JPH02295675A - 溶接線倣い制御方法 - 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、溶接トーチをオシレートさせてアーク長及び
ワイヤ突き出し長の変化に伴う電気的変化を検出し、溶
接線に倣わせる溶接線倣い制御方法に関するものである
。

特に、本発明は、被溶接物の板厚、材質、加工姿勢など
が異なっても、同一の装置で広範囲の溶接条件に適用で
きるアーク溶接用アークセンサによる溶接線倣い制御方
法に関するものである。

［従来の技術］ 従来から、溶接トーチをオシレートさせてアーク長及び
ワイヤ突き出し長の変化によって発生する電気的変化を
検出するアークセンサの検出信号によって、溶接トーチ
を溶接線に倣わせる溶接線倣い制御方法が使用されてい
る。

この従来のアーク溶接方法に用いられているアークセン
サによる溶接線倣い制御方法の原理は、被溶接物の板厚
が２．０ｍ＋ｓ以上の中又は厚板を対象とし、下向姿勢
のスプレーアーク溶接方法を対象とした制御方法である
。

この従来のアークセンサは、上記の原理を基本として各
種改良がなされて水平隅肉溶接の場合は、溶接速度が１
２０ｃｓ／ｗｉｎ程度の比較的低速度の溶接においては
比較的良好な結果が得れている。また、水平隅肉溶接の
場合は、板厚２．０ｍｍ程度までの薄板であれば、実用
可能になっている。

しかし、最近の自動車各種部品の薄板溶接又は各種構造
物の立向下進溶接になると、入熱を制限するために、溶
接速度を高速度にするとともに、アーク長を短くして、
短絡現象が生じる領域を使用するショートアーク溶接方
法が広く使用されるようになってきた。さらに、ショー
トアーク溶接法のスパッタ発生を改善するために、アー
ク長が短くして、時々短絡が現われるＭＡＧパルスアー
ク溶接方法も広く用いられるようになってきた。

しかし、従来のアークセンサは、前述したように、スプ
レーアークでアーク発生中のアーク長が略一定であると
して、ワイヤ先端の突出し長の変化による溶接電流の変
化を検出して、種々の演算を行い倣い制御に適用できる
ものである。

これに対して、入熱を制限するショートアーク溶接方法
、ＭＡＧパルスアーク溶接方法は、アーク長を短くして
いるので、短絡による溶接電流の変化が大きく影響して
従来のアークセンサでは倣い制御を行うことができない
。

Ｃ発明が解決しようとする問題点コ 通常、アーク溶接は、被溶接物の板厚、材質、加工姿勢
などが異なると、溶接電流、溶接電圧、シールドガスの
種類等を変化させることによって、アーク長、入熱を変
化させており、アーク現象も、スプレーアーク溶接方法
、短絡の比較的少ないＭＡＧバルスアーク溶接方法、短
絡の多いショートアーク溶接方法等を選定することが必
要である。

最近では、１台のロボットを用いて、各種姿勢の溶接方
法、特にシジートアーク溶接方法の適用が拡大している
。

しかし、通常のアークセンサ制御方法をショートアーク
溶接方法に適用しようとすると、アーク電流を検出する
周波数に問題がある。アーク発生と短絡とを繰り返すシ
ョートアーク溶接のアーク現象中で、短絡現象の継続期
間は、数［ｓ　ｓｅｅ　］内の短時間であり、周波数に
して数１００Ｈｚの現象であるのに対して、アークセン
サで検出する電流の変化は、オシレート周波数の２倍、
すなわち、オシレート周波数をたとえ高速度にしても２
０Ｈｚ程度である。そこで、従来の方法では、検出した
電流のアナログ出力を５０Ｈｚ程度のアナログ・ローパ
スフィルタに入力して、２００乃至５００Ｈｚ程度でサ
ンプリングを行うことにより、２０Ｈｚ程度の変化を出
力して、倣い制御信号としている。このようなアナログ
・ローパスフィルタの出力信号は、トーチ位置信号に対
して３０’前後の位相遅れが生じ、フィルタ回路のバラ
ッキをも含めて、種々のショートアーク溶接の加工条件
の変化に追従させて、高精度で補償することは、極めて
困難であるので、従来のアークセンサ制御方法をショー
トアーク溶接方法に適用できない。

すなわち、各溶接条件、例えば板厚によってオシレート
周波数を０．５乃至１０Ｈｚの範囲内で適正値を選定す
る必要が生じるが、オシレート周波数を広範囲の変化に
対応させて上記の位相遅れの誤差を高精度で補償するこ
とは、極めて困難である。

このように、前述したショートアーク溶接方法だけにし
か用いることができないアークセンサによる倣い制御方
法では、同一装置で、溶接条件を広く選定することがで
きないという問題点があった。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、従来からのスプレーアーク溶接方法に適用で
きることはもちろん、薄板又は立向下進溶接にも適用で
きるように入熱を制限するために、溶接速度を高速度に
するとともに、スプレーアーク溶接方法はもちろん、シ
ョートアーク溶接方法及ヒアーク長の短いＭＡＧバルス
アーク溶接方法にも適用できる溶接線倣い制御方法を提
供することにある。

すなわち、本発明は、溶接速度を高速度にした溶接方法
に適用するため、及びショートアーク溶接及びアーク長
の短いＭＡＧバルスアーク溶接方法のようにアーク現象
が短時間内に変化をする溶接方法に適用するために、オ
シレート周波数を、５乃至１０Ｈｚの高速度にするとと
もに、上述した短時間内に変化をする現象に追従するこ
とができるように、溶接電流のサンプリング周波数を大
きくシ、サンプリングしたデータの移動平均とトーチ位
置検出信号とから波形信号を出力して、その波形信号に
よって溶接線の倣い制御をする方法を要旨とするもので
ある。

