JPS63192562A - 溶接倣い制御方法及び溶接倣い制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶接トーチをウィービングさせながら溶接線
を検出し、自動倣い溶接を行う方法及びその装置に係り
、特にギャップのある溶接継手に好適な溶接倣い制御方
法とその装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の装置のようなウィービング時のアーク特
性を利用した倣い制御装置には、ギャップ検出装置は無
く、特開昭５４−１１４４４６号公報に示されるように
、工業用テレビジョンを用い撮像したビデオ信号から溶
接線及びギャップ幅を検出する方法等が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この従来方法は、溶接線及びギャップ幅の正確な検出を
行えるようにしたものがあるが、溶接トーチ回りに特別
の検出器を必要とし、高価格となる他、スパッタ或いは
溶接粉塵からテレビカメラを保護する必要がある等実用
上問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、その
目的とするところは、低価格で実用性のあるギャップ検
出機能を具備した溶接倣い制御方法及びその装置を提供
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、トーチをウィービングさせた時の溶接電流
等電気信号の変化から溶接線を検出する方法及びその装
置において、溶接電流中の特定周波数成分のパワースペ
クトルを抽出する手段と、得られた周波数パワースペク
トルの値と予め具備されたギャップ幅との関係を記憶し
た手段とにより達成される。

本発明者はウィービング時の２〜３倍周波数成分のパワ
ースペクトルの値と被溶接物間のギャップとの関係に略
比例関係のあることを発見し、これに基づいて本発明に
至ったものである。

本願第１番目の発明は、溶接トーチをウィービングさせ
ながら自動的に溶接トーチを溶接線に追従させる溶接倣
い制御方法である。そしてウィービング時の溶接電気信
号波形の中からウィービング周波数の２〜３倍周波数成
分のパワースペクトルを抽出し、一方当該２〜３倍周波
数成分のパワースペクトルと被溶接母材間のギャップ幅
との関係を予め記憶しておき、抽出パワースペクトルと
記憶関係とからギャップ幅を算出してこの算出ギャップ
幅に応じた溶接条件の出力に基づいて倣い溶接を行う方
法である。

本願第２番目の発明は、上記本願第１番目の発明を装置
に具現化したものである。すなわちライ−ピング動作を
する溶接トーチの溶接電気信号波形を検出すると共にこ
の検出波形の中からウィービング周波数の２〜３倍周波
数成分のパワースペクトルを抽出するパワースペクトル
算出手段を備えている。一方当該２〜３倍周波数成分の
パワースペクトルと被溶接母材間のギャップ幅との関係
を予め記憶する第１の記憶手段を備え、この第１の記憶
手段及びスペクトル算出手段と電気的に接続されて両手
段のデータから溶接電気信号波形検出時（つまり現時点
での）ギャップ幅を算出するギャップ算出手段を備えて
いる。更にギャップ幅と溶接条件との関係を予め記憶す
る第２の記憶手段と、ギャップ算出手段及び第２の記憶
手段と電気的に接続されて両手段のデータから当該ギャ
ップ幅に応じた溶接条件を出力する溶接条件設定手段と
を備えており、以上の各手段を備えた溶接倣い制御装置
である。

溶接電気信号波形とは、溶接電流波形及び／または溶接
電圧波形の意味である。前者はＣＯｘ溶接やＭＡＧ溶接
等の定電圧特性を有する溶接において有効であり、後者
はＴＩＧ溶接等の定電流特性を有する溶接において有効
である。

算出ギャップ幅により出力される最適な溶接条件は、溶
接電流、溶接電圧、溶接速度、ウィービング幅若しくは
これらの組合せである。ウィービングの周波数は可変溶
接条件の中に含めない。

被溶接母材間のギャップとは、本来ならば溶接対象ワー
クが互いに隙間なく接触し溶接線を形成する場合に対し
、ワーク加工時のプレス精度或いは組み立て精度に起因
して生じる間隙を示す。従って若し、同一の溶接条件で
溶接を行った場合１、ギャップの有無或いはギャップの
幅によって適正な（溶接品質の維持）溶接を施工できな
くなる。

