JPH02104475A - アーク溶接電流のウイービングに依存する成分を抽出する方法 - 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、たとえば、下向きすみ肉溶接継手など各種溶
接接手に有利に実施することができるアーク溶接電流の
ウィービングに依存する成分を抽出する方法に関する。

従来の技術 第６区は、本発明が関連する技術を示すとともに、あわ
せて、先行技術を説明する。■字状の接合部１を有する
被溶接部材２には、溶接トーチ３に取付けられている溶
接棒４によってアーク溶接が行われる。被溶接部材２の
接合部１の中心位置を通る直線５は鉛直方向であり、参
照符５で示される。溶接トーチ３は、第６図（１）の右
端に示される右端位置と参照符３ａで示される左端位置
との間で、ウィービング（すなわちオシレートまたは揺
動）される、溶接トーチ３．３ａの軸線３Ｒ，３Ｌのウ
ィービングの中心線６と、接合部１の中心位置を通る直
線５に対して、第６図（１）で示されるように左方にず
れているときには、溶接トーチ３に流れるアーク溶接電
流は第７図（１）で示されるようになり、溶接トーチ３
が軸線３Ｒの軸線を有して右端位置にあるときには、小
さな値１ｒが流れ、この溶接トーチ３が軸線３して示さ
れるように左端位置３ａにあるときには、大きいアーク
溶接電流Ｉｌが流れる。こうして電流１１、ｌｒに差Δ
１１が生じる。電流Ｉｃは、溶接棒・ｌの軸線が軸線５
上にあるときの値を示す。

溶接ト・−チ３を把持してウィービングし、かつ水平面
内で接１部１の長手方向（第６図の紙面に垂直方向）に
変位させる駆動手段、たとえば産業用ロボットなどは、
この電流１ｆｆｉ、Ｉｒが等しくなるように、すなわち
差ΔＩが零となるように、溶接トーチ３を第６図（１）
の場き、右方に変位して、そのウィービングの中心線６
を、接合部１め中心位置を通る直線５に一致させる。こ
れによって第６１１１（２）で示されるように、電流１
１゜Ｎｒが等しい溶接状態となり、接合部１において高
品質の溶接が行われる。

第６図（３）で示されるように溶接トーチ３のウィービ
ングの中心線６が接合部１の中心位置を通ゐ直１１５よ
りも右方にずれたときには、その軸線３Ｒが右端位置に
あるときの電流値１ｒに比べて、左端位置３ａにある軸
線３Ｌにおけるアーク溶接電流値１１が小さく、差ΔＩ
２を生じる。この差ΔＩ２が零となるように、溶接トー
チ３が水平面内で移動され、そのウィービングの中心線
６が接合部１の中心位置を通る直線５と一致するように
変位される。

こうして溶接トーチ３を接合部１に沿って第６図の紙面
に垂直方向に移動して、下向きずみ肉溶接継手を形成す
ることができる。このような基本的な構成は、たとえば
特公昭５７−２４２８に開示されている。

他の先行技術は、たとえば第７図（１）で示されように
斜線を施して示す面ｆｌｌｓ１と、もう１つの斜線を施
して示す面積Ｓ２とが等しくなるよう仁、したがって溶
接トーチ３のウィービングの中心線６が接合部１の中心
線５と一致するように、溶接トーチ３が水平面内で移動
される。

発明が解決すべき課題 このような各先行技術において、溶接トーチ３に取付け
られる溶接棒４は、順次的に供給され、その溶接棒４の
先端が被溶接部材２に接触することによって、その溶接
棒４の先端が瞬時的に溶断し、したがってこの溶接棒４
の先端は被溶接部材２に接触および離間を繰り返す、こ
れによってアーク溶接電流は、現実には、第７図に示さ
れるように円滑な波形を有してはおらず、多数の詫状態
のノイズ成分を含んでいる。したがってこのようなノイ
ズ成分を含むアーク溶接電流から、ウィービングに依存
する第７図（１）〜第７図（３）で示される成分を正確
に抽出しなければならず、さもなければ、溶接トーチ３
を正確に変位して、そのウィービングの中心線６を、接
合部１の中心位置を通る直線５に一致させることができ
なくなる。

アーク溶接電流に含まれる詫状のノイズ成分を除去する
ために、充分に大きい時定数を有するローパスフィルタ
を用いることが、単純には、考えられよう、このような
ローパスフィルタを用いたときには、ウィービングに依
存する成分もまた平滑されてしまう結果となり、そのた
め溶接トーチ３の正確な制御が不可能になってしまう、
またこのような大きな時定数を有するローパスフィルタ
は、その入出力の大きな位相差を有し、この位相差に起
因してもまた、溶接トーチ３を正確に制御することがで
きなくなる。