そこで、本発明の構成は、溶接トーチをオシレートさせ
てアーク長及びワイヤ突き出し長の変化に伴う電気的変
化を検出し、前記検出信号により溶接トーチを溶接線に
倣わせる溶接線倣い制御方法において、溶接トーチの各
オシレート位置に対する一連のオシレート位置検出信号
Ｓ　Ｏをオシレート用記憶回路のリングバッファ１８ａ
に記憶し、前記オシレート用リングバッファ１８ａから
、オシレートＮ周期分の一連のオシレート位置検出信号
から成るデータＸｍを読み出し、このデータＸｍをオシ
レート用フィルタ回路１９に出力して低周波ノイズ及び
ドリフトを取り除いた一連の位置フィルタ信号Ｓ１９か
ら成るデータＸを出力すると共に、溶接電流検出信号Ｓ
　ｔＯを高周波クロック信号によってサンプリングして
一連の溶接電流信号Ｓ　ｔＯを、溶接電流用記憶回路の
リングバッファ２０ａに記憶し、前記溶接電流用リング
バッファ２０ａから、オシレートＮ周期分の一連の溶接
電流信号から成るデータＹｍを読み出し、このデータＹ
ｍを溶接電流用フィルタ回路１２に出力して、データＹ
ｍからＵ個のデータの平均値Ｙを演算することにより、
高周波ノイズの除去を行い、前記データＸとデータＹと
から波形信号Ｓ　１３を出力し、前記波形信号の左半分
と右半分との比較信号との差が小さくなる方向に、前記
溶接トーチの中心を移動させる溶接線倣い制御方法であ
る。

［実施例コ （１）本発明の制御方法を実施するための装置全体の説
明 第１図（Ａ）は、本発明の溶接線倣い制御方法を実施す
る装置の実施例のブッロク図を示し、第１４図は、本発
明の制御方法を適用してアーク溶接するための装置全体
の概略構成図である。

第１図（Ａ）において、１は溶接ロボット本体、ＷＴは
溶接ロボットの手首に取り付けられた溶接トーチ、Ｗは
消耗電極、Ｗａは消耗電極先端、Ｗｅ及びＷ『はそれぞ
れぞれ左側の被溶接物及び右側の被溶接物であって両者
の突き合わせ線が溶接線ＷＯを形成している。溶接トー
チＷＴと被溶接物との間には、溶接電流検出回路１０を
通じて溶接電源９が接続されている。８はロボットの溶
接トーチ位置制御回路であって、溶接トーチＷＴの移動
及び矢印Ｌ．及びＲｏの方向のオシレート動作を制御す
ると共に、溶接トーチＷＴの位置を検出するエンコーダ
の出力信号を入力としてトーチ位置パルス列信号Ｓ８を
出力する。１１はトーチ位置パルス列信号Ｓｓを入力と
して第１図（Ｂ）に示すオシレート位置検出信号Ｓ　Ｉ
１を出力する溶接トーチ位置検出回路である。１８はオ
シレート位置検出信号ＳＯを順次にメモリするオシレー
ト用記憶回路である。１９は、オシレート用記憶回路１
８から、最新の信号よりも前のオシレートＮ周期分の信
号を読み出し低周波ノイズ及びドリフトを除去するオシ
レート用フィルタ回路である。

２０は溶接電流検出回路１０が検出した溶接電流に対応
した信号Ｓｌｏを順次にメモリする溶接電流用記憶回路
である。１２は、記憶回路２０から、オシレート各位置
に対応した最新の信号よりも前のオシレートＮ周期分の
信号を読み出し高周波ノイズを除去して第１図（Ｃ）に
示す溶接電流■に対応する電流フィルタ信号Ｓ　＋２を
出力する溶接電流用フィルタ回路である。１３は、位置
フィルタ信号Ｓ１９と電流フィルタ信号Ｓ　１２とを入
力として、第１図（Ｄ）に示すオシレート位置に対する
溶接電流の変化を示す波形信号Ｓ　１３を出力する位置
・電流波形合成回路である。１４は波形信号Ｓ　１３を
入力としてオシレート幅の右半分を右方向に進行してい
るとき（以下、右進時という）に検出した溶接電流検出
信号（第１の検出信号）と左方向に進行している時（以
下、左進時という）に検出した溶接電流検出信号（第２
の瞬出信号）とを比較して第１図（Ｅ）に示す第１の比
較信号Ｒを出力する右位置電流差演算回路である。１５
は波形信号Ｓ　＋３を入力としてオシレート幅の左半分
を左進時に検出した溶接電流検出信号（第３の検出信号
）と右進時に検出した溶接電流検出信号（第４の検出信
号）とを比較して第１図（Ｆ）に示す第２の比較信号Ｌ
を出力する左位置電流差演算回路である。１６は第１の
比較信号Ｒと第２の比較信号Ｌとの差の左右電流差信号
Ｊ−Ｒ−Ｌを出力する左右電流差演算回路である。２６
は、左右電流差信号Ｊを人力として、関数Ｆ　（Ｊ）か
ら、溶接線中心位置のずれ方向とずれ量とを表わす信号
（以下、位置ずれ信号という）Ｚを出力する位置ずれ演
算回路である。１７は位置ずれ信号Ｚを入力として、倣
い操作量Ｑを演算するオシレート中心位置補正回路であ
る。２５は、倣い操作ｆｆｉＱを入力として、オシレー
ト中心位置を修正する中心位置補正信号ｓ　＋ｙを前述
したロボットの溶接トーチ位置制御回路８に出力する通
信ドライバである。

