JPH0630808B2 - 溶接ト−チ自動倣い方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、トーチを開先の幅方向にオシレートさせつつ
溶接を行う消耗電極式アーク溶接のトーチのオシレート
中心を溶接線に自動的に倣わせる自動倣い方法及びこの
方法を実施する自動倣い装置に関するものである。

［従来の技術］ 周知のように、消耗電極式のアーク溶接においては、第
１５図に示したように、トーチ１を通して消耗性電極ワ
イヤ２を被溶接物３の開先４に供給するとともに溶接部
にシールドガスを供給し、ワイヤ２と被溶接物３との間
にアークＡを生じさせつつトーチ１を溶接線ｗに沿って
移行させて溶接を行う。

この消耗電極式アーク溶接においてトーチ１を開先の幅
方向にオシレートさせつつ溶接を行う場合には、トーチ
１のオシレート中心を溶接線ｗに一致させるようにトー
チを溶接線に倣わせる必要がある。トーチ１を溶接線ｗ
に倣わせる方法は種々知られているが、溶接速度が比較
的遅い場合には、トーチの狙い位置（オシレート中心の
指向位置）の溶接線からのずれを電気的に検出すること
ができるため、機械的な検出手段を設けることなくトー
チを溶接線に倣わせることができる。

すなわち、溶接速度を１[m/min] 未満の比較的低速に設
定して溶接を行う消耗電極式アーク溶接においては、定
電圧特性の電源を用い、比較的低速でトーチをオシレー
トさせて溶接を行うが、この場合第１５図に示したよう
に、トーチ１の位置をａ→ｂ→ｃ→ｂ→ａと移動させて
トーチをオシレートさせると、電源の自己制御性によ
り、アーク長Ｌａがほぼ一定に維持される。そのため開
先の深さに応じてワイヤのエクステンション（トーチ１
からの突出長）がＬe1→Ｌe2→Ｌe3→Ｌe2→Ｌe1と周期
的に変化し、溶接電流も周期的に変化する。このように
比較的遅い速度で溶接を行う従来の消耗電極式アーク溶
接方法では、溶接電流がトーチと被溶接物との間の距離
に応じて変化するため、この溶接電流の変化からトーチ
の狙い位置のずれを検出してこのずれを無くすようにト
ーチ駆動機構を制御することにより、トーチを溶接線に
倣わせることができる。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のようにトーチをオシレートさせつつ溶接を行う場
合、溶接速度に対してトーチのオシレート速度（または
周期）が遅いと第１３図のように、溶接ビード５のリッ
プル（うねり）が粗くなり、実用的でない。溶接速度を
Ｖw 、オシレート周期をＴf とすると、ビードのリップ
ルのピッチＰは Ｐ＝Ｖw ／Ｔf …（１） で与えられる。例えばオシレート周波数Ｆ及び溶接速度
Ｖw をそれぞれＦ＝２[Hz]及びＶw ＝１．２[m/min]と
すると、溶接ビードのピッチＰは、Ｐ＝１０［mm］とな
り、ビードがつながらなくなって所望の継ぎ手強度を得
ることができない。ビードをつなげるためには、通常ビ
ードピッチＰを３mm以下にする必要がある。

第１４図は溶接速度Ｖw とビードピッチＰとの関係を、
オシレート周波数ｆをパラメータとして示したもので、
この第１４図から、溶接速度Ｖw を１[m/min]以上の高
速に設定してビードピッチＰを３mm以下にするために
は、オシレート周波数ｆを５．５[Hz]以上に設定する必
要があることが分る。

また、１[m/min] 以上の高速で溶接を行う場合に定電圧
特性の電源を用いると溶滴の移行が不安定になるため、
高速オシレートによって短絡とアークとが不規則に生
じ、溶接ビードが不安定になり易いという問題がある。
そのため溶接速度及びオシレート速度を高めて良好な溶
接を行うためには、溶接電源としてパルス電源を用い、
ベース電流にパルス電流を周期的に重畳した波形の溶接
電流を流して溶接を行うパルスアーク溶接法を採用する
のが適当である。このパルスアーク溶接法によれば、溶
接速度及びオシレート速度を高めても、アークを安定に
生じさせて溶滴移行を周期的に行わせることができる。

ところが、オシレート周波数ｆを５[Hz]以上に設定して
高速オシレートを行わせると電源の自己制御性が有効に
働かなくなるため、第１６図に示したようにトーチ１の
オシレートに伴ってアーク長がＬa1→Ｌa2→Ｌa3のよう
に変化し、ワイヤ２のエクステンションＬe1はほぼ一定
になる。この場合、溶接電流の変化は僅かであるため、
従来のように溶接電流を検出することによりトーチの狙
い位置のずれを検出することは困難である。

実際にパルス電源を用いた消耗電極式アーク溶接におけ
るアーク長の過渡応答特性を調べるため、第１２図Ａに
示すように段差のある鋼板を被溶接物３として、アーク
が段差のある部分を横切った時のアーク電圧及び溶接電
流の変化を測定したところ、第１２図Ｂ及びＣのような
特性が得られた。この場合、段差の部分でアーク長が急
に長くなった後元の長さに復帰するために要する時間は
２００〜５００[mesc]であった。このことから、パルス
電源を用いた消耗電極式パルスアーク溶接において、オ
シレート周波数を５[Hz]以上に設定すると過渡状態の連
続となり、電源の自己制御作用を利用することはできな
いことが分る。