現状では溶接品質を確保する為、ギャップの幅は例えば
１ｍｍというように施工上限定されているのが通例であ
る。しかし、ワークの加工或いは組み立て精度をあげる
には生産ラインの高コスト化や生産効率の低下などの問
題が生じ、そのため従来よりギャップ検出器の必要性が
高まってきている。

本発明は、ギャップ幅の増加に伴い、溶接電流波形中の
ウィービング周波数の２〜３倍周波数成分のパワースペ
クトルが比例的に増大する現象を発見したことから生ま
れたものである。

〔作用〕

例えば薄板の重ね継手の溶接において、継手部材間にギ
ャップが存在する場合、そのギャップの大きさと、ウィ
ービングの２倍乃至３倍周波数成分のパワースペクトル
との間には略比例関係が成立することが本発明者の実験
で明らかになった。

ギャップが無い場合には、ウィービング時の電流波形は
下板へのウィービング端近傍で最大値、上板へのウィー
ビング端近傍で最小値を示す。これは、すみ肉の場合と
異なり、上板がアークで十分に溶接されるからである。

しかし上板と下板間にギャップが生じると、上板が十分
溶融されないままウィービングが実行されるので、上板
へのウィービング端近傍でアーク長が短かくなり電流は
増加する。そこであたかもすみ肉継手のウィービングを
行っているかの如く、ウィービングの２倍乃至３倍の周
波数成分のパワースペクトルが増大することになるもの
と推測される。

本発明においてはこの関係を予め記憶しておく手段と、
ウィービングの２倍乃至３倍周波数成分のパワースペク
トルを求める手段とによりギャップを検出するものであ
る。

尚、本発明において従来の位置ずれ検出装置（ウィービ
ング時の溶接電流または電圧等の電気信号を利用して溶
接線に対する溶接トーチのねらい位置ずれを検出する装
置）を併用することは勿論差し支えない。

また上記の説明では便宜上板の重ね継手を例にしたので
「上板」　「下板Ｊと表現しているが、本発明はワーク
（被溶接母材）の置かれている姿勢、溶接トーチの姿勢
（例えば水平隅肉溶接）若しくは溶接継手の種類（隅肉
９重ね、突き合わせ）によらず適用可能であり、要する
に本発明において求め或いは利用するギャップは被溶接
岸林間の継手部におけるギャップである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。

第１図は本発明におけるギャップ検出の原理を説明した
図であり、重ねすみ肉継手を対象例とした。第１図にお
いて被溶接部材の上板１と下板２間の重ね溶接継手にギ
ャップＧが生じた場合、溶接トーチ３をＷで示すように
ｆｏなる周波数でウィービング溶接を行うと、溶接電流
のフィルタ出力波形の周波数パワースペクトルＰにおい
て、前記ウィービング周波数ｆｏ及び２倍或いは３倍の
ウィービング周波数２ｉｏ　、３ｆｏ成分のパワースペ
クトルと前記ギャップＧとの間には夫々第２図に示した
関係がある。尚、信頼性の面で本実施例では２倍のウィ
ービング周波数成分のパワースペクトルをギャップ検出
の為に利用した。