第１４図において、第１図（Ａ）と同一の符号の説明は
省略する。同図において、２はロボット制御装置であっ
て、第１図（Ａ）の溶接トーチ位置検出回路１１及びト
ーチ位置制御回路８を含んでいる。３は、倣い制御装置
であって、第１図（Ａ）で説明した符号１２乃至２６の
各回路を含んでいる。２１は、トーチ位置検出回路１１
の一部分を形成するエンコーダ信号累積カウンタであっ
て、オシレート位置に対応するエンコーダ信号を累積し
て累積カウンタ２１のカウント値を後述するＣＰＵに読
込む。２３は、ＣＰＵであって、第１図（Ａ）で説明し
た符号１２乃至１７．１９及び２６の各回路を形成する
。２４は主記憶回路であって、その領域の一部分に、第
１図（Ａ）の符号１８及び２０の回路を形成する。１０
は溶接電流検出回路であって、電流検出ホール素子１０
ａ，増幅回路１０ｂ，サンプリングホールド回路１０ｃ
及びＡ／Ｄコンバータ１０ｄより構成される。

（２）第２図乃至第１０図の説明 第２図乃至第１０図の説明は、図面の簡単な説明の項と
同じであるので、説明を省略する。（３）右位置電流差
演算回路１４及び左位置電流差演算回路１５の動作説明
（第５図乃至第９図参照）■第１の実施例 演算回路１４は、波形信号Ｓ　＋３を入力として、溶接
トーチがオシレート幅の右半分を右進時に検出した溶接
電流の積分値ΣＲｒ（第１の検出信号）と左進時に検出
した溶接電流の積分値ΣＲ１　（第２の検出信号）との
比ΣＲｒ／ΣＲｆｌの第１の比較信号Ｒｌを出力する。

演算回路１５は、波形信号Ｓ　＋３を入力として、溶接
トーチのオシレート幅の左半分を左進時に検出した溶接
電流の積分値ΣＬ１　　（第３の検出信号）と右進時に
検出した溶接電流の積分値ΣＬｒ（第４の検出信号）と
の比ΣＬ１／ΣＬ『の第２の比較信号Ｌ．を出力する。

■第２の実施例 演算回路１４は、第１の実施例において、第１の検出信
号ΣＲｒと第２の検出信号ΣＲ１との差（ΣＲ『一ΣＲ
ｌ）の第１の比較信号Ｒ２を出力する。演算回路１５は
、第１の実施例において、第３の検出信号ΣＬ１と第４
の検出信号ΣＬ『との差（ΣＬ１−ΣＬｒ）の第２の比
較信号Ｌ２を出力する。

■第３の実施例 演算回路１４は、波形信号Ｓ　１３を入力として、溶接
トーチがオシレート幅の右半分を右進時の中間位置で検
出した溶接電流信号Ｒｒ（第１の検出信号）と左進時の
中間位置で検出した溶接電流信号ＲＪ！　　（第２の検
出信号）との比Ｒｒ／ＲＪｉの第１の比較信号Ｒ３を出
力する。演算回路１５は、波形信号Ｓ　１３を入力とし
て溶接トーチがオシレート幅の左半分を左進時の中間位
置で検出した溶接電流信号Ｌ１　（第３の検出信号）と
右進時の中間位置で検出した溶接電流信号 Ｌｒ（第４の検出信号）との比Ｌｌ／Ｌｒの第２の比較
信号Ｌ３を出力する。

■第４の実施例 演算回路１４は、第３の実施例において、第１の検出信
号Ｒｒと第２の検出信号ＲＩとの差（Ｒｒ−ＲＪ！）の
第１の比較信号Ｒ４を出力する。演算回路１５は、第３
の実施例において、第３の検出信号Ｌｆｌと第４の検出
信号Ｌ『との差（Ｌ１−Ｌｒ）の第２の比較信号Ｌ４を
出力する。

■第５の実施例 第５の実施例は、第１乃至第４の実施例において、オシ
レート速度が７〜１０Ｈｚの高速度の時に、第１の比較
信号Ｒと第２の比較信号Ｌとの極性を互に逆にした場合
である。

■第６の・実施例 演第回路１４は、波形信号Ｓ　１３を入力として、溶接
トーチの右進時のオシレート右端で検出した溶接電流値
Ｒｅ（第１の検出信号）と左進時のオシレート中心で検
出した溶接電流値Ｃ１　　（第２の検出信号）との比Ｒ
　ｅ　／　Ｃ　Ｊの第１の比較信号Ｒ６を出力する。演
算回路１５は、波形信号Ｓ　１３を入力として、溶接ト
ーチの左進時のオシレート左端で検出した溶接電流値Ｌ
ｅ（第３の検出信号）と右進時のオシレート中心で検出
した溶接電流値Ｃｒ（第４の検出信号）との比Ｌ　ｅ　
／　Ｃ　ｒの第２の比較信号Ｌ６を出力する。なお、高
速度のオシレートの場合に、前述した検出精度の向上の
ために、第１の比較信号Ｒ６としてＲ　ｅ　／　Ｃ　ｒ
を出力し、第２の比較信号Ｌ　ｅ　／　Ｃ　１を出力す
るようにしてもよい。■第７の実施例 演算回路１４は、第６の実施例において、第１の検出信
号Ｒｅと第２の検出信号Ｃ１との差（Ｒｅ−ＣＪ）の第
１の比較信号Ｒ７を出力する。演算回路１５は、第６の
実施例において、第３の検出信号Ｌｅと第４の検出信号
Ｃ『との差（Ｌｅ−Ｃｒ）の第２の比較信号　Ｌ７を出
力する。なお、前述した検出精度の向上のために、高速
度のオシレートの場合に、第１の比較信号Ｒ７として（
Ｒｅ−Ｃｒ）を出力し、第２の比較信号として（Ｌｅ−
ＣＪ！）を出力するようにしてもよい。

