JPH08281434A - 開先倣い方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 母材に対する渦電流式変位センサの距離変動
による開先位置検出精度の低下を防止。 【構成】 開先の延びる方向ｙの開先中心線Ｌｃを挟ん
で第１および第２の渦電流式変位センサよりなる第１セ
ンサ対と、第３および第４の渦電流式変位センサよりな
る第２センサ対とを、該開先を形成する第１および第２
の溶接対象材にそれぞれ対向させ、第１および第３セン
サは開先中心線Ｌｃに近く、第２および第４センサは開
先中心線Ｌｃより遠いものとし、第１と第２センサの検
出信号の差信号と、第３と第４センサの検出信号の差信
号とが、合致するように第１および第２センサ対を共
に、開先幅方向ｚに同時に駆動し、第１センサと第３セ
ンサのｚ方向位置の中間点に溶接ト−チの溶接中心位置
を定める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、開先幅を検出しその中
心に溶接ト−チの溶接中心を自動設定する開先倣い溶接
に関する。

【０００２】

【従来の技術】開先倣い溶接には、例えばＴＩＧ（タン
グステンイナ−トガス）ア−ク溶接が用いられる。現
在、造船，建築，橋梁，タンク等、鋼材により構造物を
製造するにおいて、溶接工程の全自動化，ロボット化が
強く要求されている。これらを遂行する上で最も重要な
課題は、溶接を適正位置，適正幅および適正高さにする
ための、開先位置および幅の検知技術である。

【０００３】ア−ク溶接は、ア−クによる高熱を利用し
溶加材および母材（開先を構成する溶接対象材）を溶
融，凝固し接合するため、溶接開始前と溶接中では熱に
よる歪のために開先が変形し、開先位置，幅，高さが変
化する。従って、開先位置を検出しその中心に溶接ト−
チの溶接中心を自動設定する開先倣い制御を行うには、
できるだけア−クに近いところで開先の位置，幅，高さ
等を検知する必要がある。

【０００４】特開昭６２−２３０４７６号公報に開示さ
れた開先倣い制御は、図８の（ａ）に示すように、母材
１ａ，１ｂ間の開先の幅方向にト−チ４を揺動（３４）
させる。この揺動により、溶接ワイヤ（揺動中心位置
３，揺動端位置３５，３６）やア−ク３３の長さが、図
８の（ｂ）に示すように、ト−チ４の揺動右端（３５）
および左端（３６）の近傍でそれぞれ変化する。特開昭
６２−２３０４７６号公報に開示の開先倣い制御は、ト
−チ４の揺動の左端から右端および右端から左端へ移る
過程の溶接電流が変化する現象に着目し、右端より１ｍ
ｍ内側の溶接電流差ＳＲ＝ＩＲ１−ＩＲ２と、左端より
１ｍｍ内側の溶接電流差ＳＲ＝ＩＬ１−ＩＬ２に基づい
て、ＳＲ−ＳＬの値から開先（中心）位置を推定算出し
この位置に揺動中心すなわち溶接中心をずらし、ＳＲ＋
ＳＬの値からル−ト間隔（開先幅）を推定算出しこの間
隔に揺動幅を調整する。ア−ク電流値に基づいて開先位
置および幅を検知するので、検知位置はア−ク位置（ト
−チ位置）であり、開先幅検知位置とト−チ位置とのず
れ（開先が延びる方向の位置ずれ）がない。

【０００５】特開昭５５−３０３３９号公報には、交叉
する２母材の交叉部すなわち隅に、断面が長方形のスリ
ット光を投射し、２母材上のスリット光像を撮影し、撮
影画像上のスリット光像形状より、２母材の交接位置す
なわち溶接線を検知しそこに溶接ト−チを位置決めする
倣い制御が開示されている。

【０００６】しかし、前記特開昭６２−２３０４７６号
公報に開示されている、ア−ク電流値に基づいて開先幅
を検知する開先検知方法は、ア−ク電流値の変化を大き
くするためにト−チの揺動幅を大きくしなければならな
い。ところが板厚が薄い場合には、図８の（ａ）に示す
肩部３７までの揺動に留める必要があり、この場合ア−
ク電流値の変化が小さく、ア−ク電流値に基づいた開先
幅検知が難かしくなる。

【０００７】前記特開昭５５−３０３３９号公報に開示
の光学的な開先検知は、テレビカメラやスリット光源な
らびにそれらの損傷を防止するための保護板が比較的に
大きな空間を占めるので装備が難かしい。また、画像中
のスリット光像の切出し，形状認識に関する画像処理な
らびにスリット光像の形状より溶接線を算出する演算処
理が複雑であり、その開発と装備が高額となる。

