JPH051107B2 - - Google Patents

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JPH051107B2
JPH051107B2 JP60154382A JP15438285A JPH051107B2 JP H051107 B2 JPH051107 B2 JP H051107B2 JP 60154382 A JP60154382 A JP 60154382A JP 15438285 A JP15438285 A JP 15438285A JP H051107 B2 JPH051107 B2 JP H051107B2
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JP
Japan
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workpiece
arc
welding torch
torch
voltage
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JP60154382A
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Aaru Rozameru Ronarudo
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DEIMETORITSUKUSU Inc
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DEIMETORITSUKUSU Inc
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS61226178A publication Critical patent/JPS61226178A/ja
Publication of JPH051107B2 publication Critical patent/JPH051107B2/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/12—Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/06—Arrangements or circuits for starting the arc, e.g. by generating ignition voltage, or for stabilising the arc
    • B23K9/073—Stabilising the arc

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、溶極アーク溶接中の溶接トーチの位
置を制御する装置に関する。特に、本発明は、こ
れらの探知技術を利用する自動位置制御装置と共
に溶接トーチ近接度及び／又は溶接物形状のアー
クを通しての探知装置に関する。
本装置を操作して得られる情報は、あらかじめ
アーク電圧又は電流に変動を与えた時に得られる
もう一方のアーク電流又は電圧の変動であり、こ
の振幅の大きさは、トーチ装置の工作物に対する
距離を示す一要素となつている。測定されるアー
ク電圧及び／又は電流の振幅の大きさはトーチ装
置が工作物に対して接近している時には小さく、
トーチ装置が工作物から遠く離れた時にはより大
きくなる。従つてアーク電圧及び／又は電流の振
幅の変化を感知して制御し、そしてトーチ装置の
工作物に対する距離を間接的に制御する、フイー
ドバツク制御システムが可能となる。
（従来の技術） 溶極アーク溶接工程に関する方法として、アー
ク長さを間接的に制御するアーク電圧調整用の
種々の装置がある。溶接アーク電圧を変動せしめ
る自動フイードバツク制御の利用もアーク長さを
ある程度まで制御できるが、溶極材料が溶ける位
置又はアークが放出される位置と溶接対象母材又
は部分間のアーク電圧を検知する実用的方法は知
られていない。アーク電圧の最も正確な実用的測
定は通常、コンタクトチツプと工作物間で行われ
る。この測定電圧の制御は、コンタクトチツプと
母材間の距離が非常な広範囲で変動しない限り、
実際のアーク電圧の限定制御とアーク長さの間接
制御を可能にする。
従来、トーチ装置の工作物の対する距離をアー