■その他の変形例 本発明の倣い制御方法は、以上の実施例に限定されるも
のではなく、請求項に含まれる各種の変形、例えば溶接
トーチをオシレートさせてアーク長及びワイヤ突き出し
長の変化に伴う電気的変化であれば、溶接電流の平均値
、サンプリングした溶接電流のディジタル信号、ショー
トアーク溶接のアーク期間又は短絡期間の電圧又は電流
、バルスアークのベース期間の電流又は電圧等を使用す
ることができる。

（４）サンプリングの動作説明 第１図及び第１４図に示す倣い制御装置３のサンプリン
グ動作について説明する。

トーチ位置及び溶接電流のサンプリング周期溶接トーチ
ＷＴの各オシレート位置に対応した溶接電流値のデータ
をサンプリングする周期を定めるクロック信号の周波数
Ｆｓは、シジートアーク溶接における短絡時又はアーク
長の短いＭＡＧパルスアーク溶接におけるパルス電流と
ベース電流との変化時における溶接電流波形の微細な数
１ｓｅｃ　　（数１００Ｈｚ）の変化を、正確にサンプ
リングできるようにするために、１０〜Ｌ５Ｋ　Ｈ　ｚ
の高い周波数を選定する。

オシレート中心位置補正の周期 オシレート中心位置補正の周期（以下、位置補正周期と
いう）Ｔｄを短くすると、溶接トーチと溶接線との位置
ずれを微細に制御することができるが、この位置補正周
期Ｔｄは１回の位置補正演算時間Ｔｃよりも小さくする
ことはできない。逆に、位置補正周期Ｔｄを長くすると
、倣い制御のための演算時間を長くとることができるの
で、１回のオシレート中心位置補正に処理できるデータ
数を大きくすることができ、信頼性を向上させることが
できる。

そこで、位置補正周期Ｔｄとしては、位置補正周期Ｔｄ
の間に溶接トーチが溶接線方向に移動する距離Ｌｄとす
ると、溶接トーチの溶接線方向への移動速度（溶接速度
）Ｖｄの設定値に対して、移動距離Ｌｄが略一定となり
、かつ位置補正周期Ｔｄが、１回の位置補正演算時間 Ｔｃよりも長くなる値を選定する。すなわち、ＴｄはＬ
ｄ／Ｖｄ又はＴｃのいずれかの最大値を選定すればよい
。

溶接トーチ位置及び溶接電流検出信号の記憶オシレート
位置検出信号ＳＯ及び溶接電流検出信号Ｓ　ｔＯは、主
記憶回路２４の領域の一部分をしめるバッファに記憶さ
れる。ここで使用するバッファは、バッファの最終アド
レスの次のアドレスが、先頭のアドレスに戻るリングバ
ッファ１８ａ及び２０ａに、バッファのどの位置にデー
タを書き込み（読み出し）するかという情報（以下、リ
ングバッファポインタという）によって書き込み・読み
出しが行われる。

第１５図に、オシレート位置検出信号Ｓ　Ｉｔ及び溶接
電流検出信号Ｓ　ｔＯをサンプリングしてリングバッフ
ァ１８ａ及び２０ａに書き込むサンプリング動作の流れ
図を示す。

■電源の投入時に、オシレート用記憶回路１８及び溶接
電流用記憶回路２０を初期化する。

■倣い制御の開始時に、図示していない検出信号サンプ
リング用クロック信号のクロックカウンタをリセットす
る。

■倣い制御開始とともににサンプリング用クロック信号
を起動する。

■トーチ位置検出回路１１のエンコーダが検出したエン
コーダ信号を、エンコーダ信号累積カウンタ２１で累積
して一連のオシレート位置検出信号Ｓ　１１をＣＰＵに
読込む。

■ＣＰＵに読込んだ第１６図（Ａ）に示す一連のオシレ
ート位置検出信号Ｓ　ｔｔを、主記憶回路２４のオシレ
ート用リングバッファ１８ｇに、リングバッフ７ポイン
タが指示する位置に記憶する。

■溶接電流検出回路１０の溶接電流検出信号　Ｓｔｏを
、第１４図に示すＡ／Ｄコンバータ１０ｄでディジタル
信号に変換してＣＰＵに読込む。■ＣＰＵに読込んだ第
１７図（Ａ）に示す一連の溶接電流検出信号Ｓ　ｔＯを
、主記憶回路２４の溶接電流用リングバッファ２０ａに
、リングバッファポインタが指示する位置へ記憶する。

■リングバッファポインタを進め、第１図及び第１４図
に図示していないクロックカウンタを１だけ増加させ、
クロックカウンタのカウント値が設定値Ｍに達するまで
サンプリングを繰り返す。

（設定値Ｍは、例えば、前述したサンプリングのクロッ
ク信号の周波数Ｆｇと位置補正周期Ｔｄとの積である。

） ■クロックカウンタ値がＭに達すると、クロックカウン
タをリセットするとともに、倣い制御演算開始の指令を
出力した後、サンプリングを繰り返す。

［相］サンプリングを継続しないときは、サンプリング
クロック信号を停止して倣い制御を終了する。

（５）フィルタの動作説明 オシレート用フィルタ ■第１６図（Ａ）に示す一連のオシレート位置検出信号
Ｓ　１１を記憶しているオシレート用リングバッファ１
８ａから、リングバッファポインタが指令する最新のオ
シレート位置検出信号 Ｓ　Ｕよりも前のオシレートＮ周期（例えば１周期）の
一連のオシレート位置信号（以下、データＸｍという）
を読み出し、オシレート用バッファ１８ｂに記憶する（
第１６図（Ｂ）参照）。■オシレート用バッファ１８ｂ
に記憶されたデータＸｍを、オシレート用フィルタ回路
１９に出力して低周波ノイズ及びドリフトを取り除き、
第１６図（Ｃ）に示す位置フィルタ信号Ｓ１９（以下、
データＸという）を出力する。

