JPH0630810B2 - 自動ア−ク溶接機の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動アーク溶接機の制御装置に関し、時に、溶
接線に沿って溶接トーチをウィービングさせて自動的に
アーク溶接を行い、且つ、アークセンサでウィービング
によるアーク電流を検出して溶接トーチの移動を補償す
る自動アーク溶接機の制御装置に関する。

〔従来の技術〕

自動アーク溶接機は、溶接しようとする母材の溶接線に
沿って溶接トーチをウィービングさせ、同時に、アーク
センサでウィービングによるアーク電流を検出して溶接
トーチの移動を補償し、母材の溶接線を自動的にアーク
溶接するものである。すなわち、溶接トーチを母材の溶
接線に沿わせて正確に移動させるために、アークセンサ
で検出されたアーク電流を処理して溶接トーチの移動を
補償するようになされている。

第７図は従来の自動アーク溶接機の制御装置により下向
きレ形継手を溶接する様子を示す図である。

この第７図に示されるように、例えば、垂直面を有する
溶接部材１１と垂直方向に対して或る鋭角なす面を有す
る溶接部材１２とがレ形を構成し、この下向きレ形継手
の溶接線１３に沿わせて溶接トーチ５をウィービング移
動させてアーク溶接を行う場合、溶接トーチ５は溶接部
材１１および１２で形成される角度の二等分線に関して
対称にウィービング移動させられ、溶接線１３の上部に
は溶接ワイヤ等が溶けて形成されたビード１４が溜まる
ことになる。

ところで、溶接線１３上部に溜まるビード１４の表面は
重力の作用により水平となり、ビード１４は溶接部材１
１および１２で形成される角度の二等分線に関して対称
とはならない。すなわち、ウィービング移動を行ってい
る溶接トーチ５の溶接ワイヤ５１先端とビード１４の表
面との距離は、一方の端部Ａ_１側で離隔され、他方の端
部Ｃ_１側で接近することになる。ここで、アーク溶接に
おけるアーク放電は、溶接トーチ５の溶接ワイヤ５１先
端とその溶接ワイヤ先端に最も近接した金属との間で生
じるものである。そして、アーク放電で溶接を行うとき
に溶接ワイヤ51先端からその溶接ワイヤ先端に最も近接
した金属に流れるアーク電流は、溶接ワイヤ５１先端と
その溶接ワイヤ先端に最も近接した金属との距離によっ
て規定されるものである。

具体的に、第７図の下向きレ形継手を溶接する場合、溶
接ワイヤ５１先端が一方の端部Ａ_１に移動したときに
は、溶接ワイヤ５１先端と溶接部材１１との間にアーク
放電が生じ、また、溶接ワイヤ５１先端が他方の端部Ｃ
_１に移動したときには、溶接ワイヤ５１先端とビード１
４との間にアーク放電が生じることになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したように、従来の自動アーク溶接機の制御装置
は、例えば、下向きレ形継手を溶接する場合、溶接ワイ
ヤ５１先端が一方の端部Ａ_１に移動したときには、溶接
ワイヤ５１先端と溶接部材１１との間にアーク放電が生
じ、また、溶接ワイヤ５１先端が他方の端部Ｃ_１に移動
したときには、溶接ワイヤ５１先端とビード１４との間
にアーク放電が生じて、溶接線１３に沿って正確にウィ
ービング移動していても対称的なアーク電流が得られな
い。