本発明の目的は、アーク溶接電流のウィービングに依存
する成分だけを正確に抽出し、詫状のノイズ成分を除去
することができるようにした方法を提供することである
。

課題を解決するための手段 本発明は、溶接トーチを被溶接継手の接合部においてウ
ィービングさせ、溶接トーチの位置変化に対するアーク
溶接電流の変化によって常に溶接トーチを接合部に沿っ
て制御する自動溶接機を用い、 アーク溶接電流の検出出力■１を、ローパスフィルタに
入力し、 アーク溶接電流１１とローパスフィルタの出力■２との
差を求め、 その差ｌ３（＝１１−Ｉ２）を、スライスし、ローパス
フィルタの出力■２と、前記スライスした出力Ｉ４とを
加算した信号１５（＝Ｉ２＋１４）を求めることによっ
て、溶接電流■１の直流分を中心にして一定幅でスライ
スした信号を得た後、さらにもう１つのローパスフィル
タを用いて平滑することを特徴とするアーク溶接電流の
ウィービングに依存する成分を抽出する方法である。

作用 本発明に従えば、ウィービングに依存する成分とノイズ
成分とを含むアーク溶接電流の検出値を、ローパスフィ
ルタに入力し、このアーク溶接電流１１からローパスフ
ィルタの出力Ｉ２を減算し、その減算した値Ｉ３を、ス
ライスする。この減算した電？ｉｆａ　Ｉ　３には、直
流成分が含まれておらず、かつウィービングに依存する
成分およびノイズ成分が、アーク溶接電流の検出値１１
と同一の位相で含む、この減算して得られる値Ｉ３をス
ライスすることによって、ノイズ成分の振幅が抑制され
る。そこでローパスフィルタの出力Ｉ２と、スライスし
た出力Ｉ４とを加算して信号工５を得る。

これによって信号１５はアーク溶接電流の検出値■１と
同一位相であって、ウィービングに依存する成分を含み
、またスライスによって振幅が抑制されたごくわずかな
ノイズ成分のみを含むだけ♂。゛なり、これをローパス
フィルタによって平滑すれば、わずかな時定数のフィル
タでなめらかな電流値を検出することができる。

実施例 第１１２１は、本発明の一実施例の電気回路図Ｔ′４乞
る。産業用ロボット１１は、溶接トーチ１２を備え、被
溶接部材１３の開先である接り部１４をアーク溶接して
、下向きずみ肉溶接継手を形成す？６゜この溶接トーチ
１２には、ライン１５を介して溶接用電源１６からアー
ク溶接電流が供給される。

このライン１５に流れるアーク溶接電流は、電流検出器
１７によって検出される。

第２図（１）は、被溶接部材１３の溶接状態な示す断面
図である。溶接トーチ１２には、溶接棒２０が取付けら
れ、この溶接トーチ１２は参照符１２ａ、１２ｂで示さ
れるように接合部１４の第２図の紙面に垂直な長手軸線
に関して、幅方向（第２図（１）の左右方向）に水平面
内でウィービングしつつ溶接動ずヤを行う、溶接トーチ
１２が第２図（１）の右端にあるときの溶接トーチ１２
の軸線は参照符１２Ｒで示され、またこの溶接トーチ１
２が左端に来て参照Ｒ１２ｂで示される状態における溶
接トーチ１２の軸線は、参照符１２Ｌで示される。産業
用ロボット１１は、この溶接トーチ１２を右端位１１ｆ
ｌ　２Ｒと左端位置の軸線１２Ｌとの間で、距離ΔＬに
わたってウィービング駆動する。接合部１４の中心位置
を通る直線は、参照符１４ａで示されるとおり鉛直方向
である。

溶接棒１３は、予め定める供給速度■１で長手方向に連
続的に供給されており、その供給速度■１は、溶接トー
チ１２の距離ΔＬを移動するウィービングの速度■２よ
りも大きい値である（Ｖｌ＞Ｖ２）、この溶接トーチ１
２は、たとえば、水平な接合部１４の上向きすみ肉溶接
継手を形成するために、上下方向には変位することなし
に、上述のように水平方向に移動して、ウィービング運
動を行う。

第２図（２）で示されるように、被溶接部材１３が第２
図（１〉で示される状態に比べて傾斜して配置されたと
きには、その溶接トーチ１２は接合部１４の軸線１４ａ
に関して垂直方向に、ウィービング駆動される。