溶接電流用フィルタ ■第１７図（Ａ）に示す溶接電流検出信号Ｓ　ｔＯを記
憶している溶接電流用リングバッファ２０ａから、リン
グバッファポインタが指令する最新の電流信号Ｓ　２０
　　よりも前のオシレートＮ周期（例えば１周期）の一
連の溶接電流信号（以下、データＹｍという）を読み出
し、溶接電流用バッファ２０ｂに記憶する（第１７図（
Ｂ）参照）。

■溶接電流用バッファ２０ｂに記憶されたデータＹｍを
、溶接電流用フィルタ回路１２に出力して高周波ノイズ
を取り除き、第１７図（Ｃ）に示す電流フィルタ信号Ｓ
１２（以下、データＹという）を出力する。

オシレート用フィルタ回路の動作説明 第１８図（Ａ）乃至（Ｄ）を参照してオシレート用フィ
ルタ回路１９の動作を説明する。

■同図（Ａ）に示すように、オシレート用バツファ１８
ｂから読み出されたデータＸｍの最初の信号値と最後（
最新）の信号値Ｓ　１１　　とを直線で結び、その直線
をオシレート位置の零点となるように、同図（Ｂ）のと
おり変換する。

■さらに、同図（Ｂ）のデータの最大値Ｘ１と最小値Ｘ
ｓとの平均値Ｘａ（同図（Ｃ））が、オシレート位置の
零点となるように、同図（Ｄ）のとおり変換する。

溶接電流用フィルタ回路の動作原理 第１９図の実線は、溶接電流用リングバツファ回路２０
ａの一連の電流バッファ信号８２０（データＹｍ）の時
間的経過ｔを示す。同設において、データＹの平滑化時
間Ｔａ　（１０〜 ５０＋＊ｓｅｃ）の間のＵ個のデータの移動平均を演算
する。

このときの移動平均個数Ｕは、バッファ信号の平滑化時
間Ｔａとサンプリング用クロック信号周波数Ｆｓとの積
であり、時刻Ｔ１における移動平均値Ｙｔは、次の式で
表わされ、移動平均Ｙｔの時間的経過は第１９図の点線
Ｙのようになる。

上記のように移動平均Ｙｔをとることにより、従来のア
ナログ・ローバスフィルタのような位相遅れを生じるこ
となく、ショートアーク溶接方法の短絡現象のような短
時間の変化に追従することができる。なお、オシレート
位置検出用エンコーダの出力信号Ｘの周波数を溶接電流
のサンプリング周波数と同一の１０〜１　５　Ｋ　Ｈ　
ｚにしてもよいが、オシレート位置検出信号Ｓ　１９は
ノイズが少ないので、この信号を処理する演算回路（Ｃ
ＰＵ）の処理能力を少なくするために、この信号のサン
プリング周波数をＩＫＨｚ程度の低い周波数にすること
もできる。この場合においては、一連の電流バッファ信
号Ｓ２０（データＹｍ）の移動平均Ｙｔの１０〜１５個
の平均をとることにより、データＹの周波数をトーチ位
置検出用エンコーダの出力信号Ｘと同一の周波数までさ
げて、これらの両信号Ｘ及びＹから波形信号を形成させ
ることができる。

なお、本発明では、第１９図に示すように移動平均ｙｔ
の時間的経過Ｙを用いているので、従来のアナログ会ロ
ーパスフィルタのような位相遅れ及びエネルギロスがな
い。したがって、ショートアーク溶接方法においても、
アーク発生中の入熱と短絡中の入熱を正確に換算した出
力信号が得られ、等価なワイヤ突出し長が求められるの
で、スプレーアーク溶接方法のワイヤ突出し長の変化に
よる溶接電・流を検出したアークセンサの原理と同じ扱
いをすることができる。

（６）位置補正信号の演算 ■第１６図（Ｃ）に示す位置フィルタ信号Ｓ１９（デー
タＸ）と第１７図（Ｃ）に示す電流フィルタ信号Ｓ１２
（データＹ）とを、位置・電流波形合成回路１３に入力
して、第２０図に示す波形信号Ｓ　１３を形成する。

■右位置電流差演算回路１４は、波形信号Ｓ　１３を人
力として、第２１図ＣＢ）に示す溶接トーチがオシレー
ト幅の右半分を右進する時の電流データのディジタル値
の総和ΣＲ『と、同図（Ｃ）に示す右半分を左進する時
の電流データのディジタル値の総和ΣＲ１との差である
第１の比較信号Ｒ８−ΣＲ『一ΣＲｉを演算する（第２
１図（Ａ）参照）。

なお、第２１図（Ａ）乃至（Ｃ）及び第２２図（Ａ）乃
至（Ｃ）の横軸は、オシレート位置Ｐに対応する位置フ
ィルタ信号８．１９を表わし、縦軸は溶接電流値Ｉに対
応する電流フィルタ信号５１２を表わす。

■左位置電流差演算回路１５は、波形信号Ｓ　１３を入
力として、第２２図（Ｂ）に示す溶接トーチがオシレー
ト幅の左半分を左進する時の電流データのディジタル値
の総和ΣＬＪと、同図（Ｃ）に示す左半分を右進する時
の電流データのディジタル値の総和ΣＬ『との差である
第２の比較信号Ｌ８一ΣＬ１−ΣＬｒを演算する（第２
２図（Ａ）参照）。