そのため、第８図に示されるように、溶接ワイヤ５１先
端が一方の端部Ａ_１から中央位置Ｂ_１まで移動したとき
のアーク電流の面積（時間ｔ_１から時間ｔ_３までアーク
電流を積分した値）Ｓ_1aと、溶接ワイヤ５１先端が中央
位置Ｂ_１から他方の端部Ｃ_１まで移動したときのアーク
電流の面積（時間ｔ_３から時間ｔ_２までアーク電流を積
分した値）Ｓ_2aとが等しくなったときを基準として溶接
トーチ５の移動を補償すると、溶接トーチ５を実際の溶
接線１３に沿わせて正確に補正することができない。そ
して、上記した２つの面積Ｓ_1aとＳ_2aとが等しくなった
ときを基準として溶接トーチ５の移動を補償すると、す
なわち、面積Ｓ_1aをビード１４が作用して値が大きくな
った面積Ｓ_2aと等しくなるように溶接トーチ５の移動を
補償すると、一方の端部Ａ_１において溶接トーチ５が溶
接部材１１に接近し過ぎるために、溶接ワイヤ５１先端
との間に生じるアーク放電で溶接部材１１が溶けてアン
ダーカット１１ａが生じることにもなっていた。

また、下向きレ形継手のアーク溶接以外にも、例えば、
薄い金属板を上方に重ねて溶接する重ね継手のアーク溶
接等において、アーク電流の２つの面積（Ｓ_1a，Ｓ_2a）
が等しくなるように溶接トーチ５の移動を補償すると、
溶接線上を正確に溶接することができずに、薄い金属板
が重ねられた側にビードが偏って溶接されることにもな
っていた。

本発明の目的は、上述した従来形の自動アーク溶接機の
制御装置の問題点に鑑み、溶接条件に従って面積処理パ
ラメータを設定し、アーク電流を 1／4 周期ごとの時間
で積分して算出された２つの面積の第１の面積に前記パ
ラメータを乗じて第１の補正面積を算出し、その第１の
補正面積と前記２つの面積の内の第２の面積との大小を
比較判別して、溶接トーチの移動を補償することによっ
て、様々な形状の母材に対してもその母材の溶接線に沿
った正確なアーク溶接を行うことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明に係る自動アーク溶接機の制御装置の原
理を示すブロック図である。

本発明によれば、溶接線に沿って溶接トーチをウィービ
ングさせて自動的にアーク溶接を行い、且つ、アークセ
ンサで前記ウィービングによるアーク電流を検出して前
記溶接トーチの移動を補償する自動アーク溶接機の制御
装置であって、溶接条件に従って面積処理パラメータを
設定する面積処理パラメータ設定手段１と、前記アーク
電流をウィービングの半周期ごとに検出し、該アーク電
流を時間で積分して 1／4 周期ごとの２つの面積を算出
する面積算出手段２と、前記２つの面積の内の第１の面
積に前記パラメータを乗じて第１の補正面積を算出する
補正面積算出手段３と、前記第１の補正面積と前記２つ
の面積の内の第２の面積との大小を比較判別する比較判
別手段４と、前記第１の補正面積と前記第２の面積とが
異なるとき、基準値を補正して前記溶接トーチの移動を
補償する移動補償手段５と、を具備する自動アーク溶接
機の制御装置が提供される。

〔作 用〕 上述した構成を有する本発明の自動アーク溶接機の制御
装置によれば、溶接トーチは溶接線に沿ってウィービン
グされて自動的にアーク溶接が行われると共に、ウィー
ビングによるアーク電流はアークセンサで検出され、溶
接トーチの移動が補償される。そして、面積処理パラメ
ータ設定手段１によって溶接条件に従って面積処理パラ
メータが設定され、面積算出手段２によってアーク電流
を 1／4 周期ごとの時間で積分して２つの面積を算出す
る。また、補正面積算出手段３によって２つの面積の内
の第１の面積に上記パラメータを乗じて第１の補正面積
を算出し、比較判別手段４によって第１の補正面積と上
記２つの面積の内の第２の面積との大小が比較判別され
る。さらに、第１の補正面積と第２の面積とが異なると
き、移動補償手段５によって基準値を補正して溶接トー
チの移動を補償する。これにより、様々な形状の母材に
対してもその母材の溶接線に沿った正確なアーク溶接を
行うことができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明に係る自動アーク溶接機の
制御装置の一実施例を説明する。

