JPH0379107B2

JPH0379107B2 -

Info

Publication number: JPH0379107B2
Application number: JP60155237A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Harada; Koji Oshitani; Hiroshi Myahara
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1985-07-16
Filing date: 1985-07-16
Publication date: 1991-12-17
Also published as: JPS6216883A

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野本発明は、自動溶接方法に関するものである。

(ロ) 従来の技術溶接部の形状に沿つて溶接トーチを自動的に走
行させて溶接を行う場合、溶接部を検出するため
に、機械的な接触を利用する方法、テレビカメラ
等の視覚装置を利用する方法、溶接中の電圧、電
流、音、磁気等の物理現象の変化を利用する方法
等が使用される。物理現象の変化を利用する方法
の内で溶接中の電圧又は電流の変化を利用する方
法には、溶接トーチの周囲に特別の装置を設置す
る必要がないという利点がある。第９図に溶接電
流の変化を利用して溶接部の検出を行う場合の溶
接トーチ及び溶接部を示す。被溶接物１０及び１
２の接触面端部がアーク溶接すべき溶接部１４で
ある。溶接トーチ１６は、溶接部１４の上方に配
置され、紙面に直交する方向へ移動して溶接部１
４の溶接を行う。その際、溶接トーチ１６は溶接
トーチ１６の移動方向に対して直交する面（紙面
に平行面）内で揺動させられる。溶接中の溶接電
流の測定を行い、揺動終点Ａ及びＢにおける電流
値が常に等しくなるように溶接トーチ１６をＸ方
向又はＹ方向に移動する。こうすることによつて
溶接トーチ１６の揺動中心位置Ｃは溶接部１４の
真上の位置に保持される。この方法は、被溶接物
１０及び１２が溶接部１４を通る垂直面に関して
幾何学的に対称であるため、溶接トーチ１６の揺
動中心位置Ｃが上記垂直面内にあれば揺動終点Ａ
及びＢにおける溶接電流は等しくなるはずである
という考え方に基づいている。

(ハ) 発明が解決しようとする問題点しかし、上記のような従来の方法では、あらゆ
る溶接条件において溶接部を確実に検出し、これ
に沿つて精度よく自動的に溶接を行うことは困難
であつた。なぜならば、アーク溶接は不安定な放
電現象を利用したものであり、溶接中は溶滴の落
下、ワイヤの曲り、ワイヤ送給速度の変動、仮付
部の存在等の種々の条件が変化し、実際には溶接
電流はたとえば第１０図に示すように極めて複雑
に変化し、揺動終点ににおける溶接電流の差異と
溶接トーチ１６の溶接部１４からのずれとの間の
関連が常に明確であるわけでないからである。更
にこのような方法は、トーチ１６の上下方向位置
に関しては何ら位置ずれを解消する手段を有して
いない。従つて、第９図に示すような溶接トーチ
１６を真下に向けるいわゆる下向き溶接法など、
溶接電流の変化と溶接トーチ１６のずれとの間の
関連が比較的明確な溶接条件下、しかもトーチ１
６と溶接部１４との上下方向の相対位置が溶接中
に変化しないという条件下においては、上記のよ
うな従来の方法によつても自動溶接を行うことが
できるが、上記特定の溶接条件以外の場合には溶
接トーチ１６を確実に溶接部１４に沿わせて移動
させることが困難であつた。

本発明は、上記のような問題点を解決し、溶滴
の落下、ワイヤの曲り、ワイヤ送給速度の変動、
仮付部の有無等の条件の変化に起因してたとえば
水平方向及び上下方向に位置ずれを発生すること
なく確実に溶接部を自動的に溶接することができ
る自動溶接方法を得ることを目的としている。

(ニ) 問題点を解決するための手段本発明は、溶接トーチを所定周波数で揺動させ
たときの溶接電流の所定周波数の成分（所定周波
数のスペクトル）の変化に基づいて溶接トーチと
溶接部との間の位置ずれを検知することにより上
記問題点を解決する。すなわち、本発明の特許請
求の範囲の第１項に対応する自動溶接方法は、溶
接トーチの移動方向に直交する面内において溶接
トーチを一定周期で揺動させること、溶接電流の
周波数成分のうち溶接トーチの揺動周期と同一の
周波数成分及びその２倍周波数成分を検出するこ
と、検出した上記揺動周期と同一の周波数成分が
小さくなるように溶接トーチの揺動中心位置を揺
動中心線（通常は垂直方向）に直交する方向（上
記通常の場合には水平方向）に移動させること、
検出した上記２倍周波数成分について、これらの
初期値からの変化分が小さくなる方向に溶接トー
チの揺動中心位置を揺動中心線軸に沿つて移動さ
せること、の各段階から成ることを特徴としてい
る。また本発明の特許請求の範囲の第２項に対応
する自動溶接方法は、溶接トーチの移動方向に直
交する面内において溶接トーチを一定周期で揺動
させること、溶接電流の周波数成分のうち溶接ト
ーチの揺動周期と同一周波数成分及びその２倍周
波数成分を検出すること、１揺動期間中の平均溶
接電流値を検出すること、検出した上記揺動周期
と同一の周波数成分が小さくなるように溶接トー
チの揺動中心位置を揺動中心線に直交する方向に
移動させること、上記２倍周波数成分の初期値か
らの変化分及び上記平均溶接電流値の初期値から
の変化分をあらかじめ定めた比率で加算した値が
小さくなる方法に溶接トーチの揺動中心位置を揺
動中心軸線に沿つて移動させること、の各段階か
ら成ることを特徴としている。