■左右電流差演算回路１６は、第１の比較信号Ｒ８と第
２の比較信号Ｌ８との差の信号Ｊ−Ｒ８−ＬｌＢを演算
する。

■位置ずれ演算回路２６は、差の信号Ｊを変数とする関
数Ｆ　（Ｊ）から、溶接線中心位置ずれの方向と量とを
表わす信号Ｚ−Ｆ　（Ｊ）を出力する。

関数Ｆ　（Ｊ）としては、例えばａＪ＋ｂが用いられる
。

ただし、ａ及びｂは、予め定めた定数で、例えば、オシ
レート周波数５［Ｈｚ］の時は、波形信号Ｓ　１３が「
８の字」の正回転方向となるので、ａ〉０とする。又１
０［Ｈｚ］の時は、逆回転方向となるのでａ＜Ｑとする
。

位置ずれ信号Ｚの算出 消耗電極先端Ｗａを、予め溶接線Ｗｏより既知の値Ｚ『
だけずらして溶接を行ない、前述した■項の差の信号Ｊ
ｒを演算すると、開先形状、溶接トーチ姿勢等によって
、第２３図（Ａ）、（Ｂ）等に示される状態図が得られ
る。

これにより、例えば第２３図（Ａ）においては、Ｚｒと
Ｊ『とが略直線状であるので、Ｚｒ−ａｉｒ＋ｂ式に置
換することができ、回帰分析によって、ａ，ｂの値を求
めると、前述した■項の差の信号Ｊから、オシレート中
心位置ずれデータＺを求めることができる。

■１７は、位置ずれ信号Ｚから、倣い操作ｆｆｉＱを求
めるオシレート中心位置補正回路である。

倣い操作量Ｑは、例えばＰＩＤ制御においては＾ Ｑｌ　−　ｋＺｉ＋Ｊ！　　’Ｘ，　　ＺＩ十ｍ　（Ｚ
ｉ−Ｚｌ−１　）ｉ＊０ ただし、ｋ，Ｊ，ｍは定数、 ｉは倣い制御演算回数である。

■倣い操作ｆｆｉＱを入力とする通信ドライバ２５は、
中心位置補正信号Ｓ　ＩＦを、トーチ位置制御回路８に
出力してオシレート中心位置ずれを補正することにより
、倣い制御を行う。

［発明の効果］ 本発明の効果は次のとおりである。

（１）高速溶接における溶接線倣いが可能となった。

従来の溶接線倣い制御方法では、オシレート周波数が５
Ｈｚ程度の中速度までしか溶接線の検出ができなかった
。第１２図は、オシレート周波数［Ｈｚ］　　（横軸）
に対する溶接線との位置ずれ検出誤差（以下、検出誤差
という）の標準偏差［ｍｍｌ（縦軸）を示す線図である
。同図の点線は、従来の制御方法の検出誤差の標準編差
を示す曲線であって、オシレート周波数が６Ｈｚ以上に
なると、検出誤差の標準偏差が１［＋ｎ］を大幅にこえ
るために使用できなかった。これに対して同図の実線は
、本発明の制御方法の検出誤差の標準編差を示す曲線で
あって、オシレート速度が２〜６Ｈｚまでは検出誤差の
標準偏差が１．０　　［ｍｍ］未満であり、６Ｈｚをこ
えると従来とは逆に、検出誤差の標準偏差が減少して１
０Ｈｚの高速度では、０．５　　［ｍｍｌとなり、特に
高速度において検出誤差が小さくなっている。

従来の倣い制御方法で、オシレート周波数を大にしない
で、溶接速度のみを大にすると、オシレートによる溶接
ビードの蛇行が目立つようになる。

そこで、従来の溶接線追従時の最高溶接速度は、下向隅
肉溶接では１　２　０　［ｃｏ＋／ｍｌｎ］程度であり
、重ね隅肉溶接では８０　［ａｍ／ｍ１ｎ］程度であっ
た。

これに対して本発明では、オシレート周波数を７〜１０
Ｈｚの高速度にできるために、溶接線追従時の最高溶接
速度を、下向隅肉溶接では２００［ｃｓ／ｓｉｎ］　、
重ね隅肉溶接では１　５　０　［ｃｍ／ｍｆｎ］程度ま
で上昇させることができた。すなわち、溶接速度を従来
の２倍にしても、オシレート周波数も従来の２倍にする
ことができるために、オシレートによるビードの蛇行は
同じで問題にならない。

また、従来では、溶接線追従時の最高溶接速度に前述し
た限度があったために、薄板においても、溶接速度を速
くすることができないので、最小板厚は、水平隅肉溶接
では２．０　　［ｍｍ］　、ｆＪね隅肉溶接では３．２
　　［ｍ＋ｓ］が限度であった。これに対して本発明で
は、最小板厚を、水平隅肉溶接では１。２τ市］まで、
重ね隅肉溶接では ２Ｊ　　［＋ｎ］まで適用が可能となった。

（２）溶接線追従の精度が向上した。

アークセンサではオシレートの一周期又は半周期の溶接
電流の平均電流のデータを基に、溶接線からの位置ずれ
が検出されるが、オシレート周波数を高くすることによ
って単位時間に検出を行うことができる回数が増加する
。

第１３図は、教示された溶接線（横軸と一致）に対して
、傾斜して配置された実際の溶接線Ｗｓの位置ずれを示
しており、横軸は溶接時間［秒コ、縦軸は教示溶接線（
横軸と一致）に対する傾斜して配置された実際の溶接線
との配置の位置ずれ距離［　ｍｍ　］である。同図にお
いて点線は、オシレート周波数が２．５Ｈｚの従来の制
御方法による傾斜した実際の溶接線Ｗｓとオシレート中
心Ｃとの位置ずれの時間経過を示し、位置ずれが最大１
．０　　［ｍｍ］　も生じている。これに対して、同図
の実線は、オシレート周波数が１０Ｈｚの本発明の制御
方法による傾斜した実際の溶接線Ｗｓとオシレート中心
Ｃとの位置ずれの時間経過を示し、位置ずれの最大値は
０．５　　［ｍ＋＊］以下であって、従来の半分以下に
なり、溶接線追従の精度が向上している。