以上説明したように、パルス電源を用いれば、溶接速度
及びオシレート速度を高く設定しても安定に溶接を行わ
せることができ、リップルの小さいビードを形成するこ
とができるが、この場合電源の自己制御性が働かず、第
１６図に示したようにトーチのオシレートに伴ってアー
ク長が変化してワイヤのエクステンションがほぼ一定に
なる。そのため、溶接電流の変化を検出して開先内にお
けるワイヤの位置を電気的に検出することはできず、低
速度で溶接を行う場合に採用されていた従来のトーチ倣
い方法を採用することはできない。従ってこの場合にト
ーチを溶接線に倣わせるためにはトーチの位置と溶接線
の位置とを検出する複雑な機械的位置検出手段や光学的
位置検出手段等を設ける必要があり、溶接装置の構造が
複雑になって装置が大形化するのを避けられなかった。
特に狭い場所に設置せざるを得ない溶接装置において
は、装置の大形化を許容できないため、トーチの自動倣
いを行わせることが困難であった。また機械的位置検出
手段や光学的位置検出手段を用いた場合には、アーク溶
接に伴って生じる熱や光、あるいはスパッタの影響を受
けて、検出精度及び耐久性が低下するという問題もあっ
た。

本発明の目的は、消耗電極式パルスアーク溶接におい
て、溶接速度及びオシレート速度を高く設定して溶接を
行う場合でもトーチの狙い位置のずれを純電気的に検出
して、複雑な機械的位置検出手段等を用いることなくト
ーチを溶接線に沿って自動的に倣わせることができるよ
うにした溶接トーチの自動倣い方法及びこの方法を実施
する自動倣い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］ 本願第１の発明は、トーチを開先の幅方向にオシレート
させつつ溶接を行う消耗電極式パルスアーク溶接装置の
トーチのオシレート中心を溶接線に倣わせる自動倣い方
法である。この第１の発明においては、アーク電圧を検
出してトーチのオシレート動作の１周期の間に検出され
たアーク電圧の最大値Ｖmax と最小値Ｖmin との差をア
ーク電圧の変化量ΔＶd として演算する。そしてこの変
化量ΔＶd とトーチの狙い位置の適性位置からのずれ量
との間の相関関係に基いて変化量ΔＶd に対応するトー
チの適性狙い位置からのずれ量を演算し、このずれ量か
らトーチの狙い位置を適性位置に戻すために必要な狙い
位置補正量を演算して、この補正量だけトーチの狙い位
置を修正する。

本願第２の発明は上記第１の発明の方法を実施する自動
倣い装置であって、この自動倣い装置は、アーク電圧の
瞬時値を検出するアーク電圧検出回路と、アーク電圧検
出回路の出力を入力としてアーク電圧のピークを結んだ
包絡波形電圧を検出する包絡波形検出回路と、包絡波形
検出回路の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器
と、Ａ／Ｄ変換器の出力からトーチのオシレート動作の
１周期の期間におけるアーク電圧の最大値と最小値とを
求めて該最大値と最小値との差をアーク電圧の変化量Δ
Ｖとして演算して、最大値が生じるトーチ位置と最小位
置が生じるトーチ位置との関係に応じて該変化量に正ま
たは負の符号を付ける変化量演算手段と、符号が付けら
れた変化量ΔＶd とトーチの狙い位置の適正位置からの
ずれ量との関係を記憶した記憶手段と、記憶手段から変
化量ΔＶd に対応するトーチのずれ量を読み出して求
め、このずれ量からトーチの狙い位置を適性位置に戻す
ために必要な狙い位置補正量を演算する狙い位置補正量
演算手段と、この補正量を入力としてトーチ位置を適性
位置に修正するようにトーチ駆動機構を制御する数値制
御装置とにより構成される。

本願第３の発明は、トーチの狙い位置を修正し得るよう
にするとともに、上下位置をも修正し得るようにした自
動倣い方法で、この第３の発明では第１の発明と同様に
してトーチの狙い位置補正量を演算すると共に、溶接電
流を検出して該溶接電流の平均値を積分し、この溶接電
流の積分値を基準値と比較してトーチの上下位置を基準
位置に補正するために必要な上下位置補正量を演算す
る。そして狙い位置補正量だけトーチの狙い位置を修正
してトーチのオシレート中心を溶接線に倣わせると共に
上下位置補正量だけトーチの上下位置を修正してトーチ
の上下位置をも基準位置に修正する。

［発明の作用］ 上記のように、トーチのオシレートの１周期の期間に検
出されたアーク電圧のピーク値の最大値と最小値との差
をアーク電圧の変化量として検出すると、この変化量は
トーチの狙い位置と相関関係を有するため、予め求めて
おいた変化量とトーチの狙い位置との関係に基いてトー
チの狙い位置を適性位置に戻すために必要な狙い位置補
正量を求めることができる。従ってこの補正量だけトー
チの狙い位置を修正することにより、トーチ位置を溶接
線に倣わせることができる。このように、本発明によれ
ば、高速でパルスアーク溶接を行う場合にもトーチの狙
い位置のずれを電気的に検出することができ、複雑な機
械的検出手段を設けることなくトーチを溶接線に倣わせ
ることができる。従って装置が大形化するのを防ぐこと
ができ、狭い場所に設置せざるを得ない溶接装置にも適
用することができる。