第３図は、本発明の一実施例の溶接倣い制御装置を備え
た溶接装置の概略構成図である。

第３図において、４は溶接機、５は例えばシャント、フ
ィルタから成る溶接電流検出部、６は溶接トーチ３を保
持し、ウィービング及びトーチの駆動を行うトーチ駆動
部であり、産業用ロボット本体等も含まれる。７は例え
ばロボット本体の制御装置であり、溶接トーチ３の位置
制御を行うとともに溶接機インターフェイス８を介して
溶接機４の出力（溶接電流及び電圧）を制御する。９は
前記溶接電流検出部５からの出力信号Ｓ５０に基づき、
溶接線に対する溶接トーチ３のねらい位置ずれを検出す
る位置ずれ検出装置、１０は同様に出力信号８５０の特
定周波数成分のパワースペクトルを抽出してギャップの
有無及びギャップ幅を検出するギャップ検出装置であり
、ウィービングの２倍周波数成分のパワースペクトルと
ギャップ幅との関係Ｓｌｌを記憶した第１次記憶装置１
１と、被溶接部材の板厚に対し、任意のギャップ幅に対
応して、最適溶接条件５１２（溶接速度、溶接電流、溶
接電圧など）を記憶した第２次記憶装置を備えている。

次に本発明の溶接倣い制御装置の動作について第３図お
よび第４図を用いて説明する。

第３図において位置ずれ検出装置９は、ウィービング周
波数成分のパワースペクトルの大きさに基づいてトーチ
３のねらいずれの検出を行うものであってもよい。この
場合には、ギャップ検出装置１０も兼用できるため、本
発明の溶接倣い制御の動作については、上記兼用の場合
について説明する。

第３図においてギャップ検出装置１０は、溶接電流検出
部５からの出力信号８．５０に基づき、第４図に示すよ
うに例えばディジタル的にフーリエ変換などによりウィ
ービングの２倍周波数成分のパワースペクトルを求める
。これはハードウェアによって実行されることも含まれ
る。次に第１次記憶装置１１に予め記憶されている前記
Ｓｌｌを読み出しギャップの有無及びギャップ幅を求め
る６ギヤツプ有りを検出した場合は、求めたギャップ幅
から第２次記憶装置１２に予め記憶されている前記８１
．２を読み出し、検出したギャップ幅に最適な溶接条件
を選択し、条件変更信号Ｓ１０を制御装置７に出力する
。この場合にはトーチ位置の修正は行わない。ギャップ
無しを検出した場合には、演算されたトーチ位置修正信
号Ｓ９０を制御装置７に出力しトーチ位置の修正を行う
、尚、本発明は重ね継手を一例に実施したが、すみ内継
手の場合には、ギャップ検出のための周波数成分として
ウィービングの３倍周波数成分を利用することで適用で
きる。

本発明の実施例では溶接電流波形からウィービング周波
数の２〜３倍周波数成分のパワースペクトルを抽出して
ギャップを検出しているが、この場合は定電圧特性の電
源を用いた時に特に有効であり、他の実施例において定
電流特性の電源を用いる場合は溶接電圧から同様にウィ
ービング周波数の２〜３倍周波数成分のパワースペクト
ルを抽出することによってギャップの検出が達成できる
。

更に本実施例においてウィービング周波数の２〜３倍周
波数成分のパワースペクトルがギャップ間と略比例関係
を示す理由につき以下に説明する。

隅肉継手をウィービング溶接した場合、ウィービング波
形と溶接電流波形（ローパスフィルタを介し高域周波数
成分をカットした場合）の関係は第５図に示す如くなる
。夫々の板のウィービング端で電流値はピークとなる。

しかし、薄板（例えば板厚２１以下）の重ね継手のウィ
ービング溶接の場合は隅肉継手の場合と異なり、第６図
に示す関係が実験で得られる。

同図右側の実寸法で示すように実際には上板は溶接アー
クによって溶かされ、アークが上板内部までもぐるため
にアーク長が伸びて溶接が減少する。したがって溶接電
流波形にはウィービング周波数成分が多く含まれること
になる。またウィービング周波数成分のパワースペクト
ルは第２図に示すようにギャップ幅によらずほぼ一定値
であることが実験で知られている。これは溶接トーチが
一定のウィービング動作で運動を繰り返しており、これ
は溶接電流に直接反映されるので、ウィービング周波数
成分のパワースペクトルは極端な場合（アーク切れが多
発し溶接の続行が不可能になるくらいギャップが大きい
場合）を除き、ギャップ幅によらないことで説明できる
。

