JPS60210366A - 溶接機の自動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）技術分野 本発明は、溶接機の自動制御装置面に関するものである
。

（ロ）従来技術 溶接部の形状に沿って溶接トーチを自動的に走行させて
溶接を行なう場合、溶接部を検出するために１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、磁気等め物理現
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ヌは電流の変化を
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１図に溶接電流
の変化を利用して溶接部の検出を行なう場合の溶接トー
チ及び溶接部を示す。被溶接物１０及び１２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１
６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１４の溶接を行なう。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（紙面に平行な面）内で揺動させられる。溶接中
の溶接電流の測定を行ない、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。こうすることによって溶接トー
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ｌＯ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。

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、これに沿って精度よ
く自動的に溶接を行なうことは困難であった。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
には溶接電流は例えば第２図に示すように極めて複雑に
変化し、揺動終点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。従って、第１図に示すよう
な溶接トーチ１６を真」二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においては、上記のよ
うな従来の方法によっても自動溶接を行なうことができ
るか、上記特定の溶接条件以外の場合には溶接１・−チ
１６を確実に溶接部１４に沿わせて移動させることが困
難であった。

（ハ）発明の目的 本発明は、溶滴の落下、ワイヤの曲り、ワイヤ送給速度
の変動、仮付部の有無等の条件の変化にｇ＃饗されるこ
となく、確実に溶接部を検出して自動的に溶接を行なう
ことができる溶接機の自動制御装置を得ることを目的と
している。

（ニ）発明の構成 本発明は、溶接トーチを所定周波数で揺動させたときの
−ｆ８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目的を達成する。すな
わち、本発明による溶接機の自動制御装置は、溶接トー
チと、溶接トーチを揺動させる揺動装置と、揺動装置を
溶接トーチの揺動方向に移動可能な横方向移動装置と、
揺動装置を溶接トーチの揺動面と直交する方向に移動可
能な縦方向移動装置と、溶接トーチにワイヤを送給する
ワイヤ送給装置と、ワイヤに溶接電流を供給する溶接電
源と、を有する溶接機に適用されるものであり、第９図
に示すように、溶接電源の電流を検出する電流検出器と
、溶接トーチが所定の揺動位置にあるときに信号を出力
する揺動位置検出器と、電流検出器及び揺動位置検出器
からの信号に基づいて溶接電流を所定時間毎に測定し溶
接トーチの揺動周期と一致する周波数成分又はその高調
波成分を抽出する周波数成分抽出手段と、周波数成分抽
出手段の出力値に応じて横方向移動装置を所定方向へ所
定量作動させる信号を発生する作動指令手段と、を有し
ている。

上記のような構成によって、溶接トーチの位置ずれが検
出可能であるのは次のような原理による。すなわち、溶
接電流の周波数成分のうち溶接トーチの揺動周波数と同
一の周波数成分の大きさは、溶接トーチの溶接部からの
位置ずれの大きさに応じて変化する。一方、溶滴の落下
、ワイヤの曲り、ワイヤ送給速度の変動、板付部の有無
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、従って、溶接トーチの揺動周波数と同一の周波
数成分又はその高調波成分のみを検出し、その大きさが
小さくなるように溶接トーチを移動すれば、上記のよう
な溶接条件の変動によっ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。なお、溶
接トーチの移動方向は溶接トーチの揺動に対する周：＊
ａ酸成分位相の正逆を利用して決定する。

（ホ）実施例 以下、本発明の実施例を添付図面の第３〜８図に基づい
て説明する。

第３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によって摺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
Ｍ２８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３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２８
ａ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テ
キる。モータ２８ａ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３
６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である。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４
０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によって溶接電源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は例えばホール素子を利用した磁気的電
流検出器又はシャント抵抗器であり、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、ｌ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、例えば溶接トーチ２０と連動するスリット機構
及び光電スイッチによっ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を出力することができる。制御装置５６の構
成を第４図にブロック図として示す。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６
０からの信号６４が入力される。制御装置５６は、ＡＤ
変換器７０、マイクロプロセッサ７２、記憶器７４、及
び駆動信号出力部７６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８ρに変換する。マイクロプロセッ
サ（中央処理装置ＣＰＵ）７２は、記憶器７４に格納し
で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ない、後述のような機能を達成
する。記憶器７４にはマイクロプロセッサ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れ
る。駆動信号出力部７６１１、マイクロプロセッサ７２
からの信号８２に応してモータ２８ａを所定量だけ所定
方向に駆動するパルス信号６６を出力する。