【０００８】この問題を解決する為に、本出願人は、開
先中心線を間に置いて１対の渦電流式変位センサを配置
し各センサは開先縁部に対向させ、両センサの検出距離
（センサから開先斜面までの距離）が合致するように両
センサを同時に同方向に駆動して開先中心位置を検知す
る方法を提示した（特開平６−３３５７７３号）。これ
によれば、距離を測定するのに適した渦電流式変位セン
サを使用しているので、正確に開先を検知することがで
きるとともに、制御系が簡略化され、小規模で低コスト
なシステムを構成することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
に１対の渦電流式変位センサを用いる方法は、相対向す
る１対の溶接対象材（母材；それらの間に開先がある）
と該１対のセンサの距離が一定であることを前提とす
る。そこで、センサ対を、マグネットローラを備えたキ
ャリッジに搭載し、母材に倣わせている。しかし、母材
に直接マグネットローラが接触しているので母材の表面
に塵が浮いている場合や表面に凹凸がある場合には、母
材に対するセンサ対の距離が変動し、これにより開先位
置検出精度が低下する。

【００１０】本発明は、母材に対する渦電流式変位セン
サの距離変動による開先位置検出精度の低下を防止する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の開先倣い方法で
は、開先の延びる方向ｙに延びる開先中心線Ｌｃを挟ん
で第１および第２の渦電流式変位センサよりなる第１セ
ンサ対と、第３および第４の渦電流式変位センサよりな
る第２センサ対とを、該開先を形成する第１および第２
の溶接対象材にそれぞれ対向させ、第１および第３の渦
電流式変位センサは開先中心線Ｌｃに近く、第２および
第４の渦電流式変位センサは開先中心線Ｌｃより遠いも
のとし、第１と第２の渦電流式変位センサの検出信号の
差信号と、第３と第４の渦電流式変位センサの検出信号
の差信号とが、合致するように第１および第２センサ対
を共に、開先幅方向ｚに同時に駆動し、第１の渦電流式
変位センサと第３の渦電流式変位センサのｚ方向位置の
中間点に溶接ト−チの溶接中心位置を定める。

【００１２】

【作用】渦電流式変位センサは、励磁コイルに高周波電
流を流すとそれに対向する金属体に高周波磁界による渦
電流が発生し、この渦電流は励磁コイルと金属体との距
離に対応して距離が短いと強く、長いと弱く、渦電流値
に対応するエネルギ消費が金属体に発生する現象を利用
するものであり、励磁コイルのインピ−ダンス（コイル
／金属体間距離に対応）を測定する態様のもの、ならび
に、励磁コイル端面近傍の磁界（渦電流による磁界）を
ホ−ル素子，センサコイル等で測定する態様のものがあ
る。いずれも検出信号は、センサ／金属体間距離を表わ
すものに校正されている。

【００１３】図４に、インピ−ダンス測定態様の渦電流
式変位センサの距離検出態様を示す。渦電流式変位セン
サ２３ａの端面全体が金属体１に対向すると、渦電流式
変位センサ２３ａが発生する高周波磁界による磁束の多
くが金属体１に直交し、これにより渦電流１ｉが金属体
１に発生する。なお、渦電流式変位センサ２３ａにはギ
ャップ検出回路３１ａが接続されておりこれが渦電流式
変位センサ２３ａの励磁コイルに高周波定電圧を印加し
かつ励磁コイルの電流値をギャップ（距離）に校正した
測定信号を出力する。

【００１４】図５の（ａ）に示すように、渦電流式変位
センサ２３ａの端面全体が金属体１に対向する場合に
は、渦電流式変位センサ２３ａの励磁コイルに流れる電
流２３ｓは図５の（ｂ）に示すように小さい。図６の
（ａ）に示すように渦電流式変位センサ２３ａの端面の
１／３程度が金属体１から外れると、渦電流式変位セン
サ２３ａの励磁コイルに流れる電流２３ｓは図６の
（ｂ）に示すようにやや大きくなる。

【００１５】図７の（ａ）に示すように渦電流式変位セ
ンサ２３ａの端面の１／２程度が金属体１から外れる
と、渦電流式変位センサ２３ａの励磁コイルに流れる電
流２３ｓは図８の（ｂ）に示すように更に大きくなる。

【００１６】以上に説明した現象は、渦電流式変位セン
サ２３ａと金属体１の距離は一定であるにもかかわら
ず、金属体１表面に沿う方向のセンサと金属体の相対的
なずれにより、距離検出信号が変動するというものであ
り、変位センサすなわち距離センサとしては好ましくな
いものであるが、本発明はこのような現象に着目したも
のである。