ク電圧及び／又は電流の変化によつて測定するこ
とは、特開昭60−33871、33872号明細書中にも記
載されているように、いわゆるアークセンサとし
て公知であるが、同明細書中にあるように、
Ｙ、Ｚ軸方向の微妙な制御を行う場合、制御入力
信号が不安定になる、溶接電流に鋭いパルス状
波形が重畳される場合、回路動作が不安定にな
る、という欠点を有していた。そして先の特開昭
60−33871、33872号公報記載の発明はアークのイ
ンピーダンス又はコンダクタンスを探知してこの
解決を企ろうとするものである。
これに対し、本件出願の発明は、アーク電圧又
は電流にあらかじめ定期的な振動等の変動を与え
ることにより、トーチ装置と工作物間の距離の変
化に対応して検出される他のアーク電流又は電圧
の変動は従来の定電圧／定電流の場合に比べはる
かに大きなものとなるという知見に基づいてい
る。このようにして得られたアーク電圧及び／又
は電流の変動は、そのままトーチ装置の工作物に
対する距離に関する情報として取出すことがで
き、あらかじめ設定された適正距離情報との差を
検出することによつて、トーチ装置の工作物に対
する距離を制御し、トーチ装置を適正位置に自動
的に戻すようにすることが可能となる。
（発明が解決しようとする問題点） 接触電位（つまり、電極とコンタクトチツプ間
の電流転移点での電位）が無視できると仮定すれ
ば、コンタクトチツプと基材間で調整される電圧
は電極ステツクアウトでの電圧降下（つまり、電
流(1)×電極ステツクアウト抵抗（Re））プラス実
際のアークでの電圧降下に等しい。これらの電圧
降下は共に長さの関数である。つまり、アーク長
さ及び／又はステツクアウトの増加は高い電圧を
発生させる。ステツクアウトは電極材料の長さ又
はコンタクトチツプの端部からアークが放出され
る電極材料の点までの距離として定義される。コ
ンタクトチツプの端部から基材までの距離は、ス
テツクアウト長さプラス実際のアーク長さに等し
い。したがつて、コンタクトチツプの端部と基材
間の距離のどのような変動もステツクアウトと実
際のアーク長さの変動を発生させ、この変動が実
際のアーク電圧の変動を発生させる。
実際上、コンタクトチツプと基材間の距離の変
動により他の望ましくない効果も起こりうる。ト
ーチと基材との間の距離が増加すれば、大きくな
つたIReの電圧降下により多くの電力が電極に伝
わるので、長い電極ステツクアウトは大きい電極
予熱を発生させる。これはまた、アーク電流を減
少させる。また電極の溶融の範囲とその形状変化
もアークの正確な位置決めに影響する。したがつ
て、一定の電極ステツクアウト長さ又は一定のコ
ンタクトチツプ・基材近接度を維持する必要があ
る。
基材に対する溶接トーチの高さ又は近接度を制
御する既存の方法が多数ある。既存の装置は接触
機械式従動子、接触電気機械式センサ、非接触渦
電流変換器、非接触光学センサ、又は、アークを
通しての電流感応技術に基づいている。既存技術
は全て、種々の欠点を有する。
トーチ、工作物近接度の正確な制御の鍵は、ア
ークの距離関係情報を直接得られるかどうかにか
かつている。本発明は、前述した従来技術の問題
点を解決することを目的とし、必要な情報を与え
る新しいアークを通しての感応又は探知技術を見
出したものである。
（問題点を解決するための手段） 本発明は、溶接トーチ装置内の接触装置により
溶極を工作物に向ける装置、溶極金属と工作物間
にアークを発生する電力を供給する装置、アーク
に供給される電力を変動させる装置及びアーク電
圧又はアーク電流の何れかへの電力変動の効果を
探知する装置から成る、溶接トーチ装置位置探知
装置に関する。
電力を変動させる装置は電流又は電圧の内少な
くとも一つを変動させる装置を含み、電力変動の
効果を探知する装置は少なくともアーク電圧感応
装置又はアーク電流感応装置のどれか一つであ
る。
本発明の一実施例によると、アーク電圧感応装
置又はアーク電流感応装置は、溶接トーチ装置位
置関連情報を形成するために感応電圧又は電流信
号を処理する装置を含む。また、アーク電圧感応
装置又はアーク電流感応装置は、目標情報を選択
的に感応する電子フイルター装置を含んでもよ
い。
また、探知装置は、溶接トーチ装置位置関連情
報を形成するため、アーク電圧及び／又はアーク
電流への探知効果を処理する別の装置を含んでも
よい。また、電力変動の効果を探知する装置は、