(ホ) 作用上記のような構成によつて、溶接トーチの位置
ずれが修正可能であるのは次のような原理によ
る。すなわち、溶接トーチの位置ずれの大きさと
方向について、大きさは、溶接電流の周波数成分
のうち溶接トーチの揺動周期と同一の周波数成分
の大きさに対応させることができ、また、方向は
トーチ揺動に対する前記の周波数成分の位相の正
逆関係によつて決定できる。このことは、次の説
明から明らかである。溶接電流は、ワイヤ先端と
相手部材との距離に対応している。すなわち上記
距離が小さいほど電流が増大する。たとえば、第
１１図ａに示すように溶接トーチが溶接部から大
きく位置ずれすると、左側の斜面Ｍは溶接電流に
ほとんど影響を与えず、右側の斜面Ｎのみとの関
係で溶接電流が決定される。従つて、１揺動周期
中に溶接トーチは斜面Ｎに１回最も接近し、また
１回最も遠ざかり、これに応じて１回だけ最大電
流が得られ、また１回だけ最小電流が得られる。
このため、溶接電流は第１１図ｂに示すように変
化する。この溶接電流の周期は揺動周期と一致し
ている。従つて、溶接電流の、溶接トーチの揺動
周波数と同一の、周波数成分の大きさ（振幅）は
大きくなつている。一方、第１２図ａに示すよう
に、溶接トーチの位置ずれが比較的小さい場合に
は、斜面Ｍ側に揺動したときにもこれの影響を受
ける。しかし、斜面Ｍの影響の度合は、斜面Ｎの
影響の度よりも小さい。したがつて、第１２図ｂ
に示すように、溶接電流は１揺動周期中に大小２
つの山を生ずることになる。すなわち、溶接トー
チの揺動周期と同一の周波数成分とこれ以外の成
分とを合成した電流波形が得られる。このため、
溶接トーチの揺動周期と同一の周波数成分の度合
は相対的に小さくなつている。更に、第１３図ａ
に示すように、溶接トーチのずれが全くない状態
になると、１回の揺動ごとに斜面Ｍと斜面Ｎとが
同等の影響を与え、揺動周期と同一の周波数成分
は存在しないことになる。このように、第１１図
から第１３図の状態に変化するに従つて、揺動周
期と同一の周波数成分が減少していく（換言すれ
ば、１回の揺動について電流変化が１回発生する
度合いが減少していく）。従つて、上述のように、
溶接電流の、溶接トーチの揺動周波数と同一の、
周波数成分の大きさ（振幅）は、溶接トーチの溶
接部からの位置ずれの大きさに応じて増大してい
くことになる。一方、溶滴の落下、ワイヤの曲
り、ワイヤ送給速度の変動、仮付部の有無等の条
件の変化による影響は、これらの周波数成分が溶
接トーチの揺動周波数と異なるため、溶接トーチ
の揺動周波数と同一の周波数成分の大きさにほと
んど影響を与えない。一方、溶接トーチのずれの
方向によつて位相の正逆関係が相違することは、
第１４図ａ及びｂと第１５図ａ及びｂとを比較す
れば明らかである。すなわち、Ｍ面とＮ面との影
響度合いは溶接トーチのずれの方向によつて全く
逆となる。従つて、同一のトーチ揺動に対して、
電流波形の位相関係は正逆の関係（同位相又は逆
位相の関係、すなわち180度の位相差を持つ関係）
になり、このために、電流の周波数成分のうちト
ーチ揺動周期と同一の周波数成分の位相関係も正
逆の関係になる。

以上のようにして、溶接電流の周波数成分のう
ち溶接トーチの揺動周期と同一の周波数成分の大
きさと位相の正逆関係とから溶接トーチの位置ず
れの度合いと方向とを求めた後、ずれの度合いに
応じた（比例した）量だけ逆方向にトーチ位置を
移動させる。これにより溶接トーチの位置は溶接
部の真上に接近するので、この操作を繰返して行
うことにより溶接トーチを溶接部の真上に移動さ
せ保持することが可能になる。