【００１７】本発明では、図３に示すように、開先２の
延びる方向（図３紙面に垂直なｙ方向）に延びる開先中
心線（図３紙面に垂直であって線Ｌｖに直交する線Ｌ
ｃ：図１）を挟んで、第１渦電流式変位センサ２３ａお
よび第２渦電流式変位センサ２３ｂよりなる第１センサ
対（２３ａ＋２３ｂ）と、第３渦電流式変位センサ２４
ａおよび第４渦電流式変位センサ２４ｂよりなる第２セ
ンサ対（２４ａ＋２４ｂ）を、開先２を形成する第１お
よび第２の溶接対象材１ａおよび１ｂにそれぞれ対向さ
せる。図３に示すように、距離が大きいほどセンサ出力
電圧が高くなる態様では、第１センサ２３ａの出力電圧
レベルより第２センサ２３ｂの出力電圧レベルを差し引
いた差は、単純化して言うと、第１溶接対象材１ａの上
表面から第１センサ２３ａ直下の開先斜辺までの距離を
表わす。同様に、第３センサ２４ａの出力電圧レベルよ
り第４センサ２４ｂの出力電圧レベルを差し引いた差
は、第２溶接対象材１ｂの上表面から第３センサ２４ａ
直下の開先斜辺までの距離を表わす。

【００１８】本発明では、第１と第２の渦電流式変位セ
ンサ２３ａ，２３ｂの検出信号の差信号と、第３と第４
の渦電流式変位センサ２４ａ，２４ｂの検出信号の差信
号とが、合致するように第１および第２センサ対を共
に、開先幅方向ｚに同時に駆動する。すなわち、第１溶
接対象材１ａの上表面から第１センサ２３ａ直下の開先
斜辺までの距離と、第２溶接対象材１ｂの上表面から第
３センサ２４ａ直下の開先斜辺までの距離とが合致する
ように、第１〜４センサ２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４
ｂを駆動する。これにより、第１〜４センサ２３ａ，２
３ｂ，２４ａ，２４ｂは、開先中心線Ｌｃが第１，第３
センサ２３ａ，２４ａの中間点となる位置に定まる。

【００１９】本発明では、第１の渦電流式変位センサ２
３ａと第３の渦電流式変位センサ２４ａのｚ方向位置の
中間位置に溶接ト−チの溶接中心位置を定めるので、溶
接ト−チの溶接中心位置が開先中心線Ｌｃに定まる。

【００２０】図３において、ギャップＧの変動なしに第
１センサ対（２３ａ＋２３ｂ）および第２センサ対（２
４ａ＋２４ｂ）を共に図３紙面と垂直方向ｙに駆動し、
かつ上述のように、第１と第２の渦電流式変位センサ２
３ａ，２３ｂの検出信号の差信号と、第３と第４の渦電
流式変位センサ２４ａ，２４ｂの検出信号の差信号と
が、合致するように第１および第２センサ対を共に、開
先幅方向ｚに同時に駆動すると、第１および第３渦電流
式変位センサ２３ａ，２４ａの中間点は開先中心（Ｌ
ｖ）に常に整合しており、開先の長手方向（紙面と垂直
方向ｙ）で開先幅が一定であると、第１センサ対（２３
ａ＋２３ｂ）および第２センサ対（２４ａ＋２４ｂ）の
センサ出力信号（各対内差信号）のレベルの和は一定で
あるが、開先幅に変動があると、該レベル和が変動し、
開先幅が広いとレベル和が大きく、狭いとレベル和が小
さくなる。したがって該レベル和で開先幅を知ることが
できる。

【００２１】本発明の好ましい実施例では、該レベル和
に対応して、レベル和が大きく（開先幅が広く）なると
きにはト−チの揺動幅（ｚ方向の振り幅）を大きくしか
つト−チの、開先長手方向ｙの駆動速度（溶接速度Ｖ
ｙ）を下げる。レベル和が小さく（開先幅が狭く）なる
ときにはト−チの揺動幅を小さくしかつト−チの、開先
長手方向ｙの駆動速度（溶接速度Ｖｙ）を上げる。

【００２２】渦電流式変位センサは、微小ギャップ変動
の検出精度が高いので、溶接対象材（母材）が薄い場合
でも、開先位置検出精度が高くしたがって開先倣い精度
が高い。また、渦電流式変位センサは小型かつ堅牢であ
り、しかもその信号処理が比較的に簡単であるので、開
先位置検出のための装備が比較的に小型，堅牢かつ低コ
ストとなる。各センサ対内では、一方のセンサで検知し
た開先との距離をもう一方のセンサで検知した母材とセ
ンサとの距離で補正しているので、センサ／母材間距離
の変動によって開先倣い誤差を生ずることが実質上なく
なる。また、開先を置いて相対向する２母材の板厚が異
なる場合でも、正確な倣いが実現する。つまり、母材表
面の凹凸や２母材板厚差にも影響されることなく安定し
た高精度の倣いが実現する。倣いローラを省略してもよ
い。

【００２３】本発明の他の目的および特徴は、図面を参
照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

【００２４】

【実施例】図１に、本発明の開先倣い方法を一態様で実
施するＴＩＧア−ク溶接装置の機構部を示し、図２に該
溶接装置の倣い制御系の電気回路構成を示す。図１は、
開先２を形成する上側母材（板体）１ａおよび下側母材
（板体）１ｂの裏側からこれらの母材１ａ，１ｂを透視
して溶接機構を見た平面図（ア−ク溶接機構の底面図）
に相当する。母材１ａ，１ｂは垂直でそれらの間の開先
２は水平方向ｙに延びる。図１を参照すると、溶接ト−
チ４は開先幅方向（垂直方向＝高さ方向）ｚに移動する
ト−チキャリッジ５に装備されている。ト−チキャリッ
ジ５は、ト−チ揺動機構６に結合されており、揺動モ−
タＭｗの動力で、ｚ方向に往復駆動される。ト−チ揺動
機構６は、ト−チ４のｘ，ｙ，ｚ位置を調整するため
の、詳細な図示は省略した手動調整機構７を介して、中
心合せ用キャリッジ８に結合されている。

