JPH0369622B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜技術分野＞ 本発明は、出力設定回路に設定した出力値と一
致した実際出力値を得ることができるようにした
溶接機用制御装置に関するものである。

＜従来技術＞ 一般に溶接装置においては、出力電流値、電圧
値、溶接速度などを設定し、設定値に対して出力
値をフイードバツクしてクローズドループを構成
して所要の値を得るように構成されている。

通常の定電圧特性の電源を用いる消耗電極式ア
ーク溶接法においては、電極ワイヤを略一定速度
で送給し、溶接電流値がこのワイヤ送給速度に略
比例することから溶接電流値を設定する信号とし
てワイヤ送給速度を指定する。このワイヤ送給速
度を設定値に保つことによつて、「ワイヤ送給量
＝ワイヤ溶融量」となる値の溶接電流値が流れる
ことになる。

＜発明が解決しようとする課題＞ このように、溶接電流値はワイヤ送給量によつ
て定まるから、もしワイヤの材質や直径が変更さ
れると同じ溶融量に必要な電流は、当然に変化す
るから、同一送給量に対しても全く別の電流が流
れることになる。

さらに、シールドガスが変更となつてその電位
傾度が変つたために、同じアーク電圧に対してア
ーク長が変化した場合、溶接トーチからのワイヤ
の突き出し長さが変化したためにアーク発生点ま
での間にワイヤを流れる電流によつて発生する抵
抗発熱量が増減し、溶接電流に対するワイヤの溶
融量が増減した場合にも、ワイヤの送給速度とそ
のときの溶接電流との比率は変化することにな
る。

さらに、これらの外的要因が同じであつても、
溶接電源、ワイヤ送給装置等は、その出力値の大
小によつて出力変動率が一定でないために、出力
電圧値が異なれば、同じワイヤ送給速度に対して
も溶接電流値は異なつた値となつてしまう。

上記の異なつた値になる現象は、ワイヤ送給速
度を一定値にしておくかわりに、実際の出力電流
値と設定出力値との差によつてワイヤ供給速度を
制御するようにフイードバツク制御系を構成する
ことによつて解消できるように考えられる。しか
し、実際の定電圧特性の溶接電源を使用したアー
ク溶接においては、溶接電流が過渡的に極めて大
きく変化するために、この溶接電流値を検出し
て、ワイヤ送給速度にフイードバツクして安定に
制御することは非常に難しい。これを安定させる
ためには、フイードバツク信号系の応答速度を遅
くして、平均値によつて制御系が動作するように
すればよいが、その分だけ必要な応答速度が得ら
れないことになり、結果的には満足できないもの
となる。

これに対して、出力を全くフイードバツクしな
いで、オープンループ制御を行うときには、応答
速度と安定性は十分に確保できるが、出力設定値
によつて定まる出力値と実際の出力値とは差が大
きくなり、設定器に目盛を設けても単なる目安に
すぎないものとなる。

したがつて、このようなオープンループ制御系
においては、適用する溶接法、溶接機器、材料な
どがかわると、出力設定器の同一の設定位置に対
して実際の出力値が種々変化し、同一の値を得る
ことができず、このために出力設定器には正しい
直読目盛を付すことができなかつた。

