WO1991003351A1 - Arc welding current/voltage control method - Google Patents

Description

明 細 書

ア -ク溶接電流 · 電圧制御方法

技 術 分 野

本発明はアー ク溶接に関し、 特に、 アー ク溶接電流 - 電圧を自動的に制御して好適なアー ク溶接を行える制御 方法に関する。

背 景 技 術

アー ク溶接を好適に行えるよ う にアー ク 溶接電流 · 電 圧を調整するため、 従来は、 仮に設定した溶接機の電源 出力及び電極送給速度で溶接機を駆動して試し溶接を行 い、 試し溶接中に測定した溶接電流 · 電圧が許容範囲外 にあれば電源出力及び電極送給速度を再設定した後に試 し溶接を再度行っている。 この様に、 従来法によれば、 試し溶接を繰り返しつつ、 溶接電流 · 電圧が許容範囲内 に入る よ う に電源出力及び電極送袷速度を試行錯誤によ つて調整しなければならず、 溶接電流 . 電圧の調整に労 力を要する。

発 明 の 開 示

本発明の目的は、 アー ク溶接電流 · 電圧を自動的に制 御して好適なアー ク溶接を行える制御方法を提供する こ とに る。

上述の目的を達成するため、 本発明の溶接電流 . 電圧 制御方法は、 ア ー ク溶接電流 · 電圧の値を検出する工程 ( a ) と、 アー ク溶接電流の検出値と目標値との誤差及 びアー ク溶接電圧の検出値と目標値との誤差を算出する 工程 （ b ) と、 アー ク溶接電流の算出誤差に基づいてァ ーク溶接機の電極送袷速度の補正量を算出する工程 （ c ) と、 アー ク溶接電流 ' 電圧の算出誤差に基づいてアー ク 溶接機の電源出力の捕正量を算出する工程 （ d ) とを備 んる。

上述のよ う に、 本発明によれば、 アーク溶接電流 . 電 圧の検出値と目標値との誤差に応じてアー ク溶接機の電 極送袷速度及び電源出力の補正量を算出するよ う に した ので、 電極送給速度及び電源出力を補正して溶接電流 - 電圧誤差を自動的に補償でき、 これによ り溶接電流 * 電 圧を自動的に調整できる。 従って、 アーク溶接電流 * 電 圧調整用の試し溶接が不要で、 また、 アー ク溶接を常に 好 iMに行える。 - 図 面 の 簡 単 な 説 明

第 1 図はア - ク溶接機の溶接電流 -溶接電圧特性を例 示する グラ フ、 第 2図はアーク溶接機の溶接電流一電極 送給速度特性を例示する グラ フ、 第 3図は本発明の一実 施例によるアー ク溶接電流 · 電圧フ ィ ー ドバッ ク制御方 法を実施するためのァ― ク溶接ロ ボ ッ トを示す概略プロ ッ ク図、 第 4図は第 3 図の溶接口 ボッ ト によ り実行され る溶接電流 · 電圧フ ィ — ドバッ ク制御処理を示すフ ロ ー チ ヤ 一 トである。

発明を実施するための最良の形態

第 1 図に示すよ う に、 典型的なアーク溶接機の溶接電 圧 Vは、 溶接電流 I が小さい値を と る第 1 の溶接電流領 域では溶接電流 I の増大につれて直線的にかつ急激に減 少する。 又、 溶接電流 I が第 1 の溶接電流領域の値よ り も大きい値をと る第 2 の （通常の） 溶接電流領域では、 溶接電圧 Vは、 溶接電流 I の増大につれて第 1 の溶接電 流領域での変化率よ り も小さい変化率で直線的に減少す る。 そ して、 溶接機の電源出力が大きいほ ど溶接電圧 V は大き く なる （第 1 図中、 記号 U 1 , U 2 ( > U 1 ) は 電源出力の値を示す） 。 即ち、 溶接電圧 Vは、 第 （ 1 ) 式に示すよ う に、 溶接電流 I 及び電源出力 Uの関数で表 される。

V = f ( I , U ) ' —— （ 1 ) 第 2 図に示すよ う に、 典型的なアーク溶接機の溶接電 流 I は、 電極送袷速度 F Wの増大につれて二次曲線に沿 つて増大する。 すなわち、 第 （ 2 ) 式に示すよ う に、 電 極送給速度 F Wは溶接電流 I の関数で表される。

