JPH0379107B2 - - Google Patents
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- JPH0379107B2 JPH0379107B2 JP60155237A JP15523785A JPH0379107B2 JP H0379107 B2 JPH0379107 B2 JP H0379107B2 JP 60155237 A JP60155237 A JP 60155237A JP 15523785 A JP15523785 A JP 15523785A JP H0379107 B2 JPH0379107 B2 JP H0379107B2
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- Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 (ao・cosnt+bo・sinnt) と展開することができ、ここで ao=(1/π)∫〓-〓(t)・cosntdt bo=(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。
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 (ao・cosnt+bo・sinnt) と展開することができ、ここで ao=(1/π)∫〓-〓(t)・cosntdt bo=(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 (1)
- 【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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15523785A JPS6216883A (ja) | 1985-07-16 | 1985-07-16 | 自動溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15523785A JPS6216883A (ja) | 1985-07-16 | 1985-07-16 | 自動溶接方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6216883A JPS6216883A (ja) | 1987-01-26 |
JPH0379107B2 true JPH0379107B2 (ja) | 1991-12-17 |
Family
ID=15601533
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15523785A Granted JPS6216883A (ja) | 1985-07-16 | 1985-07-16 | 自動溶接方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6216883A (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02165870A (ja) * | 1988-12-19 | 1990-06-26 | Japan Steel Works Ltd:The | 自動溶接方法及び装置 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6056483A (ja) * | 1983-09-09 | 1985-04-02 | Yaskawa Electric Mfg Co Ltd | 溶接線追従装置 |
-
1985
- 1985-07-16 JP JP15523785A patent/JPS6216883A/ja active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6056483A (ja) * | 1983-09-09 | 1985-04-02 | Yaskawa Electric Mfg Co Ltd | 溶接線追従装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6216883A (ja) | 1987-01-26 |
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