さらに、また出力設定器と溶接電源、ワイヤ送
給装置などの溶接機本体とを分離して設置する大
形の溶接装置又は溶接用ロボツトのように、別の
装置から出力設定信号を供給するときには、設定
器の出力信号の指令値とこれら被制御対象である
溶接機本体の受け入れ得る信号の指令値とが完全
に一致していることが必要であり、これらの信号
の種類が異なる場合はもちろん、その種類が同じ
である場合にも、定格容量の相違などにより、指
令値が異なると、設定器の出力信号の指令値と異
なる出力が発生することになる。このために、こ
れら大形の溶接装置、溶接ロボツトにおいては、
これらと組合せる溶接電源、ワイヤ送給装置など
が、それぞれ特定の特性を有する機器に限られ、
機器の組合せの自由度はほとんどなかつた。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明は、溶接時に生じる１以上の溶接条件と
ともに、溶接機の出力を設定する出力設定信号の
値とその条件と同一条件におけるその設定信号に
対応する出力制御用基準信号の値とを一組のデー
タとして記憶し、ある特定の溶接条件における出
力設定信号の値が指定されたときに、その条件と
同一条件におけるその設定信号に対応する制御用
基準信号を読み出して出力値を決定し、かつ、こ
の基準信号の値によつて出力値を得たときに、指
定された設定出力値と実際の出力値とが一致しな
いときには、両者の差が減少する方向に基準信号
の値を修正し、この修正された値の基準信号によ
つて出力を得ることをくりかえして、実際の出力
値を設定出力値に近づけるようにし、実際の出力
値が設定出力値に等しくなつたときの基準信号の
値を、先に記憶しておいた基準信号の値と書き替
えるようにした溶接機制御装置を提案したもので
あり、本発明によれば、種々の溶接条件の変更、
組合わされる溶接機などに無関係に、常に、出力
設定回路に設定した出力値と一致した実際の出力
値を得ることができる。

＜実施例＞ 第１図は本発明を溶接電流値の設定について実
施するときの例を示す構成図である。同図におい
て、１は出力設定回路であり、電圧値、パルス
数、周波数などの制御信号で定まる出力電流設定
値Isを、他の条件、例えば出力電圧値、消耗電極
ワイヤの種類、シールドガスの種類、使用する溶
接トーチの種類などとともに出力設定回路に設定
し、設定信号を出力する。もちろん、この出力設
定回路の出力信号の値としては、これらのワイ
ヤ、ガスなどの条件が一定の場合には、単に出力
電圧値との組合せのみでよい。２は出力設定回路
１の設定値毎にこれに対応する出力電流制御用基
準信号の値（以下、基準信号値という）Irを記憶
する記憶回路、３は記憶回路２に対して出力設定
回路１からの設定値に対応した基準信号値を検索
して読み出す基準信号検索回路、４は基準信号検
索回路３の出力信号Irを、出力設定回路１の出力
設定値Isと実際の出力電流値I₀とが一致しないと
きに、両者の差が減少する方向に修正するための
基準信号修正回路であり、５は基準信号修正回路
４の出力値に応じて溶接電流値を制御する溶接出
力制御回路である。この溶接出力制御回路５とし
ては、例えば定電流特性の電源を用いる溶接機に
おいては、溶接電源であり、定電圧特性の電源を
用いて消耗電極ワイヤを予め定めた定速度で送給
するアーク溶接機においては、ワイヤ送給速度制
御装置である。６は溶接アークまたはワイヤ送給
機構のような負荷、７は電力源である。また、８
は実際の出力値I₀と出力設定回路１の出力設定値
Isとを比較する比較回路であり、結果を基準信号
修正回路４に供給し、基準信号修正回路４は、こ
の結果によつて、基準信号値Irから一定量Δiだけ
加算または減算して新しい基準信号値Ir′として
溶接出力制御回路５に供給する。