【００２５】中心合せ用キャリッジ８にはナット９が固
着されており、このナット９が、走行台１０に回転自在
に支持されたねじ棒１１に、ねじ結合している。走行台
１０には、ねじ棒１１に平行にガイドバ−１２が固着さ
れており、このガイドバ−１２が、中心合せ用キャリッ
ジ８を、ねじ棒１１と平行に移動自在に案内している。
ねじ棒１１はプ−リおよびベルトを介して中心合せ用モ
−タＭｆで回転駆動される。中心合せ用モ−タＭｆが正
転するとねじ棒１１が正回転しナット９が上駆動され、
中心合せ用キャリッジ８がｚ方向で上方に移動する。す
なわちト−チ４が上方に移動する。ナット９にはリニア
ポテンショメ−タ１３のスライダア−ムが機械的に結合
されており、リニアポテンショメ−タ１３が、ト−チ４
のｚ方向位置を表わす電気信号を発生する。

【００２６】走行台１０には、もう一本のねじ棒１５が
回転自在に支持されており、このねじ棒１５にナット１
６がねじ結合している。ナット１６にセンサキャリッジ
１７が固着されている。

【００２７】キャリッジ１７には、第１，第２，第３お
よび第４渦電流式変位センサ２３ａ，２３ｂ，２４ａお
よび２４ｂが搭載されている。以降、第１，第２渦電流
式変位センサ２３ａ，２３ｂの組み合せを第１センサ対
（２３ａ＋２３ｂ）および第３，第４渦電流式変位セン
サ２４ａ，２４ｂの組み合せを第２センサ対（２４ａ＋
２４ｂ）と記す。

【００２８】ねじ棒１５はプ−リおよびベルトを介して
開先倣い駆動モ−タＭｓで回転駆動される。開先倣い駆
動モ−タＭｓが正転するとねじ棒１５が正回転しナット
１６が上駆動され、センサキャリッジ１７がｚ方向で上
方に移動する。ナット１６にはリニアポテンショメ−タ
１４のスライダア−ムが機械的に結合されており、リニ
アポテンショメ−タ１４が、渦電流式変位センサ２３
ａ，２３ｂ，２４ａおよび２４ｂのｚ方向位置を表わす
電気信号を発生する。

【００２９】センサキャリッジ１７には、中間点の上側
に右ねじを下側に左ねじを切ったねじ棒１９が回転自在
に支持されており、該右ねじに渦電流式変位センサ２３
ａに固着されたナットが、左ねじには渦電流式変位セン
サ２４ａに固着されたナットが、ねじ結合されている。
センサキャリッジ１７には、ねじ棒１９に平行にガイド
バ−２１，２２が固着されており、ガイドバ−２１が渦
電流式変位センサ２３ａを、またガイドバ−２２が、渦
電流式変位センサ２４ａを、ねじ棒１９と平行に移動自
在に案内している。第２センサ２３ｂは第１センサ２３
ａに一体に固着され、第４センサ２４ｂは第３センサ２
４ａに一体に固着されている。つまり、第１センサ対
（２３ａ＋２３ｂ）および第２センサ対（２４ａ＋２４
ｂ）は、ねじ棒１９に対して対称であるとともに、開先
２の中心を通過するｙ軸に平行な線すなわち開先中心線
Ｌｃに対して対称に配置されている。渦電流式変位セン
サ２３ａのｚ方向上部に渦電流式変位センサ２３ｂがあ
り、渦電流式変位センサ２４ａのｚ方向下部に渦電流式
変位センサ２４ｂがある。ねじ棒１９の一端には摘子２
０が固着されており、摘子２０を手指で正回転駆動する
と第１センサ対（２３ａ＋２３ｂ）と第２センサ対（２
４ａ＋２４ｂ）間のｚ方向距離が長くなる。すなわちセ
ンサ２３ａと２４ａ間の間隔が広がる。摘子２０を逆回
転駆動すると第１センサ対（２３ａ＋２３ｂ）と第２セ
ンサ対（２４ａ＋２４ｂ）間の間隔が狭くなる。

