JPH11179544A - 溶接機の左右アーク倣い制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 第１層目の溶接においても、正確に左右アー
ク倣いを行う方法を提供する。 【解決手段】 電流値サンプリング手段２は、溶接トー
チ位置が予め定められた左右端の範囲にあるとき、溶接
電流値をサンプリングして記憶する。平均電流値算出手
段３は、溶接トーチが、機械中心を左側から右側に通過
したタイミングで、電流値サンプリング手段２に記憶さ
れていた電流値を、左端側と右端側別別に平均して平均
値を求めると共に、電流値サンプリング手段２に記憶さ
れていた値をリセットする。そして、左端側の平均電流
値と右端側の平均電流値が同一になるように指令軌跡の
オフセット量を定め、指令軌跡作成手段４に入力する。
指令軌跡作成手段４から出力される指令軌跡は、このオ
フセット量だけ中心が機械中心からずれたものになり、
溶接開先中心に一致する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接機の制御方法
に関するものであり、特に、パイプの円周方向のシーム
部を裏当金無しで溶接する場合の溶接機の制御方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】パイプの円周方向のシームを自動で溶接
する溶接機の構成の例を図３に示す。図３において、パ
ーソナルコンピュータ２１は、自動溶接のためのＣＡＤ
データを作成するためのものであり、作成されたデータ
はフレキシブルディスク２１ａに記録される。制御装置
２２は、自動溶接の実質的な制御（電源及び溶接トーチ
位置等の制御）を行うためのものであり、フレキシブル
ディスク２１ａからＣＡＤデータを読み込む。そして、
制御装置２２は、この読み込んだデータを用いて実際の
溶接条件を設定し、設定された条件に対応して、ロジッ
クテーブルに予め記録されたデータにより各種溶接パラ
メータを設定する。

【０００３】さらに、この制御装置２２では、設定され
た溶接パラメータを実際の溶接の制御に用いるＮＣ言語
に変換し、変換した言語を制御データとして制御テーブ
ルの形で内部のメモリに記録する。そのメモリに記録さ
れた制御データを用いて、電源装置２３、及び溶接ヘッ
ド２４を駆動制御すると共に、パルス電圧波形及びパル
ス電流波形の計測・解析値を用いてアーク倣い関連補正
を行う構成となっている。なお、制御装置２２の主な制
御項目は、溶接ヘッド２４の溶接の電圧、電流、及び溶
接ヘッド２４に搭載された溶接トーチ２７の、パイプ開
先３０に対するウィービング、溶接ヘッド２４の移動速
度等である。

【０００４】溶接ヘッド２４は、電源装置２３と送電ケ
ーブル２８で接続され、パイプ外周に巻き付けられたガ
イドレール２９上に、円周方向に移動可能に装着され
る。溶接ヘッド２４には、溶接トーチ２７に対して溶接
ワイヤを供給するワイヤ供給部２６が搭載されている。

【０００５】図４に、制御装置２２、電源装置２３、溶
接ヘッド２４、パイプ２５間の電気的な接続関係を示
す。図から分かるように、電源装置２３からは、送電ケ
ーブル２８を介して、溶接ヘッド２４のワイヤ３１とパ
イプ２５との間にパルス溶接電圧が印加されるようにな
っている。これにより、ワイヤ３１とパイプ２５表面と
の間にアークが発生する。ワイヤ３１は一定速度で送ら
れ、アークにより溶かされて溶着金属となり、パイプ開
先３０内で固まり、母材を構成する。

【０００６】図５に、溶接ヘッド２４の詳細図を示す。
溶接ヘッド２４は、パイプ外周上の位置（時分で示す）
Ｘ軸、溶接トーチ２７のウィービングの開先部幅方向
（パイプ軸方向）Ｙ軸、及び溶接高さ方向（パイプ半径
方向）Ｚ軸、及び溶接トーチ旋回軸の各軸についてサー
ボ機構を備え、これら４軸は制御装置２２により制御さ
れている。ウィービングは２次元ウィービングである。
即ち、溶接トーチ２７を溶接進行方向（Ｘ軸）に対して
直交するＹ軸方向及びＺ軸方向に、開先部に沿って移動
させている。

【０００７】溶接を自動で行うために、いろいろな自動
制御が行われている。その代表的なものを以下に示す。

【０００８】＜溶接速度制御＞溶接ヘッド２４のパイプ
円周方向（Ｘ軸方向）への進行速度が、プリセットされ
た値になるように制御を行う。具体的には、Ｘ軸方向駆
動モータの速度を、プリセット値に制御する。

【０００９】＜上下アーク倣い＞上下アーク倣いは、指
令電流値と計測した電流値が一致するように、溶接トー
チ２７の上下方向位置を補正するものである。電流値が
指令電流値よりも高くなったときは、溶接トーチ２７が
低すぎてワイヤ突き出し長さが短くなっているものと判
断し、溶接トーチ２７を上げる。逆に、電流値が指令電
流値よりも低くなったときは、溶接トーチ２７が高すぎ
てワイヤ突き出し長さが長くなっているものと判断し、
溶接トーチ２７を下げる。