第１図の実施例の動作の第２図のフローチヤー
トに従つて説明する。出力設定回路１において、
出力電流設定値Isを、溶接中に生じる他の溶接条
件とともに指定すると、検索回路３は、これらの
条件に適合した出力電流設定値Isに対応する基準
信号値Irを記憶回路２から読み出して、基準信号
修正回路４に供給する。基準信号修正回路４にお
いては、未だ出力電流値が検出されていないの
で、この読み出された基準信号値Irを、そのまま
溶接出力制御回路５に伝達する。溶接出力制御回
路５においては電力源７の電力を基準信号値Irに
応じて調整し、負荷６に供給する。負荷６は溶接
出力制御回路５の出力により駆動されてそのとき
の実際の出力電流値I₀が検出されて比較回路８に
フイードバツクされ、出力設定回路１の出力設定
値Isと比較される。ここでもしIs＝I₀なら、基準
信号修正回路４は、そのときの基準信号値Irを何
ら変更することなく、もとの値を溶接出力制御回
路５に供給しつづける。実際の出力電流値が不足
してI₀＜Isのときは、基準信号修正回路４は、基
準信号値Irに一定の増分Δiを加えて、Ir′＝Ir＋Δi
に修正して溶接出力制御回路５に供給する。逆
に、実際の出力電流値が過大でI₀＞Isのときは、
基準信号修正回路４は、もとの基準信号値Irから
一定量Δiだけ滅じた値Ir′＝Ir−Δiを、新しい基
準信号値として溶接出力制御回路５に供給する。
この基準信号値を修正するタイミングは溶接出力
制御回路がサイリスタによつて電力源７の出力を
位相制御して負荷６に供給する方式のものである
ときには、電力源７の交流電圧位相に同期させれ
ばよい。また溶接出力制御回路５が、トランジス
タのようにアナログ制御を行うものであるときに
は、基準信号修正回路４にクロツク発振器を設け
て一定周期で行うようにする。このような修正動
作をくりかえすことによつて、やがて実際の出力
値I₀は出力設定値Isに一致することになる。この
実際の出力値I₀が出力設定値Isに一致した状態が
一定時間継続したときに、記憶回路２は、そのと
きの基準信号修正回路４の出力Ir′を取り込み記
憶内容を更新する。この結果、実際の出力電流値
が正しく出力設定値の出力電流値となるように自
己学習されて記憶される。したがつて、次回か
ら、出力電流値及びそれ以外の溶接条件に対して
同一の組合せが指定されたときには、最初から基
準信号として最適の設定値が出力される。なお、
上記の動作から判るように、記憶回路２には、最
初に記憶されている基準信号値は零でもよく、こ
の場合には、出力電流値も零から始まり、当然I₀
＜Isとなるので、順次に基準信号値が増加方向に
修正されて出力設定値に至ることになる。

したがつて、本発明の装置においては、通常の
データ記憶再生式の装置と異なり、装置製作時に
はデータの入力作業は全く不要であり、使用する
現場において、前述の通りの手順で自己学習させ
ればよい。

上記のような自己学習を各設定値毎に行えば、
記憶回路２には、それぞれの場合に適した値の基
準信号が蓄えられて、以後の使用時にはこのよう
な修正動作はほとんど行われずに、溶接開始時か
ら出力設定値の出力値に正しく一致した実際の出
力値が得られる値の基準信号が得られる。このと
き、基準信号値は、ほぼ正しい設定出力値が得ら
れる値であるので、基準信号値の修正動作そのも
のはあまり敏速に行う必要はなく、応答性よりも
安定性に重点をおいた制御を行うことができる。
この結果、比較回路８および基準信号修正回路４
の応答速度を十分に遅くして、出力変化の比較的
長い期間の平均値に応じて修正動作をするように
設定でき、変化の急激なアーク溶接においてもハ
ンチングを生じることなく極めて安定な制御が可
能となる。しかも、溶接出力の制御そのものは、
基準信号値の修正動作が遅いために、過渡的には
略オープンループ制御的となるので、従来のフイ
ードバツク制御を行うクローズドループ制御方式
において、制御系を安定化させるために、応答速
度を遅くした場合におけるような出力の立上り時
の遅れはほとんどなくなる。

第１図に示した実施例においては、出力設定値
の各値に対応して基準信号の各値を記憶するよう
にしたが、このようにすると出力設定値がわずか
に変更になつた場合でも、改めて自己学習課程を
経て正しい基準信号値を得る動作を行うことにな
る。このために、新しい出力設定値を指示したと
きには、基準信号値が零から上昇してゆくことに
なり応答が遅く、このために立上りが遅くなつて
実用上不便なことがある。さらに、記憶する溶接
条件のデータの組合せも極めて多くなり、大きな
記憶容量を必要とするばかりでなく、設定値に対
応する基準信号値の検索読み出しに長い時間を要
することになり、溶接の途中で出力設定値を変更
するような場合には、応答しきれなくなる。そこ
で、記憶する溶接条件のデータとしては、一定の
溶接条件の変化値の間隔毎のデータのみを記憶
し、出力値が設定されたときには、これに近い２
つの溶接条件のデータを読み出して、この近似デ
ータから比例計算により近似基準信号値を演算
し、この結果を基準信号値として用い、その後
は、第１図の実施例にて説明したように、修正回
路によつて正しい実際の出力値が得られる値にま
で修正するように構成すればよい。