電圧感応装置及び電流感応装置を含むものとして
もよい。
アーク電圧及びアーク電流への効果の探知結果
を処理する装置はインピーダンス計算装置である
ことが望ましく、このシステムは目標情報を選択
的に感応する別の電子フイルター装置を含んでも
よい。
また、本発明は、溶接トーチ装置内の接触装置
により溶極金属を工作物に向ける装置、溶極金属
と工作物間にアークを発生する電力を供給する装
置、予め設定された電流の変動発生用の装置を含
む給電装置、アーク電圧への予設定電流変動の効
果を探知する装置及び溶接トーチ装置位置関連情
報を生成するためにアーク電圧への効果の探知結
果を処理する装置とから成る溶接トーチ装置位置
探知装置を提供する。この装置で電力を供給する
装置はパルス電源装置から成る。また、探知装置
は、アーク電流への予設定電流変動の効果を探知
する装置をも含んでもよい。
別の装置として、溶接トーチ装置内の接触装置
により溶極金属を工作物に向ける装置、溶極金属
と工作物間にアークを発生させるための電力を供
給する装置、予設定電圧発生用の装置を含む給電
装置、アーク電流への予設定電圧変動の効果を探
知する装置及び溶接トーチ装置位置関連情報形状
のためにアーク電流への効果探知結果を処理する
装置とから成る溶接トーチ装置位置探知装置が開
示されている。この装置では、探知装置はさら
に、アーク電圧への予設定電圧変動の効果を探知
する装置を含む。
本発明の他の実施例では、溶接トーチ装置内の
接触装置により溶極金属を工作物に向ける装置、
溶極金属と工作物間にアークを発生するため電力
を供給する装置、アークに供給される電力を変動
させる装置、アーク電圧又はアーク電流のうち少
なくとも１つへの電力変動の効果を探知する装
置、溶接トーチ装置位置関連情報を形成するため
のアーク電圧及び／又はアーク電流への効果探知
結果を処理する装置及び溶接トーチ装置と工作物
の相対位置を制御する装置から成る溶接装置に関
する。
溶接トーチ装置と工作物の相対位置を制御する
装置は、溶接トーチ装置又は工作物のいずれかの
位置を調整する装置、トーチ装置と工作物の目標
の位置関係を指令する装置、探知位置関連情報を
目標位置関係と比較する装置及び、探知位置を目
標位置関係に一致させるための位置調整装置制御
用比較装置と操作上結合する装置から成る。この
調整装置は、工作物に対する溶接トーチ位置の垂
直及び／又は水平位置を自動的に変動させる装置
を含んでよい。
また、本発明の装置が、工作物に対する溶接ト
ーチ装置の水平及び／又は垂直位置の探知及び制
御能力を高めるため、溶接トーチ装置が工作物の
前処理済み溶接継手をジグザグ状に進むように、
溶接トーチ装置又は工作物のどれかを、アーク電
圧又は電流に変化を起させるように装置を操作す
る手段を含むことができる。
本発明による別の溶接装置は、トーチ装置又は
工作物のどれかの位置を調整する装置、トーチ装
置と工作物と目標位置関係を指令する装置、探知
位置関連情報を目標位置関連と比較する装置及び
探知位置を目標位置関係と一致させるための位置
調整装置制御用の比較装置と操作上結合する装置
と共に、上述の探知装置のいずれかを含む。
本発明の他の特性として、溶接トーチ装置内の
接触装置による溶極金属の工作物への方向づけ、
溶極金属と工作物間にアークを発生させるための
給電、アークに供給される電力の変動及びアーク
電圧又はアーク電流のどれかへの電力変動の効果
の探知から成る溶接トーチ装置の位置の探知方法
が提供される。
電力の変動手段は電流又は電圧のどれかの変動
から成り、探知手段はアーク電圧及び／又はアー
ク電流の感応及び溶接トーチ装置位置関連情報の
形成のための感応信号の処理から成る。また、こ
の方法は、溶接トーチ装置位置関連情報を形成す
るためのアーク電圧及び／又はアーク電流への効
果の探知結果の処理を意図している。
溶接トーチ装置の位置を探知する他の方法は、
溶接トーチ装置内の接触装置による溶極金属の工
作物への方向づけ、溶極金属と工作物間にアーク
を発生させるための給電、予設定電流変動発生用
の装置を含む給電装置、アーク電圧への予設定電
流変動の効果の探知及び溶接トーチ装置位置関連
情報の形成のためのアーク電圧への効果探知結果
の処理から成る。また、探知手段は、アーク電流
への予設定電流変動の効果の探知を含んでよい。
別の方法として、溶接トーチ装置の位置を探知
する方法は、溶接トーチ装置内の接触装置による
