JPS6257436B2 - - Google Patents

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JPS6257436B2
JPS6257436B2 JP14131483A JP14131483A JPS6257436B2 JP S6257436 B2 JPS6257436 B2 JP S6257436B2 JP 14131483 A JP14131483 A JP 14131483A JP 14131483 A JP14131483 A JP 14131483A JP S6257436 B2 JPS6257436 B2 JP S6257436B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
welding
arc
signal
conductance
welding torch
Prior art date
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Expired
Application number
JP14131483A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6033872A (en
Inventor
Kazuhiko Wakamatsu
Hiroshi Shimoyama
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP14131483A priority Critical patent/JPS6033872A/en
Publication of JPS6033872A publication Critical patent/JPS6033872A/en
Publication of JPS6257436B2 publication Critical patent/JPS6257436B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/12Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
    • B23K9/127Means for tracking lines during arc welding or cutting

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

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
における溶接トーチ・被溶接材間距離の自動制御
並びに溶接線の自動追従のための溶接用倣い検出
方法及び装置に関する。 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hp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=hpでは、P
N、h=hp+ΔhではPL、h=hp−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
溶接電源の動作点がPN、PL、PS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
らかなる如く、h=hpからh=hp+Δhに変化
すれば、電流IはIpからIp−ΔIに、電圧Eは
pからEp+ΔEにそれぞれ変化し、またh=h
ph=hp−hΔに変化すればI=Ip+ΔI、E
=Ep−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、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又はアーク
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の出力とを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は紙面に対し垂直な方向を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及びcの場合は、Z軸のみならず、Y軸の変
化に対しても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
方向の微妙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、溶接電流に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にもとづく制
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。 本発明はこ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応答出来る高
精度で低コストの溶接用倣い検出方法及び装置を
提供することを目的としている。 本発明は上記目的を達成するため、溶接トーチ
を位置制御するための制御入力信号として溶接電
流Iを電圧Eで除して得られるアークのコンダク
タンスGを用いることにより、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<I<G
となり、G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、
コンダクタ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。 コンダクタンスGは電流Iを電圧E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。 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。 第3図は本発明に係る溶接用倣い検出方法を説
明するためのブロツク構成例を示しまた、第4図
はアークのコンダクタンス検出のための具体的回
路構成例を示すものである。 第3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アークのコンダクタンス
検出と、これによる溶接トーチの位置決めのため
のブロツク構成例である。第3図aは平板上での
溶接の構成例とその平板溶接における溶接トー
チ・被溶接材間距離hの目標値自動制御を、アー
クのコンダクタンスを入力信号としてZ軸制御を
行なう場合のブロツク構成例を示すものである。
図中、1は被溶接材、2は溶接トーチ、hは被溶
接材1と溶接トーチ2との間の距離、Eはアーク
電圧、Iは溶接電流、は溶接電源の極性、
Z,Yは溶接トーチ位置制御の対象となる駆動軸
をそれぞれ示す。また3aは電流入力信号、3b
はアーク電圧入力信号、4はコンダクタンス演算
回路、5はコンダクタンス信号、6はローパスフ
イルタ、7は比較弁別回路、8は比較弁別用しき
い値設定回路、9はサーボ増幅器、10−ZはZ
軸サーボモータ、11−Zは軸駆動機構をそれぞ
れ示す。従つて、第3図aの構成例の場合、溶接
電流Iとアーク電圧Eからアークのコンダクタン
スGを算出して溶接トーチのZ軸方向の位置、す
なわち溶接トーチ・被溶接材間距離hを検出し、
これをしきい値で弁別した結果をZ軸サーボアン
プへ印加してZ軸駆動機構を作動させ、hを自動
制御する機能を有する。 次に、第3図bは、突合わせ溶接時の構成例と
突合わせ溶接に於ける溶接トーチ・被溶接材間距
離hの目標値制御を、アークのコンダクタンスを
入力信号としてZ軸制御により行なう場合のブロ
ツク構成例を示すもので、その各構成要素につい
ては第3図aのそれらと同一機能を有する構成要
素である。従つて、第3図bの構成例の場合は、
前記第3図aと同様に溶接トーチのZ軸方向の位
置、すなわちhを自動制御する機能を有する。 次に、第3図cはすみ肉溶接時の構成例とすみ
肉溶接に於ける溶接線の自動追従制御を、アーク
のコンダクタンスを入力信号としてY軸制御によ
り行なう場合のブロツク構成例であつて、1,
2,h,E,I,,Z,Y及び3a,3b,
………9の各構成要素は同図a,bに於けるそれ
らと同一機能を有する構成要素であり、10−Y
はY軸サーボモータ、11−YはY軸駆動機構、
12は溶接トーチのY軸方向ウイービング機構を
それぞれ示す。 従つて、第3図cの構成例の場合は、溶接トー
チをY軸方向に振動(オシレーテイング或いはウ
イービング)させながらX軸方向へ進行させるこ
とにより、Y軸方向の変化に伴うhの変化を検出