第３図は、このようにしたときの実施例であ
る。同図において、９は出力設定回路１からの信
号を受けて出力設定値に近い２つの基準信号値を
記憶回路２から読み出す至近２値検索回路であ
り、１０はこの至近２値検索回路９によつて得ら
れた２つの基準信号値から出力設定回路１の出力
に適応した基準信号値を比例計算によつて演算す
る比例演算回路であり、この至近２値検索回路９
および比例演算回路１０が、第１図に示した実施
例の基準信号検索回路３に相当する。第３図のそ
の他の部分は、第１図に示した実施例において、
同符号を付した回路と同様の機能を有する。

同図の実施例の動作を、第１図の実施例と同様
に出力電流値の制御について説明する。同図にお
いて、出力設定回路１から出力設定値Isが出力さ
れると、この出力設定信号Isによつて至近２値検
索回路９は記憶回路２を検索し、先に記憶されて
いる各条件の出力設定値とそれらの各条件にそれ
ぞれ対応する基準信号値との組合せのデータのう
ちから、指定された条件における出力設定値Isに
近い２つの出力設定値とその指定された条件と同
一の出力設定値に対応する基準信号値とを読み出
す。この読み出された２組のデータは、出力設定
値Isとともに比例演算回路１０に供給される。比
例演算回路１０においては、指定された出力設定
値Isに対する基準信号値を、この２組のデータを
結ぶ直線上にあるものと仮定して比例演算し、基
準信号値Irを得る。いま、出力設定値Isに対して
読み出された２組のデータを（Is１，Ir１）、（Is
２，Ir２）の組合せであるとすると、これから得
られる出力設定値Isに適応する基準信号値Irは、
出力設定値Isを横軸にし、また基準信号値Irを縦
軸とした第４図の線図において、点（Is１，Ir
１）と点（Is２，Ir２）とを通る直線上に存在す
ものとして計算する。

即ち、 Ir＝Ir2−Ir1／Is2−Is1・（Is−Is1）＋Ir1 を演算する。このようにして、得られた基準信号
値Irは、基準信号修正回路４を経て溶接出力制御
回路５に供給され、負荷６に対する実際の出力値
が制御される。この実際の出力値は、出力設定値
Isと比較回路８によつて比較されて、差があると
きには、基準信号修正回路４によつて基準信号値
Irが所定量修正されて、Ir＝Ir±Δiとなつて、再
び溶接出力制御回路５に供給され、第１図の説明
と同様の修正動作が順次くりかえされる。このよ
うにして、実際の出力値I₀が出力設定値Isに一致
するまで修正動作が行なわれ、Is＝I₀の期間が一
定時間継続すると、このときの基準信号値Irを出
力設定値Isとともに記憶回路２に書き込む。この
ようにして、新しい出力設定値が指定される毎
に、至近の２組のデータから仮の基準信号値を演
算し、これを実際の出力値と比較しながら修正す
ることをくりかえして、記憶回路にデータを蓄積
していく。この場合、あらかじめ出力値を一定の
間隔毎に指定し、出力値の全領域におけるデータ
を蓄積し、以後はこれらの特定の出力値における
データが修正されたときのみ記憶回路の書き替え
を行い、他の中間的な出力値が指定されたときに
は、基準信号値の演算および修正のみを行うよう
にし、記憶回路への書き込みを行なわないように
すれば、記憶回路２の容量を少なくすることがで
きる。なお、データを蓄積する初期においては、
記憶回路２の記憶内容は零であるので、演算によ
つて得られる基準信号値も零となるが、この場合
も、第１図の説明と同様に、出力値が零から始ま
るだけで、最終的には出力設定値にまで達するこ
とになる。

上記の各実施例においては、説明を簡単にする
ために、実際の溶接出力値I₀だけの制御につい
て、本発明を実施する場合について説明したが、
実際の溶接においては、出力電流の他に出力電
圧、溶接速度など他の溶接条件があるので、上記
の同様にすれば、これらもそれぞれ最適の基準信
号値を得ることができる。