第２図は本発明の自動アーク溶接機の制御装置を概略的
に示すブロック図である。

溶接トーチ５は、溶接ワイヤ５１を送給しながら母材を
アーク溶接するものであり、溶接電源（図示しない）に
より印加された電圧により溶接ワイヤ５１の先端と母材
との間にアークを発生させるようになされている。この
溶接ワイヤ５１の先端と母材との間に流されたアーク電
流はアークセンサ８によって測定され、そのアーク電流
のデータはマイクロプロセッサ７に供給されるようにな
されている。また、溶接トーチ５は、マイクロプロセッ
サ７の指令に従って動作する溶接トーチ移動装置６によ
り移動制御され、この溶接トーチ移動装置６により母材
の溶接線に沿った移動およびウィービング動作等が行わ
れるようになされている。ここで、記憶装置９は、補正
関数等を記憶するもので、マイクロプロセッサ７の指令
により補正関数等の記憶データをマイクロプロセッサ７
に送出できるようになされている。

第３図は本発明の自動アーク溶接機の制御装置により下
向きレ形継手を溶接する様子を示す図であり、第４図
（ａ）および（ｂ）は第３図で検出されたアーク電流お
よび溶接条件により補正したアーク電流を示す図であ
る。

第３図に示されるように、例えば、垂直面を有する溶接
部材１１と垂直方向に対して或る鋭角面を有する溶接部
材１２とがレ形状を形成し、この下向きレ形継手の溶接
線１３に沿わせて溶接トーチ５をウィービング移動させ
てアーク溶接を行う場合、本発明の自動アーク溶接機の
制御装置により下向きレ形継手を溶接すれば、一方の端
部Ａにおいて溶接トーチ５が溶接部材１１に接近し過ぎ
て溶接部材１１にアンダーカットを生じさせるようなこ
とはない。

第４図（ａ）に示されるように、溶接ワイヤ５１先端が
一方の端部Ａから中央位置Ｂまで移動したときのアーク
電流の面積（時間Ｔ_１から時間Ｔ_３までアーク電流を積
分した値）Ｓ_１と、溶接ワイヤ５１先端が中央位置Ｂか
ら他方の端部Ｃまで移動したときのアーク電流の面積
（時間Ｔ_３から時間Ｔ_２までアーク電流を積分した値）
Ｓ_２とが等しくなったとき、これら２つの面積Ｓ_１とＳ
_２が一致することがら直ちに溶接トーチ５が溶接線１３
に沿って正確にウィービング移動しているとは判別しな
い。すなわち、第３図に示されるような下向きレ形継手
を溶接する場合、溶接ワイヤ５１の先端が他方の端部Ｃ
の位置にあるときのアーク電流の大きさは、ビード１４
の影響により、溶接ワイヤ５１の先端が一方の端部Ａの
位置にあるときよりも大きな値としてアークセンサで検
出される。そして、本実施例の自動アーク溶接機の制御
装置を使用すれば、例えば、第４図（ａ）に示されるよ
うに、下向きレ形継手の溶接において検出されたアーク
電流波形の２つの面積Ｓ_１とＳ_２が一致するときには、
ビード１４のために大きな値となっている面積Ｓ_２を補
正してその補正した面積Ｓ_2bと面積Ｓ_１とを比較するこ
とになり、その補正面積Ｓ_2bと面積Ｓ_１との比較判別の
結果に従って溶接トーチ５のウィービング移動の補償を
するものである。

また、第５図に示されるように、本発明の自動アーク溶
接機の制御装置は上記した下向きレ形継手に対して正確
にアーク溶接を行えるだけでなく、例えば、かど継手に
対しても溶接条件により面積処理パラメータを設定する
ことにより、例えば、ビード１４の脚長１４ａおよび１
４ｂを異ならせることができる。