し、この検出値をこれに対応するしきい値と比較
弁別器により比較弁別してウイービング折返し点
を決め、これを繰返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。 第3図a,b,cの構成例に係る以上の説明か
ら同図aの場合はZ軸方向のみの自動制御に限定
されるが、同図b及びcの場合は、Z軸方向及び
Y軸方向のいずれの方向の変化に対してもhを変
化させるので、両軸に係る位置の自動制御、すな
わち溶接トーチ・被溶接材間距離の自動制御並び
に溶接線追従のための溶接トーチ位置自動制御に
利用出来ることが分る。 第4図は、第3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コンダクタンス
検出部と演算回路4の具体例を示すものである。
第4図aは、アーク電圧、電流から割算器と演算
増幅器によりコンダクタ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はコンダクタンス演算回路、5は
コンダクタンス信号、SHは電流分流器である。
上記コンダクタンス演算回路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Eは入力端
iE、電流入力信号Iは入力端tiI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
cには共通線COMが接続されている。第4図b
は、アーク電圧、電流から掛算器と演算増幅器に
よりコンダクタ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4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コンダクタンスを演算す
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〜OP−7は演算増幅器、TR−1〜
TR−3はトランジスタである。 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、アークのコンダ
クタンス検出に係る作用について説明する。 第3図a,b,cに於ける1,2,3a,3
b,4,5、及び第4図a,b,cに於ける各機
能要素によりアークのコンダクタンスは次のよう
に検出される。アークのコンダクタンスGは(1)式
の如く定義できる。 G=I/E ……(1) 〔G:アークのコンダクタンス(〓) I:電流(A) E:アークの電圧(V)〕 したがつて、第4図aに示す演算回路において
は割算器Dの基本的演算機能として Vp′=10・Z′/X′ ……(2) 〔Vp′:割算器出力(商) Z′: 〃 入力(被除数) X′: 〃 〃 (除数)〕 を利用して、Z′にはI成分、X′にはE成分を入力
し、Vp′としてG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4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′としてコンダクタンスGが出力さ
れる。 また第4図bに示す演算回路においては掛算器
Mの基本的演算機能として Vp=1/10X・Y ……(3) 〔Vp:掛算器出力(積) X: 〃 入力(被乗数) Y: 〃 〃 (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G=I/E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4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の出力は掛算器
Mの入力端Xに、また演算増幅器OP−2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、演算増幅器OP−
2の出力信号が入力される演算増幅器OP−3の
負帰還回路を通して前記演算結果V0を入力する
ことによつて総合的に割算が行なわれ、コンダク
タンスGとして出力される。 さらに第4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G=I/Eを算出する如く回路を 構成したものである。 G=I/E=e(log e I−log e E) ……(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4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、コンダクタンスG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コンダクタンスG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5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、hp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=hpでは、PN、h=hp+Δ
hではPL、h=hp−ΔhではPS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PN
L、PS等と変動し、この変動により電流、電圧
が変動する。図からも明らかな如く、h=hp
らh=hp+Δhに変化すれば、電流IはIpから
p−ΔIに、電圧EはEpからEp+ΔEにそれ
ぞれ変化し、h=hpからhp−Δhに変化すれ
ば、IはIp+ΔIにEはEp−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の変化により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、アークのコンダクタ
ンスG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5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・コンダクタンス特性曲線であつて、
h=hp(I=Ip、E=Ep)に於ける動作点を
N′、これに対応するコンダクタンスGをG=G
p、またh=hp+Δh(I=Ip−ΔI、E=Ep
+ΔE)に於ける動作点をPL′、GをGp−Δ
G、さらにh=hp−Δh(I=Ip+ΔI、E=
p−ΔE)ではPS′、G=Gp+ΔGとしてそれ
ぞれ表わしている。このようなコンダクタンスG
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。
The present invention provides automatic control of the distance between the welding torch and the workpiece in a consumable electrode constant-rate feed type automatic arc welding device or a consumable electrode constant-rate feed type arc welding robot, and welding tracing detection for automatic tracking of the weld line. METHODS AND APPARATUS. When performing arc welding using an automatic arc welding device or a teaching/regeneration type arc welding robot, even if installation errors, dimensional errors, or deformation of the welded material occur during welding, the amount of variation can be detected. However, it is necessary to automatically correct it so that proper welding can be performed at all times. In the past, various methods have been proposed and put into practical use as methods for detecting