更にいえば、上述した溶接電流の周波数成分の
うち溶接トーチの揺動周期と同一の周波数成分の
大きさ及び位相の正逆関係は、具体的には、溶接
電流と溶接トーチの揺動量とを乗算し、乗算値を
各揺動周期ごとに積分して得られる積分値の絶対
値及びその正負の関係として求めることが可能で
ある。従つて、溶接電流と溶接トーチの揺動量と
を乗算すると共に乗算値を各揺動周期ごとに積分
し、上記積分によつて得られる積分値の正負か
ら、溶接トーチの修正方向を決定し、この修正方
向に上記積分値の絶対値に応じた量だけ溶接トー
チの揺動中心位置を移動すれば、上記のような溶
接条件の変動によつて影響されることなく、溶接
トーチの位置を溶接部に一致させることができ
る。上記演算によつて、溶接トーチの揺動周波数
と同一の周波数成分が取り出されることは、フー
リエ級数に基づいて説明される。すなわち、関数
（ｔ）が−π≦ｔ≦πの変域で周期的である場
合には、（ｔ）＝（1/2）・a₀＋_∞ 〓ⁿ⁼¹ （a_o・cosnt＋b_o・sinnt）と展開することができ、ここで a_o＝（１／π）∫〓_-〓（ｔ）・cosntdt b_o＝（１／π）∫〓_-〓（ｔ）・sinntdt である。従つて、揺動周期と同一の周波数成分
は、 a₁＝（１／π）∫〓_-〓（ｔ）・costdt b₁＝（１／π）∫〓_-〓（ｔ）・sintdt であるが、トーチの揺動動作が正弦波（sint）状
になるように揺動させることによつて、a₁は考慮
不要となり、揺動周期と同一の周波数成分（基本
波成分）Ｓは、Ｓ＝b₁ となる。従つて、溶接電流（（ｔ）と溶接トー
チの揺動量とを乗算し、乗算値を各揺動周期ごと
に積分するということは、上記演算を行つている
ことに相当し、基本波成分Ｓを求めていることに
なる。

一方、溶接電流の周波数成分のうち２倍周波数
成分及び１揺動期間中の平均溶接電流値は、共に
溶接トーチと溶接部との揺動中心線軸方向の距離
の大きさに応じて変化する。このことは次の説明
から明らかである。上述のように溶接電流は、ワ
イヤ先端と相手部材との距離に対応し、溶接トー
チの位置ずれがない状態（第１３図ａの状態）に
おいては、第１３図ｂのように１揺動周期中に２
つの山を生じ、これは２倍の揺動周波数での周期
に等しいので、山と谷との差の大きさ、すなわち
１揺動周期中の電流変化の大きさIb−Ia（又はIc
−Ia）は、溶接電流の２倍周波数成分に対応す
る。なお、２倍周波数成分は、溶接トーチの揺動
によつてもたらされる電流変化のみに対応し、電
流の平均値には無関係である。

いま溶接トーチが、第１６図ａのように揺動中
心線軸方向の、ある初期位置に位置し、第１６図
ｂのような電流波形を示しているものとすると、
電流の平均値はIm0であり、１揺動周期中の電流
変化の大きさはIb0−Ia0である。溶接中に溶接ト
ーチが第１７図ａのように揺動中心線軸方向に沿
つて溶接部に近づく方向にずれた場合（すなわ
ち、上下方向位置ｙが第１６図ａのy0から第１
７図ａのy1に減少したとき）、電流の平均値が第
１６図ｂのIm0から第１７図ｂのIm1に増加し、
さらに１揺動周期中の電流変化の大きさもIb0−
Ia0からIb1−Ia1に増加する。逆に溶接トーチが
溶接部から遠ざかる方向にずれた場合、上記説明
とは反対に、電流の平均値は減少し、さらに１揺
動周期中の電流変化の大きさも減少する。これは
次の理由による。溶接電流は、ワイヤ先端と相手
部材との距離が近いほど大きくなるので、溶接ト
ーチが溶接部に近づくほど平均電流も大きくな
る。また、同一の振幅で溶接トーチを揺動させた
場合、溶接トーチが溶接部に近いほどワイヤ先端
と相手部材との最接近距離（揺動位置ｃまたはｂ
での斜面Ｍ又はＮへの距離）と最離反距離（揺動
位置ａでの斜面Ｍ又はＮへの距離）の差異が大き
くなるので、電流変化の度合いも大きくなる。以
上説明したように、溶接電流の２倍周波数成分及
び平均溶接電流は、溶接トーチの上下方向位置ｙ
によつて変化するので、２倍周波数成分及び平均
溶接電流をそれぞれ初期値（適正条件下で溶接開
始した直後のそれぞれの値）からの変化分（増
減）が小さくなるように溶接トーチを揺動中心線
軸方向に移動すれば、溶接トーチの揺動中心線軸
方向の位置を一定に保つことができる。

