JPS6384777A - 自動溶接装置のモニタ装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、溶接トーチを基準位置に一致させるように制
御しつつ溶接を行う自動溶接装置のモニタ装置に関する
ものである。

［従来の技術］ 周知のように、アーク溶接は溶接トーチを溶接線に沿っ
て移行させることにより行われるが、良好な溶接結果を
得るためには溶接中溶接トーチの犯い位置を溶接１！ｉ
！（基準位置）に一致させておくことが必要である。ま
た溶接トーチの上下位置（トーチと被溶接物との間の距
ｌｌ！ｌ）も溶接中所定の基準位置に保つ必要がある。

ところが、一般に被溶接物の加工精度、特に開先の加工
精度にばらつきが生じるのを避けられず、また被Ｆｉ１
接物の位置決め精度にもばらつきが生じるのを避けられ
ないため、溶接の進行に伴って溶接トーチの位置が基準
位置からずれてくるのを避けられない。そのため良好な
溶接結果を得るためには、溶接中溶接トーチの位置を基
準位置に一致させるための制御を行う必要がある。

例えば溶接トーチを被溶接物の開先の幅方向にオシレー
トさせつつ溶接を行う消耗電極式アーク溶接においては
、溶接線の位置を基準位置として、溶接線と直交する方
向への１・−チの位置を調整するトーチ位置調整機構を
制御して、常にトーチのオシレート中心（トーチの狙い
位置）を溶接線に一致させるようにトーチを溶接線に倣
わせる必要がある。また溶接トーチの上下位置（溶接ト
ーチと被溶接物との間の距１ｉｌｌ）を調整するトーチ
上下位置調整機構を制御することにより、溶接中溶接ト
ーチの上下位置を基準位置に保つ必要があり、自動溶接
装置においては、これらの制御を自動的に行う必要があ
る。そのため自動溶接装置においては、溶接トーチの位
置（溶接線と直角な方向へのトーチの位置またはトーチ
の上下位置）を調整するトーチ位置調整機構と、溶接ト
ーチの基準位置からのずれを求めて該溶接トーチの位置
を基準位置に一致させるために必要な誤差補正データを
随時演算して出力する誤差補正データ演算装置と、誤差
補正データ演算装置が出力した誤差補正データを入力と
して溶接トーチの位置を溶接基準位置に一致させるよう
に制御する数値制御装置とが設けられ、ｖｌｌ副制御装
置、誤差補正データ演惇装置から随時与えられる誤差補
正データに基いてトーチ位置調整機構の電動橢を制御し
てトーチ位置を基準位置に一致させる。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のにうに、自動溶接装置においては、溶接トーチの
位置を自動的に基準位置に一致させるような制御が行わ
れているが、自動制御が可能な範囲には自ずから制限が
あるため、被溶接物の加工精度や位置決め精度は所定の
範囲内にＪ３さめておく必要がある。そのため自動溶接
装置により加工が行われる被溶接物については、その開
先の加工精度等に特別の配虞が払われており、加工精度
を所定の範囲内におさめるように加工工程の管理が行わ
れている。

しかしながら、被溶接物を加工する数値工作殿械の工具
の摩耗や被溶接物を加工するブレス橢械の形の摩耗等に
より、ロット毎に被溶接物の加工精度のばらつきにある
程度の変化が生じるのを避けられず、この加工精度のば
らつきが所定の範囲を超えると自動溶接装置が制御し切
れなくなるおそれがある。

また自動溶接装置においては、溶接が繰り返されると被
溶接物を位置決めする治具にスパッタが付着し、被溶接
物の位置決め精度が悪くなっていく。被溶接物の位置決
め精度が悪くなると、加工精度が悪くなるため、適当な
時期に治具の清昂を行ったり、治具の交換を行ったりす
る管理が必要である。

従って自動溶接＠首により溶接加工を行う被溶接物につ
いてはその加工精度のばらつきが所定の範囲内に入って
いるか否かを常に監視することが好ましく、また溶接装
置における被溶接物の位置決め誤差を監視し青るように
しておくことが好ましい。