定電圧特性の電源を使用して消耗電極ワイヤを
略一定の速度で供給する方式の溶接機において
は、前述したように、溶接電圧値は溶接電源の出
力電圧値によつて定まり、溶接電流値はワイヤの
送給速度に略比例するので、溶接電圧の基準信号
値は、溶接電源の出力電圧値となり、溶接電流の
基準信号値は、ワイヤ送給速度となる。一方、定
電流特性の電源を使用して、消耗電極ワイヤの送
給速度によつてアーク電圧を制御する方式の溶接
機においては、溶接電圧の基準信号値はワイヤ送
給速度となり、溶接電流の基準信号値は溶接電源
の出力電流値となる。また、電極としてタングス
テン電極を用いる非消耗電極アーク溶接において
は、定電流特性の電源を用いるので、溶接電流の
基準信号値は同様に溶接電源の出力電流値とな
り、溶接電圧の基準信号値はアーク電圧を制御す
るためのアーク長を定める電極と被溶接物との間
隔となる。さらに、溶接線の単位長当りの入熱を
制御するときには、これらの溶接電流と溶接電圧
との積と溶接速度との関係を所定値に保てばよい
ので、溶接電流と溶接電圧とが指定されたとき
に、これらの積に対応する溶接速度から速度基準
信号値を読み出して、前述と同様の修正が加えら
れて適正値が求められる。

なお、上記の説明においては、溶接が開始され
ると、直ちに基準信号修正回路４が動作するよう
になつているが、アーク溶接においては、溶接開
始時には、電極と被溶接物との短絡、溶断、開放
など過渡的な現象が生じるので、溶接電圧、溶接
電流ともに不安定な時期がある。このために、溶
接開始後、直ちに基準信号修正回路４を動作させ
ると、不要な修正を行うようなことも発生し、か
えつて制御系を不安定にしてしまう。基準信号修
正回路４の応答速度を遅くしておけば、このよう
な不安定を少なくすることができるが、応答速度
をあまり遅くすることは、定常時における修正動
作も遅くなるので限界がある。そこで、不安定現
象の発生しやすい溶接開始から一定時間は、基準
信号修正回路４の機能を停止させておき、不安定
期間が経過した後に、基準信号修正回路４を動作
させて、出力設定値によつて基準信号値を修正す
るようにすれば、応答速度を遅くすることなく、
本発明を実施することができる。同様に、溶接の
終了時にも、終了指令によつて、まず修正動作を
中止し、その後に、溶接出力値を低減して停止す
る手順を行うようにする。

＜本発明の効果＞ 以上のように、本発明においては、出力設定器
の設定値出力値と実際の出力値とが一致するま
で、溶接機本体の制御回路に供給する出力設定値
に対応した基準信号値を順次修正していくので、
設定回路の設定値によつて定まる出力値と実際の
出力値とが一致するようになり、組合せる溶接機
本体の制御回路の感度にかかわらず、設定回路の
目盛を一方的に定めて直読目盛とすることができ
る。

しかも、組合される溶接機本体は一度決定され
ると、後はあまり変更されることはないので、一
度この組合せ機に対して出力設定値と基準信号値
との関係を自己学習により記憶すると、以後は最
初から最適の基準信号値が出力されることにな
り、制御系はオープンループ制御系に近くなつ
て、通常のフイードバツク制御系では実現できな
かつたような極めて速い応答性をもたせることが
できる。

また基準信号値が入力されるまでの各装置又は
回路は、溶接機本体の溶接出力制御回路と無関係
に製作することができるので、例えば、溶接ロボ
ツトに溶接電源、ワイヤ送給装置を組合わせると
きにもロボツトの制御回路に、本発明を適用した
基準信号値を発生する回路を設けることによつ
て、定格容量、出力変動率、仕様などが異なる
種々の機器を組合せて使用することが可能とな
る。この結果、溶接ロボツトに対する電源、ワイ
ヤ送給装置などの組合せ機器の適用範囲が、極め
て広くなり柔軟性に優れた装置となる。しかも、
この組合せ対象は、基準信号の種類が同じであれ
ば、その信号値即ち感度は、修正及び記憶を行う
ことによつて自動的に補償されるので、溶接機の
メーカが異なる場合にも、特別に溶接機の定格及
び仕様を一致させる必要がない。通常、この基準
信号値は、直流電圧によつて供給されることが多
いので、現在のほとんどの装置を自由に組合せる
ことが可能となる。