the above-mentioned fluctuations associated with arc welding, but among them, there is a method that detects changes in the electrical characteristic values of the welding arc and uses them for the above-mentioned correction. A so-called "arc sensor" that is used as an input signal is also often used. Here, the operating principle of arc sensors that are currently mainly used will be explained with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 shows the current/voltage characteristics in general consumable electrode constant-speed gas-shielded arc welding and an example of the external characteristics of a general welding power source. As shown in the figure, as the distance h between the workpiece 1 and the welding torch 2 changes up and down by ±Δh around h p , the characteristic curves move up and down while remaining substantially similar. On the other hand, when the arc is loaded by a welding power source with external characteristics (close to constant voltage characteristics) as shown in the figure, when h=h p , P
N , P L for h=h p +Δh, P L for h=h p −Δh
Stable current is applied at each intersection of S , and a steady welding state is obtained. That is, the material to be welded 1
The operating point of the welding power source changes to P N , P L , P S etc. in response to a change in the distance h between the welding torch 2 and
This fluctuation causes the current and voltage to fluctuate. As is clear from the figure, when h=h p changes to h=h p +Δh, the current I changes from I p to I p -ΔI, the voltage E changes from E p to E p +ΔE, and h= h
If p changes to h=h p -hΔ, I=I p +ΔI, E
It can be seen that the values change as follows: =E p -ΔE. In this way, both I and E change due to a change in h, but as you can see from the figure, the change in I is much larger than the change in E, so in reality, the change in I is not used. Therefore, it becomes possible to control the target value of h, and a so-called arc sensor utilizes this phenomenon. FIG. 2 is an explanatory diagram of an example of a method for controlling the position of a welding torch by utilizing the phenomenon shown in FIG. FIG. 2a shows an example of automatic target value control of the distance h (ie, Z axis) between the workpiece 1 and the welding torch 2 during welding on a flat plate. In the same figure, b shows an example of automatic control of the target value of h during butt welding, and c shows an example of automatic control of the target value of h during fillet welding.
In Figures 2 a to c, t i is an input terminal to which current I or arc voltage E is applied, LPF is a low-pass filter, and COM is a comparison between the output of the threshold setter SR and the output of the low-pass filter LPF. Discriminator, SA is servo amplifier, SM is servo motor,
DM is the drive mechanism of welding torch 2, and this drive mechanism
The DM drives the welding torch 2 in the Z-axis and Y-axis directions shown when the X-axis is perpendicular to the paper surface. In the case of Figure 2 a, only the Z axis is driven, but in the cases of b and c, h changes not only in response to changes in the Z axis but also in the Y axis, so it is used for automatic control related to both axes. I have made it possible. That is,
In FIGS. 2b and 2c, if the Y-axis is fixed, only the Z-axis can be controlled as in a. Next, if the Z-axis is fixed, h will change depending on the change in the Y-axis direction.
A discriminator detects a change in h due to a change in the Y-axis direction, and compares the detected value with the corresponding electrical threshold.
The weaving turning point is determined by comparison and discrimination using the COM, and by repeatedly advancing the weaving, an automatic tracking function for the welding line is provided.