次に、２倍周波数成分による制御と平均溶接電
流のみによる制御との機能の違いについて説明す
る。一般に適正溶接品質を確保するため、溶接ト
ーチが適正位置にある場合であつても、溶接中に
溶接条件（たとえば、溶接電流の発生電圧値や発
生電流値など）を調節して積極的に溶接電流を変
化させることが必要となる。この場合、溶接トー
チはそのまま適正位置に保持されることが望まし
い。しかしながら平均溶接電流のみによる制御操
作の場合には、溶接電流の調整に伴つて平均溶接
電流が初期値に対して増減する。その結果、溶接
トーチは揺動中心線軸方向に移動させられてしま
う。これに対して２倍周波数成分による制御操作
の場合には、２倍周波数成分は、基本的に溶接ト
ーチの揺動によつてもたらされる電流変化にのみ
対応し、電流の平均値の変化には無関係なもので
あるから、溶接電源の発生電流値などを変化させ
ても２倍周波数成分の初期値からの変化分は小さ
い。したがつて溶接トーチが揺動中心線軸方向に
不必要に移動させられてしまうことが避けられ
る。このように平均溶接電流のみによる制御操作
の場合には、溶接電流を調整することが溶接トー
チの位置制御に直接的に影響するので、溶接電流
を調整しながら溶接する状況下では、調整値が比
較的小さいものに利用範囲が制限される。これに
対し２倍周波数成分による制御操作の場合には、
溶接トーチの位置制御に影響を与えないので、広
い範囲で利用することができる。すなわち２倍周
波数成分による制御操作によつて溶接トーチの揺
動中心線軸方向の位置制御が可能になる。ただ
し、溶接電流の調整が不要な場合や、調整量が比
較的小さい場合は、平均溶接電流による制御操作
を加えた制御、すなわちそれぞれの変化分をあら
かじめ定めた比率で加算した値を基にした制御に
することも可能である。

以上のような理由により、検出した２倍周波数
成分について、これの初期値からの変化分が小さ
くなる方法に溶接トーチの揺動中心位置を揺動中
心線軸に沿つて移動させること、あるいは、２倍
周波数成分の初期値からの変化分及び上記平均溶
接電流値の初期値からの変化分をあらかじめ定め
た比率で加算した値が小さくなる方向に溶接トー
チの揺動中心位置を揺動中心軸線に沿つて移動さ
せること、によつて上述のような溶接条件の変動
に影響されることなく、溶接トーチの揺動中心線
軸方向の位置を一定に保持することができる。