電流検出器１７によって検出されるアーク溶接電流の検
出値１１は、第１０−パスフイルタ１８に与えられる。

第１０−パスフイルタ１８の時定数は、アーク溶接電流
のウィービングに依存する成分が正確に得られる時定数
に定められ、過度に大きな値ではない、この電流検出器
１７によって検出されるアーク溶接電流の検出値１１の
波形は、第３図に示されるとおりであって、ウィービン
グに依存する成分１１ａと溶接棒２０が被溶接部材１３
に接触したときに生じる詫状の大きな振幅を有するノイ
ズ成分１１ｂとを有する。アーク溶接電流の検出値１１
の第１０−パスフイルタ１８を介する出力■２は、減算
回路１９に与えられ、これによ−）で前記検出値１１か
ら前記値■２が減算される。減算回路１９の出力をＩ３
とすると、１３＝１１−１２　　　　　　　　　　　　
　　・・・（１）である。

アーク溶接電流の検出値１１は、説明を簡略化するため
に、第２式で表されるものとする。

Ｉ　１＝Ａｓｉｎ　（ωｔ）　　）Ｂ＊ｉｎ　（ｎωｔ
）　＋Ｉ　Ｏ−（２）ここで、Ａ、Ｂ、ｎ、ωは定数で
あり、ｔは時間を表し、Ａｓ１ｎ（ωｔ）は、ウィービ
ングに依存する成分１１ａを示し、またＢ　５ｉｎ（ｒ
＋　（Ｌ）　ｔ　）は、ノイズ成分１１ｂを示し、ＩＯ
はそのアーク溶接電流の直流成分に対応している。

第１０−パスフイルタ１８の出力Ｉ２は、Ａｔ。

Ｂ１を定数とすると、第３式で示される。

Ｉ　２＝Ａ　１ｓｉｎ　（ωｔ−θ）　＋−Ｂ　１ｓｉ
ｎ　（ｎωｔ−θ）＋−ＩＯ・（３）ここでθは、第１
０−パスフイルタ１８による位相差を表す。定数８１は
、零に近似した値であり、このノイズに対応する成分Ｂ
　１５ｉｎ（ｒ＋ωｔ−θ）を無視することができる。

したがって減算回路１９の出力Ｉ３は、第４式％式％ 減算回路１９の出力■３は、スライス回路２１に与えら
れる。このスライス回路２１は、第４図に示されるよう
に、スライスレベル設定回路２２において設定されたス
ライスレベルＶｓで出力Ｉ３を、絶対値Ｉ　Ｖ　ｓ　ｌ
でスライスする。

スライス回路２１の出力■４は、第５式で示されるとお
りである。

ｌ４＝Ａｓｉｎ（ωｔ）−Ａ１＋ｉｎ（ωｔ−θ）モＢ
２５ｉｎ　（ｒ＋ωｔ）・＝　（５）第５式において、
参照符Ｂ２は定数とし、この定数Ｂ２は、スライス回路
２１によって前記値Ｂが抑制された値である。

Ｂ２ΣＶｓ　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（
６）スライス回路２１のためのスライスレベル■Ｓは、
ウィービングに依存する成分Ａｓ１ｎ（ωｔ）の振幅Ａ
を超える値に定める。

■ｓ：ニノＡ・・−（７） スライス回路２１の出力Ｉ４と、第１０−パスフイルタ
１８の出力Ｉ２とは、加算回路２３において加算される
。この加算回路２３の出力Ｉ５は、第８式で示されると
おりである。

Ｉ　５＝Ａｓｉｎ　（ωｔ）　＋８２ｓｉｎ　（ｎωｔ
）　＋Ｉ　Ｏ−（８）こうして加算回路２３の出力Ｉ５
は、位相遅れのないウィービングに依存する成分Ａｓ１
ｎ（ωｔ）と直流成分ＩＯを含み、さらに微少なノイズ
成分Ｂ２５ｉｎ（ｎωｔ）を含む。

加算回路２３の出力Ｉ５は、第２０−パスフイルタ２４
に与えられる。この第２０−パスフイルタ２４は、前述
の第１０−パスフイルタ１８と同様な構成を有し、小さ
い時定数を有する。第２０−バスフィルタ２４の出力Ｉ
６は、ピーク検出回路２５に与えられてピークが検出さ
れる。

第５図（１）は、アーク溶接電流の電流検出器１７によ
って検出される値１１であり、これは前述の第３図に示
されているとおりである。第１０−バスフィルタ１８の
出力Ｉ２は、第５図（２）で示されているとおりであり
、ノイズ成分子ｔｂがほとんど除去された波形を有する
。