（３）立向下進溶接における倣い制御が可能になった。

立向下進溶接においては、溶融金属がアークの下方に垂
れさがり、開先の表面まで溶融金属が不安定に流動する
ために、従来の倣い制御方法では、立向下進溶接をアー
クセンサ倣い制御によって行うことは、極めて困難であ
った。それに対して本発明の制御方法においては、オシ
レート速度を高速度にして溶接速度を高速度にすること
ができるようになったために、溶融金属が垂れ落ちる速
度よりも速い溶接速度で溶接トーチ（アーク）を移動さ
せるので、溶融金属の垂れ落ちの影響をほとんど受ける
ことなく、安定した立向下進溶接の倣い制御を行うこと
が可能になり、例えば、溶接速度が２　０　０　［ｃｍ
／ｍｌｎ　］の立向隅肉下進溶接、溶接速度が１　５　
０　［ｃｍ／ｓｉｎ］の立向重ね隅肉溶接を行うことが
できる。

（４）小電流溶接時にも精度の高い倣い制御が可能にな
った。

アークセンサによる倣い制御方法は、溶接電流が小さく
なると検出誤差が大になるが、本発明の倣い制御方法で
は、小電流になっても、オシレート速度を高速度にする
ことによって検出誤差が従来よりも小さくできるために
、従来よりも小電流溶接時にも倣い制御方法を行うこと
ができる。