【００１０】＜アーク電圧調整（アーク長補正）＞アー
ク電圧調整は、溶接作業時の環境条件によるアーク電圧
の変動を吸収するために、アーク電圧を自動調整するも
のである。具体的には、アークショート時間率が設定さ
れた値となるように電圧指令を調整する。アークショー
トとは、溶接ワイヤと母材や溶融金属との間隔が短くな
りすぎて、両者の間に短絡（ショートが生じた状態のこ
とである。

【００１１】＜左右アーク倣い＞左右アーク倣いは、溶
接トーチ２７のウィービング中心が正確にパイプ開先３
０中心を通るようにするものであり、左右電流値が均等
になるように溶接トーチ２７中心位置をずらす制御を行
うものである。ウィービングの中心がパイプ開先３０中
心に対してずれると、左右端で開先壁との間隔が異な
り、これにより左右端での電流値が異なるようになる。
よって、この電流値の差を検出することにより、ウィー
ビングの中心のずれを検出することができる。従って、
左右端での電流値の差を無くすようにウィービングの中
心位置を調整する。

【００１２】図６に、ウィービングの指令軌跡と実際の
溶接トーチの移動の軌跡（サーボ軌跡）とを対比して示
す。図の横軸は時間、縦軸はＹ軸方向位置を示す。図６
から分かるように、溶接トーチの移動指令に対するサー
ボ機構の応答の遅延に起因して、サーボ軌跡は指令軌跡
に遅れて追従すると共に、振幅も指令軌跡より小さくな
っている。

【００１３】左右アーク倣い制御においては、電流値の
サンプリングを、図６において、サーボ軌跡が左右端に
おいてハッチングを施した部分にある時に行っている。
そして、その平均値は、指令軌跡が左側から右側にゼロ
クロスしてから次に同様にゼロクロスするまでの期間を
１周期として、１周期毎に算出している。よって、図に
おいて黒く塗りつぶされた部分で１周期分のサンプリン
グが行われている。図６においては、この１周期の間
に、左右で同じように電流値のサンプリングが行われて
いるので、このサンプリングされた電流値の平均値を用
いて、正常に左右アーク倣い制御が行われる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、第１層目の
溶接においては、開先の間が狭いため、電流値のサンプ
リング区間を、図６に示したより中央側に広げないと、
十分なサンプル数が確保できないという問題点がある。
従って、この場合には、電流値がサンプリングされる区
間が、図７におけるハッチング部分のように広がってし
まう。即ち、図７において、サーボ軌跡が左右端におい
てハッチングを施した部分にあるとき、即ち黒く塗りつ
ぶされた部分で電流値のサンプリングを行っている。

【００１５】この場合、右側では１周期内で連続した区
間でサンプリングが行われているが、左側では、サンプ
リング区間がＡ部とＢ部の２つに別れてしまっている。
定常状態であって、図７においてＡ部と、Ｂ部に続くサ
ンプリング区間であるＣ部が同一であれば、このような
状態でも問題はないが、非定常状態ではこのようなこと
はなく、本来Ｂ部＋Ｃ部で左側の平均電流を計算しなけ
ればならないのに、Ａ部＋Ｂ部で計算することになる結
果、平均電流に誤差が発生し、左右アーク倣い制御に誤
差が発生するという問題点があった。

【００１６】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、第１層目の溶接においても、正確に
左右アーク倣いを行う方法を提供することを課題とす
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記課題は、溶接の進行
方向に対して左右に溶接トーチをウィービングさせ、左
右端での溶接電流値が同じになるようにウィービング中
心を制御する溶接機の左右アーク倣い制御方法であっ
て、溶接電流値の平均値の計算を、溶接トーチの位置が
機械的中心を所定方向に横切る時点で行うことを特徴と
する溶接機の左右アーク倣い制御方法（請求項１）によ
り解決される。

【００１８】この手段によれば、溶接電流値の平均値の
計算が、実際の溶接トーチの動きに同期して行われるの
で、サーボ軌跡が指令軌跡に対して応答遅れを有する場
合であっても、前述のような問題点は発生しない。即
ち、図１に示すように、平均値の計算は、例えばサーボ
軌跡が左から右へ機械中心を通過するタイミングで行わ
れるので、図に示されている期間が１周期となる。よっ
て、サンプリング区間が中央近くまで広がっても、黒く
塗りつぶされた部分でサンプリングが行われ、図８にお
けるように計算の対象となるサンプリング区間が２つに
別れるということがなくなる。よって、正確な左右アー
ク倣いが実現できる。

【００１９】また、前記課題は、溶接の進行方向に対し
て左右に溶接トーチをウィービングさせ、左右端での溶
接電流値が同じになるようにウィービング中心を制御す
る溶接機の左右アーク倣い制御方法であって、左側にお
ける溶接電流値の平均値の計算を、溶接トーチの位置が
機械的中心を左側から右側へ横切る時点で行い、右側に
おける溶接電流値の平均値の計算を、溶接トーチの位置
が機械的中心を右側から左側へ横切る時点で行ことを特
徴とする溶接機の左右アーク倣い制御方法（請求項２に
よっても解決される。