本発明の方法においては、トーチの狙い位置のずれを電
気的に検出するため、熱や光、あるいはスパッタの発生
等を伴うアーク溶接特有の悪環境下でも検出精度及び耐
久性が低下することがなく、信頼性を向上させることが
できる。

また特に上記第３の発明のように、溶接電流の平均値の
積分値を求めると、この積分値はトーチの上下位置に応
じて変化するため、この積分値を基準値と比較すること
によりトーチの上下位置を修正するための補正量を得る
ことができる。従ってこの補正量によりトーチ上下位置
を修正することにより、トーチの上下位置の修正をも行
わせることができる。

［実施例］ 以下添附図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明の方法を実施する自動倣い装置の構成例
を示したもので、同図において３，３は開先４をもって
突き合された被溶接物、１０は溶接機本体である。この
溶接機本体内には、消耗性電極ワイヤ２を溶接部に供給
する溶接トーチ１と、トーチ１を開先４の幅方向にオシ
レートさせるオシレート装置１１と、トーチ１の現在位
置を検出してトーチ位置検出信号Ｖp を出力するトーチ
位置検出回路１２とが設けられている。

オシレート装置１１は、トーチ１を開先４の幅方向に往
復移動させるオシレート機構と、該オシレート機構全体
を開先の幅方向に変位させてトーチのオシレート中心位
置を調整するオシレート中心調整機構と、トーチを上下
動させる上下動機構とを備え、これらオシレート機構と
オシレート中心調整機構と上下動機構とはそれぞれ別個
のモータにより駆動されるようになっている。

トーチ位置検出回路１２は、例えばオシレート機構を駆
動するモータの回転速度を検出する速度発電機と、この
速度発電機の出力を積分する積分器とにより構成され、
トーチ１の位置に応じて変化するトーチ位置信号Ｖｔを
出力する。このトーチ位置信号は、トーチのオシレート
の１周期の期間を検出するために用いられる。

溶接機本体１０の近傍にはワイヤ送給装置１３とワイヤ
リール１４とが配置され、ワイヤリール１４から巻き戻
された電極ワイヤ２が、ワイヤ送給装置１３及びトーチ
１を通して溶接部に定速度で送給されるようになってい
る。

１５はパルス溶接電源で、このパルス溶接電源１５は、
第２図Ｃに示したように、ベース電流Ｉb に周期的にパ
ルス電流Ｉp が重畳された波形の溶接電流Ｉａをトーチ
１とワイヤ２と被溶接物３とを通して流す。このパルス
溶接電源１５は、ベース電流を出力する電源回路と、パ
ルス幅と波高値とが一定で溶接電流の平均値に応じて周
波数が変化する同期パルスＶsを出力する同期パルス発
生回路とを備え、同期パルスが生じている期間ベース電
流に波高値が一定のパルス電流を重畳して出力させる。

トーチ１と被溶接物３との間には、トーチ１と被溶接物
３との間の電圧からトーチ１とワイヤ２の先端との間で
生じる電圧降下等を差引いて真のアーク電圧を示すアー
ク電圧検出信号Ｖａを出力するアーク電圧検出回路１６
が接続され、パルス溶接電源１５とトーチ１との間を接
続する線路には溶接電流検出手段１７が設けられてい
る。

上記アーク電圧検出回路１６から出力されるアーク電圧
検出信号Ｖａの波形は、第２図Ｂに示すように、ベース
電圧Ｖｂにパルス電圧Ｖｐが所定の周期で重畳された波
形となる。第２図ＡないしＣから明らかなように、パル
スアーク溶接において溶接速度を１[m/min]以上に設定
してオシレート周波数を５[Hz]以上に設定した場合に
は、溶接電流Ｉａはトーチのオシレートによってほとん
ど変化しないが、アーク電圧Ｖａのピーク値はトーチの
オシレートに伴って顕著に変化する。この場合ワイヤ２
のエクステンションはほぼ一定であるので、アーク電圧
のピーク値の変化は、トーチがオシレートしている領域
での開先の形状に相応している。本発明では、このアー
ク電圧のピーク値の変化を利用して開先内におけるトー
チの狙い位置を検出する。

上記アーク電圧検出信号Ｖａはパルス溶接電源１５内か
ら取出された同期信号パルス（各パルス電圧Ｖp が発生
している期間発生する。）Ｖｓとともに包絡波形検出回
路１８に入力されている。包絡波形検出回路１８は、ア
ーク電圧検出信号Ｖａと同期信号パルスＶs とを入力と
して、同期信号パルスＶs が入力される毎にアーク電圧
検出信号Ｖａのピーク値をホールドするピークホールド
回路１９と、このピークホールド回路１９の出力波形を
整形する波形整形回路２０とからなり、アーク電圧のピ
ークをつないだものに相当する包絡波形の電圧Ｖaeを出
力する。