溶極金属の工作物への方向づけ、溶極金属と工作
物間にアークを発生するための給電、予設定電圧
変動発生用の装置を含む給電装置、アーク電流へ
の予設定電圧変動の効果の探知及び溶接トーチ装
置位置関連情報の形成のためのアーク電流への効
果探知結果の処理から成る。この方法では、探知
手段はアーク電圧への予設定電圧変動の効果の探
知を含んでよい。
また、本発明は、溶接トーチ装置内の接触装置
による溶極金属の工作物への方向づけ、溶極金属
と工作物間でアークを発生させるための給電、ア
ークに供給される電力の変動、アーク電圧又はア
ーク電流のどれかへの電力変動の効果の探知、溶
接トーチ装置の位置関連情報形成のためのアーク
電圧及び／又はアーク電流への効果探知結果の処
理及び溶接トーチ装置と工作物の相対位置の制御
から成る溶接装置に関する。
溶接トーチ装置と工作物の相対位置の制御手段
は、トーチ装置又は工作物のどれかの位置の調
整、トーチ装置と工作物の目標位置関係の指令、
探知位置関連情報と目標位置関係の比較及び探知
位置を目標位置関係に一致させる調整位置の制御
から成るのが望ましい。位置調整手段は工作物に
対するトーチ装置の垂直又は水平位置の自動変動
及び、工作物に対する溶接トーチの水平及び／又
は垂直位置の探知と制御能力を高めるために、接
触トーチ装置が工作部の前処理済溶接継手でジグ
ザグ状に進むような溶接トーチ装置又は工作物の
どれかのアーク電圧又は電流に変化を起させるよ
うに装置を操作する手段を含んでよい。
本発明による他の溶接方法は、上述のような溶
接トーチ装置の位置の探知、トーチ装置又は工作
物のどれかの位置の調整、トーチ装置と工作物の
目標位置関係の指令、探知位置関連情報と目標位
置関係の比較及び探知位置を目標位置関係に一致
させる位置調整装置の制御から成る。
本件出願の技術は、従来技術の手法による信号
−ノイズ比を改良したものであり、周波数フイル
タリング及び同期サンプリングのような付加的な
信号増幅手段を用いることを可能にしている。
また、本件発明によれば、トーチ装置の工作物
との距離を感知し、制御するために、溶接溝内を
ウイービングしたり又は前後に振動させる必要は
ない。したがつて本件技術は、溝孔を持たないも
の、例えば金属被覆作業にも適用できる。換言す
れば、トーチ装置の距離は溶接される場所が完全
に平面かあるいは不規則面かに関わりなく、制御
されることができる。明細書添付の第１図及び第
２図の溶接面は平滑であり、溝孔がないことに注
目されたい。
さらに付言すると、本発明は装置が電圧及び／
又は電流の変動を得るために操作すべき特別の機
器を必要とせず、既成の電源の変動要素を用いる
ことができるということである。
（実施例） 本発明の望ましい実施例を添付図面を参照して
説明する。
溶接トーチ位置（つまり、基材への近接度及
び／又は溶接物形状）のアークを通しての探知に
関する本発明の装置は特に、溶極アーク溶接工程
で有効である。「アークを通して」の用語はここ
では、溶接アーク自体から導かれる情報に関する
ものとして定義されている。要するに、これらの
技術はコンタクトチツプと工作物間の距離関連イ
ンピーダンスの直接測定、コンタクトチツプ・工
作物間電圧の距離関連成分の探知と処理又はアー
ク電流の距離関連成分の探知と処理から成る。
最初に第１図を参照すれば、本発明による一般
トーチ近接度及び溶接物形状探知器１０と位置制
御装置１１が図示されている。探知器１０は、コ
ンタクトチツプ又はエレメント２０を有する溶接
トーチを経て、溶接アーク２２が発生する溶接対
象基材、溶接物、工作物又は部分１４への溶極材
料１３を送る装置を必要とする。コンタクトエレ
メント２０は、溶接電源１９から溶接材料へ、最
終的に溶接アーク２２に給電する装置となる。リ
ード線ＦとＧは溶接電源１９をコンタクトチツプ
２０と溶接物１４のそれぞれに接続する。
溶極材料送り用装置は送り量制御器１６、送り
駆動モータ１８、「ピンチ」駆動ロール１６及び
溶極材料１２のスプールから成る。溶極がアーク
に送られる量を制御又は調整するため、送り量制
御器が使用される。この個所までに示された全て
の構成要素は、溶極材料を使用するアーク溶接用
のどの装置でも共通である。
特に探知器１０に必要になるかも知れない追加
要素は（要素１９の部分としてここで示されてい
る）アークに供給される電力を変動させる装置、
アーク電流センサ２１、コンタクトチツプ、工作