被溶接物の寸法精度の管理を行う方法としては、溶接前
に被溶接物をサンプリングしてその各部位の寸法を実測
する方法が考えられるが、この方法は非常に面倒であり
、またこの方法では多くのデータを収集することは望め
ない。更に、被溶接物の加工精度のばらつきの許容範囲
は、自動溶接装置における被溶接物の位置決め治具の精
度等にも関係し、また溶接加工の際に生じる熱による被
溶接物の歪みも関係してくるが、溶接前のサンプリング
検査ではこれらのことは解析することができない。

また溶接された製品を検査することら考えられるが、溶
接後の製品は熱歪みを受（プているため、′溶接後の製
品検査により加工前の被溶接物の精度を知ることはほと
んど不可能である。

更に自動溶接装置においては、装置を構成する半導体素
子の特性変化等により装置の性能に変化が生じるおそれ
があり、このような性能の変化が生じると、たとえ被溶
接物の加工精度が所定の範囲内に入っていてら適確な溶
接加工を行うことができなくなるおそれがある。

本発明の目的は、溶接を行いながら、被溶接物の加工精
度の監視や装置の性能の確認を行うことができるように
して、被溶接物の加工精度や溶接装置の性能等について
の詳細なデータを収集することができるようにした自動
溶接装置のモニタ装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、その実施例を示す第１図に見られるように、
溶接トーチ５の位置を調整するトーチ位置調整機構６と
、溶接トーチの基準位置からのずれを求めて該溶接トー
チの位置を基準位置に一致させるために必要な誤差補正
データを随時演口して出力する誤差補正データ演算装置
１２と、誤差補正データ演算装置が出力した誤差補正デ
ータを入力として溶接トーチの位置を基準位置に一致さ
せるようにυ制御する数値制御装置１３とを備えた自動
溶接装置において、被溶接物の状態や装はの性能等を監
視できるようにしたものである。

そのため本発明においては、誤差補正データ演算装置１
２から順次出力される誤差補正データを入力として該誤
差補正データと該誤差補正データの累積値とを記憶手段
１６Ｂに時系列で記憶するモニタ装置主部１６と、記憶
手段の記憶内容を表示するモニタ表示手段とを設けた。

［発明の作用コ 上記のように自動溶接装置の数値制御装置に与えられる
誤差補正データと該誤差補正データの累積値とを時系列
で、すなわち、それぞれのデータの発生時刻順に記憶し
てこれらのデータを表示し得るようにすると、溶接速度
と各誤差補正データが発生した時刻とから、各誤差補正
データが被溶接物のいずれの部位のデータであるかを知
る巳とができる。このように各誤差補正データは被溶接
物の各部位での寸法誤差に対応しているため、上記のよ
うなモニタ装置を設けると、各被溶接物の各部位での加
工精度のばらつきゃ、被加工物相互間の加工精度のばら
つき等をオンラインで（溶接中に）収集して詳細に知る
ことができる。従って被溶接部のサンプリング検査を行
うことなく、被溶接物の寸法精度管理を適確に行なわせ
ることができる。

また特定の被溶接物について溶接前に各部の寸法誤差を
実測しておき、この寸法誤差の実測値を上記モニタ装置
に記憶されたデータと比較することにより、自動溶接装
置の治具による位置決め誤差の監視やトーチの倣い性能
の確認を行うことができる。

［実施例］ 以下添附図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明を消耗性電極式の自動アーク溶接装置に
適用した一実施例を示したもので、同図において１は溶
接機本体、２．２は開先２ａをもって突き合わされた被
溶接物、３は溶接電源であり、被溶接物２．２の突き合
せ線が溶接線Ｗとなっている。

溶接機本体１内には消耗性電極ワイヤ４を被溶接物２の
開先２ａ（溶接部）に供給する溶接トーチ５と、溶接ト
ーチ５を開先２ａの幅方向にオシレート（往復移動）さ
せるオシレート機構６と、トーチ５の狙い位置くオシレ
ート中心の位置）を調整するトーチ狙い位置調整機構７
と、トーチ５の上下位置を調整するトーチ上下位置調整
機構８と、１・−チ５のオシレート位置を示す１〜−チ
位置検出信号を出力するトーチ位置検出回路９とが設け
られている。

