JPH06312265A

JPH06312265A - 自動溶接方法及び装置

Info

Publication number: JPH06312265A
Application number: JP10456993A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Miyahara; 洋宮原; Junichiro Kakiuchi; 順一郎垣内; Kohei Miura; 浩平三浦
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1993-04-30
Filing date: 1993-04-30
Publication date: 1994-11-08

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は自動溶接方法及び装置に関し、特
に、移動台の走行輪を操舵することにより溶接トーチの
揺動周期と同一の周波数成分が小さくなるようにし、ワ
ークと溶接トーチとの距離の変化を少なくして高精度な
自動溶接を行うことを特徴とする。【構成】本発明による自動溶接方法及び装置は、溶接
トーチ(50)を揺動させ、溶接時の溶接電流の溶接電流信
号(71)の周波数成分のうち溶接トーチ(50)の揺動周期と
同一の周波数成分を検出し、揺動周期の１揺動期間中の
平均溶接電流値を検出し、揺動周期と同一の周波数成分
が小さくなるように移動台(7)の走行輪(6)の舵を制御
し、平均溶接電流値とその初期値との値が小さくなる方
向に溶接トーチ(50)を上下方向に移動させる構成であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動溶接方法及び装置
に関し、特に、移動台の走行輪を操舵することにより溶
接トーチの揺動周期と同一の周波数成分が小さくなるよ
うにし、ワークと溶接トーチとの距離の変化を少なくし
て高精度な自動溶接を行うための新規な改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、用いられていたこの種の自動溶接
装置として、例えば、特開昭６０−１４８６７７号公報
に開示された第１従来例としての自動溶接装置は、アー
ク溶接するものであるが、トーチを上記横方向に揺動す
る揺動装置をも備えており、溶接電流の変化を利用して
トーチの横方向の位置ずれ検知し、この検知結果に基づ
いて横移動装置が作動しトーチを位置調整するようにな
っている。すなわち、例えば図２７に示すように、トー
チ５０が溶接線Ｌを画成する被溶接材Ｗの壁面Ｗａ、Ｗ
ｂ間を一定周期で揺動する場合には、溶接ワイヤ５１の
先端から溶接点までの距離Ｘ、一方の壁面Ｗａまでの距
離Ｙ、他方の壁面Ｗｂまでの距離Ｚ等がトーチ５０の揺
動に応じて変化する。一方、溶接電流Ｉは、溶接ワイヤ
５１の先端から一方の壁面Ｗａまでの距離Ｙが最小のと
き、他方の壁面Ｗｂの影響がほとんどなくなり、プラス
の最大値となる。他方の壁面Ｗｂまでの距離Ｚが最小の
とき、一方の壁面Ｗａの影響がほとんどなくなり、マイ
ナスの最大値となる。そして、溶接ワイヤ５１の先端か
ら溶接点までの距離Ｘが最小のとき、すなわち溶接ワイ
ヤ５１の先端が揺動中心線上にあるときには、±０にな
る。すなわち、溶接電流Ｉは、例えば図２８に示すよう
に、概ね正弦波状に変化する。この原理を利用して、溶
接電流Ｉとトーチ５０の揺動量とを乗算し、この乗算値
を各揺動周期毎に積分し、この積分値の正負からトーチ
５０の位置ずれの方向を検知するとともに、積分値の絶
対値から位置ずれ量を検知し、これらの検知結果に基づ
いて横移動装置が作動し、トーチ５０をその揺動中心が
溶接点、いいかえれば溶接線Ｌの中心の直上に位置する
ように調節していた。