【００３０】走行台１０には４個のロ−ラ２５ａ〜２５
ｄが回転自在に支持されており、これらのロ−ラ２５ａ
〜２５ｄは、母材１ｂならびに開先２と平行に設置され
る走行レ−ル２６の上，下端面（厚み面）に刻まれたガ
イド溝にはまり込んで、水平方向ｙに移動自在である。
これらのロ−ラ２５ａ〜２５ｄと駆動ロ−ラ２８にワイ
ヤ２７が張ってあり、駆動ロ−ラ２８が正，逆回転する
ことにより、走行台１０が走行レ−ル２６に沿ってｙ方
向に往，復移動する。駆動ロ−ラ２８は走行モ−タＭｃ
の動力で回転駆動される。

【００３１】図２を参照する。第１，第２，第３および
第４渦電流式変位センサ２３ａ，２３ｂ，２４ａおよび
２４ｂは、それぞれギャップ検出回路３１ａ，３１ｂ，
３１ｃおよび３１ｄに接続されており、ギャップ検出回
路３１ａは、渦電流式変位センサ２３ａの励磁コイルに
高周波定電圧を印加して励磁コイルに流れる電流値を検
出しこれを距離を表わす信号（電圧）に変換および線形
化して出力する。なお、センサ２３ａと２３ｂ，２４ａ
および２４ｂならびに回路３１ａと３１ｂ，３１ｃおよ
び３１ｄは同一仕様のものであり、出力も同一測定条件
で同一となるように校正されている。

【００３２】ギャップ検出回路３１ａおよび３１ｃの出
力信号は、差動増幅器ＡｄＡ１に与えられる。差動増幅
器ＡｄＡ１は、ギャップ検出回路３１ａの出力信号のレ
ベルよりギャップ検出回路３１ｃの出力信号のレベルを
減算したレベルを表わす差信号を差動増幅器３２ａ及び
加算器３２ｂに与える。差動増幅器ＡｄＡ２は、ギャッ
プ検出回路３１ｄの出力信号のレベルよりギャップ検出
回路３１ｂの出力信号のレベルを減算したレベルを表わ
す差信号を差動増幅器３２ａ及び加算器３２ｂに与え
る。

【００３３】差動増幅器３２ａは、差動増幅器ＡｄＡ１
の出力信号のレベルより差動増幅器ＡｄＡ２の出力信号
のレベルを減算したレベルを表わす差信号をモ−タドラ
イバ３３に与える。モ−タドライバ３３は、該差信号を
零レベルとするためのＰＩＤ制御出力を発生して、開先
倣い駆動モ−タＭｓを駆動付勢する。

【００３４】ここで、例えば、渦電流式変位センサ２３
ａ，２３ｂ，２４ａおよび２４ｂと母材１ａ，１ｂのｘ
方向距離が５mmであるとともに、渦電流式変位センサ２
３ａと２４ａの中心位置が図３で開先中心Ｌｖ上にある
（図３においてはこの時の各センサ対のｚ方向の位置を
基準点０mmとして示す）とすれば、第１および第３渦電
流式変位センサ２３ａ，２４ａに接続したギャップ検出
回路３１ａ，３１ｂは１．５Ｖの電圧を出力する。第２
および第４渦電流式変位センサ２３ｂ，２４ｂに接続さ
れたギャップ検出回路３１ｃ，３１ｄは０．５Ｖの電圧
を出力する。

【００３５】差動増幅器ＡｄＡ１は、ギャップ検出回路
３１ａの出力１．５Ｖからギャップ検出回路３１ｃの出
力０．５Ｖを差し引いた、１．０Ｖを出力し、同様に、
差動増幅器ＡｄＡ２は１．０Ｖを出力する。従って、差
動増幅器３２ａの出力は０Ｖで、これはセンサ２３ａ，
２３ｂが開先中心Ｌｖに整合している（センサ２３ａ，
２３ｂの中間点がＬｖ上にある）ことを意味し、モ−タ
ドライバ３３はモ−タＭｓを駆動しない。このとき、加
算器３２ｂの出力は２．０Ｖ（開先幅を表わす）であ
る。

【００３６】しかし、渦電流式変位センサ２３ａ，２３
ｂ，２４ａおよび２４ｂと母材１ａ，１ｂのｘ方向距離
が５mmであり、渦電流式変位センサ２３ａと２４ａの中
心位置が図３で開先中心Ｌｖよりもｚ方向で下方（図３
で右方に５mm）にずれると、第１および第３渦電流式変
位センサ２３ａ，２４ａに接続したギャップ検出回路３
１ａ，３１ｂは２．０Ｖおよび１．０Ｖの電圧を出力す
る。第２および第４渦電流式変位センサ２３ｂ，２４ｂ
に接続されたギャップ検出回路３１ｃ，３１ｄは０．５
Ｖの電圧を出力する。

【００３７】差動増幅器ＡｄＡ１は、ギャップ検出回路
３１ａの出力２．０Ｖからギャップ検出回路３１ｃの出
力０．５Ｖを差し引いた、１．５Ｖを出力し、差動増幅
器ＡｄＡ２は１．０−０．５＝０．５Ｖを出力する。従
って、差動増幅器３２ａの出力は＋０．５Ｖで、これは
センサ２３ａ，２３ｂが開先中心Ｌｖから、図３で右方
にずれていることを意味し、モ−タドライバ３３がモ−
タＭｓを正転駆動して、キャリッジ１７（センサ２３ａ
等）を図３で左方に駆動する。このとき、加算器３２ｂ
の出力は２．０Ｖ（開先幅を表わす）である。差動増幅
器３２ａの出力が０Ｖになるとモ−タＭｓの駆動が止ま
る。