F = g ( I ) · · · ( 2 ) そ して、 第 1 図及び第 2 図に例示したアー ク溶接機の 溶接電流 -溶接電圧特性及び溶接電流 -電極送給速度特 性は、 電極の種別 （電極材質， 電極直径な どの電極の物 理的性質） を含む溶接条件に応じて変化する。

本発明は、 アー ク溶接機の上記特性に着目 して創案し たもので、 アー ク溶接機の電極送袷速度及び電源出力を 補正してアー ク溶接電流 · 電圧を適正化する こ とを企図 する。 以下、 本発明のア - ク溶接電流 . 電圧制御方法の 原理を説明する。 先ず、 第 （ 1 ) 式及び第 （ 2 ) 式を全微分 して、 d f d f

d V = ( ) I · d U + ( ) U · d I

d u Θ I

( 3 ) d F W = g ( I ) d I ( ) を得る。

第 （ 3 ) 式及び第 （ 4 ) 式を変形して、

a f d f

Δ U = { Δ V - ( ) U · Δ I } ) I d I Θ u

( 5 )

Δ F W = s ( I ) Δ I ( 6 ) を得る。

第 1 図の第 2 溶接電流領域において、 溶接電圧は溶接 電流変化に伴って直線的に変化するので、 第 （ 5 ) 式中 のパラ メ ータ （ ) U は略一定で、 定数 Κ 1 で表す こ とができ る。 又、 第 1 図に示す 2 つの電源出力 U l， U 2 に夫々対応する 2つの溶接電流一溶接電圧曲線は、 第 2溶接電流領域において互いに平行に延びている。 従 つて、 溶接電圧は電源出力変化に伴つて直線的に変化し、

Θ f一

第 （ 5 ) 式中のパラ メ 一 タ （ ) I は略一定で、 定

Θ U

数 K 2 で表すこ とができ る。 結局、 第 （ 5 ) 式は第 （ 7 ) 式で近似できる。

厶 U = ( Δ ν - Κ 1 Δ Ι ) / Κ 2 · · · ( 7 ) そ して、 第 2 図に示すよ う に溶接電流一電極送給速度曲 線は近似的には 2 次曲線からなる。 従って、 第 （ 6 ) 式 中のパラ メ ータ g ' ( I ) は 1 次式 a l + bで近似でき、 第 （ 6 ) 式は第 （ 8 ) 式で近似でき る。 Δ F W = g ' ( I ) 厶 I = ( a I + b ) A I

( 8 ) 結局、 電源出力及び電極送給速度が Δ U, だけ 変化する と、 アー ク溶接電流 · 電圧が Δ I , Δ νだけ変 化する。 即ち、 パ ラ メ ー タ Δ Ι , Δ νを溶接電流 ' 電圧 の所要変化高と捉え、 第 （ 7 ) 式及び第 （ 8 ) 式を夫々 満たす変化高 Δ U, Δ F Wだけ電源出力及び電極送給速 度を変化させる こ とによ り、 溶接電流 . 電圧を適正値に 調整でき る。

以下、 本発明の一実施例による アーク溶接電流 . 電圧 フ ィ — ドバッ ク制御方法を説明する。

第 3 図を参照する と、 本発明の一実施例の方法を実施 するための溶接ロ ボッ ト は、 C 0 2溶接， M I G溶接等 を含むアー ク溶接を行う もので、 溶接機 3 0 の溶接 ト ー チ （図示略） をアーム先端に装着 したロボ ッ ト本体 2 0 を駆動制御するための、 例えば数値制御装置からなる制 御装置 1 0 を備.えてい る。

数値制御装置 1 0 は、 プ ロ セ ッ サ （ C P U ) 1 1 と、 制御プ ロ グラ ムを格納した読出し専用メ モ リ （ R O M) 1 2 と、 ロボッ ト動作制御用の教示プロ グラ ム及び C P U 1 1 による演算結果を格納するためのラ ンダムァ ク セ ス メ モ リ （ R A M) 1 3 とを備えている。 又、 制御装置 1 0 は、 教示プ ロ グラ ム の作成に用いられる教示操作盤 1 4， ロ ボッ ト の手動運転， デー タ入力に用いられる操 作盤 1 5， 軸制御器 1 6 , イ ンタ ー フ ユ イ ス 1 7及びサ ーボ回路 1 8 を備えている。 上記要素 1 2〜 1 6及び 1 7 はバ ス 1 9 を介して C P U 1 1 に接続されている。 サ —ポ回路 1 8 は、 軸制御器 1 6 およびロボ ッ ト本体 2 0 の各軸サ―ボモータ （図示略） と制御関係に接続されて いる。 又、 イ ン タ — フ ヱ イ ス 1 7 は、 溶接機 3 0 の電源， 電極 （ ワ イ ヤ） 送給装置， 溶接電流検出器及び溶接電圧 検出器 （いずれも図示略） に接铳されている。