オシレート機構６は、電動１１Ｍ１を駆動源としてトー
チ５を開先２ａの幅方向に往復移動させる機構からなり
、トーチ狙い位置調整機構７は、電動機Ｍ２を駆動源と
してオシレート機構６を支持する架台を開先２ａの幅方
向に移動させることによりトーチのオシレート中心の位
置を調整する機構からなっている。

またトーチ上下位置調整機構８は、電ｉｒ！ＩＪ機Ｍ３
を駆１ＰＩＪ源としてオシレート機構６を支持する架台
を上下に移動させることによりトーチの上下位置くトー
チと被溶接物との間の距離）を調整する機構からなり、
電動１１Ｍ２及びＭ３をそれぞれ制御することにより、
トーチのオシレート中心（狙い位置）と、トーチの上下
位置とをそれぞれ別個に調整し１ｑるようになっている
。

トーチ位置検出回路９は例えばオシレート機構６を駆動
する電ｖＪｉ　Ｍ　１の回転速度を検出する速度光Ｍ　
ｔｉ　Ｔ　Ｇの出力を入力としてトーチのオシレート速
度を示すオシレート速度信号■０を出力する。

溶接機本体１の近傍には、ワイヤ送給装置１１とワイヤ
リール１０とが配置され、ワイヤリール１０から巻き戻
された電極ワイヤ４がワイヤ送給装置１１及び溶接トー
チ５を通して溶接部に供給される。

１２は溶接トーチ５の基準位置からのずれを求めて溶接
トーチの位置を基準位置に一致させるために必要な誤差
補正データを随時演算して出力する誤差補正データ演算
装置、１３は誤差補正データ演桿装置が出力した誤差補
正データを入力として溶接トーチの位置を溶接基準位置
に一致させるように制御する数値制御装置である。

溶接トーチ５の基準位置は、１・−チを溶接線に倣わせ
る制御を行う場合には溶接線の位置であり、トーチの上
下方向の位置を制御する場合には、被溶接物との間に所
定の距離を隔てた設定位置である。

誤差補正データ演Ｒ装置１２はマイクロコンピュータか
らなっていて、溶接トーチの位置の基準位置からのずれ
を適宜の手段により検出し、このずれを無くす為に必要
な誤差補正データ、すなわち溶接トーチ５の位置を基準
位置に一致させる為に必要なトーチ位置の修正量のデー
タを演算する。

数値制御装置１３は演算装置１２が出力する誤差補正デ
ータを入力としてトーチ狙い位置調整機構７及びトーチ
上下位置調整機構８を制御し、トーチのオシレート機構
を支持する架台を所定量移動させてトーチの狙い位置及
び上下位置を基準位置に一致させる。

溶接トーチの位置ずれの検出は、溶接電流の変化等によ
り電気的に検出する方法、イメージセンサ等を用いて得
たトーチと被溶接物との映像を解析する方法、トーチの
位置及び溶接線の位置をそれぞれ機械的に検出する検出
器を設けてこれらの検出器の出力を比較する方法等種々
の方法があるが、本発明においてはこれらいずれの方法
を用いてもよい。

例えば溶接電源３として定電圧特性を有する直流電源が
用いられる場合には、図示のように演算装置１２に溶接
電流検出器１４及びｌ・−チ位置検出回路９の出力を入
力して、溶接電流の波形から求めた溶接線の位置と、ト
ーチ位置検出回路９から得られる位置信号とに基いてト
ーチの位置ずれを検出することができる。

すなわち定電圧特性の溶接電源を用いる場合には、第２
図Ａに示すようにトーチ５を開先の幅方向にａ−）ｉ）
−）Ｃ→ｂ→ａのようにオシレートさせて溶接を行うと
、電源の自己制御性によりアーク長１ａがほぼ一定に保
持される。そのため開先の深さに応じてワイヤのエクス
テンション（トーチ５からの突出長）がｌ　ｅｌ−＋　
ｌ　ｅ２−＋　Ｌ　ｅ３−＋　ｌ　ｅ２−＋１−ｅｌと
周期的に変化し、溶接電流Ｉａは第３図Ａに示すように
周期的に変化する。