溶接電流検出手段１７は例えば変流器からなり、溶接電
流Ｉａに比例した溶接電流検出信号Ｖｉを出力する。

上記包絡波形電圧Ｖae、トーチ位置信号Ｖｔ及び溶接電
流検出信号Ｖｉはそれぞれ第１ないし第３のＡ／Ｄ変換
器２１ないし２３に入力されてデジタル量に変換され
る。

第１のＡ／Ｄ変換器２１から得られるデジタル量の包絡
波形信号Ｖadは変化量演算手段２５に入力される。変化
量演算手段２５は、トーチ位置信号に基いて求めたトー
チのオシレートの１周期の期間に検出されたアーク電圧
のピーク値の最大値Ｖmax と最小値Ｖmin との差の絶対
値をアーク電圧の変化量ΔＶ（＝｜Ｖmax −Ｖmin ｜）
として演算する。この変化量ΔＶは、開先内におけるト
ーチのオシレート中心の位置（トーチと被溶接物との間
の距離）に応じて大きさが異なるため、トーチのオシレ
ート中心が溶接線に一致する適正狙い位置にある時の変
化量を基準の変化量ΔＶr として、変化量ΔＶをこの基
準の変化量と比較することにより、トーチの狙い位置の
適性位置からのずれ量を知ることができる。

但しこの変化量ΔＶの大きさはトーチのオシレート中心
が溶接進行方向に向って溶接線の右側にずれた場合も及
び左側にずれた場合も同じ様に変化するため、変化量の
絶対値ΔＶを基準の変化量ΔＶr と比較しただけではオ
シレート中心のずれの方向を知ることができない。そこ
で本発明においては、トーチのオシレート中心が溶接方
向に向って右側にずれた場合と左側にずれた場合とで、
最大値Ｖmax が生じるトーチ位置（または時刻）と最小
値Ｖmin が生じるトーチ位置（または時刻）の前後関係
が異なることに着目し、この前後関係に応じて演算手段
２５内でΔＶに正または負の符号を付ける。そしてこの
符号付きの変化量をΔＶd とし、このΔＶd の符号によ
りずれの方向を判別する。

本実施例においては、次のように符号付き変化量ΔＶd
を定義する。

（イ）溶接の進行方向（第２図の紙面の表面から裏面側
に向う方向）に向ってオシレート中心より左側にトーチ
がある時にアーク電圧の最大値Ｖmax が生じ、オシレー
ト中心より右側にトーチがある時に最小値Ｖmin が生じ
る場合（オシレート中心が溶接方向に向って溶接線より
右側にずれている場合）； ΔＶd ＝−ΔＶ＝−｜Ｖmax −Ｖmin ｜ …（２） （ロ）溶接の進行方向に向ってオシレート中心より右側
にトーチがある時にアーク電圧の最大値Ｖmax が生じ、
オシレート中心より左側にトーチがある時に最小値Ｖmi
n が生じる場合（オシレート中心が溶接方向に向って溶
接線より左側にずれている場合）； ΔＶd ＝ΔＶ＝｜Ｖmax −Ｖmin ｜ …（３） 次に第２図に示したような下向き溶接を行う場合を例に
とって、上記符号付き変化量ΔＶd とオシレート中心の
ずれとの相関関係を詳細に説明する。

先ず、第３図Ａに示したように、時刻ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3
，ｔ4 及びｔ5 においてそれぞれワイヤ２が，ｂ，
ｃ，ｂ及びａの位置にあるものとし、トーチのオシレー
ト中心ｂが溶接線ｗに一致している（オシレート中心の
溶接線からのずれが無い）とすると、アーク電圧Ｖａの
ピークの包絡波形電圧Ｖaeは第３図Ｂのようになり、ワ
イヤ２が溶接線ｗの位置に一致する時刻ｔ2 及びｔ4 で
アーク電圧のピーク最大値Ｖmax が現れる。またワイヤ
２がオシレートの振幅の両端ａ及びｃの位置に一致する
時刻ｔ1 ，ｔ3 及びｔ5 でアーク電圧のピークの最小値
Ｖmin が現れる。この場合、包絡電圧波形はオシレート
の半周期毎に左右対称になる。この時のアーク電圧の変
化量（最大値と最小値との差の絶対値）を基準の変化量
ΔＶr とする。尚第３図Ｃは、溶接進行方向に向って溶
接線の右側及び左側にそれぞれトーチがある場合をＲ及
びＬとして同図Ｂの各部におけるトーチの位置を示した
ものである。

次に第４図Ａに示すようにオシレート中心ｂが溶接進行
方向に向って溶接線ｗより右側にずれた場合には、アー
ク電圧のピークの包絡電圧波形が第４図Ｂのようにな
り、オシレートの各半周期の対称性がくずれる。この場
合、変化量の絶対値ΔＶはオシレート中心が溶接線ｗに
一致している場合の基準の変化量ΔＶr より大きくな
る。またこの時アーク電圧の最大値Ｖmax がオシレート
中心ｂより左側で生じている（オシレート中心が溶接線
の右側にずれている）ため、前述の定義（イ）により、
符号付き変化量ΔＶd の符号は負である。このようにオ
シレート中心ｂが溶接進行方向に向って溶接線ｗの右側
にずれている場合には、符号付き変化量ΔＶd の符号が
負で、その絶対値が基準の変化量より大きくなる。従っ
て変化量演算手段２５から負のΔＶd が出力された時に
は、その符号が負であることによりオシレート中心が溶
接線の右側にずれていることを知ることができ、またΔ
Ｖd の大きさと基準の変化量ΔＶr の大きさとの差によ
り、ずれの量を知ることができる。この場合、ΔＶd の
大きさを基準の変化量ΔＶr に一致させるようにトーチ
のオシレート中心を左側に修正することにより、オシレ
ート中心を溶接線に一致させることができる。