物間電圧センサ２５及びインピーダンス計算装置
２６である。
注意しなければならない事は、アークに供給さ
れる電力を変動させる装置を電源に内蔵する必要
がないことである。このことは、外部接続電気装
置を使用できることを意味する。例えば、交流信
号は、電源出力部と直列又は並列に結合したトラ
ンスから発生できる。以下の説明で探知方法を例
示するため、電流の小さい正弦波が平均溶接電流
に加重されていると仮定される。
実施例の装置によれば、探知器１０を構成する
幾つかの要素やブロツクが不要になることがあ
る。電力変動装置が溶接パラメータの特定のセツ
トに関して十分限定された電流又は電愛変動を発
生すれば、インピーダンス計算装置２６及び電流
センサ２１又は電圧センサ２５が不要になる。例
えば、第２図の装置は、電圧感応装置のみが必要
な装置を例示している。この状態で、電圧又は電
流センサ要素も、（合計要素３０の負の入力部に
直接送られる）距離関連情報に感応信号を処理す
るのに必要な要素を含むことができる。
インピーダンス計算装置、電圧センサ又は電流
センサにより必要ならば、任意の同期信号は電力
変動装置内で発生できるか又は、電圧又は電流セ
ンサ内の電圧又は電流信号から直接導くことがで
きる。第２図は、感応電愛の処理に必要な同期ト
ラツクと保持信号が電源で発生するケースを例示
している。
再び第１図を参照すると、平均溶接電流に電流
の小さい正弦波を加重してアークに供給される電
力の変動方法を採用したケースの場合の探知技術
が以下に説明される。このケースでは、電流セン
サ２１は、正弦波の周波数に同調された狭帯域フ
イルタと正弦波成分のピーク間電流を代表する出
力Ｅを発生するピーク間振幅探知器を含んでよ
い。
電圧センサ２５は、コンタクトチツプと工作物
間の電圧を感応する。また、電圧センサ２５は、
帯域フイルタと電圧の正弦波成分ecのピーク間振
幅を代表する出力Ｄを発生するピーク間振幅探知
器を含んでよい。この場合、インピーダンス計算
装置は、Ｄ対Ｅの比の計算により、コンタクトチ
ツプと工作物間のインピーダンスを代表する出力
Ｂを発生する。この方法は、必要な電圧と電流情
報を得るため、絶対値、rms等用の探知器のよう
な他のタイプの探知器を使用できるので、ピーク
間探知器の使用に限定されない。
コンタクトチツプと溶極材料間のインピーダン
スが比較的小さいと仮定して、コンタクトチツプ
と工作物間の総インピーダンスは次の２つの大き
い成分を含む。つまり、ステツクアウト・インピ
ーダンスと正弦波の周波数でのアークの動的イン
ピーダンスである。ステツクアウト・インピーダ
ンスはステツクアウト長さに大きく依存し、特に
高測定周波数では、アーク・インピーダンスはア
ーク長さから比較的独立している。しかしなが
ら、出力Ｂはステツクアウト長さの良好な指標と
なり、トーチ・工作物間距離の間接的な指標にな
る。溶接パラメータの所与のセツトで、トーチ近
接度は、出力Ｂを目標又は指令値に一致させる方
法により制御できる。換言すれば、もし制御装置
が出力Ｂを一定にしかつ指示値と等しくするため
に用いられるとすると、ステツクアウト・インピ
ーダンスはいかなる所与の溶接パラメータに対し
ても、一定値を保つ。
トーチ近接度／溶接物形状探知器１０は、トー
チと工作物と相対位置の制御において、必要かつ
重要な要素となる。この探知器は、下記の方法で
工作物又はトーチを動かすことによつてトーチ・
工作物近接度を制御する制御器と共に使用でき
る。また、溶接継手でのトーチ及び／又は工作物
の振動又はジグザグ状の運動を発生するメカニズ
ムと探知器の結合、また、探知器の出力とジグザ
グ状パターン情報の結合により、工作物形状及
び／又はトーチと工作物の相対位置と配置に関す
る情報が得られる。この方法で、前処理済み溶接
継手の端縁は探知され、自動的に端縁又はシーム
追尾を行うように利用できる。
再び第１図を参照すると、トーチ近接度制御装
置１１が詳細に説明される。探知器１０の全ての
要素に加えて、この装置１１は指令又は基準入力
Ａ、合計装置３０、トーチ近接モータ制御装置３
２及び溶接トーチ・基材間距離の調整用のトーチ
近接モータ・メカニズム３４も含んでいる。
インピーダンス制御器としての形状である時、
これらの諸要素は協同して、トーチ・工作物間の
近接度を間接的に制御する。合計装置３０は指令
インピーダンスＡをインピーダンス計算装置２６
の出力（探知器の出力）での実際の距離関連イン