尚第２図及び第３図においてａ及びＣはぞれぞれトーチ
のオシレート幅の一端及び細端を示し、ｂはオシレート
の中心位置を示している。また溶接は図の紙面の表側か
ら裏側に向かう方向に進行するものとする。

第３図Ａから明らかなように、第２図へに示すように対
称な形状を有するＶ形開先を５って突き合された被溶接
物２を溶接する場合には、トーチ５のオシレート中心す
が溶接線Ｗに一致している時に溶接電流１ａがオシレー
ト中心の両側に対称な波形になり、該溶接電流１ａはｉ
〜−ヂがオシレート中心すに位置した時に最小になる。

これに対し第２図Ｂに示すように、ｌ−−チのオシレー
ト中心すが溶接進行方向に向がって溶接線Ｗより右側に
ずれた場合には、第３図Ｂに実線で示すように溶接電流
１ａの波形が非対称になり、溶接電流１ａが最小になる
位置（溶接線の位置）は１−−チのオシレート中心より
左側にずれる。

またトーチ５のオシレート中心すが溶接進行方向に向っ
て溶接線より左側にずれた場合には、溶接電流１ａの波
形が第３図Ｂに破線で示したようになり、溶接電流が最
小になる位置（溶接線の位置）がオシレート中心すの位
置より右側にずれる。

このように、定電圧特性の溶接電源を用いる場合には、
溶接電流が開先形状に応じて変化するため、溶接電流Ｈ
ａの波形から溶接線Ｗの位置を知ることができる。

一方トーチ位置検出回路９は、トーチ５のオシレート速
邸がオシレート幅の一端ａ及び他端Ｃで零になり、オシ
レート中心すで最大になることを利用して、トーチ５の
オシレート速度を検出する速度発電ｔｆＪＴＧの出力か
ら、トーチがオシレート幅の一端ａ及び他端Ｃに位置し
ていることを示す２つの端部位置信号と、トーチがオシ
レート中心すに位置していることを示す中心位置信号と
を出力する。

演算装置１２は溶接電流波形から検出した溶接線の位置
に関するデータとトーチ位置検出回路９から得られるオ
シレート中心位置のデータとを比較して、オシレート中
心を溶接線に一致させるために必要なトーチ位置の修正
量を演算する。

また溶接電流の波形を一定の期間、例えばオシレートの
半周期に亘って積分すると、その積分値はトーチの上下
位置に対応しているため、この積分値をトーチの上下位
置の基準位置を示す基準値と比較することにより、トー
チ上下位置の誤差補正データを算出することができる。

本発明においては、上記のように誤差補正データ演ｔＡ
装置１２から数値制御装置１３に与えられる誤差補正デ
ータＤをモニタ装置１５に入力する。

モニタ装置１５は誤差補正データ濃口装置１２から数値
υ１１１１装首１３に送信される誤差補正データを入力
として、該誤差補正データと該誤差補正データの累積値
とを記憶手段１６Ｂに時系列で記憶する。モニタ装置主
部１６と、モニタ表示手段１７及び１８とからなってい
る。この例では、モニタ表示手段１７がＣＲＴを用いた
ディスプレイ装置からなり、モニタ表示手段１８がプリ
ンタからなっている。

モニタ装置主部１６は、ＣＰＵ　１６Ａと記憶手段１６
Ｂとを備えたマイクロコンピュータからなり、ＣＰＵ１
６Ａは第４図に示すモニタプログラムに従って、誤差補
正データを時系列で記憶手段１６Ｂに記憶させる。

記憶手段１６Ｂに記憶される内容は、例えば第５図に示
すテーブル（表）の通りで、同図において「データＮｏ
、Ｊは、誤差補正データが発生した順序を示す番号であ
り、「時間」は各誤差補正データが発生した時刻を溶接
開始時刻を基準にして（０として）示すものである。尚
第６図の例では、誤差補正データが１秒間隔で発生する
ものとしているため、たまたま［データＮｏ、Ｊの数と
「時間」の数値とが一致しているが、これらは必ずしも
一致しなくてもよい。