Next, in Figure 2 b and c, if both the Z-axis and Y-axis are to be controlled, the Z-axis control is performed on h near the center of the Y-axis, and the Y-axis control is performed in the Y-axis direction as before. Both can be achieved by applying this to h of the weaving end. In this way, by skillfully utilizing the phenomenon shown in Fig. 1, it is possible to control the position of the welding torch while detecting changes in the current I as shown in Fig. 2. It has its drawbacks. (1) The change in I due to the change in h is much larger than the change in E, but when performing subtle control in the Z-axis direction or Y-axis direction, the input due to the change in I Stable comparative discrimination may be difficult for signals. (2) In order to make the droplet transfer into a stable spray transfer, a sharp pulsed current may be superimposed on the welding current, and in such a case, the control input signal based on I also has a sharp pulsed waveform. Because of this, the operation of the control circuit may become unstable. It is an object of the present invention to alleviate such drawbacks and to provide a high-accuracy, low-cost method and device for detecting welding traces that causes less noise interference and can reliably respond to minute changes. In order to achieve the above object, the present invention uses the arc conductance G obtained by dividing the welding current I by the voltage E as a control input signal for controlling the position of the welding torch, and has the following characteristics. I can do it. The magnitude of the change rate of the arc characteristic value due to the change in the distance h between the welding torch and the welded material is E<I<G
So, if G is used as a control input signal,
A larger rate of change can be obtained than in the case of using conventional I, which is effective in improving accuracy in comparison and discrimination and preventing malfunctions. When a pulsed current flows from the pulse generator built into the welding power source, the voltage changes along the arc load characteristic curve with the same sign as the current change, regardless of the external characteristics of the power source.
The conductance does not change much, so noise interference due to sharp pulsed currents is reduced accordingly, and control accuracy can be improved. Since the conductance G is obtained by dividing the current I by the voltage E, the circuit configuration is easy and can be realized at low cost. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 3 shows an example of a block configuration for explaining the welding trace detection method according to the present invention, and FIG. 4 shows an example of a specific circuit configuration for detecting arc conductance. FIG. 3 is an example of a block configuration for detecting arc conductance and positioning a welding torch by detecting arc conductance in general consumable electrode constant-rate gas-shielded arc welding. Figure 3a shows an example of a configuration for welding on a flat plate, and a block configuration for automatically controlling the target value of the distance h between the welding torch and the workpiece in flat plate welding, and performing Z-axis control using arc conductance as an input signal. This is an example.
In the figure, 1 is the material to be welded, 2 is the welding torch, h is the distance between the material to be welded 1 and the welding torch 2, E is the arc voltage, I is the welding current, and is the polarity of the welding power source.
Z and Y indicate drive shafts that are subject to welding torch position control, respectively. Also, 3a is a current input signal, 3b
is an arc voltage input signal, 4 is a conductance calculation circuit, 5 is a conductance signal, 6 is a low-pass filter, 7 is a comparison/discrimination circuit, 8 is a comparison/discrimination threshold setting circuit, 9 is a servo amplifier, 10-Z is a Z
The axis servo motor and 11-Z each indicate an axis drive mechanism. Therefore, in the case of the configuration example shown in Fig. 3a, the arc conductance G is calculated from the welding current I and the arc voltage E to detect the position of the welding torch in the Z-axis direction, that is, the distance h between the welding torch and the workpiece to be welded. death,
It has a function of discriminating this using a threshold value and applying the result to the Z-axis servo amplifier to operate the Z-axis drive mechanism and automatically control h. Next, Fig. 3b shows an example of a configuration during butt welding, and target value control of the distance h between the welding torch and the workpiece in butt welding is performed by Z-axis control using the arc conductance as an input signal. This figure shows an example of a block configuration in the case where each component has the same function as those in FIG. 3a. Therefore, in the case of the configuration example shown in FIG. 3b,
As in FIG. 3a, the welding torch has a function of automatically controlling the position of the welding torch in the Z-axis direction, that is, h. Next, FIG. 3c shows an example of a configuration for fillet welding and an example of a block configuration when automatic follow-up control of the weld line in fillet welding is performed by Y-axis control using arc conductance as an input signal. 1,
2, h, E, I,, Z, Y and 3a, 3b,
......Each component of 9 is a component having the same function as those in a and b of the same figure, and 10-Y
is the Y-axis servo motor, 11-Y is the Y-axis drive mechanism,
Reference numeral 12 indicates a weaving mechanism of the welding torch in the Y-axis direction. Therefore, in the case of the configuration example shown in FIG. 3c, by moving the welding torch in the X-axis direction while vibrating (oscillating or weaving) in the Y-axis direction, the change in h due to the change in the Y-axis direction can be suppressed. By detecting the detected value, comparing and discriminating the detected value with the corresponding threshold value using a comparison discriminator to determine the weaving turning point, and repeating this process,
Equipped with automatic weld line tracking function. From the above explanation regarding the configuration examples in Figure 3a, b, and c, automatic control is limited to only the Z-axis direction in the case of Figure 3a, but automatic control is limited to the Z-axis direction and the Y-axis direction in the Figures b and c. Since h changes in response to changes in either axial direction, automatic control of the position related to both axes, i.e. automatic control of the distance between the welding torch and the workpiece, and automatic welding torch position for tracking the welding line. It turns out that it can be used for control. FIG. 4 shows a specific example of the arc conductance detection section and the arithmetic circuit 4, which are the basis of the present invention, among the functional components shown in FIG.