一方、第２図に示すようにウィービング周波数の２〜３
倍周波数成分のパワースペクトルは測定結果（ＦＦＴア
ナライザ）より求めると、ギャップ幅の増加に伴い、は
ぼ比例的に増大している。

このときの溶接電流の波形は第７図に示されるように近
似できる。即ち、ウィービングの動作中、ギャップの出
現によりギャップのところでアークが伸び、溶接電流は
これに伴って減少する。ギャップ幅が小さいときはウィ
ービング動作に伴うトーチ位置（ワイヤ先端のアーク点
）がギャップ位置を通過して上板に至った時、上板を溶
かすため２〜３倍周波数成分のパワースペクトルは小さ
な値を示すが、ギャップ幅が大きくなるにつれ上板が溶
けにくくなり、換言すればギャップがないときのような
上板の溶融に伴うアーク長の伸びは認められず、逆にギ
ャップ通過直後アーク長が短くなり溶接電流が増大しそ
の結果第７図に示すような溶接電流波形を呈し、そのた
め第２図のような関係になると説明できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、溶接トーチのまわ
りに特別な検出器を必要とせずに、特定の周波数成分の
パワースペクトルを溶接電流から抽出することによって
容易にギャップを検出できるので、溶接条件の制御を可
能とするため、極めて安価でかつ高性能の溶接倣い制御
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る溶接倣い制御装置の溶
接トーチ付近の拡大説明図、第２図は同実施例によるパ
ワースペクトルとギャップとの関係を示す特性図、第３
図は同実施例を用いた溶接装置の概略系統図、第４図は
同実施例の動作手順を示すフロー図、第５図は隅肉継手
をウィービング溶接した場合のウィービング波形と溶接
電流波形との関係を示す特性図、第６図は薄板重ね継手
をウィービング溶接した場合のウィービング波形と溶接
電流波形との関係を示す特性図、第７図はウィービング
とギャップ幅を変えた溶接電流波形との関係を示す特性
図である。 ３・・・溶接トーチ、５・・・溶接電流検出部、１０・
・・ギャップ検出装置、】１・・・第１次記憶装置、１
２・・・第２次記憶装置。 第　１　　図 第　２　（２）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶接トーチをウイービングさせながら自動的に該溶
   接トーチを溶接線に追従させる溶接倣い制御方法におい
   て、前記ウイービング時の溶接電気信号波形の中からウ
   イービング周波数の２〜３倍周波数成分のパワースペク
   トルを抽出し、一方当該２〜３倍周波数成分のパワース
   ペクトルと被溶接母材間のギャップ幅との関係を予め記
   憶しておき、前記抽出パワースペクトルと該記憶関係と
   からギャップ幅を算出して該算出ギャップ幅に応じた溶
   接条件の出力に基づく倣い溶接を行うことを特徴とする
   溶接倣い制御方法。 ２、ウイービング動作をする溶接トーチの溶接電気信号
   波形を検出すると共に該検出波形の中から該ウイービン
   グ周波数の２〜３倍周波数成分のパワースペクトルを抽
   出するパワースペクトル算出手段と、当該２〜３倍周波
   数成分のパワースペクトルと被溶接母材間のギャップ幅
   との関係を予め記憶する第１の記憶手段と、該第１の記
   憶手段及び前記スペクトル算出手段と電気的に接続され
   て両手段のデータから前記溶接電気信号波形検出時のギ
   ャップ幅を算出するギャップ算出手段と、前記ギャップ
   幅と溶接条件との関係を予め記憶する第２の記憶手段と
   、前記ギャップ算出手段及び該第２の記憶手段と電気的
   に接続されて両手段のデータから当該ギャップ幅に応じ
   た溶接条件を出力する溶接条件設定手段とを備えてなる
   ことを特徴とする溶接倣い制御装置。