【００３８】渦電流式変位センサ２３ａと２４ａの中心
位置が図３で開先中心Ｌｖよりもｚ方向で上方（図３で
左方）にずれているときには、差動増幅器３２ａの出力
は負となり、これはセンサ２３ａ，２３ｂが開先中心Ｌ
ｖから、図３で左方にずれていることを意味し、モ−タ
ドライバ３３がモ−タＭｓを逆転駆動して、キャリッジ
１７（センサ２３ａ等）を図３で右方に駆動する。差動
増幅器３２ａの出力が０Ｖになるとモ−タＭｓの駆動が
止まる。

【００３９】このような倣い制御により、時系列平均で
は、第１センサ対（２３ａ＋２３ｂ）と第２センサ対
（２４ａ＋２４ｂ）の中心位置（２３ａと２４ａの中間
点）が開先２の中心に整合する。

【００４０】加算器３２ｂは、差動増幅器ＡｄＡ１の出
力信号のレベルに差動増幅器ＡｄＡ２の出力信号のレベ
ルを加算したレベルを表わす和信号（開先幅）を揺動コ
ントロ−ラ３５に与える。揺動コントロ−ラ３５は、走
行モ−タＭｃに結合されたロ−タリ−エンコ−ダＲｅ
が、走行台１０のｙ方向所定短距離ｄの移動毎に１パル
ス発生する走行同期パルスに同期して和信号をシフトレ
ジスタに入力し、該シフトレジスタの出力に対応する振
り幅を設定し、ト−チ４の揺動位置が振り幅の下端値に
合致したときには揺動モ−タ３６を逆転（ト−チ４がｚ
方向で下方に移動）から正転（ト−チ４がｚ方向で上方
に移動）に切換え、ト−チ４の揺動位置が振り幅の上端
値に合致したときには揺動モ−タ３６を正転（ト−チ４
がｚ方向で上方に移動）から逆転（ト−チ４がｚ方向で
下方に移動）に切換える。シフトレジスタのシフト段数
ｎは、渦電流変位センサ２３ａと２４ａのｙ方向中間点
（ねじ棒１９の位置）からト−チ４の溶接ワイヤ３まで
のｙ方向距離をＤｙとすると、ｎ＝Ｄｙ／ｄに設定され
ているので、ある時点（例えば図１に示す位置）でシフ
トレジスタに入力した、差動増幅器ＡｄＡ１の出力信号
のレベルに差動増幅器ＡｄＡ２の出力信号のレベルを加
算したレベルを表わす和信号は、それから走行台１０が
Ｄｙ分進行したときにシフトレジスタから出力され、こ
の出力に基づいて、それが大きい（開先幅が広い）とき
にはト−チ４の揺動幅が広く更新設定され、小さい（開
先幅が狭い）ときには揺動幅が狭く更新設定される。こ
のようにシフトレジスタは、走行方向ｙの渦電流式変位
センサ２３ａ，２３ｂ，２４ａおよび２４ｂと溶接ト−
チ４との位置差Ｄｙ分の遅延を与えるものである。以上
のように、溶接ト−チ４の揺動幅は、開先幅（和信号）
に比例した値に自動的に調整される。