そして、これらの機器の組合せ時において、設
定値に対する最適の基準信号値を自己学習によつ
て、順次に蓄積していくので、各装置間の調整及
び検査は、何ら行う必要がなく、使用現場におい
て臨時に手持の溶接機を組合せても十分に正しい
出力が得られる。

これらの機能を溶接電源、ワイヤ送給装置など
の中に組込むことも可能であり、この場合には、
溶接出力制御回路に、必要な信号値にかかわら
ず、出力設定回路を設定に都合のよい信号値の範
囲にすることが可能となり、かつ、出力定格の異
なる多くの機種に対しても、全く同じ制御系を用
いることが可能となるので、出力設定回路から基
準信号制御回路に至る制御系をすべての定格のも
のに対して共通使様とすることができ、制御装置
の標準化が可能となり、生産性、品質の均一性な
どに優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す構成図、第２図
は第１図の実施例の動作を説明するためのフロー
チヤート、第３図は本発明の別の実施例を示す構
成図、第４図は第３図の実施例に用いる比例演算
回路の動作を説明するための線図である。 １……出力設定回路、２……記憶回路、３……
基準信号検索回路、４……基準信号修正回路、５
……溶接出力制御回路、６……負荷、８……比較
回路、９……至近２値検索回路、１０……比例演
算回路、Is……出力（電流）設定信号又は出力
（電流）設定値、Ir……出力制御用基準信号又は
基準信号値、I₀……実際の出力値。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶接時に生じる１以上の溶接条件とともに溶
   接機の出力値を設定する出力設定回路と、 前記１以上の溶接条件における出力設定値と前
   記出力設定値に対応する出力制御用基準信号の値
   とを一組のデータとして記憶する記憶回路と、前
   記１以上の溶接条件とともに溶接機の出力設定値
   を指定して前記記憶回路から前記出力設定値と同
   じ組のデータの基準信号の値を読み出す基準信号
   検索回路と、 前記出力設定器の設定出力値と実際出力値とを
   比較して設定出力値と実際出力値とが一致するま
   で前記基準信号値を所定の間隔で段階的に修正す
   る基準信号修正回路と、 前記修正された基準信号の値によつて前記溶接
   機の出力値を制御する溶接出力制御回路とを具備
   した溶接機制御装置。 ２ 前記記憶回路は、前記基準信号修正回路の出
   力が一定時間継続して変化しなかつたときにこの
   値を取り込んで記憶値を書き替える回路である特
   許請求の範囲第１項に記載の溶接機制御装置。 ３ 前記記憶回路は、溶接時に生じる１以上の溶
   接条件に加えて適用する溶接方法をも同時に組合
   せて１組のデータとして記憶する記憶回路であ
   り、前記基準信号検索回路は前記出力設定回路の
   出力信号と前記溶接方法との組合せに対応する基
   準信号を前記記憶回路に記憶されたデータから検
   索して前記溶接出力制御回路に供給する検索回路
   である特許請求の範囲第１項または第２項のいず
   れかに記載の溶接機制御装置。 ４ 前記記憶回路は、溶接時に生じる１以上の溶
   接条件に加えて適用する溶接機の特性をも同時に
   組合せて１組のデータとして記憶する記憶回路で
   あり、前記基準信号検索回路は他の検索条件と前
   記溶接機の特性との組合せに対応する基準信号を
   前記記憶回路に記憶されたデータから検索して前
   記溶接出力制御回路に供給する回路である特許請
   求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の
   溶接機制御装置。 ５ 前記基準信号検索回路は、前記出力設定回路
   の設定値に対して近い値のデータを２組読み出し
   読み出したデータから設定値に対応する基準信号
   の値を比例計算により演算して出力する演算機能
   を有する回路である特許請求の範囲第１項ないし
   第４項のいずれかに記載の溶接機制御装置。