【０００３】また、第２従来例として、特公平３−７９
１０７号公報に開示された自動溶接方法を挙げることが
できる。すなわち、溶接トーチを支持する走行台はフレ
ーム上に設けられ溶接線と平行に配設された軸受上を直
線状に走行するように構成されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の自動溶接方法及
び装置は、以上のように構成されていたため、次のよう
な課題が存在していた。すなわち、前述の第１従来例の
場合、縦移動装置によるトーチの縦方向の移動範囲及び
横移動装置によるトーチの横方向の移動範囲がそれぞれ
の機構上の制約により規制されるため、溶接作業範囲に
限界がある。その結果、トーチの縦移動範囲よりも長い
溶接線、トーチの横移動範囲よりも大きく湾曲する溶接
線等については、溶接作業をなし得ないという問題点が
ある。また、トーチは、溶接線の上下方向において一定
に保持されているため、溶接線が上下方向に変化する場
合には、トーチの先端部と溶接線との上下間隔が変化
し、溶接線を全体にわたって均質に溶接することが困難
なことがあった。

【０００５】また、前述の第２従来例の場合、溶接トー
チを支持する走行台が溶接線と平行に直線移動するのみ
であるため、溶接トーチに横振れが生じた場合の修正が
難しく、溶接線に完全に沿った溶接を達成することは困
難であった。

【０００６】本発明は、以上のような課題を解決するた
めになされたもので、特に、移動台の走行輪を操舵する
ことにより溶接トーチの揺動周期と同一の周波数成分が
小さくなるようにし、ワークと溶接トーチとの距離の変
化を少なくして高精度な自動溶接を行うようにした自動
溶接方法及び装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による自動溶接方
法は移動台に設けられた溶接トーチを溶接線に沿って移
動させ、アーク溶接を行うようにした自動溶接方法にお
いて、前記溶接トーチの移動方向に直交する方向にて前
記溶接トーチを一定周期で揺動させ、前記アーク溶接時
の溶接電流の周波数成分のうち前記溶接トーチの揺動周
期と同一の周波数成分を検出すると共に前記揺動周期の
１揺動期間中の平均溶接電流値を検出し、前記揺動周期
と同一の周波数成分が小さくなるように前記移動台の走
行輪の舵を制御し、前記１揺動期間中の平均溶接電流値
とその初期値との値が小さくなる方向に前記溶接トーチ
を上下方向に移動させる方法である。

【０００８】本発明による自動溶接方法は、移動台に設
けられた溶接トーチを溶接線に沿って移動させ、アーク
溶接を行うようにした自動溶接装置において、前記移動
台に設けられた走行輪を操舵する操舵モータと、前記移
動台に上下モータを介して上下動する上下台と、前記上
下台に設けられ前記溶接トーチを揺動するための揺動モ
ータと、前記アーク溶接時の溶接電流の周波数成分のう
ち前記溶接トーチの揺動周期と同一の周波数成分を検出
するための揺動検出手段と、前記溶接電流を検出するた
めの溶接電流検出手段と、前記各手段を有する制御装置
とを備え、前記揺動周期と同一の周波数成分が小さくな
るように前記操舵モータにて前記走行輪の舵を制御する
ようにした構成である。

【０００９】

【作用】本発明による自動溶接方法及び装置において
は、溶接中の溶接電流の周波数成分のうち溶接トーチの
揺動周期と同一の周波数成分を検出し、この揺動周期と
同一の周波数成分が小さくなるように移動台の走行輪の
舵を制御することにより、溶接部の開先のセンシングが
可能となる。次に、１揺動期間中の平均溶接電流値を検
出し、その初期値との値が小さくなる方向に溶接トーチ
を上下方向に移動させることにより、溶接部と溶接トー
チの距離をほぼ一定に保つことが可能となる。これによ
り、溶接中に溶接部をセンシングし、溶接線にそって追
従する自動溶接が達成される。