【００４１】加算器３２ｂが出力する和信号はまた走行
コントロ−ラ３７にも与えられる。走行コントロ−ラ３
７は上述の揺動コントロ−ラ３５のシフトレジスタと同
様なシフトレジスタを有し、入力した和信号をｙ方向の
Ｄｙの走行（遅延）の後に読出して、それが大きい（開
先幅が広い）ときには走行台１０（ト−チ４）をｙ方向
に駆動する溶接走行モ−タＭｃの速度を下げ、小さい
（開先幅が狭い）ときには走行モ−タＭｃの速度を上げ
る。これにより、溶接ト−チ４のｙ方向移動速度（溶接
速度Ｖｙ）は、開先幅（和信号）に逆比例した値に自動
的に調整される。すでに説明したように、差動増幅器３
２ａが出力する差信号を用いた倣いモ−タＭｓの、モ−
タドライバ３３によるＰＩＤ倣い制御により、時系列平
均では、第１センサ対（２３ａ＋２３ｂ）と第２センサ
対（２４ａ＋２４ｂ）の中心位置（２３ａと２４ａの中
間点）が開先２の中心に整合するが、リニアポテンショ
メ−タ１４が、渦電流式変位センサ２３ａ，２４ａの中
間点の、時々刻々のｚ方向位置を表わすセンサ位置信号
を発生する。また、リニアポテンショメ−タ１３が、ト
−チ揺動機構６（中心合せ用キャリッジ８）のｚ方向位
置すなわちト−チ４の揺動中心のｚ方向位置を表わすト
−チ位置信号を発生する。これらのセンサ位置信号およ
びト−チ位置信号が追従駆動回路３４に与えられる。追
従駆動回路３４は、その内部において、差動増幅器によ
り両信号の差を表わす信号（エラ−信号）を発生し、該
エラ−信号を、上述の揺動コントロ−ラ３５のシフトレ
ジスタと同様なシフトレジスタにより、ｙ方向のＤｙの
走行分遅延した後、ＰＩＤ制御の入力として、ＰＩＤ制
御出力を演算して中心合せ用モ−タＭｆに出力する。こ
のＰＩＤ制御により、リニアポテンショメ−タ１４のセ
ンサ位置信号が表わす位置を目標値とし、リニアポテン
ショメ−タ１３のト−チ位置信号をフィ−ドバック値と
した位置決め制御、しかもリニアポテンショメ−タ１４
のセンサ位置信号はｙ方向Ｄｙ分の走行対応の遅延をし
てから目標値として使用する位置決め制御が行なわれ、
ト−チ４の揺動中心位置（ｚ方向位置）が、ｙ方向にＤ
ｙ分走行する前の、渦電流式変位センサ２３ａ，２４ａ
のｚ方向中心位置に位置決めされる。すなわち第１セン
サ対（２３ａ＋２３ｂ）と第２センサ対（２４ａ＋２４
ｂ）によって検知した開先中心（Ｌｃ：図１）に、ト−
チ４の揺動中心が位置決めされる。

【００４２】なお、上述の実施例では、中心合せ用キャ
リッジ８とセンサキャリッジ１７とを別体としてそれぞ
れをｚ方向に倣い駆動するようにしている。これは、搭
載物を含めてそれぞれのキャリッジの重量を小さくして
運動慣性力を小さくして倣い精度を高く確保するためで
ある。また上述の実施例では、揺動コントロ−ラ３５，
走行コントロ−ラ３７および追従駆動回路３４におい
て、入力信号にｙ方向Ｄｙ走行分の遅延を与えている。
これは、ｙ方向で、開先検出位置（センサ位置）とト−
チ位置とにＤｙの位置ずれがあるので、その間の開先位
置，幅等の変化によるト−チの倣いずれを防止するため
である。このように中心合せ用キャリッジ８とセンサキ
ャリッジ１７を分離しそれぞれを倣い駆動するので、走
行台１０も、中心合せ用キャリッジ８搭載用とセンサキ
ャリッジ１７搭載用の２つに分離し、ｙ方向駆動機構
（３７，３８，Ｍｃ，Ｒｅ）を２組としてもよい。これ
らの実施例および変形例は、搭載物を含めて中心合せ用
キャリッジ８とセンサキャリッジ１７が、特にト−チを
搭載する中心合せ用キャリッジ８が、比較的に高重量と
なる場合に高い精度の倣い制御を行なうのに適する。

【００４３】逆に、中心合せ用キャリッジ８とセンサキ
ャリッジ１７を一体（１個）にしてもよい。この場合に
は、ｚ方向駆動機構（９，１１，Ｍｆ／１５，１６，Ｍ
ｓ）が一組となり、しかもポテンショメ−タ１３，１４
および追従駆動回路３４が省略となる。この場合、セン
サとト−チ（の揺動中心）が同時にｚ方向に移動するの
で、ｙ方向で、開先検出位置（センサ位置）とト−チ位
置とにＤｙの位置ずれを生ずるが、例えばＤｙは５０ｍ
ｍ以上３００ｍｍ以下とすることができ、その分の位置
ずれＤｙでの開先位置等の変動は小さいので、実用に供
しうる。この変形例は、搭載物を含めて中心合せ用キャ
リッジ８とセンサキャリッジ１７が、特にト−チを搭載
する中心合せ用キャリッジ８が、比較的に低重量となる
小型の場合に適する。

【００４４】本発明では渦電流式変位センサを用い、該
センサは微小ギャップ変動の検出精度が高いので、溶接
対象材（母材）が薄い場合でも、開先位置検出精度が高
くしたがって開先倣い精度が高い。また、渦電流式変位
センサは小型かつ堅牢であり、しかもその信号処理が比
較的に簡単であるので、開先位置検出のための装備が比
較的に小型，堅牢かつ低コストとなる。

【００４５】しかも、４個のセンサはそれぞれ２個づつ
の２組の対をなし、開先に対して対称である。各センサ
対は、一方のセンサ（２３ａ，２４ａ）で検知した開先
との距離をもう一方のセンサ（２３ｂ，２４ｂ）で検知
した母材とセンサとの距離で補正しているので、距離の
変動に関係することなく、また開先を置いて相対向する
２母材の板厚差に関係することなく開先中心位置を検知
することができ、倣いローラは省略しうる。つまり、母
材の表面の凹凸にも、母材板厚にも影響されることなく
安定した高精度で開先倣いを行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を一態様で実施する倣い機構の底面図
である。