以下、本発明に基づく制御動作の一例を第６図のフロー
チャートに従って説明する。

まず、ステップ６０で溶接条件に従って面積処理パラメ
ータＰが設定される。このステップ６０における溶接条
件としては、例えば、前述した特殊な継手形状によるア
ーク電流波形の面積の補正やすみ肉溶接におけるビード
の脚長の指定等の条件である。

ステップ６０で溶接条件に従って面積処理パラメータＰ
が設定されると、ステップ６１に進んで溶接トーチ５を
基準値に従ってウィービングの半周期分だけ移動させ、
さらに、ステップ６２に進んでアークセンサ８によりア
ーク電流を検出する。ここで、基準値に従ってウィービ
ングの半周期分だけ移動させるということは、教示され
た溶接線に沿って溶接トーチ５を移動させることであ
り、この基準値は記憶装置９等に予め記憶されている。
ステップ６２において、アークセンサ８でアーク電流を
検出した後、ステップ６３でアーク電流を時間で積分し
て 1／4 周期ごとの２つの面積Ｓ_１およびＳ_２を算出す
る。そして、ステップ６４に進み、ステップン６０で溶
接条件に従って設定した面積処理パラメータＰを２つの
面積Ｓ_１およびＳ_２の内の片方の面積に乗算する。ここ
で、パラメータＰの値、および、パラメータＰを乗算す
る片方の面積は、溶接条件によって規定されるが、例え
ば、第３図および第４図の下向きレ形継手の溶接の場合
には、時間Ｔ_３から時間Ｔ_２までアーク電流を積分した
他方の面積Ｓ_２であり、パラメータＰの値はＰ＜１の条
件を満足するものである。そして、ステップ６４で補正
面積Ｓ_2b（＝Ｓ_２・Ｐ）を算出する。

さらに、ステップ６５に進んで、Ｓ_１・Ｐ＝Ｓ_２（また
は、Ｓ_２・Ｐ＝Ｓ_１）かどうかが判別される。上記した
第３図および第４図の場合には、補正面積Ｓ_2bと時間Ｔ
_１から時間Ｔ_３までアーク電流を積分した一方の面積Ｓ
_１とが一致するかどうかが比較判別される。すなわち、
Ｓ_２・Ｐ＝Ｓ_１が成立するかどうかが判別される。そし
て、ステップ６５で、Ｓ_１・Ｐ＝Ｓ_２（または、Ｓ_２・
Ｐ＝Ｓ_１）が成立すると判別（第３図および第４図の場
合には、補正面積Ｓ_2bと一方の面積Ｓ_１とが一致する判
別）されると、すなわち、溶接トーチ５が所定の位置を
正しくウィービング移動をしていると判別されると、ス
テップ６７に進んで終了条件かどうかが判別される。こ
の終了条件としては、予め記憶された溶接線の長さ等の
条件であり、ステップ６７で終了条件を満足していると
判別されると、溶接トーチの移動補正処理は終了する。
また、ステップ６７で終了条件が満足されていないと判
別されると、ステップ６１に戻って溶接トーチ５を基準
値に従ってウィービングの半周期分だけ移動させること
になる。

ステップ６５においてＳ_１・Ｐ＝Ｓ_２（または、Ｓ_２・
Ｐ＝Ｓ_１）が成立しないと判別（第３図および第４図の
場合には、補正面積Ｓ_2bと一方の面積Ｓ_１とが一致しな
いと判別）されると、すなわち、溶接トーチ５が所定の
位置を正しくウィービング移動をしていないと判別され
ると、ステップ６６に進んで基準値を補正する。そし
て、ステップ６６で基準値が補正されると、ステップ６
８に進んで終了条件かどうかが判別される。この終了条
件は、ステップ６７における終了条件と同様であり、例
えば、予め記憶された溶接線の長さ等の条件である。ス
テップ６８で終了条件を満足していると判別されると、
溶接トーチの移動補正処理は終了する。また、ステップ
６８で終了条件が満足されていないと判別されると、ス
テップ６９に進み、溶接トーチ５を補正値に従ってウィ
ービングの半周期分だけ移動させてステップ６２に進む
ことになる。ここで、補正値とは、ステップ６６におい
て補正関数により基準値を補正した値である。