次にこの実施例の作用について説明する。第３及び４図
に示す装置により次のようにして溶接が行なわれる。溶
接トーチ２０は、揺動装置２２によって紙面に平行な平
面内で揺動しつつ走行台３８によって紙面に直交する方
向に移動し、第５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の真上を通過するように
、制御装置５６からの信号６６によってモータ２８ａが
回転し、溶接トーチ２０は水平方向に移動される。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図に示すフローチャートの手順に従ってモータ２８ａ
に出力する信号６６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、＃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くステップ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（ステップ１０４）、次
いで、微小時間ΔＴ（例えば、揺動周期のｌ／１００の
時間）のアイドル時間を置いて（ステップ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く
ステフプ１０８）、揺動中心位置に復帰していない場合
にはステ、プ１０４にもどって微小時間ΔＴ後の１４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から信号６４がオンとなるまで）繰り返される。す
なわち、ｌ揺動周期間に信号８０が６１時間毎に１００
回測定され、データＡ、、Ａｚ・・・Ａ、として記憶さ
れる。ｌ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・ンプ１１０に進み、次式にフ卜す＠
算を行なう。

ｓ＝　Ｈ＝（Ａｉ　＊　ｓ　ｔ　ｎ　（２πｉ／Ｎ）　
）Ａｔ・・・信号８０の測定データ Ｎ・・・中Ａｉのデータ数 （」二側ではＮ＝　ｌ　ＯＯ） この演算結果Ｓは、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
致する周波数成分のみを抽出したものとなっている。従
、って、Ｓの値の大きさは溶接１・−チ２０の揺動周波
数の周波数成分の大きさに略比例し、またＳ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
。すなわち、］二記演算によって溶接電流中に含まれる
多くの周波数成分のうち溶接トーチ２０の揺動周期と同
一の周波数成分及び位相の正逆が算出される。この関係
を図面によって示すと第５〜７図に示すようになる。す
なわち、第５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、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２とすれば、Ｘと２との関係
は第６図に示すようになる。すなわち、Ｘの絶対値の増
大に伴なって２の伯も増大する。また、第７図に示すよ
うに、溶接トーチ２０のずれの方向（すなわち、Ｘの値
の正負）に応じて位相が逆転する。これによって溶接ト
ーチ２０のずれの方向を検知することかできる。」−記
のようなＳの値に基づいて、Ｓの値に比例した作動指令
信号りが演算される（ステップ１１２）。ここで比例係
数は、使用するモータ２８ａの回転特性によって異なる
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か増す傾向を考慮して適宜決定
される。この作動指令信号りが信号８２として駆動信号
出力部７６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（ステップ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。従って、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
が調節されることとなる。なお、本実施例のフローチャ
ート（第８図）は、ステップｌ１０→１１４が、ステフ
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、ステップ１０４→１０
８の実行と、ステップ１１０．１１４の実行とを同時に
並行して行なうし−わゆる並列処理を行なえば上記前提
は不要である。

上記のような制御装置１ｆ５６の作用によって溶接トー
チ２０は、常に溶接部４６の真上に位置するように制御
される。例えば、溶接トーチ２ｏの位置が溶接部４６の
真上位置からずれた場合、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６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２ｏは溶接Ｐ１４６の
真上位置に移動される。溶接トーチ２゜が溶接部４６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４６の真上に保持され、走行台３８の移
動によって溶接が行なわれる。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、ワイヤの溶は
方の不均一、板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。従って、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の真上に保持さ
れる。