減算回路１９の出力Ｉ３は、第５図（３）で示されると
おりであり、この減算回路１９の出力Ｉ３は直流成分■
０を含まない。このようにして直流成分１０を含まない
減算回路１９の出力Ｉ３を、スライス回路２１に与えて
第５図（４）で示されるようにしてスライスを行う、こ
の第５図（４）の波形は、スライス回路２１の出力■４
を示す。

加算回路２３の出力■５は、第５図（５）で示されてい
るとおりであって、上述のように第１０−バスフィルタ
１８の出力とスライス回路２１の出力Ｉ４とを加算した
波形を有する。この加算回路２３の出力■５を、第２０
−パスフイルタ２４に与えることによって、その第２０
−パスフイルタ２４の出力■６は第５図（６）で示され
る波形となる。

こうしてピーク検出回路２５は、溶接トーチ１２がたと
えば第２図（１）で示されるように右端軸線１２Ｒで示
されるように右端位置にあるときにおけるアーク溶接電
流のピーク値１ｒｌを検出し、またその溶接トーチ１２
の軸線が右端位置の参照符１２Ｌで示される状葛、であ
るときにおけるピーク値ＩＺＩを検出する。

第１図の信号処理回路２６は、これらのピーク値１ｒｌ
、ＩＺＩが等しくなるように、溶接トーチ１２のウィー
ビングする距離ΔＬの中心位置が、溶接位置１４の中心
位置１４ａに一致するための制御信号を作成して、ライ
ン２７を介してロボットコントローラ２８に与える。ロ
ボットコントローラ２８は、このライン２７を介する制
御信号に応答して、溶接トーチ１２を水平面内で変位し
、これによってウィービングの中心位置が接ぎ部１４の
中心位置１４ａに一致するように駆動する。

本発明の他の実施例として、処理回路２６では、前述の
第７図（１）に関連して述べたようにアーク溶接電流の
積分値Ｓｔ、Ｓ２が等しくなるための制御信号を導出し
てロボットコントローラ２８に与えるようにしてもよく
、その他の制Ｎｉ様で溶接トーチ１２が制御されてもよ
い。

本発明に従えば、第２０−パスフイルタ２４は省略され
てもよい。

発明の効果 以上のように本発明によれば、アーク溶接ｔａに含まれ
ているノイズ成分を除去し、ウィービングに依存する成
分を正確に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電気回路図、第２図は被溶
接部材１３の溶接状態を示す断面図、第３図はアーク溶
接電流の検出値１１の実際の波形図、第４図はスライス
回路２１の動作を説明・するための図、第５図は第１図
に示される電気的構成の動ｆＹを説明するための波形図
、第６図は本発明の基礎となる原理および先行技術を説
明するための断面図、第７図は第６図に示される各溶接
状形におけるアーク溶接電流を示す波形図である。 １１・・・産業用ロボット、１２・・・溶接トーチ、１
３・・・被溶接部材、１４・・・接合部、１６・・・溶
接用電源、１７・・・溶接電流検出器、１８・・・第１
０−バスフイルタ、１つ・・・減算回路、２０・・・溶
接棒、２１・・・スライス回路、２２・・・スライスレ
ベル設定回路、２３・・−加算回路、２４・・・第２０
−パスフイルタ、２５・・・ピーク検出回路、２６・・
・処理回路、２８・・・ロボットコントローラ 代理人　　弁理士　画数　圭一部 １２ＷＡ 第３図 第４図 第６図 飼　　　　　− ｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 溶接トーチを被溶接継手の接合部においてウイービング
   させ、溶接トーチの位置変化に対するアーク溶接電流の
   変化によつて常に溶接トーチを接合部に沿つて制御する
   自動溶接機を用い、 アーク溶接電流の検出出力Ｉ１を、ローパスフィルタに
   入力し、 アーク溶接電流Ｉ１とローパスフィルタの出力Ｉ２との
   差を求め、 その差Ｉ３（＝Ｉ１−Ｉ２）を、スライスし、ローパス
   フィルタの出力Ｉ２と、前記スライスした出力Ｉ４とを
   加算した信号Ｉ５（＝Ｉ２＋Ｉ４）を求めることによつ
   て、溶接電流Ｉ１の直流分を中心にして一定幅でスライ
   スした信号を得た後、さらにもう１つのローパスフィル
   タを用いて平滑することを特徴とするアーク溶接電流の
   ウイービングに依存する成分を抽出する方法。