低コストのアークセン
サ方式になし得るとともに任意の溶接電流に対し
ても常に安定した比較弁別作用が自動的に得るこ
とができる高精度、低コストの溶接用倣い検出装
置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な消耗電極定速送給ガスシール
ドアーク溶接における電流・電圧特性及び溶接電
源の外部特性を示す図、第２図は第１図の特性を
利用して溶接トーチの位置制御を行なう場合の説
明図、第３図は第１図における基準電流レベルに
代つて電流レベルを３段階に変化させた場合の動
作点の変化状況例を説明するための図、第４図は
第３図の動作原理を応用して突き合せ溶接及びす
み肉溶接を実施する場合のウイビング幅自動制御
と溶接開先幅自動追従機能並びに溶接線自動追従
機能を具備させる場合の機器の構成例と動作例の
説明図、第５図は本発明による溶接用倣い検出装
置の一実施例を示す構成説明図、第６図は同実施
例におけるアークのインピーダンスを検出するた
めの具体的構成例を示す回路図、第７図は同実施
例におけるアークのインピーダンス信号等化増幅
回路の具体的構成例を示す図、第８図は同実施例
の作用を説明するための電流・電圧特性曲線に対
応する電流・インピーダンス特性曲線図、第９図
は溶接電流にパルス状電流を重畳する場合の作用
説明図、第１０図はアークのインピーダンス信号
等価増幅回路の動作原理を説明するための図、第
１１図は第７図に示すインピーダンス信号等化増
幅回路の具体的作用を説明するための図である。 １……被溶接材、２……溶接トーチ、３ａ……
電流入力信号、３ｂ……電圧入力信号、４……イ
ンピーダンス演算回路、５，７……インピーダン
ス信号、６……ローパスフイルタ、８……等化増
幅回路、９……等化インピーダンス出力信号、１
０……比較弁別回路、１１……しきい値設定回
路、１２……しきい値出力信号、１３……左右進
行弁別並びにホールド回路、１４……サーボ増幅
器、１５……サーボ増幅器用レベル設定器、１６
……Ｙ軸駆動サーボモータ、１７……Ｙ軸駆動装
置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 溶接電流信号又は溶接電圧信号が入力されし
   きい値設定器に設定されたしきい値と比較弁別す
   る比較弁別器、この比較弁別器で比較弁別された
   出力をホールドする左右進行ホールド回路、この
   左右進行ホールド回路の出力とサーボモータ速度
   設定器に設定された速度設定値との偏差に応動す
   るサーボモータ、このサーボモータにより駆動さ
   れ溶接トーチをウイビングさせながら進行操作す
   る軸駆動機構を備えてアークセンサ方式により得
   られる制御用入力信号を用いて溶接ウイビング幅
   自動制御，溶接開先幅自動追従制御をさせるため
   の溶接用倣い検出装置において、前記比較弁別器
   の入力側に、溶接電流信号とアーク電圧信号とを
   入力して溶接アークのインピーダンスを求めるイ
   ンピーダンス演算回路と、このインピーダンス演
   算回路から出力されるインピーダンス信号の入力
   レベルを調整する入力レベル調整用可変抵抗器、
   この可変抵抗器の出力を線形増幅する線形増幅
   器、この線形増幅器の出力と基準増幅度設定用可
   変抵抗器の設定値とに基いて逆インピーダンスを
   演算する割算器、前記線形増幅器の出力のピーク
   値をホールドするピークホールドおよびこのピー
   クホールドの出力と前記割算器の出力とに基いて
   等化インピーダンスを演算する掛算器から構成さ
   れ前記インピーダンス信号から求められた等化イ
   ンピーダンス信号を前記溶接トーチウイビング幅
   自動制御，溶接開先幅自動追従制御のための溶接
   トーチウイビング端折返し点の決定に必要な前記
   比較弁別器への入力信号として出力する等化増幅
   回路とを設けたことを特徴とする溶接用倣い検出
   装置。