第５図のテーブルにおいて「補正データ」は、演算装置
１２から数値制御装置１３に与えられる誤差補正データ
であり、「＋１」は例えば溶接トーチのオシレート中心
（狙い位置）を溶接進行方向に向って左側に１ｍｍ修正
する必要があること（トーチのオシレート中心が溶接線
の右側に１ｍｍずれていること）を意味する誤差信号で
ある。また「−２」は溶接１・−チのオシレート中心（
狙い位置）を溶接進行方向に向って右側に２　ｍｍｌ正
する必要があること（トーチのオシシー１〜中心が溶接
線の左側に２ｍｍずれていること）を意味する誤差信号
である。更に「累積データ」は、誤差補正データの累積
値であり、演算装置から順次出力される誤差補正データ
を順次加算した値である。

この実施例では、数値制御ｌ装置１３を動かす一連のプ
ログラムを開始する際（溶接を開始する際）に数値制御
装置を構成するマイクロコンピュータに与えられるスタ
ート信号を溶接開始情報とし、数値制ｍ装置１３を動か
すプログラムを終了する際（溶接を終了するＷＡ）に数
値制御装置１３に与えられる信号を溶接終了情報として
いる。

モニタプログラムが開始されると、モニタ装置主部１６
は溶接開始情報を待■する状態になる。

溶接開始情報を受信すると、誤着補正データを受信し、
データＮｏ、（最初はＯになっている。）を１増加する
。そして受信した誤差補正データを今回のデータＮＯ１
のデータとして記憶させる。

次いで累積データを演算し、この累積データを今回のデ
ータＮＯ１のデータとして記ｆｆｉする。同様の動作を
溶接終了信号が受信されるまで繰返し、記憶手段内に第
５図に示ずようなテーブルを構成する。このテーブルに
は所定のテーブルＮＯ０をつけて、いずれの被溶接物の
テーブルであるかを識別し得るようにしておく。溶接終
了信号を受信すると、ＣＰＵ１６Ａは記憶手段１６Ｂの
内容をモニタ表示手段１７．１８に表示させる。これら
の表示手段には同じ内容を表示させてもよく、異なる表
示のさせかたをしてもよい。例えばプリンタからなる表
示手段１８により第５図に示すテーブルをそのままプリ
ントアウトし、ＣＲＴからなる表示手段１７には、第６
図に示すように、各誤差補正データが発生した時間を横
軸にとって、累積データをプロットして４７だ累積デー
タの分布曲線を表示させるようにしてもよい。

一般に、被溶接物が決ると、溶接速度は一定に保たれる
ため、第５図のテーブルに示された「時間」及び第６図
の曲線の横軸に取られた各時間は、被溶接物の各部位に
対応している。従って第５図または第６図の各時間にお
けるデータは被溶接物の特定の部位でのデータを示して
いる。

本実施例では、トーチの狙い位置の制御とトーチの上下
位置の制御とが行われているので、上記テーブルは、ト
ーチの狙い位置の制御のための誤差補正データと上下位
置制御のための誤差補正データとの双方について作成さ
れ８゜ 尚本実施例では、２種類のモニタ表示手段１７゜１８を
設けているが、いずれか一方のモニタ表示手段を設ける
ようにしてもよい。

上記のように、演算装δ１２から数値制御装置１３に与
えられる誤差補正データを時系列で記憶させて、これを
表示させ得るようにしておくと、各被溶接物についての
デニタ（本実施例では第５図に示したようなテーブル）
を分析することにより、被溶接物の寸法精度の管理を行
ったり、溶接装置の性能の確認を行ったりすることがで
きる。

例えば被溶接物の各部位での寸法精度のばらつきや、被
溶接物毎の誤差補正データのばらつきを計算することに
より被溶接物の寸法粘度の管理を行うことができる。

例えば、ｍ個の被溶接物についてそれぞれ求めたｍ個の
テーブルから、データＮｏ、Ｘの（被溶接物の特定の部
位の）誤差補正データの累積値の標準偏差を下記の式に
より求める。