【図２】 図１に示す倣い機構に結合された電気回路系
を示すブロック図である。

【図３】 図１に示す渦電流式変位センサ２３ａ，２３
ｂ，２４ａ，２４ｂと母材１ａ，１ｂとの位置関係を示
す拡大横断面図であり、センサ２３ａ，２３ｂ，２４
ａ，２４ｂに接続されたギャップ検出回路３１ａ〜３１
ｄの出力信号レベルをも示す。

【図４】 （ａ）は金属体と渦電流式変位センサの相対
位置関係を示す横断面図、（ｂ）は金属体の表面を示す
平面図である。

【図５】 （ａ）は金属体と渦電流式変位センサの相対
位置関係を示す横断面図、（ｂ）は電流式変位センサの
励磁コイルに流れる高周波電流のレベルを示すグラフで
ある。

【図６】 （ａ）は金属体と渦電流式変位センサの相対
位置関係を示す横断面図、（ｂ）は電流式変位センサの
励磁コイルに流れる高周波電流のレベルを示すグラフで
ある。

【図７】 （ａ）は金属体と渦電流式変位センサの相対
位置関係を示す横断面図、（ｂ）は電流式変位センサの
励磁コイルに流れる高周波電流のレベルを示すグラフで
ある。

【図８】 （ａ）は、開先を形成する母材に対するＴＩ
Ｇア−ク溶接ト−チの揺動態様を示す横断面図、（ｂ）
は該揺動態様における溶接電流の変化を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１：金属体 １ａ，１ｂ：母材
（溶接対象材） ２：開先 ３：溶接ワイヤ ４：溶接ト−チ ５：ト−チキャリ
ッジ ６：ト−チ揺動機構 ７：手動調整機構 ８：中心合せ用キャリッジ ９：ナット １０：走行台 １１：ねじ棒 １２：ガイドバ− １３，１４：リニ
アポテンショメ−タ １５：ねじ棒 １６：ナット １７：センサキャリッジ １９：ねじ棒 ２０：摘子 ２１，２２：ガイドバ− 23a,23b,24a,24
b：渦電流式変位センサ ２５ａ〜２５ｄ：ロ−ラ ２６：走行レ−ル ２７：ワイヤ ２８：駆動ロ−ラ Ｍｓ：開先倣い駆動モ−タ Ｍｆ：中心合せ用
モ−タ Ｍｃ：走行モ−タ Ｍｗ：揺動モ−タ ３１ａ〜３１ｄ：ギャップ検出回路 32a,AdA1,AdA2：
差動増幅器 ３２ｂ：加算器 ３３：モ−タドラ
イバ ３４：追従駆動回路 ３５：揺動コント
ロ−ラ ３６：モ−タドライバ ３７：走行コント
ロ−ラ ３８：モ−タドライバ Ｒｅ：ロ−タリエ
ンコ−ダ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】開先の延びる方向ｙに延びる開先中心線Ｌ
   ｃを挟んで第１および第２の渦電流式変位センサよりな
   る第１センサ対と、第３および第４の渦電流式変位セン
   サよりなる第２センサ対とを、該開先を形成する第１お
   よび第２の溶接対象材にそれぞれ対向させ、第１および
   第３の渦電流式変位センサは開先中心線Ｌｃに近く、第
   ２および第４の渦電流式変位センサは開先中心線Ｌｃよ
   り遠いものとし、第１と第２の渦電流式変位センサの検
   出信号の差信号と、第３と第４の渦電流式変位センサの
   検出信号の差信号とが、合致するように第１および第２
   センサ対を共に、開先幅方向ｚに同時に駆動し、第１の
   渦電流式変位センサと第３の渦電流式変位センサのｚ方
   向位置の中間点に溶接ト−チの溶接中心位置を定める開
   先倣い方法。
2. 【請求項２】第１および第２溶接対象材の間のｙ方向に
   延びる開先の中心線Ｌｃの近くに位置し第１溶接対象材
   に対向する第１の渦電流式変位センサおよび遠くに位置
   し第１溶接対象材に対向する第２の渦電流式変位センサ
   よりなる第１センサ対；中心線Ｌｃの近くに位置し第２
   溶接対象材に対向する第３の渦電流式変位センサおよび
   遠くに位置し第２溶接対象材に対向する第４の渦電流式
   変位センサよりなる第２センサ対；第１センサ対および
   第２センサ対を支持するセンサキャリッジ；センサキャ
   リッジを開先幅方向ｚに駆動するキャリッジ駆動手段；
   第１と第２の渦電流式変位センサの検出信号の差信号と
   第３と第４の渦電流式変位センサの検出信号の差信号が
   合致するように、前記キャリッジ駆動手段を往，復駆動
   付勢する付勢手段；および、 溶接ト−チを支持するト−チ支持手段；を備え、該ト−
   チ支持手段を前記センサキャリッジに連動とした開先倣
   い装置。