(ハ) 実施例以下、本発明の実施例を添付図面の第１〜８図
に基づいて説明する。

第１図に本発明による自動溶接装置を示す。こ
れは下向き隅肉溶接に本発明を適用した実施例で
ある。溶接トーチ２０は揺動装置２２によつて揺
動可能に支持されている。揺動装置２２は溶接ト
ーチ２０を一定周期で揺動させることができる。
溶接トーチ２０にはワイヤ送給装置２４からワイ
ヤ２６が送給可能である。揺動装置２２は上下方
向移動装置２９と支持部材３１を介して連結され
ている。上下方向移動装置２９はモータ２９ａを
有しており、このモータ２９ａを作動させること
により、支持部材３１を第１図中で上下方向に移
動させることができる。すなわち、モータ２９ａ
を駆動させることにより、揺動装置２２及びこれ
に支持された溶接トーチ２０を上下方向に移動さ
せることができる。上下方向移動装置２９は横方
向移動装置２８と支持部材３０を介して連結され
ている。横方向移動装置２８はモータ２８ａを有
しており、このモータ２８ａを作動させることに
より支持部材３０を第１図中で水平方向に移動さ
せることができる。すなわち、モータ２８ａを駆
動することにより、揺動装置２２及びこれに支持
された溶接トーチ２０を水平方向に移動させるこ
とができる。モータ２８ａ及び２９ａはパルスモ
ータであり、入力される正転用又は逆転用パルス
に応じて正転又は逆転する。横方向移動装置２８
は、フレーム３２上に軸受３４及び３６を介して
水平方向（紙面に直交する方向）に移動可能に支
持された走行台３８上に設けられている。なお、
走行台３８を駆動する駆動装置は図示を省略して
ある。この走行台３８及び駆動装置が縦方向移動
装置を構成する。走行台３８を移動させることに
より、溶接トーチ２０を紙面に直交する方向に移
動させることができる。被溶接物４０及び４２は
台４４上に設置される。被溶接物４０及び４２の
接触面端部が溶接すべき溶接部４６である。ワイ
ヤ送給装置２４及び台４４はそれぞれ給電線４７
及び４８によつて溶接電源５０と接続されてい
る。溶接電源５０には電流検出器５２が設けられ
ており、電流検出器５２からの信号５４は制御装
置５６に入力される。電流検出器５２はたとえば
ホール素子を利用した磁気的電流検出器又はシヤ
ント抵抗器であり、溶接電流に比例した信号５４
を発生する。制御装置５６には揺動装置２２に設
けられた揺動位置検出器６０からの信号６４も入
力される。揺動位置検出器６０は溶接トーチ２０
が揺動中心位置を１方向から通過するときに（す
なわち、１揺動周期に付き１回）、パルス状の信
号６４を発生するものであり、たとえば溶接トー
チ２０と連動するスリツト機構及び光電スイツチ
によつて構成することができる。制御装置５６
は、モータ２８ａへ回転量及び回転方向を指令す
る信号６６、及びモータ２９ａへ回転量及び回転
方向を指令する信号６７を出力することができ
る。制御装置５６の構成を第２図にブロツク図と
して示す。制御装置５６には、電流検出器５２か
らの信号５４及び揺動位置検出器６０からの信号
６４が入力される。制御装置５６は、AD変換器
７０、マイクロプロセツサ７２、記憶器７４、及
び駆動信号出力部７６及び７７を有している。
AD変換器７０は、電流検出器５２からのアナロ
グ信号５４をデジタル信号８０に変換する。マイ
クロプロセツサ（中央処理装置CPU）７２は、
記憶器７４に格納してあるプログラムに基づい
て、信号の読み込み、演算、信号の出力等の制御
を行い、後述のような機能を達成する。記憶器７
４にはマイクロプロセツサ７２を作動させるプロ
グラム及び演算に必要なデータが格納してあり、
また演算中の数値データ等も一時的に格納され
る。駆動信号出力部７６及び７７は、マイクロプ
ロセツサ７２からの信号８２及び８３に応じてそ
れぞれモータ２８ａ及び２９ａを所定量だけ所定
方向に駆動するパルス信号６６及び６７を出力す
る。

次にこの実施例の作用について説明する。第１
及び２図に示す装置により次のようにして溶接が
行われる。溶接トーチ２０は、揺動装置２２によ
つて紙面に平行平面内で揺動中心線（この場合、
垂直線）を中心として揺動しつつ走行台３８によ
つて紙面に直交する方向に移動し、第３図に示す
溶接部４６をアーク溶接する。溶接トーチ２０が
溶接部４６の真上の一定高さ位置を通過するよう
に、制御装置５６からの信号６６及び６７によつ
てモータ２８ａ及び２９ａが回転し、溶接トーチ
２０は水平方向及び上下方向に移動される。制御
装置５６は、揺動位置検出器６０からのパルス状
の信号６４及び電流検出器５２からの信号５４に
基づいて、第８図に示すフローチヤートの手順に
従つてモータ２８ａに出力する信号６６及びモー
タ２９ａに出力する信号６７を決定する。まず、
揺動位置検出器６０からの信号６４がオンとなる
ことを検出することにより、溶接トーチ２０が最
初に揺動中心位置を１方向から通過することを検
出し（ステツプ102）、これを検出すると同時に
AD変換器７０からの信号８０を読み込み、記憶
器７４に記憶させる（ステツプ104）。次いで、微
小時間ΔT（たとえば、揺動周期の1/100の時間）
のアイドル時間をおいて（ステツプ106）、溶接ト
ーチ２０が揺動中心位置にあるかどうかを判断し
（ステツプ108）、揺動中心位置に復帰していない
場合にはステツプ104にもどつて微小時間ΔT後
の信号８０を読み込み、記憶器７４に記憶させ
る。この信号８０の読み込み及び記憶は溶接トー
チ２０が揺動中心位置に復帰するまで（すなわ
ち、揺動位置検出器６０からの信号６４がオンと
なるまで）繰り返される。すなわち、１揺動周期
間に信号８０がΔT時間毎に100回測定され、デ
ータA₁，A₂……A₁₀₀として記憶される。１揺動
周期が終了してトーチ２０が揺動中心位置にもど
ると、ステツプ110に進み、次式に示す演算を行
う。