次に第５図Ａに示すように、トーチのオシレート中心ｂ
が溶接方向に向って溶接線の左側にずれた場合には、ア
ーク電圧のピークの包絡電圧波形が第５図Ｂのようにな
り、この場合も、オシレートの半周期毎の包絡電圧波形
の対称性がくずれてアーク電圧の変化量の絶対値ΔＶが
基準の変化量ΔＶr より大きくなる。この時アーク電圧
の最大値Ｖmax がオシレート中心ｂの右側で生じている
ため、前述の定義（ロ）により、符号付き変化量ΔＶd
の符号は正である。従って変化量演算手段２５から正の
符号のΔＶd が出力された時には、その符号が正である
ことによりオシレート中心が溶接線の左側にずれている
ことを知ることができ、またΔＶd の大きさと基準の変
化量ΔＶr の大きさとの差により、ずれの量を知ること
ができる。この場合、ΔＶd の大きさを基準の変化量Δ
Ｖr に一致させるようにトーチのオシレート中心を右側
に修正することにより、オシレート中心を溶接線に一致
させることができる。

第６図は横向き重ね隅肉溶接を行う場合のトーチの狙い
位置と、トーチ位置信号とアーク電圧のピークの包絡波
形とを示したもので、第６図Ａはトーチのオシレートに
伴う狙い位置の変化を示し、同図Ｂはトーチ位置検出回
路１２が出力するトーチ位置信号Ｖｔを示している。ま
た第６図Ｃは被溶接物のずれがなく、オシレート中心が
溶接線ｗに一致している時の包絡波形を示し、同図Ｄは
被溶接物がずれてオシレート中心が溶接方向に向って溶
接線の左側にずれている時の包絡波形を示している。第
６図Ｂに示したトーチ位置信号Ｖt は、オシレート機構
を駆動する電動機の回転速度を検出する速度発電機の出
力を積分することにより得たもので、このトーチ位置信
号によりトーチのオシレートの１周期の期間が検出さ
れ、この１周期の期間の間に生じるアーク電圧のピーク
の最大値Ｖmax と最小値Ｖmin とが検出される。

上記のように、符号付変化量ΔＶd を求めると、この変
化量ΔＶd の符号と大きさとからトーチのねらい位置の
ずれを知ることができ、変化量ΔＶd とトーチの狙い位
置のずれとの関係を予め求めておくことにより、トーチ
の狙い位置を適正位置に修正するために必要な補正量を
算出することができる。第６図に示した例において、符
号付き変化量ΔＶd とトーチの狙い位置のずれとの関係
を示す相関図は第７図Ａに示す通りである。この相関図
において、横軸はトーチの狙い位置（開先内におけるオ
シレート中心の位置）を示し、その目盛りは同図Ｂに示
した各位置の目盛りに対応している。この相関図では、
トーチのオシレート中心が溶接線に一致している場合の
狙い位置を０にとってあるため、各ΔＶd の値に対する
横軸の読みがトーチの狙い位置のずれ量に対応してい
る。例えば、変化量ΔＶd が＋ΔＶ1 であっとすると、
トーチのオシレート中心のずれ量が第７図Ｂの−１の位
置にずれていることを意味し、ΔＶd が−ΔＶ1 である
場合には、トーチのオシレート中心が第７図Ｂの＋１の
位置にずれていることを意味している。

本実施例においては、第７図Ａに示すような変化量ΔＶ
d とトーチの狙い位置のずれとの相関関係を予め求めて
おき、この関係を第１図に示す記憶手段２６に記憶させ
ておく。そして符号付き変化量ΔＶd と第２のＡ／Ｄ変
換器２２から得られるトーチ位置信号（第６図Ｂに示す
ようなアナログ量のトーチ位置信号をデジダル量に変換
したもの）Ｖtdとを狙い位置補正量演算手段２７に入力
する。この狙い位置補正量演算手段２７は、記憶手段２
６から変化量ΔＶd に対する狙い位置のずれ（適正位置
からのずれ量）を読み出してこのずれの量からトーチの
狙い位置を適正位置に戻すために必要な狙い位置補正量
を演算する。

この狙い位置補正量は数値制御装置３１に与えられ、こ
の数値制御装置３１は溶接機本体１０内のオシレート装
置１１のオシレート中心調整機構に駆動信号を与えて、
トーチのオシレート中心を溶接線に一致させるべくオシ
レート中心調整機構のモータを駆動してオシレート中心
を溶接方向に向って右または左に移動させる。

以上によりトーチのオシレート中心を溶接線に一致させ
るようえにトーチを倣わせることができるが、本願第３
の発明では更にトーチの上下位置を基準位置に保つため
の制御を行う。そのため第３のＡ／Ｄ変換器２３により
デジタル量に変換された溶接電流Ｉａの検出値が積分手
段２８に与えられ、この積分手段により得られた積分値
が上下位置補正量演算手段２９に与えられる。積分手段
２８は溶接電流Ｉａの平均値を積分する。この溶接電流
の平均値の積分値はトーチの上下位置に比例している。
上下位置補正量演算手段２９はこの積分値を基準値と比
較することにより、トーチの上下位置を基準位置に戻す
ために必要な上下位置補正量を演算し、この上下位置補
正量を数値制御装置３１に与える。数値制御装置３１は
この上下位置補正量だけトーチを上下に移動させるべく
オシレート装置１１のトーチ上下動機構のモータに駆動
信号を与える。