標準偏差＝　（Ｓ／　（ｍ−１））カ　　　・・・（１
）Ｓ＝　（ＸＩ　−Ｘ）　２＋　（Ｘ２−Ｘ）　２＋・
・・＋（Ｘｍ　−Ｘ）　２　・・・（２）Ｘｍ　（ＸＩ
　＋Ｘ２−＋Ｘｍ　）／ｍ　　　　＋＋　（３）但し、
×１及び×２はそれぞれ、１番目のテーブル（１個目の
被溶接物）及び２番目のテーブル（２個目の被溶接物）
のＸ番目のデータを示し、Ｘｍはｍ番目のテーブル（ｍ
個目の被溶接物）のＸ番目のデータを示す。

上記（１）式で求めた標準偏差が所定の範囲に入ってい
るか否かにより、被溶接物の寸法粘度が許容範囲に入っ
ているか否かを判定することができる。予めプログラム
を組んでおくことにより、この標準偏差の演ｑをモニタ
装置内で行わせることもできる。

また予め寸法精度の分布が分っている特定の被溶接物に
ついて得たテーブルの内容に基いて、トーチの倣いが所
定の精度で行われているか否か笠の、自動溶接装置の性
能の確認を行うことができる。

第４図に示されたプログラムでは、特定の被溶接物につ
いて全てのデータを収集した後（溶接が終了した後）に
その表示を行わせるようにしたが、第４図において溶接
終了情報を受信したか否かの判断を行う前のステップで
テーブル内容を表示させるようにプログラムを組んでお
くことにより、誤差補正データが発生する毎にその内容
を表示させることもできる。本発明においてこのデータ
の表示の仕方は任０である。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、自動溶接装置の数値制
御装置に与えられる誤差補正データと該誤差補正データ
の累積値とを時系列で記憶してこれらのデータを表示し
得るようにしたので、被溶接物の各部位での加工精度の
ばらつきや、被加工物相互間の加工精度のばらつき等を
オンラインで（溶接中に）詳細に知ることができ、被溶
接物のサンプリング検査を行うことなく被溶接物の寸法
精度管理を適確に行わせることができる利点がある。

また特定の被溶接物について溶接前に各部の寸法誤差を
実測しておき、この寸法誤差の実測値を上記モニタ装置
に記憶されたデータと比較することにより、自動溶接装
置の治具の位置決め誤差の監視やトーチの倣い性能の確
認をも行うことができるという特徴がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図Ａ及びＢは溶接トーチをオシレートさＵながらア
ーク溶接を行う場合の１−−チ及びワイヤの動作状態を
トーチのオシシー１−中心が溶接線に一致している場合
と溶接線からずれている場合とについて示した説明図、
第３図△及びＢはそれぞれ第２図Δ及びＢの場合の溶接
電流波形を概略的に示した波形図、第４図はモニタ装置
をマイクロコンピュータにより構成する場合のプログラ
ムの一例を示ずフローチャート、第５図はモニタ装置の
記憶手段内に記憶されるテーブルのパターンの一例を示
す説明図、第６図は表示手段に表示される曲線の一例を
示した線図である。 １・・・溶接機本体、２・・・被溶接物、３・・・溶接
電源、４・・・溶接ワイヤ、５・・・溶接トーチ、７・
・・トーチ狙い位置調整機構、８・・・トーチ上下位置
調整機構、１２・・・誤差補正データ演算装置、１３・
・・数値制御装置、１６・・・モニタ装置主部、１７．
１８・・・表示手段。 第２図 第５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　溶接トーチの位置を調整するトーチ位置調整機構と、
   前記溶接トーチの基準位置からのずれを求めて該溶接ト
   ーチの位置を基準位置に一致させるために必要な誤差補
   正データを随時演算して出力する誤差補正データ演算装
   置と、前記誤差補正データ演算装置が出力した誤差補正
   データを入力として前記溶接トーチの位置を前記基準位
   置に一致させるように制御する数値制御装置とを備えた
   自動溶接装置のモニタ装置であって、 前記誤差補正データ演算装置から順次出力される前記誤
   差補正データを入力として該誤差補正データと該誤差補
   正データの累積値とを記憶手段に時系列で記憶するモニ
   タ装置主部と、 前記記憶手段の記憶内容を表示するモニタ表示手段とを
   具備してなる自動溶接装置のモニタ装置。