上述のよ う に、 好適なアー ク溶接を可能とする溶接電 流 · 電圧の適正値 （目標値） は、 ワ イ ヤ （図示略） の種 別を含む溶接条件によって変化する。 そ こ で、 本実施例 の方法に従う溶接ロボッ ト の運転を行う前に、 各種溶接 条件の夫々 に応じた溶接電流 · 電圧の適正値を例えば予 め実験的に決定しておく。 こ の と き、 適正'値の溶接電流 • 電圧を発生可能とする電源出力 （電源の出力電流， 出 力電圧） 及びワ イ ヤ送給速度を併せて決定しておく。 更 に、 実験結果に基づいて、 電源出力に関連するパラ メ 一 夕 K l， Κ 2及びワ イ ヤ送袷速度に関連するパ ラ メ 一夕 a , b の、 各種溶接条件に応じた適正値を予め決定して おく。

以下、 第 3 図の溶接ロ ボッ トの作動を説明する。

先ず、 オ ペ レータは、 アー ク溶接に用いる ワ イ ヤの種 別を含む溶接条件を決定し、 次いで、 溶接条件に応じて 定まる溶接電流 ， 電圧制御用の各種パラ メ ータ値 （溶接 電流 ， 電圧の目標値， 電源出力及びワ イ ヤ送給速度の仮 目標値， 第 1， 第 2 の電源出力補正パラ メ ー タ の設定値 K 1 , Κ 2 な らびに第 1， 第 2 の ワ イ ヤ送給速度補正パ ラ メ ー タ の設定値 a， b ) と溶接電流 · 電圧の許容誤差 の設定値とを操作盤 1 5 を介して制御装置 1 0 に手動入 力し、 さ らに、 溶接ロボ ッ トを起動させる。

ロ ボ ッ 卜 の起動時、 制御装置 1 0 の C P U 1 1 は、 手 動入力されたパ ラ メ—夕値を R A M I 3 に格納し、 次い で、 教示プロ グラ ムに従う制御動作を開始する。 すなわ ち、 C P U 1 1 は、 軸制御器 1 6 , サ―ボ回路 1 8及び 各軸サ ー ボモー タ を介する溶接 ト ー チ の位置， 姿勢制御 を開始する と共に、 溶接指令ならびに電源出力及びワ イ ャ送給速度の仮目標値をィ ンタ ー フ ユ イ ス 1 7 を介して 溶接機 3 0 に送出する。 更に、 C P U 1 1 は、 第 4 図の 溶接電流 · 電圧フ ィ ー ドバッ ク制御処理を'開始する。 こ の制御処理は C P U 1 1 によ り周期的に実行される。 制 御処理開始時、 C P U 1 1 は、 溶接電流 · 電圧の累積検 出値記憶用の第 1 , 第 2 の レ ジス タ の記憶値および溶接 電流 ' 電圧検出回数カ ウ ン ト用の カ ウ ンタ の カ ウ ン ト値 の夫々 を値 「 0 」 に リ セ ッ 卜する。

第 4 図の制御処理の各々 の処理周期において、 C P U 1 1 は、 溶接機 3 0 の検出器からの実際溶接電流 . 電圧 の検出値 I， Vをイ ンタ ー フ ヱ イ ス 1 7 を介して読取り (ス テ ッ プ 1 0 0 〉 、 当該検出値 I , Vを第 1 , 第 2 の レ ジス タ の記憶値 R ( I ) , R ( V ) に加算し （ ス テ ツ プ 1 0 1 ) 、 カ ウ ン タ の カ ウ ン ト値 Cを 「 1 」 だけイ ン ク リ メ ン 卜 する （ ス テ ッ プ 1 0 2 ) 。 次いで、 C P U 1 1 は、 カ ウ ン ト値 Cが所定値 C 0に等しいか否かを判別 し （ス テ ッ プ 1 0 3 ) 、 カ ウ ン ト 値 Cが値 C Oに達して いなければ今回処理周期での処理を終了する。