Ｓ＝_N 〓ⁱ⁼¹ （Ai・sin（2πi／Ｎ））Ｐ＝_N 〓ⁱ⁼¹ （Ai・sin（4πi／Ｎ））Ｑ＝１／Ｎ・_N 〓ⁱ⁼¹ Ai Ai……信号８０の測定データＮ……Aiのデータ数（上例ではＮ＝100）この演算結果Ｓ及びＰは、それぞれ電流検出器
５２からの信号５４に含まれる周波数成分のうち
溶接トーチ２０の揺動周期と一致する周波数成分
及びその２倍周波数成分を抽出したものとなつて
いる。ここでＳ及びＰの値の大きさはそれぞれ溶
接トーチ２０の揺動周波数の周波数成分及びその
２倍周波数成分の大きさに略比例し、またＳ及び
Ｐの値の正負は揺動に対する周波数成分の位相の
正逆に一致している。一方、Ｑは電流検出器５２
からの信号５４の平均値、すなわち平均溶接電流
値となつている。この関係を図面によつて示すと
第３〜７図に示すようになる。すなわち、第３図
に示すように、溶接トーチ２０の溶接部４６から
の水平方向への位置ずれをｘとし、上下方向の位
置をｙとする。また溶接電流の周波数成分のうち
溶接トーチ２０の揺動周波数と同一の周波数成分
の大きさをz₁とし、２倍周波数成分の大きさをz₂
とする。また平均溶接電流をz₃とする。このよう
にすれば、ｘとz₁との関係は第４図に示すように
なる。すなわち、ｘの絶対値の増大に伴つてz₁の
値も増大する。また、第５図に示すように、溶接
トーチ２０の水平方向の位置ずれの方向（すなわ
ち、ｘの値の正負）に応じてz₁の位相が逆転す
る。これによつて溶接トーチ２０の位置ずれの方
向を検知することができる。更にｙとz₂との関係
は第６図のようになり、またｙとz₂との関係は第
７図のようになる。すなわち、ｙの増大に伴つて
z₂は減少する。この理由は、以下のような揺動の
幾何学的関係による。第１８図に示すように、同
一の振幅ｗで溶接トーチ２０を揺動させた場合、
溶接トーチ２０が溶接部４６に近い位置にあると
き（T1のとき）の、ワイヤ２６先端と被溶接物
４０及び４２との最接近距離（揺動位置ｃ又はｂ
で斜面Ｍ又はＮへの距離Gc1）及び最離反位置
（揺動位置ａでの斜面Ｍ又はＮへの距離Ga1）の
差異（比率Ga1／Gc1）は、溶接トーチ２０が溶
接部４６から遠い位置にあるとき（T2のとき）
の、ワイヤ２６先端と被溶接物４０及び４２との
最接近距離（揺動位置ｃ又はｂでの斜面Ｍ又はＮ
への距離Gc2）及び最離反位置（揺動位置ａでの
斜面Ｍ又はＮへの距離Ga2）の差異（比率Ga2／
Gc2）に比べて大きいので、電流変化の度合も大
きくなる。すなわち、溶接トーチ２０が溶接部４
６近傍で揺動しているとき（T1のとき）は、溶
接電流を決定する斜面Ｍ（又はＮ）に対する揺動
の影響が大きくなり、溶接電流も揺動によつて大
きい変化を示すが、溶接トーチ２０が溶接部４６
から離れたところで揺動しているとき（T2のと
き）は、幾何学的に距離が遠いので、斜面Ｍ（又
はＮ）に対する揺動の影響は相対的に小さく、し
たがつて電流変化も小さい。これにより溶接トー
チ２０上下方向位置ｙが小さいとき（溶接トーチ
２０が溶接部に近い位置にあるとき）、溶接電流
は第１７図ｂのように大きい変化を示し、逆に上
下方向位置ｙが大きいとき（溶接トーチ２０が溶
接部から遠い位置にあるとき）、溶接電流は第１
６図ｂのように相対的に小さい変化を示す。２倍
周波数成分（z₂）は、この電流変化に対応する値
であるから、第６図のようにｙの増大に伴つてz₂
は減少する傾向を示す。また、ｙの増大に伴つて
z₃も減少する（この理由は、ｙの増大に伴つて、
いわゆるワイヤ突出長（第３図のｅ）が大となる
ことから、この部分のジユール発熱特性が変化
し、溶接電流の電圧電流特性に基づいて溶接電流
値が減少するからである）。上記のようなＳ、Ｐ
及びＱの値に基づいて、作動指令信号Ｄ及びＥが
演算される（ステツプ112）。すなわち、Ｓの値に
比例してＤが演算され、またＰ−Po及びＱ−Qo
に比例して適当な重み係数α及びβを用いてたと
えば次式のようにＥが演算される。