Figure 4a shows an example of a circuit configuration when calculating conductance from arc voltage and current using a divider and an operational amplifier. In the figure, 1 is the material to be welded, 2 is the welding torch, and 3a is the current input signal. , 3b is an arc voltage input signal, 4 is a conductance calculation circuit, 5 is a conductance signal, and SH is a current shunt.
The conductance calculation circuit 4 above is a variable resistor VR
-1, VR-2, operational amplifier OP-1, OP-2,
It is composed of a divider D, and the voltage input signal E is inputted to an input terminal t iE and the current input signal I is inputted to an input terminal tiI . and common terminal t
The common line COM is connected to c . Figure 4b
shows an example of a circuit configuration when calculating conductance from arc voltage and current using a multiplier and an operational amplifier. VR-1 and VR-2 are variable resistors,
OP-1 to OP-3 are operational amplifiers, and M is a multiplier. Figure 4c shows an example of a circuit configuration when calculating conductance from arc voltage and current using an operational amplifier and a transistor.
-1, VR-2 are variable resistors, OP-1, OP-
2, OP-4 to OP-7 are operational amplifiers, TR-1 to
TR-3 is a transistor. Next, the operation of the welding trace detection device configured as described above will be described. First, the operation related to arc conductance detection will be explained. 1, 2, 3a, 3 in Figure 3 a, b, c
The conductance of the arc is detected as follows by each functional element in b, 4, 5, and a, b, c in FIG. The conductance G of the arc can be defined as in equation (1). G=I/E...(1) [G: Arc conductance (〓) I: Current (A) E: Arc voltage (V)] Therefore, in the arithmetic circuit shown in Figure 4a, division is The basic arithmetic function of device D is V p ′=10・Z′/X′ ……(2) [V p ′: Divider output (quotient) Z′: 〃 Input (dividend) X′: 〃 〃 ( The circuit is configured so that G can be calculated as V p ' by inputting the I component to Z' and the E component to X' using the divisor). OP-1 and OP-2 in the figure is linear amplification or sign inversion, VR-1 and VR-2 are I component and E
Acts as a component level regulator. Therefore, in Fig. 4a, when arc voltage E and arc current I in welding are applied to the respective input terminals, the levels of arc voltage E and arc current I are adjusted by variable resistors VR-1 and VR-2. and is input to operational amplifiers OP-1 and OP-2. In the operational amplifiers OP-1 and OP-2, the arc voltage E and the arc current I are linearly amplified or sign-inverted and applied to the divider D, where the calculation of V 0 ′=10・Z′/X′ is performed. The conductance G is output as V 0 '. In addition, in the arithmetic circuit shown in Fig. 4b, the basic arithmetic function of the multiplier M is V p =1/10X・Y ...(3) [V p : Multiplier output (product) Y: 〃 〃 (multiplier)〕 is used, this is inserted into the negative feedback circuit of the operational amplifier, and the circuit is constructed so as to compose a divider as a whole and calculate G=I/E. In the figure, OP−
1 to OP-3 are linear amplification or sign inversion functions, VR-
1, VR-2 acts as a level adjuster for the I and E components. Therefore, when level-adjusted arc voltage E and arc current I are input to operational amplifiers OP-1 and OP-2 through signal paths similar to those shown in Figure 4a, these signals are linearly amplified or sign-inverted. The output of the operational amplifier OP-1 is applied to the input terminal X of the multiplier M, and the output of the operational amplifier OP-2 is applied to the input terminal Y of the multiplier M through the operational amplifier OP-3, where V 0 = X・Y/10
The following calculations are performed. And operational amplifier OP−