（５）各種溶接方法に共通に適用できる。

従来の倣い制御方法では、アーク長が略一定であること
が前提であったために、アーク長が変動したり、溶接電
源の回路インダクタンスの異なる溶接法に共通に使用す
ることができなかった。それに対して、本発明の倣い制
御方法は、短時間内にアーク長が変動しても、溶接電源
の回路インダクタンスが変化しても適用でき゜るために
、スブレ−アーク溶接方法でも、ショートアーク溶接方
法でも、アーク長の短いＭＡＧパルスアーク溶接方法で
も広い溶接条件の範囲にわたって、単独に又は共用，し
て使用することができ、本発明の最大の特徴である。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は、本発明の溶接線倣い制御方法を実施す
るための装置の実施例のブロック図であり、同図ＣＢ）
乃至（Ｅ）は各回路の出力波形図であって、同図（Ｂ）
は溶接トーチ位置検出回路１１の出力でオシレート位置
検出信号の波形図、同図（Ｃ）はフィルタ回路１２の出
力の溶接電流検出信号の波形図、同図（Ｄ）は位置φ電
流波形合成合路１３の出力の波形信号の波形図、同図（
Ｅ）は右位置電流差演算回路１４の出力である第１の比
較信号の波形図、同図（Ｆ）は左位置電流差演算回路１
５の出力である第２の比較信号の波形図である。 第２図は、従来の倣い制御方法の位置ずれかない場合で
あってアーク長が一定と仮定した場合の説明図であって
、同図（Ａ）はオシレート位置と溶接電流値との関係を
示す図、同図（Ｂ）は溶接トーチＷＴのオシレート位置
に対応したワイヤ先端位置Ｗ　ａ　，ワイヤ突き出し長
Ａｔ，ＡＯアーク長ＢＯの関係を示す図、同図（Ｃ）及
び（Ｄ）はそれぞれ時間の経過ｔ（横軸）に対する溶接
電流値Ｉ及びオシレート位置Ｐ（縦軸）との関係を示す
図である。 第３図は、従来の倣い制御方法の第２図において、位置
ずれがある場合のオシレート位置と溶接電流値との関係
を示す図である。 第４図は、オシレート速度が２〜５Ｈｚ程度で位置ずれ
かない場合であって、実測したオシレート位置と溶接電
流値との関係を示す図であり、第５図は第４図において
、位置ずれが少ない場合の実測したオシレート位置と溶
接電流値との関係を示す図である。 第６図乃至第９図は、本発明の制御方法を検討するため
のアーク長の変動及び溶接電源回路のインダクタンスを
考慮にいれた微分方程式から求めたオシレート位置と溶
接電流値との関係を示す図であって、第６図（Ａ）乃至
（Ｃ）はオシレート速度が０．５〜２Ｈｚの超低速度、
第７図（Ａ）乃至（Ｃ）は２〜５Ｈ’ｚの低速度、第８
図（Ａ）乃至（Ｃ）は５〜７Ｈｚの中速度及び第９図（
Ａ）乃至（Ｃ）は７〜１０Ｈｚの高速度の場合のそれぞ
れオシレート中心が溶接線に対して右にずれている場合
、泣置ずれかない場合及び左にずれている場合のオシレ
ート位置と溶接電流値との関係を示す図である。 第１０図（Ａ）は溶接トーチのオシレート中心Ｃと溶接
線ＷＯとが一致している時（位置ずれかない時）のオシ
レート位置と被溶接物の位置との関係を示す図であり、
同図（Ｂ）は時間経過ｔに対するオシレート位置Ｐを示
す図、同図（Ｃ）乃至（Ｆ）はオシレート速度がそれぞ
れ０．５Ｈｚ．５Ｈｚ，７Ｈｚ及び１０Ｈｚの時のオシ
レート位置Ｐに対する溶接電流値ｌの変化の軌跡を示す
図であり、同図（Ｇ）乃至（Ｊ）は時間経過ｔに対する
溶接電流値Ｉの変化を示す図である。 第１１図は、溶接電源の回路インダクタンス［ｍＨ］　
　（横軸）とオシレート周波数［Ｈｚｌ（縦軸）との関
係を示すグラフである。 第１２図は、オシレート周波数［Ｈｚｌ　　（横軸）に
対する溶接線との位置ずれ検出誤差の標準偏差［ｍ■］
　（縦軸）を示す線図である。 第１３図は、教示された溶接線（横軸と一致）に対して
、傾斜して配置された実際の溶接線Ｗｓに対する位置ず
れの溶接時間［秒］　（横軸）と、教示溶接線に対する
傾斜して配置された実際の溶接線との配置の位置ずれ距
離［ｍｍｌ　　（縦軸）との関係を示す線図である。 第１４図は、本発明の倣い制御方法を適用してアーク溶
接するための装置全体の概略構成図である。 第１５図は、倣い制御装置のうちのサンプリング動作の
流れ図を示す。 第１６図（Ａ）は、オシレート用リングバツファ１８ａ
に読込んだ一連のオシレート位置検出信号Ｓ　１１の時
間的経過を示す図である。 第１６図（Ｂ）は、オシレート用バツファ１８ｂに読込
んだ一連のオシレート位置信号（データＸｍ）の時間的
経過を示す図である。　第１６図（Ｃ）は、オシレート
用フィルタ回路１９から出力される一連の位置フィルタ
信号Ｓ１９（データＸ）の時間的経過を示す図である。 　第１７図（Ａ）は、溶接電流用リングバッファ２０ａ
に読込んだ一連の溶接電流検出信号 Ｓ　ｔＯの時間的経過を示す図である。 第１７図（Ｂ）は、溶接電流用バッファ２０ｂに読込ん
だ一連の溶接電流検出信号（データＹｍ）の時間的経過
を示す図である。 第１７図（Ｃ）は、溶接電流用フィルタ回路１２から出
力される一連の電流フィルタ信号Ｓ１２（データＹ）の
時間的経過を示す図である。 第１８図（Ａ）乃至（Ｄ）は、オシレート用フィルタ回
路１９の動作順序を説明する波形図である。 第１９図は、溶接電流用バッファ回路２０の一連の電流
バッファ信号（データＹ）の時間経過を示す図である。 第２０図は、左右電流差演算回路１６から出力する波形
信号Ｓ　１３の波形図である。 第２１図（Ａ）乃至（Ｃ）は、右位置電流差演算回路１
４の動作を説明する波形図である。 第２２図（Ａ）乃至（Ｃ）は、左位置電流差演算回路１
５の動作を説明する波形図である。 第２３図（Ａ）及び（Ｂ）は、オシレート中心位置ずれ
を算出する関数の定数を求める図である。 （第６図乃至第９図参照） 第１の比較信号　Ｒ　・−　ΣＲｒ／ΣＲ１、ΣＲ『−
ΣＲ１， Ｒ　ｅ　／　Ｒ　Ｊ　＊　Ｒ　ｒ−Ｒ　Ｊ！　，Ｒｅ／
ＣＪ！，Ｒｅ−Ｃ１ 第２の比較信号　Ｌ　　ΣＬＪ／ΣＬｒ＋ΣＬｒ．一Σ
Ｌｆｌｌ Ｌ１　／Ｌｒ．Ｌ１　−Ｌｒ． Ｌｅ／Ｃｒ，Ｌｅ−Ｃｒ Ｐ　　オシレート位置 Ｉ　一　溶接電流 第／ 図 （Ｄノ 丁 第２ 図 第３図 ＷＩＬ Ｗｆ （こ冫 第７図 （Ｂ） ＣＡ） →Ｐ →Ｐ 第ｇ画 →Ｐ 一Ｐ 一Ｐ →Ｐ 第７ 図 （Ｃ冫 ＜Ｂ） （Ａ） →Ｐ →Ｐ →Ｐ 第４−図 第５図 第６ 図 ＜Ｃ＞ ＜８） （ん →Ｈ →Ｈ →と 第／０ 図 ＶＪｔ ｖＪｒ 第／／図 θ （αど）０．５ ノズフ Ｉｓ ２．０ →電５型＠呂各のインダクタン２ＣｍＨ１一才シレト厠
鑓オ丈（｝ｆｚｌ １・ 第７３図 十カ 第／８図 第ｌ９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、溶接トーチをオシレートさせてアーク長及びワイヤ
   突き出し長の変化に伴う電気的変化を検出し、前記検出
   信号により溶接トーチを溶接線に倣わせる溶接線倣い制
   御方法において、溶接トーチの各オシレート位置に対す
   る一連のオシレート位置検出信号をオシレート用記憶回
   路に記憶し、前記オシレート用記憶回路から、オシレー
   トＮ周期分の一連のオシレート位置検出信号から成るデ
   ータＸｍを読み出し、このデータＸｍをオシレート用フ
   ィルタ回路に出力して低周波ノイズ及びドリフトを取り
   除いた一連の位置フィルタ信号から成るデータＸを出力
   すると共に、溶接電流検出信号を高周波クロック信号に
   よってサンプリングして一連の溶接電流検出信号を溶接
   電流用記憶回路に記憶し、前記溶接電流用記憶回路から
   、オシレートＮ周期分の一連の電流バッファ信号から成
   るデータＹｍを読み出し、このデータＹｍを溶接電流用
   フィルタ回路に出力して、データＹｍからＵ個のデータ
   の平均値Ｙを演算することにより、高周波ノイズの除去
   を行い、前記データＸとデータＹとから波形信号を出力
   し、前記波形信号の左半分と右半分との比較信号が小さ
   くなる方向に、前記溶接トーチの中心を移動させる溶接
   線倣い制御方法。