ピーダンスＢと比較し、信号ＡとＢ間の差の関数
である信号Ｃを発生する。トーチ近接度モータ制
御器３２は、トーチと基材間の距離を調整するた
め、この信号差Ｃを使用する。測定インピーダン
スが指令インピーダンスより大きい時、距離が減
少され、測定インピーダンスが指令インピーダン
スより小さい時、距離が増加され、その結果、測
定インピーダンスは指令値と一致する。インピー
ダンスを一定に保つことは間接的に、トーチ・工
作物間距離を目標又は指令値で一定に保持するこ
とになる。
トーチ近接度制御器は、「バング・バング」又
は比例制御のような種々の方法で利用できる。装
置のノイズの感度を小さくし、近接度の変動への
システム応答の最適化を可能にするため、平均又
は他の処理装置を制御器内に内蔵することができ
る。
第２図を参照すると、電圧探知装置と市販のパ
ルス電源を利用した自動トーチ近接度制御の個別
の実施例に関するブロツク・ダイヤグラムが説明
される。
近接度探知器４０は、コンタクトチツプ又は要
素２０を有する溶接トーチを経て、アーク２２が
発生する溶接対象基材、溶接物、工作物又は部分
１４まで溶極材料１３を送る装置を含んでいる。
コンタクトチツプ要素２０は、パルス溶接電源２
４から溶極材料へ、最終的に溶接アークへの電力
移転装置になる。リード線ＦとＧは、溶接電源を
コンタクトチツプと溶接物の各々に接続する。
溶極材料の送り装置は、送り量制御器１５、送
り駆動モータ１８、「ピンチ」駆動ロール１６及
び溶極材料のスプール１２から成る。溶極をアー
クに送る量を制御又は調整するため、送り量制御
量が使用される。この個所までに示された全ての
要素は、溶極材料を使用したパルスアーク溶接用
のどの装置にも共通である。
この探知器４０に特に必要な追加要素は、差動
アンプ２８、Eh追尾・保持要素４２、Ｅ追尾・
保持要素４４及び合計装置４６である。探知器４
０は、次のように機能する。パルス電源は第３図
でiaと示されている電流パルスを発生し、対応の
電圧波形ecになる。電流の最高値IHと最低値ILの
数値は近接制御にとつて決定的な要素ではない。
それらの通常望ましい金属内伝送特性を生みだす
ような値に調整される。例えば、パルスを有する
スプレー・トランスフア・モードで操作する時
は、IHの値はスプレー・トランスフアアを起すに
充分な高さ（溶極の材料にもよるが、一般的に
250アンペア以上）に設定されなければならない。
また、ILは溶極からのアークが維持できる高さ
（溶極の材料にもよるが、略20〜50アンペア）に
通常設定される。パルスの幅及び度数も通常望ま
しい金属内伝送特性を生み出すような値でよく、
これらは制御にとつて決定的な要素ではない。
電圧ecに感応し、共通のモードエラーを除去す
るため、差動アンプ２８が使用される。アンプ２
８の出力部Ｊは、追尾・保持要素４２と４４の出
力部に接続される。電源内で発生する同期信号Ｋ
とＬは、第３図に示した電圧EHとELを得るため、
追尾・保持スイツチSH及びSL（各々要素４２，４
４の部分）を制御するのに用いられる。これらの
スイツチの閉鎖は電流が低から高へ、また逆に高
から低へとわずかに遅れて移行する点によつて示
されている。この遅れは、追尾が可能となる前に
信号Ccを安定させるのに時間を与えることにな
る。合計装置４６は、差EHマイナスELの関数で
ある出力Ｂを発生する。この差はコンタクトチツ
プと工作物間のインピーダンスに関連し、インピ
ーダンスは前述のトーチ・工作物間距離に関連す
る。
また、探知器４０の上記要素に加えて、自動近
接度制御装置４１は、指令又は基準入力Ａ、合計
装置３０、トーチ近接モータ制御装置３２及び溶
接ヘツド・基材間距離の調整用のトーチ近接モー
タ機構３４も含んでいる。
ピーク間電圧制御器として形成される時には、
これらの要素は相互に作用して工作物へのトーチ
の近接度を間接的に制御する。合計装置３０は指
令ピーク間電圧Ａを探知器４０の出力部での実際
の距離関連ピーク間電圧Ｂと比較し、信号ＡとＢ
間の差の関数である信号Ｃを発生する。トーチ近
接度モータ制御器３２は、トーチと基材との間の
距離を調整するため差信号を使用する。測定電圧
が指令電圧より大きい時、距離は減少し、測定電
圧が指令電圧より小さい時、距離が増加し、この
結果測定電圧が指令値に一致する。電源はピーク
間電流を一定に保持しているので、ピーク間電圧
を一定に保持することは間接的に、トーチ・工作