By inputting the calculation result V 0 through the negative feedback circuit of the operational amplifier OP-3 to which the output signal of No. 2 is input, division is performed comprehensively and the result is output as conductance G. Furthermore, the arithmetic circuit shown in FIG. 4c is configured to calculate G=I/E using logarithmic conversion and anti-logarithmic conversion functions using operational amplifiers and transistors. G=I/E=e (log e I-log e E) ...(4) [e: base of natural logarithm] In the figure, OP-1, OP-2, OP-4 to OP-7 are linear amplification , sign inversion or transistor TR-1~
Along with TR-3, logarithm/anti-logarithm conversion effect, VR-
1, VR-2 acts as a level adjuster for the I and E components. Therefore, as in FIG. 4a, the arc voltage E and arc current I linearly amplified or sign-inverted by the operational amplifiers OP-1 and OP-2 are applied to the operational amplifiers OP-4 and OP-5 and the transistors.
They are logarithmically converted and added by TR-1 and TR-2, respectively, and then only the negative signal is passed through to the operational amplifiers OP-6 and OP-7 and the transistor TR.
Dividing is performed comprehensively by performing anti-logarithmic transformation at -3, and the result is output as conductance G. Next, the operation when the conductance G as the characteristic value of the arc obtained by the arithmetic circuit in this manner is used as an input signal for controlling the distance h between the welding torch and the workpiece to be welded will be explained. FIG. 5 shows the current/voltage characteristics in general consumable electrode constant-speed gas-shielded arc welding and an example of the external characteristics of a general welding power source. As shown in the figure, as the distance h between the welding torch and the workpiece to be welded changes up and down by Δh around h p , the arc voltage characteristic curve moves up and down while remaining substantially similar. On the other hand, when the arc is loaded with a welding power source having external characteristics (close to constant voltage characteristics) as shown in the figure, when h=h p , P N , h=h p
Stable energization is performed at each intersection of P L at h and P S at h=h p -Δh, and a steady welding state is obtained. That is, the material to be welded 1 and the welding torch 2
The operating point changes depending on the change in the distance h between P N and
P L , P S etc. fluctuate, and this fluctuation causes current and voltage to fluctuate. As is clear from the figure, if h=h p changes to h=h p +Δh, the current I changes from I p to I p -ΔI, the voltage E changes from E p to E p +ΔE, and h= It can be seen that when changing from h p to h p -Δh, I changes to I p +ΔI and E changes to E p -ΔE. In this way, both I and E change due to a change in h, but as you can see from the figure, a change in E causes a much larger change in I, so the change in I can be used to set the target for h. Value control has conventionally been carried out, and so-called arc sensors are based on this principle. In contrast, in the present invention, the target value of h is controlled using changes in the conductance G of the arc. That is, in FIG. 5, the curve shown by the broken line is the current/conductance characteristic curve corresponding to the current/voltage characteristic curve shown by the solid line, and
The operating point at h=h p (I=I p , E=E p ) is P N ', and the corresponding conductance G is G=G.
p , and h=h p +Δh(I=I p −ΔI, E=E p
+ΔE) is the operating point P L ′, and G is G p −Δ
G, and h=h p −Δh(I=I p +ΔI, E=
E p -ΔE) is expressed as P S ′ and G=G p +ΔG, respectively. Such a conductance G
The characteristics when using h as the control input signal will be explained with reference to Table 1.