その後の処理周期でのス テ ッ プ S 1 0 3 においてカ ウ ン ト値 Cが所定値 C 0に達したと判別する と、 C P U 1 1 は第 1， 第 2 の レジス タ に夫々記憶された実際溶接電 流 · 電圧の累積検出値 R ( 1 ) ， R ( V) を所定値 C O で夫々除して実際溶接電流 ， 電圧の平均値 T, ▽を夫々 算出する （ステ ッ プ 1 0 4 , 1 0 5 ) 。 次いで、 C P U

1 1 は、 実際溶接電流の平均値 Tから溶接電流の目標値

1 0を減じて溶接電流の誤差 ε ΐを算出し （ステ ッ プ 1 0 6 ) 、 誤差の絶対値 I ε I I が設定値 ε 10よ り も小さい か、 すなわち、 誤差 ε Iが許容範囲内に入'つているか否 かを判別する （ス テ ッ プ 1 0 7 ) 。 溶接電流誤差 ε Iが 許容範囲内に入っていれば、 溶接電流の捕正量 Δ Ι 及び ヮィ ャ送給速度の目標値の補正量 Δ Fffを値 「 0 」 に夫 々設定する （ス テ ッ プ 1 1 0， 1 1 1 ) 。 一方、 溶接電 流誤差 ε Iが許容範囲を逸脱していれば、 予め設定した 電流のゲイ ン G Iを誤差 ε 1に乗じて溶接電流補正量△ I を算出する （ス テ ッ プ 1 0 8 ) 。 更に、 上記第 （ 8 ) 式 に示すよ う に、 第 1 のワ イ ヤ送給速度補正パラ メ ー タ の 設定値 a と平均溶接電流値 Tとの積と第 2 の ワ イ ヤ送給 速度補正パラ メ — タの設定値 b との和に補正量 Δ I を乗 じて、 ワ イ ヤ送給速度の目標値の補正量 Δ を算出す る （ス テ ッ プ 1 0 9 ) 。 ス テ ッ プ 1 0 9， 1 1 1 に続く ス テ ッ プ 1 1 2 におい て、 C P U 1 1 は、 実際溶接電圧の平均値▽から溶接電 流の目標値 V 0を減じて溶接電圧の誤差 _ε νを算出する。 次いで、 誤差の絶対値 I ε V I が設定値 ε V0よ り も小さ いか、 即ち、 誤差 ε Vが許容範囲内に入っているか否か を判別する （ ス テ ッ プ 1 1 3 ) 。 溶接電流誤差 Vが許 容範囲内に入っていれば、 電源出力の目標値の補正量 Δ Uを値 「 0 」 に設定する （ ス テ ッ プ 1 1 6 ) 。 一方、 溶 接電圧誤差 e Vが許容範囲を逸脱していれば、 予め設定 した電圧のゲイ ン G Vを誤差 ε Vに乗じて溶接電圧補正量 厶 Vを算出し （ ス テ ッ プ 1 1 4 ) 。 更に、 上記第 （ 7 ) 式に示すよ う に、 ステ ッ プ 1 0 9 , 1 1 1 の対応する一 つで算出した溶接電流捕正量 Δ I と第 1 の'電源出力補正 パラ メ ー タ の設定値 K 1 と の積を ス テ ッ プ 1 1 4 で算出 した溶接電圧捕正量 Δ Vから減じ、 さ らに、 減算結果を 第 2 の電源出力補正パラ メ 一 夕 の設定値 Κ 2 で除して、 電源出力の目標値の補正量△ Uを算出する （ ス テ ッ プ 1 1 5 ) ₀