物間距離を目標値で一定に保持することになる。
同期信号ＫとＬが電源内で容易に利用できなけ
れば、それらは電流又は電圧測定装置から直接発
生させることができる。パルス電源は米国特許
4409465又は米国特許4438317に示すような多数電
源、又は米国特許4301355に示されるような単一
電源を含むことができる。
出願明細書に添付した第２図に示すものは、ア
ーク電圧及び電流に変動を与える電子装置のみが
用いられている。第３図は、正確には「第２図に
示す装置のための、詳細な電流、電圧、及びトラ
ツク、ホールド信号」と言うべきものである。
最初に図面を見ると、第１図と第２図に示され
た方法は、アーク電圧又は電流を調整するのにこ
こで使用されている他の制御器と不利な相互作用
を発生すると思えるかも知れない。しかし、これ
らの制御器は一般に平均、パルス又は背景電圧を
調整するが、第１図と第２図の装置はピーク間電
圧又は電流を制御する形状でよく、したがつて、
このような相互作用を最小限にすることができ
る。実際に、経験が示すように、第２図の装置と
結合して平均アーク電圧を調整するパルス電源
は、協同して、近接度と平均溶接電圧の両方を制
御する。
低電流間隔又はパルス間隔中電圧（又は電流）
を調整する電源調整装置と結合して、パルス間隔
又は低電流間隔中電圧（又は電流）を調整するた
め、パルス電力装置で近接度制御器を使用できる
と考えることができる。この場合、２つの調整器
の結合はピーク間電圧の調整を達成し、されによ
りトーチ近接度を調整できる。
ここに開示された方法は、アークを通しての感
応に基づく。アークを通しての感応は（接触面の
不規則性に影響されない）非接触状態とアーク位
置で直接感応するという利点を有する。光学的感
応が例外であるが、他の技術は感応機構をアーク
の位置と溶融パドルの位置から片寄らせることが
必要である。この片寄りは、不規則形状と輪郭を
溶接する時、問題が生ずる。光学感応及び処理が
利用できるが、このタイプの感応はアークを通し
ての感応よりもはるかに複雑で、コスト高であ
る。
現在の感応技術は非常に不十分なSN比を有し、
相当の処理とフイルタ処理が必要である。後者は
制御過程の適応時間が厳しく限定され、用途によ
つては技術的に異常で許容できない程ゆつくりし
た溶接率に制限する。第２図の装置は、優れた
SN比を有し、高溶接率で十分作動することが判
明している。
第４図は第１図示の装置において、トーチ装置
の位置を曲線上で示し、それに付随した信号の波
形を示したもので、（所望値からかけ離れた）異
常位置から、所望又は正常位置へ位置修正が行わ
れる様子を示す。トーチ近接モータ・コントロー
ラ３２は、ポジテイブなエラー電圧（シグナル
Ｃ）によつてトーチ装置を工作物の方へ、またネ
ガテイブなエラー電圧によつて工作物から離す方
向へ移動させるように設計されている。
さらに、提示された装置において、電流の変動
波形（信号Ｅ）は一定値を示し、この場合インピ
ーダンス（Ｅに対するＤの割合）を計算する必要
はなく信号Ｂは信号Ｄのピーク値を検出すればよ
いことになる。
第５図は、第２図に示す装置のトーチ装置位置
曲線とそれに対応する波形を示すもので、トーチ
位置は異常状態から、好ましい正常状態へと変化
している。信号Ｊの直線は信号ecと同じものにな
る。
さらに、第３図に示すEHとELの小さなステツ
プや小傾斜について説明をしていませんでした
が、これら小規模の撹乱は、接合点４６及び３０
の出力部分に信号Ｂ及びＣとして表わされるもの
である。しかしながら、これらの撹乱は近接モー
タ及びコントローラの作動により平滑化されかつ
平均化されるので、装置の作動に及ぼす影響はな
い。
ここではアナログ制御方法が示されるが、デジ
タル制御器を使用することも容易である。
本発明は上述の目的を満たすよう十分設計され
ているが、当該技術分野に習熟した者であれば多
数の修正や実施例を考案することが可能であり、
本件特許請求の範囲によつて限定される本発明は
これら修正や実施例を全て包含するものと解され
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は、一般的なトーチ近接度／溶接物形状
探知器とトーチ近接度制御器のブロツクダイヤグ
ラム、第２図は、電圧探知装置と市販パルス電源
の既存特性を利用した自動トーチ近接度制御の個