なお、上記実施例では溶接トーチの揺動周期と同一の周
波数成分を検出するようにしたが、この周波数の２倍、
４倍等の高調波成分を検出することによっても同一の作
用・効果を得ることができる。

また、上記実施例では、揺動装置２２の位置はパルスモ
ータによって制御するようにしたが、例えばポテンショ
メータを用いて揺動装置２２の移動量を検出し、このフ
ィードバック信号とマイクロプロセッサ７２からの信号
８２とを駆動信号出力部（例えばサーボアンプ）に入力
し、これによってモータ（サーボモータ）を駆動するよ
うにしてもよい。

（へ）発明の詳細 な説明してきたように、本発明による自動溶接装置は、
溶接電流を検出する電流検出器と、溶接トーチが所定の
揺動位置にあるときに信号を出力する揺動位置検出器と
、電流検出器及び揺動位置検出器からの信号に基づいて
溶接電流を所定時間毎に測定し溶接トーチの揺動周期と
一致する周波数成分又はその高調波成分を抽出する周波
数成分抽出手段と、周波数成分抽出手段の出力値に応し
て横方向移動装置を所定方向へ所定量作動させる信号を
発生する作動指令手段と、を有するので、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
の溶は方の不均一、仮利部の有無等に影響されることな
く、溶接部に沿っ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って
も所望どおり確実にアーク溶接を行なうことかできる。

【図面の簡単な説明】

第１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２図は揺動位置に対する溶接電流の変化を示
す線図、第３図は本発明を適用する溶接機を示す図Ｊ第
４図は本発明による自動制御装置をブロック図として示
す図、第５図は位置ずれした状態の溶接トーチを示す図
、第６図は位置ずれ量と周波数成分電流値との関係を示
す線図、第７図は位置すれと位相との関係を示す線図、
第８図は制御装置のフローチャートを示す図、第９図は
本発明の各構成要素間の関係を示す図である。 ２０争・・溶接トーチ、２２−・・揺動装置、２４・・
嶋ワイヤ送給装置、°２６Φ・・ワイヤ、２８・・・横
方向移動装置、２８ａｅ　＝・モータ、３０・Φ・支持
部材、３２・−φフレーム、３４．３６・・・軸受、３
８・・・走行台、４０．４２・・・被溶接部材、４４・
・・台、４６・・ｅ溶接部、４７．４８Φ・佛給電線、
５０・・・溶接電源、５２・・・電流検出器、５４，６
４．６６・・・信号、５６・・・制御装置、６０・・・
揺動位置検出器、７０・・・ＡＤ変換器。 ７２・・・マイクロプロセッサ、７４・・・記憶器、７
６・・・駆動信号出力部、８０．８２・・・信号。 特許出願人　株式会社日木製鋼所 代理人　弁　理　士　宮　内　利　行 第１日 第２図 揺動位置 第３図 第４図 ６ Ｌ、、　、　、　」

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 溶接トーチと、溶接トーチを揺動させる揺動装置と、拝
   動装鎖を溶接トーチの揺動方向に移動＝ｒ能な横方向移
   動装置と　揺動装置を溶接トーチの揺動面と直交する方
   向に移動可能な縦方向移動装置と、溶接トーチにワイヤ
   を送給するワイヤ送給装置と、ワイヤに溶接電流を供給
   する溶接電源と、を有する溶接機の自動制御装置におい
   て、溶接電流を検出する電流検出器と、溶接！・−チが
   所定の揺動位置にあるときに信号を出力する揺動位置検
   出器と、電流検出器及び揺動位置検出器からの信号に基
   づいて溶接電流を所定時間毎に測定し溶接トーチの揺動
   周期と一致する周波数成分又はその高調波成分を抽出す
   る周波数成分抽出手段と、周波数成分抽出手段の出力値
   に応じて横方向移動装置を所定方向へ所定量作動させる
   信号を発生する作動指令手段と、を有することを特徴と
   する溶接機の自動制御装置。