【００１０】

【実施例】以下、図面と共に本発明による自動溶接方法
及び装置の好適な実施例について詳細に説明する。な
お、従来例と同一又は同等部分については同一符号を付
して説明する。図１から図１９迄は本発明による自動溶
接方法及び装置を示すためのもので、図１は機構を示す
斜視図、図２は制御系のブロック図、図３は揺動と揺動
原点信号を示す波形図、図４は図２の制御装置を示すフ
ロー図、図５は位置ずれした状態の溶接トーチを示す
図、図６は水平方向の位置ずれ量と周波数成分電流値と
の関係を示す線図、図７は水平方向の位置ずれと位相と
の関係を示す線図、図８はトーチの上下方向位置と２倍
周波数成分との関係を示す図、図９はトーチの上下方向
位置と平均溶接電流値との関係を示す図、図１０は従来
の溶接機における溶接トーチ及び溶接部を示す図、図１
１は揺動位置に対する溶接電流の変化を示す線図、図１
２は位置ずれが大きい場合の構成図、図１３は図１２の
状態を示す電流波形を示す図、図１４は位置ずれが小さ
い場合の構成図、図１５は図１４の状態を示す電流波形
を示す図、図１６は位置ずれがない場合の構成図、図１
７は図１６の状態を示す電流波形を示す図、図１８は右
方向へ位置ずれした場合の構成図、図１９は図１８の状
態を示す電流波形を示す図、図２０は左方向へ位置ずれ
した場合の構成図、図２１は図２０の状態を示す電流波
形を示す図、図２２は溶接トーチが溶接部から離れてい
る場合の構成図、図２３は図２２の揺動周期中の電流波
形を示す波形図、図２４は溶接トーチが溶接部に接近し
ている場合の構成図、図２５は図２４の状態を示す波形
図、図２６は溶接トーチの各位置に対する被溶接物まで
の距離を説明する構成図である。

【００１１】まず、図１において符号１で示されるもの
は、一対の板２，３を水平方向につき合わせ直線状のＶ
溝状の溶接線１Ａを有する溶接部４６を形成する被溶接
物であり、この被溶接物１上には、一対の従動輪５及び
一対の走行輪６を有する自走式の移動台７が移動自在に
設けられている。

【００１２】前記各走行輪６は、一対の操舵アーム６Ａ
及び各操舵アーム６Ａを作動自在に連結するラック８並
びにこのラック８を周知のピニオンラック式に結合する
操舵モータ９により自在に操舵することができるように
構成され、この操舵モータ９には操舵駆動信号９ａが入
力されている。

【００１３】前記各走行輪６は、その駆動軸１０の駆動
ギヤ１０ａに連結する走行モータ１１の走行ギヤ１１Ａ
により駆動するように構成され、この走行モータ１１に
は走行駆動信号１１ａが入力されている。

【００１４】前記移動台７上に設けられた支持台１２の
レール１３には上下台１４が上下動自在に設けられ、こ
の上下台１４は前記支持台１２に設けられた上下モータ
１５の回転ねじ１６により上下動する構成であり、この
上下モータ１５には、上下駆動信号１５ａが供給されて
いる。

【００１５】前記上下台１４に設けられた保持部１７に
は、揺動軸１８を介して溶接ワイヤ５１を有する溶接ト
ーチ５０が揺動可能に設けられており、この揺動軸１８
はこの保持部１７に設けられた揺動モータ１９により揺
動するように構成されている。

【００１６】前記走行モータ１１、操舵モータ９、上下
モータ１５及び揺動モータ１９は、制御装置２０のマイ
クロコンピュータ２１に対して、走行モータ駆動装置３
０と走行モータ駆動指令３０ａ、操舵モータ駆動装置３
１と操舵モータ駆動指令３１ａ、上下モータ駆動装置３
２と上下モータ駆動指令３２ａ及び揺動モータ駆動装置
３３と揺動モータ駆動指令３３ａを介して接続され、前
記保持部１７に設けられた揺動検出手段である揺動検出
器４０はＡ／Ｄ変換器４１を介して揺動信号４１ａとし
てマイクロコンピュータ２１に入力されている。

【００１７】前記溶接トーチ５０の溶接ワイヤ５１を送
るための溶接トーチケーブル６１は、溶接ワイヤ送給装
置６２及び送給開始信号６３を介して溶接用電源６４に
接続され、この溶接用電源６４はマイクロコンピュータ
２１からの溶接開始信号５２を受けて作動し、この溶接
用電源６４に設けられた溶接電流の電流検出手段である
溶接電流検出器７０からの溶接電流信号７１はＡ／Ｄ変
換器７２に入力され、１揺動期間中の平均溶接電流値は
マイクロコンピュータ２１で演算されるように構成され
ている。