次いで、 C P U 1 1 は、 ス テ ッ プ 1 0 9， 1 1 1 の対 応する一つで算出したワ イ ヤ送袷速度の目標値の補正量 をワ イ ヤ送給速度の現在の目標値 F Wから減じてヮ ィ ャ送給速度の新たな目標値を算出し、 更新後の目標ヮ ィ ャ送給速度値を溶接機 3 0 に送出する （ ス テ ッ プ 1 1 7 ) 。 同様に、 ス テ ッ プ 1 1 5， 1 1 6 の対応する一つ で算出 した電源出力の目標値の補正量 A U を電源出力の 現在の目標値 uから減じて電源出力の新たな目標値 uを 算出し、 更新後の目標電源出力値を溶接電流 3 0 に送出 する （ス テ ッ プ 1 1 8 ) 。 更に、 第 1 , 第 2 のレジスタ の記憶値 R ( 1 ) ， R ( V ) 及びカ ウ ンタ のカ ウ ン ト値 Cの夫々 を値 「 0 」 に リ セ ッ ト し （ステ ッ プ 1 1 9 ) 、 今回処理周期でのア - ク溶接電流 · 電圧制御処理を終了 する。

アー ク溶接中、 第 4図の制御処理が周期的に実行され、 ヮィ ャ送袷速度及び電源出力の目標値が溶接電流 · 電圧 誤差を補償する よ う に更新も し く は維持される。 そ して、 溶接機 3 0 はワ イ ャ送給速度及び電源出力を目標値に調 整し、 結果と して、 溶接電流 · 電圧が目標値に自動的に 制御される。 - 本発明は上記実施例に限定されず、 種々 の変形が可能 である。

例えば、 上記実施例ではワ イ ヤ送給速度捕正量 Δ FW ( = g * ( I ) · Δ I ) 中の変数 g ' ( I ) の値を算出式 g ' ( l ) = a l + b に従いかつ設定値 a, b及び実際 溶接電流の平均値 Tを用いて算出 したが、 変数 g ' ( I ) の値を、 溶接電流値によ って区分 した所要数の溶接電流 領域の夫々 に対応づけて予めテー ブル化しておき、 平均 溶接電流値 Tに対応する変数値をテー ブルか ら読み出す よ う に して も良い。

Claims

請 求 の 範 囲

1. アー ク溶接電流 ， 電圧の値を検出する工程 （ a ) と、 アー ク溶接電流の前記検出値と 目標値との誤差及びァ - ク溶接電圧の前記検出値と目標値との誤差を算出す る工程 （ b ) と、 アー ク溶接電流の前記算出誤差に基 づいてアーク溶接機の電極送給速度の補正量を算出す る工程 （ c ) と、 アー ク溶接電流 . 電圧の両前記算出 誤差に基づいてアーク溶接機の電源出力の補正量を算 出する工程 （ d ) とを備えるアー ク溶接電流 . 電圧制 御方法。

2. 前記工程 （ a ) において、 アー ク溶接電流 . 電圧の 値を所定回数にわたって検出する と共にアー ク溶接電 流 · 電圧の夫々 の前記検出値の平均値を算出し、 前記 工程 （ b ) において、 両前記平均値を用いて両前記誤 差を夫々算出する請求の範囲第 1 項記載のァーク溶接 電流 · 電圧制御方法。

3. アー ク溶接電流の前記算出誤差が許容範囲内に入い るか否かを判別し、 前記算出誤差が前記許容範囲を逸 脱している と判別した と きにのみ前記工程 （ c〉 での 前記電極送袷速度補正量の算出を行う請求の範囲第 1 項又は第 2項記載のア - ク溶接電流 · 電圧制御方法。

4. アー ク溶接電圧の前記算出誤差が許容範囲内に入る か否かを判別し、 前記算出誤差が前記許容範囲を逸脱 している と判別したと きにのみ前記工程 （ d ) での前 記電源出力補正量の算出を行う請求の範囲第 1 項又は 第 2 項記載のア -ク溶接電流 · 電圧制御方法。

5 . 前記工程 （ c ) において、 ア ー ク溶接電流及びその 変化高を変数と して含む所定の算出式に前記アー ク溶 接電流検出値及び前記ァ - ク溶接電流誤差を代入して 前記電極送給速度補正量を算出する請求の範囲第 1 項 又は第 2項記載のア - ク溶接電流 · 電圧制御方法。

6 . 前記工程 （ d ) において、 ァ― ク溶接電流 · 電圧の 変化高を変数と して含む所定の算出式に前記アーク溶 接電流 · 電圧誤差を代入して前記電源出力補正量を算 出する請求の範囲第 1 項又は第 2項記載のァ一ク溶接 電流 · 電圧制御方法。