第１図の構成において、変化量演算手段２５、記憶手段
２６、狙い位置補正量演算手段２７、積分手段２８及び
上下位置補正量演算手段２９はマイクロコンピュータに
より実現することができる。

第９図は開先幅方向へのトーチのオシレートの中心を溶
接線に一致させる為の狙い位置補正処理をマイクロコン
ピュータを用いて行う場合のアルゴリズムを示すフロー
チャートである。この狙い位置補正処理においては、オ
シレートの開始後先ず第１のＡ／Ｄ変換器２１のサンプ
リング回数を計数するカウンタ（Ａ／Ｄカウンタと言
う。）と、アーク電圧の最大値Ｖmax 及び最小値Ｖmin
を記憶するメモリとを初期化する。次いでトーチ位置信
号により与えられる情報に基いてトーチのオシレートが
１周期行われたか否かを判別し、１周期のオシレート動
作が完了していない場合には第１のＡ／Ｄ変換器２１か
ら包絡波形電圧の値を読込む。この電圧値を読込んだ後
Ａ／Ｄカウンタをインクリメントし（計数値に１を加
え）、新たに読込んだ包絡波形電圧の値を、最大値記憶
用メモリ内にすでに記憶されている包絡波形電圧値の最
大値Ｖmax と比較する。その結果すでに記憶されている
最大値Ｖmax の方が大きい場合には記憶されている最大
値Ｖmax をそのままにし、新たに読込んだ電圧値の方が
大きい場合には新たに読込んだ電圧値を最大値Ｖmax と
してメモリの記憶内容（最大値Ｖmax の値及びこの最大
値が生じた時のカウンタの計数値）を更新する。

同様に新たに読込んだ包絡波形電圧の値を、最小値記憶
用メモリ内にすでに記憶されている包絡波形電圧値の最
小値Ｖmin と比較する。その結果すでに記憶されている
最小値Ｖmin の方が小さい場合には記憶されている最小
値Ｖmin をそのままにし、新たに読込んだ電圧値の方が
小さい場合には新たに読込んだ電圧値を最小値Ｖmin と
して、メモリの記憶内容（最小値Ｖmin の値及びこの最
小値が生じた時のカウンタの計数値）を更新する。

次いで１周期のオシレートが完了したか否かの判別を行
い、完了していない場合には上記の処理をくりかえす。
１周期のオシレートが完了した場合には、アーク電圧の
変化量の絶対値ΔＶ＝｜Ｖmax −Ｖmin ｜の演算を行
い、Ｖmax が生じた時のカウンタの計数値とＶmin が生
じた時のカウンタの計数値との大小を比較する。そして
Ｖmax が生じた時の計数値が、Ｖmin が生じた時の計数
値より小さい場合にΔＶd の符号を負とし、Ｖmax が生
じた時の計数値が、Ｖmin が生じた時の計数値より大き
い場合にΔＶd の符号を正とする。ここまでの処理によ
り第１図の変化量演算手段２５が実現される。

次に記憶装置に予め記憶されている変化量ΔＶd とトー
チのずれ量との関係（第７図Ａ）よりΔＶd に対応する
トーチのずれ量を求め、このずれ量からトーチのオシレ
ート中心を溶接線に一致させる為に必要な狙い位置補正
量を求める。

そしてこの狙い位置補正量を数値制御装置３１に送信
し、トーチのオシレート中心の位置の修正を行わせる。
その後再びＡ／ＤカウンタとＶmax 及びＶmin を記憶す
るメモリとを初期化し、上記と同様な処理を繰返すこと
によって、トーチのオシレート中心位置をオシレートの
１周期毎に修正する。

第１０図はトーチの上下位置を修正する上下位置補正処
理のアルゴリズムを示すフローチャートで、この補正処
理においては、先ずＣＰＵの加算エリアの初期化を行っ
た後、１周期のオシレートが完了したか否かを判別す
る。１周期のオシレートが完了していない場合には第３
のＡ／Ｄ変換器２３から溶接電流Ｉａ（第８図Ａ）の瞬
時値を取込み、この瞬時値を加算エリアに加算する。こ
れらの処理を１周期のオシレートが完了するまで繰返
す。Ａ／Ｄ変換器２３のサンプリング信号（Ａ／Ｄ変換
器内で固有に作り出される。）は第８図Ｂに示すように
溶接電流Ｉａに含まれるパルス波形に比べて充分に周波
数が高いため、上記の処理により溶接電流の平均値の積
分値が算出される。

１周期のオシレートが完了して溶接電流の積分値が算出
された後、加算エリアの平均電流の積分値を基準値と比
較する。積分値と基準値との差からトーチの上下位置を
基準位置に一致させるために必要な上下位置補正量を求
め、この上下位置補正量を数値制御装置３１に送信す
る。

第９図に示した狙い位置補正処理と第１０図に示した上
下位置補正処理とは同時に平行して行われ、トーチの上
下左右位置の自動倣いが達成される。

上記の説明では、オシレートの１周期毎にトーチ位置の
補正量を求めるとしたが、毎周期トーチ位置の補正を行
うと、トーチの一時的な短絡や、ワイヤの一時的送給不
良等により、異常補正が行われるおそれがある。これを
防ぐためには、Ｎ（Ｎは１以上の整数。）周期のデータ
を統計処理して、異常なデータを取除くようにするのが
好ましい。