【００１８】従って、図１で示す構成の場合、溶接トー
チ５０は揺動モータ１９により一定周期で揺動されると
共に、溶接用電源６４の送給開始信号６３により溶接ワ
イヤ送給装置６２から溶接ワイヤ５１が送給される。ま
た、この揺動モータ１９を支持する保持部１７は上下モ
ータ１５により上下する上下台１４により、溶接トーチ
５０は上下動してその高さを調節すると共に、操舵モー
タ９の作動により走行輪６を操舵して移動台７を操舵
し、溶接トーチ５０の位置を修正することができる。

【００１９】次に、動作について述べる。まず、溶接ト
ーチ５０の位置ずれの大きさと方向について、大きさ
は、溶接電流すなわち溶接電流信号７１の周波数成分の
うち溶接トーチ５０の揺動周期と同一の周波数成分の大
きさに対応させることができ、また、方向は溶接トーチ
５０の揺動に対する前記の周波数成分の位相の正逆関係
によって決定できる。すなわち、溶接電流は、溶接ワイ
ヤ５１先端と被溶接物４との距離に対応している。すな
わち上記距離が小さいほど電流が増大する。たとえば、
図１２に示すように溶接トーチが溶接部から大きく位置
ずれすると、左側の斜面Ｍは溶接電流にほとんど影響を
与えず、右側の斜面Ｎのみとの関係で溶接電流が決定さ
れる。従って、１揺動周期中に溶接トーチ５０は斜面Ｎ
に１回最も接近し、また１回最も遠ざかり、これに応じ
て１回だけ最大電流が得られ、また１回だけ最小電流が
得られる。

【００２０】このため、溶接電流は図１３に示すように
変化する。この溶接電流の周期は揺動周期と一致してい
る。従って、溶接電流の、溶接トーチ５０の揺動周波数
と同一の、周波数成分の大きさ（振幅）は大きくなって
いる。一方、図１４に示すように、溶接トーチ５０の位
置ずれが比較的小さい場合には、斜面Ｍ側に揺動したと
きにもこれの影響を受ける。しかし、斜面Ｍの影響の度
合は、斜面Ｎの影響の度よりも小さい。したがって、図
１５に示すように、溶接電流は１揺動周期中に大小２つ
の山を生ずることになる。すなわち、溶接トーチ５０の
揺動周期と同一の周波数成分とこれ以外の成分とを合成
した電流波形が得られる。

【００２１】このため、溶接トーチ５０の揺動周期と同
一の周波数成分（揺動検出器４０で検出される）の度合
は相対的に小さくなっている。更に、図１６に示すよう
に、溶接トーチ５０のずれが全くない状態になると、１
回の揺動ごとに斜面Ｍと斜面Ｎとが同等の影響を与え、
揺動周期と同一の周波数成分は存在しないことになる。
このように、図１２から図１７の状態に変化するに従っ
て、揺動周期と同一の周波数成分が減少していく（換言
すれば、１回の揺動について電流変化が１回発生する度
合いが減少していく）。従って、上述のように、溶接電
流の、溶接トーチ５０の揺動周波数と同一の、周波数成
分の大きさ（振幅）は、溶接トーチ５０の溶接部からの
位置ずれの大きさに応じて増大していくことになる。一
方、溶滴の落下、溶接ワイヤ５１の曲がり、ワイヤ送給
速度の変動、仮付部の有無等の条件の変化による影響
は、これらの周波数成分が溶接トーチ５０の揺動周波数
と異なるため、溶接トーチ５０の揺動周波数と同一の周
波数成分の大きさにほとんど影響を与えない。

【００２２】一方、溶接トーチ５０のずれの方向によっ
て位相の正逆関係が相違することは、図１８及び図１９
と図２０及び図２１とを比較すれば明らかである。すな
わち、Ｍ面とＮ面との影響度合いは溶接トーチ５０のず
れの方向によって全く逆となる。従って、同一のトーチ
揺動に対して、電流波形の位相関係は正逆の関係（同位
相又は逆位相の関係、すなわち１８０度の位相差を持つ
関係）になり、このために、溶接電流の周波数成分のう
ちトーチ揺動周期と同一の周波数成分の位相関係も正逆
の関係になる。