【表】 第1表はhの変化に伴うI,E,Gの変化の様
子を比較した結果であるが、同表から分る如く、
hがhpからhp+Δh、或はhp−Δhに変化し
た場合、電流変化率I/Ip或は電圧変化率E/
pのいずれよりもコンダクタンス変化率G/Gp
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Gの方が高い識別度を有す
ること、すなわちG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受畳することがあ
る。このような場合、電流I、電圧E、コンダク
タンスG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6図に示す。第6図は溶接電流I
が、基準電流Ipとパルス電流Ipとが重畳して構
成される場合(I=Ip+Ip)の様子を示してい
る。また、このときのアーク電圧E及びコンダク
タンスGの変化状況並びにそれらの変化率を第2
表に示す。
[Table] Table 1 shows the results of comparing the changes in I, E, and G as h changes, and as can be seen from the table,
When h changes from h p to h p +Δh or h p -Δh, the current change rate I/I p or the voltage change rate E/
Conductance change rate G/G p than either E p
This means that as an input signal for h control, G has a higher discrimination degree than E and than I. In other words, by using G as an input signal, it is possible to stabilize the control and achieve high accuracy. It turns out that it is possible to achieve Next, in order to stabilize droplet transfer (spraying), a pulsed current may be applied to the welding current. In such a case, the pulse wave ratio included in the input signal differs depending on which of the current I, voltage E, and conductance G is used as the control signal.
The situation is shown in Figure 6. Figure 6 shows welding current I
shows a case where the reference current I p and the pulse current I p are superimposed (I=I p +I p ). In addition, the changes in the arc voltage E and conductance G at this time and their rate of change are
Shown in the table.

【表】 第2表から分る如く、電流IがIpからIp+I
pに変化すれば動作点PpはPpに移動し、電圧E
はEpからEp+Epに変化する。この場合の変流
変化率I/Ip、電圧変化率E/Ep及びコンダク
タンス変化率G/Gpを比較してみると、G/Gp
が最も1に近いことが分る。、すなわち、G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
利用するの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。 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
クのコンダクタンスG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、G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、既存
自動アーク溶接装置或は溶接ロボツトに殆んど改
造・修正を加えることなく装備出来、しかも主要
部分は簡単なアナログ回路により構成しているの
で、低コストで実現出来る。さらに溶接関連設備
の自動化、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るばかりでなく、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。 以上述べたように本発明によれば、溶接トーチ
を位置制御する制御入力信号として溶接電流をア
ーク電圧で除して得られるアークのコンダクタン
スを用いることにより、ノイズ妨害が少なく且つ
微少変化にも確実に応答できる高精度で低コスト
の溶接用倣い検出方法及び装置を提供することが
できる。
[Table] As can be seen from Table 2, the current I changes from I p to I p +I
p , the operating point P p moves to P p and the voltage E
changes from E p to E p +E p . Comparing the current change rate I/I p , voltage change rate E/E p and conductance change rate G/G p in this case, G/G p
It can be seen that is closest to 1. In other words, if G is used as a control input signal, even if a sharp pulse current is superimposed on the temporary current, the pulse ratio in the input signal will be smaller than when using other characteristic values, and control will be easier. Accuracy can be improved and stabilized. As is clear from the above-mentioned embodiments, in the present invention, Z regarding the distance h between the welding torch and the workpiece in welding robot or automatic arc welding is
Since the arc conductance G is used as the input signal for axis control and Y-axis control,
Compared to control using welding current I or arc voltage E, signal discrimination ability is large, and high control accuracy and stability can be obtained. By employing it as an input signal, the pulse wave ratio in the signal can be minimized, improving control stability. In addition, it can be installed on existing automatic arc welding equipment or welding robots with almost no modifications or modifications, and since the main parts are constructed from simple analog circuits, it can be realized at low cost. Furthermore, it not only provides a powerful clue to realizing labor savings through automation and robotization of welding-related equipment, but also strengthens market competitiveness by improving the functionality and reducing costs of welding robots or automatic welding equipment. As described above, according to the present invention, by using the arc conductance obtained by dividing the welding current by the arc voltage as a control input signal to control the position of the welding torch, noise interference is reduced and reliability is achieved even with minute changes. It is possible to provide a high-accuracy, low-cost welding trace detection method and device that can respond to the following.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

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
源の外部特性例を示す図、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図は本発明による溶接用倣い検出方
法及び装置を説明するための一実施例を示すブロ
ツク構成図、第4図は同実施例におけるアークの
コンダクタンスを検出するための具体的構成例を
示す回路図、第5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・コン
ダクタンス特性曲線図、第6図は溶接電流にパル
ス状電流を重畳する場合の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……アーク電圧入力信号、4
……コンダクタンス演算回路、5……コンダクタ
ンス信号、6……ローパスフイルタ、7……比較
判別回路、8……しきい値設定回路、9……サー
ボ増幅器、10−Z,10−Y……サーボモー
タ、11−Z,11−Y……駆動機構。
Figure 1 shows an example of the current/voltage characteristics and the external characteristics of the welding power source in general consumable electrode constant-speed gas shielded arc welding, and Figure 2 shows the position of the welding torch using the characteristics in Figure 1. FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of the welding tracing detection method and device according to the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing the detection of arc conductance in the same embodiment. Fig. 5 is a current/conductance characteristic curve diagram corresponding to the current/voltage characteristic curve to explain the operation of the same embodiment, and Fig. 6 is a circuit diagram showing a specific configuration example of the welding current. FIG. 1... Material to be welded, 2... Welding torch, 3a...