第１１図はこのようにＮ周期のデータの統計処理を行っ
て適正な補正量を算出させる場合のアルゴリズムを示す
フローチャートで、この場合は先ずトーチのオシレート
をＮ周期行ったか否かを判定を行い、Ｎ周期のオシレー
トが完了していない場合には第９図及び第１０図のアル
ゴリズムに従って１周期の補正処理を行う。但しこの場
合数値制御装置への補正量の送信は行わず、算出された
狙い位置補正量及び上下位置補正量はメモリにセーブし
ておく。Ｎ周期のオシレートが完了した時には、セーブ
されたＮ周期分の補正量の内、バラツキの大きい補正量
を取除き、残りの補正量を平均化する。そして狙い位置
補正量及び上下位置補正量の平均値を数値制御装置３１
に送信し、トーチの狙い位置及び上下位置の補正を行わ
せる。

第１１図のような統計処理を行わせると、異常な補正量
が算出されるのを防ぐことができるため、信頼性を高め
ることができ、被溶接物に応じてＮを適当な値に設定す
ることにより、被溶接物に適合した適切な補正動作を行
わせることができる。例えば仮り付け溶接がされた長尺
の薄板のように、突合せ部の位置ずれの量が比較的少な
い被溶接物の場合にはＮの値を大きくし、突合せ部のず
れの量が大きい短尺の被溶接物の場合にはＮの値を小さ
く設定する。

上記の実施例では、前述の定義（イ）及び（ロ）に従っ
て変化量ΔＶd の符号を定めたが、この符号の付け方を
逆にしてもさしつかえがないのはもちろんである。上記
の実施例では、最大値が生じるＡ／Ｄカウンタの計数値
と、最小値が生じるＡ／Ｄカウンタの計数値との大小に
より、変化量ΔＶd の符号を定めたが、この変化量の符
号の定め方は他の方法によっても良い。例えば、第３図
ないし第５図による本発明の原理の説明から容易に理解
し得るように、トーチ位置信号により、トーチのオシレ
ートの中心位置または最端部の位置の情報を求めて、最
大値Ｖmax が生じる位置とオシレートの中心位置若しく
は最端部位置との間の関係、または最小値Ｖmin が生じ
る位置とオシレートの中心位置若しくは最端部位置との
間の関係に応じて変化量ΔＶd の符号を定めても良い。

尚、電圧の包絡により位置情報をとる方法としては、
(1) ウィービング周期と同期して電圧を積分し、ウィー
ビングの右半分，左半分の値を比較し、その値の差を位
置情報に変換する方法や、(2)ウィービングの右端およ
び左端の電圧値を比較し、その値の差を位置情報に変換
する方法を採用してもよい。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、高速でパルスアーク溶
接を行う場合にもトーチの狙い位置のずれを電気的に検
出することができ、複雑な機械的検出手段を設けること
なくトーチを溶接線に倣わせることができるので、装置
が大形化するのを防ぐことができ、狭い場所に設置せざ
るを得ない溶接装置でもトーチの自動倣いを行わせるこ
とができる。またトーチの狙い位置のずれを完全に電気
的に検出するため、熱や光、あるいはスパッタの発生等
を伴うアーク溶接特有の悪環境下でも検出精度及び耐久
性が低下することがなく、信頼性を向上させることがで
きる。