【００２３】以上のようにして、溶接電流信号の周波数
成分のうち溶接トーチ５０の揺動周期と同一の周波数成
分の大きさと位相の正逆関係とから溶接トーチ５０の位
置ずれの度合いと方向を求めた後、ずれの度合いに応じ
た（比例した）量だけ逆方向に溶接トーチ５０位置を移
動させる。これにより溶接トーチ５０の位置は溶接部の
真上に接近するので、この操作を繰り返して行うことに
より溶接トーチ５０を溶接部４６の真上に移動させ保持
することが可能になる。

【００２４】従って、本発明においては、溶接トーチ５
０の揺動周期と同一の周波数成分が小さくなるように、
各走行輪６の舵を制御させると共に、溶接トーチ５０の
１揺動期間中の平均溶接電流値とその初期値との値が小
さくなる方向に溶接トーチ５０を上下方向に移動させる
ことによって、溶接トーチ５０と被溶接物４との距離を
一定として溶接することができる。

【００２５】一方、溶接電流の周波数成分のうち２倍周
波数成分（すなわち、検出した揺動周期と同一の周波数
成分が小さくなる状態）及び１揺動期間中の平均溶接電
流値は、共に溶接トーチ５０と溶接部との揺動中心線軸
方向の距離の大きさに応じて変化する。このことは次の
説明から明らかである。上述のように溶接電流は、溶接
ワイヤ５１先端と被溶接物４との距離に対応し、溶接ト
ーチ５０の位置ずれがない状態（第１３図ａの状態）に
おいては、図１７のように１揺動周期中に２つの山を生
じ、これは２倍の揺動周波数での周期に等しいので、山
と谷との差の大きさ、すなわち１揺動周期中の電流変化
の大きさＩｂ−Ｉａ（又はＩｃ−Ｉａ）は、溶接電流の
２倍周波数成分に対応する。なお、２倍周波数成分は、
溶接トーチ５０の揺動によってもたらされる電流変化の
みに対応し、電流の平均値には無関係である。

【００２６】いま溶接トーチが、図２２のように揺動中
心線軸方向の、ある初期位置に位置し、図２３のような
電流波形を示しているものとすると、電流の平均値はＩ
ｍ０であり、１揺動周期中の電流変化の大きさはＩｂ０
−Ｉａ０である。溶接中に溶接トーチ５０が図２４のよ
うに揺動中心線軸方向に沿って溶接部に近づく方向にず
れた場合（すなわち、上下方向位置ｙが図２２のｙ０か
ら図２４のｙ１に減少したとき）、電流の平均値が図２
３のＩｍ０から図２５のＩｍ１に増加し、さらに１揺動
周期中の電流変化の大きさもＩｂ０−Ｉａ０からＩｂ１
−Ｉａ１に増加する。逆に溶接トーチ５０が溶接部から
遠ざかる方向にずれた場合、上記説明とは反対に、電流
の平均値は減少し、さらに１揺動周期中の電流変化の大
きさも減少する。これは次の理由による。

【００２７】溶接電流５０は、溶接ワイヤ５１先端と被
溶接物１との距離が近いほど大きくなるので、溶接トー
チ５０が溶接部４６に近づくほど平均電流も大きくな
る。また、同一の振幅で溶接トーチ５０を揺動させた場
合、溶接トーチ５０が溶接部に近いほど溶接ワイヤ５１
先端と被溶接物１との最接近距離（揺動位置ｃまたはｂ
での斜面Ｍ又はＮへの距離）と最離反距離（揺動位置ａ
での斜面Ｍ又はＮへの距離）の差異が大きくなるので、
電流変化の度合いも大きくなる。以上説明したように、
溶接電流の２倍周波数成分及び平均溶接電流値は、溶接
トーチの上下方向位置ｙによって変化するので、２倍周
波数成分及び平均溶接電流をそれぞれ初期値（適正条件
下で溶接開始した直後のそれぞれの値）からの変化分
（増減）が小さくなるように溶接トーチを揺動中心線軸
方向に移動すれば、溶接トーチの揺動中心線軸方向の位
置を一定に保つことができる。