Ｅ∝（α（Ｐ−Po）＋β（Ｑ−Qo））／（α＋β）ただし、ここでPo及びQoは、溶接開始直後の
適正条件下での（すなわち、第６及び７図のｙ＝
yoにおける）Ｐ及びＱの値である。ここで比例
係数は、使用するモータ２８ａ及び２９ａの回転
特性によつて異なるが、大きくすればトーチ位置
修正の応答性が良くなり、逆に小さくすれば安定
性が増す傾向を考慮して適宜決定される。この作
動指令信号Ｄ及びＥが信号８２及び８３として駆
動信号出力部７６及び７７に入力される。駆動信
号出力部７６は、入力された信号８２の大きさ及
び正負に応じて所定数の正転用又は逆転用パルス
を信号６６としてモータ２８ａに出力する。同様
に駆動信号出力部７７はモータ２９ａに信号６７
を出力する（ステツプ114）。次いでリターンし、
上記と同様のルーチンが繰り返し実行される。従
つて、溶接トーチ２０の揺動周期毎に溶接トーチ
２０の水平方向位置及び上下方向位置が調節され
ることとなる。なお、本実施例のフローチヤート
（第８図）は、ステツプ110→114が、ステツプ104
→108における信号８０の定期的な読み込みに影
響を及ぼさないように十分に高速に実行されるこ
とを前提にしているものであるが、ステツプ104
→108の実行と、ステツプ110→114の実行とを同
時に並行して行ういわゆる並列処理を行えば上記
前提は不要である。

上記のような制御装置５６の作用によつて溶接
トーチ２０は、常に溶接部４６の真上で、しかも
一定高さに位置するように制御される。たとえ
ば、溶接トーチ２０の位置が溶接部４６の真上位
置から水平方向にずれた場合、溶接電流中に含ま
れる周波数成分のうち溶接トーチ２０の揺動周期
と同一の周波数成分は大きくなる（第４図参照）
が、駆動信号出力部７６からの信号６６はこれを
小さくする方向にモータ２８ａを回転させる。モ
ータ２８ａの回転方向は信号８２の正負に応じて
決定され、溶接トーチ２０は溶接部４６の真上位
置に水平移動される。溶接トーチ２０が溶接部４
６の真上に位置している場合には、溶接電流中に
含まれる周波数成分のうち溶接トーチ２０の揺動
周期と同一の周波数成分は極めて小さくなるの
で、モータ２８ａはほとんど回転せず溶接トーチ
２０も水平移動しない。

一方、溶接トーチ２０の位置が溶接部４６の真
上位置の初期位置（溶接開始直後の位置であり、
第６図及び第７図のyoに該当）から更に上方向
にずれた場合（すなわち、ｙの値が大きくなつた
場合）、溶接電流中に含まれる周波数成分のうち
溶接トーチ２０の揺動周期の２倍周波数成分は小
さくなり（第６図参照）、また平均溶接電流値も
小さくなる（第７図参照）。従つて、作動指令信
号Ｅは負の値をとり、その絶対値は大きくなる
が、駆動信号出力部７７からの信号６７は、この
絶対値を小さくする方向にモータ２９ａを回転さ
せる。逆にトーチ２０の位置が下方向にずれた場
合は、作動指令信号Ｅは正の値をとり、その絶対
値は大きくなるが、同様に信号６７はこの絶対値
を小さくする方向にモータ２９ａを回転させる。
モータ２９ａの回転方向は信号８３の正負に応じ
て決定され、溶接トーチ２０は溶接部４６の真上
位置の初期位置に一致するように上下移動され
る。溶接トーチ２０が溶接部４６の真上位置の初
期位置にある場合には、作動指令信号Ｅは極めて
小さくなるので、モータ２９ａは、ほとんど回転
せず、溶接トーチ２０も上下移動しない。上記の
ようにして、溶接トーチ２０の位置は揺動の１周
期毎に溶接部４６の真上の一定位置にくるように
制御され、溶接トーチ２０は溶接中常に溶接部４
６の真上の一定位置に保持され、走行台３８の移
動によつて溶接が行われる。溶接中には、溶滴の
落下、ワイヤの曲り、ワイヤ送給速度の変動、ワ
イヤの溶け方の不均一、仮付部の有無等の条件の
変動を生ずるが、これらの変動の周波数成分は溶
接トーチ２０の揺動周波数の周波数成分とは相違
しており、溶接トーチ２０の揺動周期と同一の周
波数成分に対してはほとんど影響を与えない。し
たがつて、上記のような溶接条件の変動にもかか
わらず、溶接トーチ２０は確実に溶接部４６の真
上の一定位置に保持される。

なお、上記実施例では、揺動位置２２の位置は
パルスモータによつて制御するようにしたが、た
とえばポテンシヨメータを用いて揺動装置２２の
移動量を検出し、このフイードバツク信号とマイ
クロプロセツサ７２からの信号８２及び８３とを
駆動信号出力部（たとえばサーボアンプ）に入力
し、これによつてモータ（サーボモータ）を駆動
するようにしてもよい。

また、上記実施例では、２倍周波数成分の初期
値からの変化分及び平均溶接電流値の初期値から
の変化分をあらかじめ定めた比率で加算した値が
小さくなる方向に溶接トーチ２０の揺動中心位置
を揺動中心線軸に沿つて移動させるようにした
が、２倍周波数成分の初期値からの変化分のみが
小さくなる方向に溶接トーチ２０の揺動中心位置
を揺動中心線軸に沿つて移動させることもでき
る。