特に第３の発明のように、溶接電流の平均値の積分値を
求めると、この積分値を基準値と比較することによりト
ーチの上下位置を修正するための補正量を得ることがで
きるため、開先幅方向へのトーチの倣い位置の修正と同
時にトーチの上下位置の修正をも行わせることができ、
トーチの上下左右位置の自動倣いを行わせることができ
る利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を概略的に示したブロ
ック図、第２図Ａは高速パルスアーク溶接におけるトー
チのオシレート動作を説明する説明図、第２図Ｂ及びＣ
はトーチのオシレートに伴うアーク電圧及び溶接電流の
変化を示す波形図、第３図Ａはトーチの狙い位置のずれ
が無い場合のトーチのオシレート動作を説明する説明
図、第３図Ｂ及びＣはそれぞれ同図Ａの場合のアーク電
圧の包絡波形及びトーチ位置を示す線図、第４図Ａはト
ーチの狙い位置が溶接方向に向って溶接線の右側にずれ
た場合のトーチのオシレート動作を説明する説明図、第
４図Ｂ及びＣはそれぞれ同図Ａの場合のアーク電圧の包
絡波形及びトーチ位置を示す線図、第５図Ａはトーチの
狙い位置が溶接方向に向って溶接線の左側にずれた場合
のトーチのオシレート動作を説明する説明図、第５図Ｂ
は同図Ａの場合のアーク電圧の包絡波形及びトーチ位置
を示す線図、第６図は横向重ね隅肉溶接の場合のトーチ
位置信号とトーチの狙い位置のずれがない場合の包絡波
形電圧とトーチの狙い位置にずれがある場合の包絡波形
電圧とをトーチ位置に対応させて示した線図、第７図Ａ
は変化量ΔＶd とトーチの狙い位置との関係を示す線
図、同図Ｂは同図Ａの横軸の位置とトーチの狙い位置と
の対応関係を説明する説明図、第８図Ａ及びＢは溶接電
流の検出波形とこの波形をＡ／Ｄ変換する際にサンプリ
ングするサンプリングパルスの波形とを示した線図、第
９図及び第１０図はそれぞれトーチの倣い位置の補正処
理及び上下位置の補正処理をマイクロコンピュータを用
いて行う場合のアルゴリズムを示すフローチャート、第
１１図は統計処理を行って補正量を求める場合の処理の
アルゴリズムを示したフローチャート、第１２図Ａない
しＣはパルスアーク溶接においてトーチを移動させた場
合の過渡応答特性を説明する線図、第１３図は消耗電極
式アーク溶接においてトーチをオシレートさせた場合に
得られる溶接ビードの形状の一例を示した平面図、第１
４図はビードピッチと溶接速度との関係をトーチのオシ
レート周波数をパラメータにとって示した線図、第１５
図は消耗電極式アーク溶接において溶接速度を比較的低
く設定した場合のトーチの変位に伴うアーク長の変化を
示す説明図、第１６図は消耗電極式アーク溶接において
溶接速度を高く設定した場合のトーチの変位に伴うアー
ク長の変化を示す説明図である。 １……トーチ、２……電極ワイヤ、３……被溶接物、４
……開先、１０……溶接機本体、１１……オシレート装
置、１２……トーチ位置検出回路、１５……パルス溶接
電源、１６……アーク電圧検出回路、１７……溶接電流
検出手段、１８……包絡波形検出回路、１９……ピーク
ホールド回路、２０……波形整形回路、２１ないし２３
……第１ないし第３のＡ／Ｄ変換器、２５……変化量演
算手段、２６……記憶手段、２７……狙い位置補正量演
算手段、２８……積分手段、２９……上下位置補正量演
算手段、３０……マイクロコンピュータ、３１……数値
制御装置、Ａ……アーク、ｗ……溶接線。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トーチを開先の幅方向にオシレートさせつ
   つ溶接を行う消耗電極式パルスアーク溶接の前記トーチ
   のオシレート中心を溶接線に倣わせる自動倣い方法にお
   いて、 アーク電圧を検出して前記トーチのオシレート動作の１
   周期の間に検出されたアーク電圧の最大値Ｖmax と最小
   値Ｖmin との差をアーク電圧の変化量として演算し、 前記変化量と前記トーチの狙い位置の適性位置からのず
   れ量との間の相関関係に基いて前記変化量に対応するト
   ーチの適性ねらい位置からのずれ量を演算し、 前記ずれ量から前記トーチの狙い位置を適性位置に戻す
   ために必要な狙い位置補正量を演算し、 前記狙い位置補正量だけ前記トーチの狙い位置を修正し
   て前記トーチのオシレート中心を溶接線に倣わせる溶接
   トーチ自動倣い方法。
2. 【請求項２】トーチを開先の幅方向にオシレートさせつ
   つ溶接を行う消耗電極式パルスアーク溶接のトーチのオ
   シレート中心を溶接線に倣わせる自動倣い装置におい
   て、 アーク電圧の瞬時値を検出するアーク電圧検出回路と、 前記アーク電圧検出回路の出力を入力として前記アーク
   電圧のピークを結んだ包絡波形電圧を検出する包絡波形
   検出回路と、 前記包絡波形検出回路の出力をデジタル信号に変換する
   Ａ／Ｄ変換器と、 前記Ａ／Ｄ変換器の出力から前記トーチのオシレート動
   作の１周期の期間における前記アーク電圧の最大値と最
   小値とを求めて該最大値と最小値との差をアーク電圧の
   変化量として演算し、最大値が生じるトーチ位置と最小
   位置が生じるトーチ位置との関係に応じて該変化量に正
   または負の符号を付ける変化量演算手段と、 前記符号が付けられた変化量と前記トーチの狙い位置の
   ずれ量との関係を記憶した記憶手段と、 前記記憶手段から前記変化量に対応する狙い位置のずれ
   量を読み出してトーチの狙い位置の適正位置からのずれ
   量を求め、このずれ量から前記トーチの狙い位置を適性
   位置に戻すために必要な狙い位置補正量を演算する狙い
   位置補正量演算手段と、 前記狙い位置補正量を入力として前記トーチ位置を適性
   位置に修正するようにトーチ駆動装置を制御する数値制
   御装置とを具備してなる溶接トーチ自動倣い装置。
3. 【請求項３】トーチを開先の幅方向にオシレートさせつ
   つ溶接を行う消耗電極式パルスアーク溶接の前記トーチ
   のオシレート中心を溶接線に倣わせる自動倣い方法にお
   いて、 アーク電圧を検出して前記トーチのオシレート動作の１
   周期の間に検出されたアーク電圧の最大値Ｖmax と最小
   値Ｖmin との差をアーク電圧の変化量として演算し、 前記変化量と前記トーチの狙い位置の適性位置からのず
   れ量との間の相関関係に基いて前記変化量に対応するト
   ーチの狙い位置の適性位置からのずれ量を演算し、 前記ずれ量から前記トーチの狙い位置を適性位置に戻す
   ために必要な狙い位置補正量を演算し、 溶接電流を検出して該溶接電流の平均値を積分し、 前記溶接電流の積分値を基準値と比較して前記トーチの
   上下位置を基準位置に戻すために必要な上下位置補正量
   を演算し、 前記狙い位置補正量だけ前記トーチの狙い位置を修正し
   て前記トーチのオシレート中心を溶接線に倣わせ、前記
   上下位置補正量だけ前記トーチの上下位置を修正して前
   記トーチの上下位置を基準位置に保持する溶接トーチ自
   動倣い方法。