Current input signal, 3b...Arc voltage input signal, 4
... Conductance calculation circuit, 5 ... Conductance signal, 6 ... Low pass filter, 7 ... Comparison discrimination circuit, 8 ... Threshold setting circuit, 9 ... Servo amplifier, 10-Z, 10-Y ... Servo Motor, 11-Z, 11-Y... Drive mechanism.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 溶接電流信号をアーク電圧信号により除算し
て得られるアークのコンダクタンス信号を自動ア
ーク溶接装置或いはアーク溶接ロボツトにおける
溶接トーチと被溶接材間距離の検出信号とし、こ
れを予め設定されたしきい値と比較弁別した比較
弁別信号を溶接トーチと被溶接材間距離の溶接ト
ーチ位置制御用入力信号としてサーボモータに与
えて軸駆動機構を作動させることにより、前記溶
接トーチと被溶接材との間の距離を一定に制御す
るようにしたことを特徴とする溶接用倣い検出方
法。 2 溶接電流信号及びアーク電圧信号が入力され
溶接電流信号をアーク電圧信号で除算してアーク
のコンダクタンス信号を求め、これをアーク溶接
装置或いはアーク溶接ロボツトにおける溶接トー
チと被溶接材間距離の検出信号として出力するコ
ンダクタンス演算回路と、このコンダクタンス演
算回路から出力される検出信号としきい値設定器
に設定されたしきい値とを比較する比較弁別器
と、この比較弁別器で比較弁別された信号を溶接
トーチと被溶接材間距離の自動制御のための溶接
トーチ位置制御信号として入力されるサーボモー
タと、このサーボモータにより駆動され前記溶接
トーチを軸方向に移動して被溶接材間の距離を制
御する軸駆動機構とを備えたことを特徴とする溶
接用倣い検出装置。
[Claims] 1. An arc conductance signal obtained by dividing a welding current signal by an arc voltage signal is used as a detection signal for the distance between a welding torch and a workpiece in an automatic arc welding device or an arc welding robot, and The welding torch and the welding material are controlled by applying the comparison discrimination signal, which has been compared and discriminated against a set threshold value, to the servo motor as an input signal for controlling the welding torch position of the distance between the welding torch and the material to be welded, and operating the shaft drive mechanism. A welding trace detection method characterized in that the distance between the welding material and the welding material is controlled to be constant. 2. A welding current signal and an arc voltage signal are input, the welding current signal is divided by the arc voltage signal to obtain an arc conductance signal, and this is used as a detection signal for the distance between the welding torch and the workpiece in the arc welding device or arc welding robot. A conductance arithmetic circuit that outputs a signal as a signal, a comparison discriminator that compares a detection signal output from the conductance arithmetic circuit with a threshold value set in a threshold value setter, and a signal that is compared and discriminated by the comparison discriminator. A servo motor is input as a welding torch position control signal for automatic control of the distance between the welding torch and the material to be welded, and the servo motor is driven to move the welding torch in the axial direction to adjust the distance between the materials to be welded. A welding tracing detection device characterized by comprising a shaft drive mechanism for controlling.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH029219A (en) * 1988-02-25 1990-01-12 Sgs Thomson Microelettronica Spa High side driver mos circuit

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