(イ) 発明の効果以上説明してきたように、本発明による自動溶
接方法は、溶接トーチの揺動周期と同一の周波数
成分、その２倍周波数成分に基づいて溶接トーチ
の揺動中心位置を揺動中心線軸方向（実施例では
垂直方向）及びこれに直交する方向（水平方向）
に修正するようにしたので、溶接中の溶滴の落
下、ワイヤの曲り、ワイヤ送給速度の変動、ワイ
ヤの溶け方の不均一、仮付部の有無等に影響され
ることなく、溶接部から一定距離に保つたままこ
れに沿つて溶接トーチを移動させることができ、
下向き隅肉溶接法のみならずその他の溶接法であ
つても所望どおり確実にアーク溶接を行うことが
できる。また、２倍周波数成分の初期値からの変
化分のみを用いて溶接トーチの揺動中心位置を揺
動中心線軸に沿つて制御した場合には、溶接中に
おいても、溶接電流の調整値の大小には関係な
く、溶接条件を広い範囲で変更することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を適用する溶接機を示す
図、第２図は制御装置をブロツク図として示す
図、第３図は位置ずれした状態の溶接トーチを示
す図、第４図は水平方向の位置ずれ量と周波数成
分電流値との関係を示す線図、第５図は水平方向
の位置ずれと位相との関係を示す線図、第６図は
トーチの上下方向位置と２倍周波数成分との関係
を示す図、第７図はトーチの上下方向位置と平均
溶接電流値との関係を示す図、第８図は制御方法
のフローチヤートを示す図、第９図は従来の溶接
機における溶接トーチ及び溶接部を示す図、第１
０図は揺動位置に対する溶接電流の変化を示す線
図、第１１図は位置ずれが大きい場合の電流波形
を示す図、第１２図は位置ずれが小さい場合の電
流波形を示す図、第１３図は位置ずれがない場合
の電流波形を示す図、第１４図は右方向へ位置ず
れした場合の電流波形を示す図、第１５図は左方
向へ位置ずれした場合の電流波形を示す図、第１
６図は溶接トーチが溶接部から離れている場合の
揺動周期中の電流波形を示す図、第１７図は溶接
トーチが溶接部に接近している場合の揺動周期中
の電流波形を示す図、第１８図は溶接トーチの各
位置に対する被溶接物までの距離を説明する図で
ある。２０……溶接トーチ、２２……揺動装置、２４
……ワイヤ送給装置、２６……ワイヤ、２８……
横方向移動装置、２９……上下方向移動装置、２
８ａ，２９ａ……モータ、３０，３１……支持部
材、３２……フレーム、３４，３６……軸受、３
８……走行台、４０，４２……被溶接部材、４４
……台、４６……溶接部、４７，４８……給電
線、５０……溶接電源、５２……電流検出器、５
４，６４，６６，６７……信号、５６……制御装
置、６０……揺動位置検出器、７０……AD変換
器、７２……マイクロプロセツサ、７４……記憶
器、７６，７７……駆動信号出力部、８０，８
２，８３……信号。

Claims

【特許請求の範囲】１溶接部に沿つて自動的に溶接トーチを移動さ
せてアーク溶接を行う自動溶接方法において、溶接トーチの移動方向に直交する面内において
溶接トーチを一定周期で揺動させること、溶接電流の周波数成分のうち溶接トーチの揺動
周期と同一の周波数成分及びその２倍周波数成分
を検出すること、検出した上記揺動周期と同一の周波数成分が小
さくなるように溶接トーチの揺動中心位置を揺動
中心線に直交する方向に移動させること、検出した上記２倍周波数成分について、これの
初期値からの変化分が小さくなる方向に溶接トー
チの揺動中心位置を揺動中心線軸に沿つて移動さ
せること、を特徴とする自動溶接方法。２溶接部に沿つて自動的に溶接トーチを移動さ
せてアーク溶接を行う自動溶接方法において、溶接トーチの移動方向に直交する面内において
溶接トーチを一定周期で揺動させること、溶接電流の周波数成分のうち溶接トーチの揺動
周期と同一の周波数成分及びその２倍周波数成分
を検出すること、１揺動期間中の平均溶接電流値を検出するこ
と、検出した上記揺動周期と同一の周波数成分が小
さくなるように溶接トーチの揺動中心位置を揺動
中心線に直交する方向に移動させること、上記２倍周波数成分の初期値からの変化分及び
上記平均溶接電流値の初期値からの変化分をあら
かじめ定めた比率で加算した値が小さくなる方向
に溶接トーチの揺動中心位置を揺動中心軸線に沿
つて移動させること、を特徴とする自動溶接方法。