詳述したように、溶接トーチの移動補正処理はステップ
６７およびステップ６８で終了条件が満足されたと判別
されるまでウィービングの半周期ごとに繰り返されるこ
とになる。

以上において、本発明の自動アーク溶接機の制御装置
は、下向きレ形継手に対して正確にアーク溶接を行える
だけでなく、例えば、かど継手に対しても溶接条件によ
り面積処理パラメータを設定することにより、ビード１
４の脚長１４ａおよび１４ｂを異ならせることができる
のは前述した通りである。また、ステップ６６における
基準値の補正は、従来より知られている様々な補正関数
および様々な補正方法を利用して行うことができる。

〔発明の効果〕

以上、詳述したように、本発明に係る自動アーク溶接機
の制御装置は、溶接条件に従って面積処理パラメータを
設定し、アーク電流を 1／4 周期ごとの時間で積分して
算出された２つの面積の第１の面積に前記パラメータを
乗じて第１の補正面積を算出し、その第１の補正面積と
前記２つの面積の内の第２の面積との大小を比較判別し
て、溶接トーチの移動を補償することによって、様々な
形状の母材に対してもその母材の溶接線に沿った正確な
アーク溶接を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自動アーク溶接機の制御装置の原
理を示すブロック図、 第２図は本発明の自動アーク溶接機の制御装置を概略的
に示すブロック図、 第３図は本発明の自動アーク溶接機の制御装置により下
向きレ形継手を溶接する様子を示す図、 第４図（ａ）および（ｂ）は第３図で検出されたアーク
電流および溶接条件により補正したアーク電流を示す
図、 第５図は本発明の自動アーク溶接機の制御装置により溶
接条件を設定した場合のビード形状を示す図、 第６図は本発明に基づく制御動作の一例を示すフローチ
ャート、 第７図は従来の自動アーク溶接機の制御装置により下向
きレ形継手を溶接する様子を示す図、 第８図は第７図で検出されたアーク電流を示す図であ
る。 （符号の説明） １……面積処理パラメータ設定手段、 ２……面積算出手段、３……比較判別手段、 ４……移動補償手段、５……溶接トーチ、 ６……溶接トーチ移動装置、 ７……マイクロプロセッサ、 ８……アークセンサ、９……記憶装置。

フロントページの続き (72)発明者 神田 雄一 東京都日野市旭が丘３丁目５番地１ ファ ナック株式会社商品開発研究所内 (72)発明者 森川 茂弘 東京都日野市旭が丘３丁目５番地１ ファ ナック株式会社商品開発研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接線に沿って溶接トーチをウィービング
   させて自動的にアーク溶接を行い、且つ、アークセンサ
   で前記ウィービングによるアーク電流を検出して前記溶
   接トーチの移動を補償する自動アーク溶接機の制御装置
   であって、 溶接条件に従って面積処理パラメータを設定する面積処
   理パラメータ設定手段（１）と、 前記アーク電流をウィービングの半周期ごとに検出し、
   該アーク電流を時間で積分して 1／4 周期ごとの２つの
   面積を算出する面積算出手段（２）と、 前記２つの面積の内の第１の面積に前記パラメータを乗
   じて第１の補正面積を算出する補正面積算出手段（３）
   と、 前記第１の補正面積と前記２つの面積の内の第２の面積
   との大小を比較判別する比較判別手段（４）と、 前記第１の補正面積と前記第２の面積とが異なるとき、
   基準値を補正して前記溶接トーチの移動を補償する移動
   補償手段（５）と、 を具備する自動アーク溶接機の制御装置。