【００２０】この手段によっても、前記第1の手段と同
じように、溶接電流値の平均値の計算が、実際の溶接ト
ーチの動きに同期して行われるので、サーボ軌跡が指令
軌跡に対して応答遅れを有する場合であっても、前述の
ような問題点は発生しない。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図２
を用いて説明する。図２において、１は溶接電流検出
器、２は電流値サンプリング手段、３は平均電流値算出
手段、４は指令軌跡作成手段、５はＹ軸サーボ機構、６
はＹ軸駆動モータ、７はＹ軸位置検出器である。

【００２２】指令軌跡作成手段４によって指令軌跡が作
成され、指令値としてＹ軸サーボ機構５に与えられる。
Ｙ軸サーボ機構５はこの指令に従ってＹ軸駆動モータ６
を制御する。Ｙ軸駆動モータの回転位置（溶接トーチの
Ｙ軸方向位置）は、Ｙ軸位置検出器７により検出され、
Ｙ軸サーボ機構５にフィードバックされると共に、電流
サンプリング手段２、平均電流値算出手段３に入力され
る。

【００２３】電流値サンプリング手段２は、溶接トーチ
位置が予め定められた左右端の範囲にあるとき、溶接電
流値をサンプリングして記憶する。溶接電流はパルス状
であるので、サンプリングの前にフィルタを介して平滑
化した値を取り込む。平均電流値算出手段３は、溶接ト
ーチが、機械中心を左側から右側に通過したタイミング
で、電流値サンプリング手段２に記憶されていた電流値
を、左端側と右端側別別に平均して平均値を求めると共
に、電流値サンプリング手段２に記憶されていた値をリ
セットする。そして、左端側の平均電流値と右端側の平
均電流値が同一になるように指令軌跡のオフセット量を
定め、指令軌跡作成手段４に入力する。指令軌跡作成手
段４から出力される指令軌跡は、このオフセット量だけ
中心が機械中心からずれたものになり、溶接開先中心に
一致する。

【００２４】この実施の形態によれば、溶接電流がサン
プリングされるタイミングは、図１において黒く塗りつ
ぶされたタイミングとなり、サンプリングタイミングが
２つに分かれることがなくなるので、正確な左右アーク
倣いが行われる。

【００２５】本発明の第２の実施の形態においては、図
1において、サーボ軌跡が機械中心を左側から右側に横
切るときに、左側の溶接電流の平均値を計算し、サーボ
軌跡が機械中心を右側から左側に横切るときに右側の溶
接電流の平均値を計算する。この実施の形態において
も、溶接電流がサンプリングされるタイミングは、図１
において黒く塗りつぶされたタイミングとなり、サンプ
リングタイミングが２つに分かれることがなくなるの
で、正確な左右アーク倣いが行われる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、溶接電流値の平均値の計算を、溶接トーチの位置が
機械的中心を所定方向に横切る時点で行う溶接電流値の
平均値の計算を、溶接トーチの位置が機械的中心を所定
方向に横切る時点で行っているので、第１層目の溶接に
おいても、正確に左右アーク倣いを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における溶接電流サンプリ
ング区間を説明する図である。

【図２】本発明の実施の形態の例を示すブロック図であ
る。

【図３】自動溶接機の構成の例を示す図である。

【図４】自動溶接機の電気的な接続関係を示す図であ
る。

【図５】溶接ヘッドの詳細を示す図である。

【図６】従来例における溶接電流サンプリング区間を説
明する図である。

【図７】従来例における溶接電流サンプリング区間を説
明する図である。

【符号の説明】

１ 溶接電流検出器 ２ 電流値サンプリング手段 ３ 平均電流値算出手段 ４ 指令軌跡作成手段 ５ Ｙ軸サーボ機構 ６ Ｙ軸駆動モータ ７ Ｙ軸位置検出器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接の進行方向に対して左右に溶接トー
   チをウィービングさせ、左右端での溶接電流値が同じに
   なるようにウィービング中心を制御する溶接機の左右ア
   ーク倣い制御方法であって、溶接電流値の平均値の計算
   を、溶接トーチの位置が機械的中心を所定方向に横切る
   時点で行うことを特徴とする溶接機の左右アーク倣い制
   御方法。
2. 【請求項２】 溶接の進行方向に対して左右に溶接トー
   チをウィービングさせ、左右端での溶接電流値が同じに
   なるようにウィービング中心を制御する溶接機の左右ア
   ーク倣い制御方法であって、左側における溶接電流値の
   平均値の計算を、溶接トーチの位置が機械的中心を左側
   から右側へ横切る時点で行い、右側における溶接電流値
   の平均値の計算を、溶接トーチの位置が機械的中心を右
   側から左側へ横切る時点で行ことを特徴とする溶接機の
   左右アーク倣い制御方法。