別の実施例に関するブロツクダイヤグラム、第３
図は、電流パルス波形が理想化されている第２図
に示されているシステムが発生したアーク電流及
び電圧波形の図である。第４図は、明細書に添付
した第１図の装置において、トーチ位置が工作物
との距離において異常位置から、望ましい距離関
係へ推移する状態を信号の波形により示す。特に
第４Ａ図はトーチ位置が工作物に遠い位置から適
正位置へ、また第４Ｂ図はトーチ位置が工作物に
近過ぎる位置から適正位置へ移行する時の信号の
波形を示す。第５図は、明細書に添付した第２図
の装置において、トーチ位置が工作物との距離に
おいて異常位置から、望ましい距離関係へ推移す
る状態を信号の波形により示す。特に第５Ａ図は
トーチ位置が工作物に遠い位置から適正位置へ、
また第５Ｂ図はトーチ位置が工作物に近過ぎる位
置から適正位置へ移行する時の信号の波形を示
す。 １０……探知機、１２……溶極スプール、１５
……溶極送り量制御器、１６……駆動ロール、１
９……溶接電源及び出力変動装置、２１……電流
センサ、２４……パルス溶接電源、２５……電圧
センサ、２６……インピーダンス計算装置、２８
……差動アンプ、３２……トーチ近接度モータ制
御器、３４……トーチ近接モータ、４０……探知
器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 溶接トーチの接触手段により溶極金属を工作
    物に向ける手段と、 溶極金属と工作物間にアークを発生させる電力
    を供給する手段と、 アークに供給されるアーク電圧又は電流に変化
    を起させるように装置を操作する手段と、 前記操作によるアーク電圧又はアーク電流の何
    れか一方の変動信号を探知計測する手段と、 探知計測された変動信号により、前記溶接トー
    チと前記工作物間距離をコントロールする手段を
    備えることを特徴とする溶接トーチ位置自動探知
    装置。 ２ 前記変動信号を探知計測する手段は、電子フ
    イルタ手段を含むことを特徴とする特許請求の範
    囲第１項記載の溶接トーチ位置自動探知装置。 ３ 前記溶接トーチと前記工作物間距離をコント
    ロールする手段は、 探知された距離と適正所定距離を比較するため
    の手段と、 前記溶接トーチの接触手段又は工作物の少なく
    とも一方の位置を調整する手段と、 前記比較手段と動作的に連動する手段から成る
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の溶
    接トーチ位置自動探知装置。 ４ 前記位置を調整する手段が、前記工作物に関
    して溶接トーチの垂直及び／又は水平位置を自動
    的に変化させる手段を含むことを特徴とする特許
    請求の範囲第３項記載の溶接トーチ位置自動探知
    装置。 ５ 前記位置を調整する手段が、溶接つぎ目に沿
    いかつ横切つてトーチからの位置を探知しコント
    ロールする手段を含むことを特徴とする特許請求
    の範囲第３項若しくは第４項に記載の溶接トーチ
    位置自動探知装置。 ６ 工作物に関する溶接トーチの接触手段の水平
    及び／又は垂直位置の探知及びコントロールを高
    めるため、前記溶接トーチの接触手段が工作物上
    の準備された溶接つぎ目部を横切つて縫合して進
    むように、前記接触手段又は前記工作物の少なく
    もとも一方をアーク電圧又はアーク電流の変化を
    起させるように装置を操作するための電力供給手
    段と操作関連する手段を含むことを特徴とする特
    許請求の範囲第３項、第４項、第５項のいずれか
    一つに記載の溶接トーチ位置自動探知装置。 ７ 溶接トーチが溶接継目方向に工作物を横切つ
    て縫合して前後に進ように、溶接トーチ又は工作
    物の少なくとも一つを、アーク電圧又はアーク電
    流に変化を起させるように装置を操作される手段
    を含むことを特徴とする特許請求の範囲第３項、
    第４項、第５項又は第６項の何れか一つに記載の
    溶接トーチ位置自動探知装置。
JP60154382A 1985-03-29 1985-07-15 溶接ト−チ位置探知システム Granted JPS61226178A (ja)

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