【００２８】次に実際に溶接する場合について説明す
る。図１及び図２に示す装置により次のようにして溶接
が行われる。溶接トーチ５０は、揺動モータ１９によっ
て被溶接物１に平行な平面内で溶接線１Ａに直交する方
向に揺動中心線（この場合、垂直線）を中心として揺動
しつつ移動台７によって溶接線１Ａの深さ方向に移動
し、溶接部４６をアーク溶接する。溶接トーチ５０が溶
接部４６の真上の一定高さ位置を通過するように、制御
装置２０からの信号１５ａ，１１ａによって上下モータ
１５と走行モータ１１が回転し、溶接トーチ５０は水平
方向及び上下方向に移動される。

【００２９】制御装置２０は、揺動位置検出器４０から
のパルス状の信号４１ａ及び溶接電流検出器７０からの
溶接電流信号７１に基づいて、図４に示すフローチャー
トの手順に従って各モータ９，１１，１５，１９に出力
する信号９ａ，１１ａ，１５ａ，１９ａを決定する。ま
ず、揺動検出器４０からの揺動信号４１ａがオンとなる
ことを検出することにより、揺動開始（ステップ１０
０）となる。すなわち、溶接電流記憶場所の設定（ステ
ップ１０１）を行い、図３の揺動原点Ｇの検出（ステッ
プ１０２）を行う。次に、先の溶接電流記憶場所の読み
出しを行い（ステップ１０３）、溶接トーチ５０が揺動
中心位置に復帰するまで繰り返される。すなわち、１揺
動周期Ｔ間に信号４１ａが△Ｔ時間毎に１００回測定さ
れ、データＡ₁，Ａ₂・・・Ａ₁₀₀として記憶される。１
揺動周期が終了してトーチ５０が揺動中心位置にもどる
と、ステップ１０４に進み、次式に示す演算を行う。

【００３０】

【数１】この演算結果Ｓ及びＰは、それぞれ溶接電流を示す溶接
電流検出器７０からの溶接電流信号７１に含まれる周波
数成分のうち溶接トーチ５０の揺動周期と一致する周波
数成分及びその２倍周波数成分をマイクロコンピュータ
２１にて抽出したものとなっている。ここでＳ及びＰの
値の大きさはそれぞれ溶接トーチ５０の揺動周波数の周
波数成分及びその２倍周波数成分の大きさに略比例し、
またＳ及びＰの値の正負は揺動に対する周波数成分の位
相の正逆に一致している。

【００３１】一方、Ｑは溶接電流検出器７０からの溶接
電流信号７１に基づいてマイクロコンピュータ２１で演
算された平均値、すなわち平均溶接電流値となってい
る。この関係を図面によって示すと図５から図９に示す
ようになる。すなわち、図５に示すように、溶接トーチ
５０の溶接部４６からの水平方向への位置ずれをｘと
し、上下方向の位置をｙとする。また溶接電流信号７１
の周波数成分のうち溶接トーチ５０の揺動周波数と同一
の周波数成分の大きさをｚ₁とし、２倍周波数成分の大
きさをｚ₂とする。また平均溶接電流値をｚ₃とする。

【００３２】このようにすれば、ｘとｚ₁との関係は図
６に示すようになる。すなわち、ｘの絶対値の増大に伴
ってｚ₁の値も増大する。また、図７に示すように、溶
接トーチ５０の水平方向の位置ずれの方向（すなわち、
ｘの値の正負）に応じてｚ₁の位相が逆転する。これに
よって溶接トーチ５０の位置ずれの方向を検知すること
ができる。更にｙとｚ₂との関係は図８のようになり、
またｙとｚ₃との関係は図９のようになる。すなわち、
ｙの増大に伴ってｚ₃は減少する。

【００３３】この理由は、以下のような揺動の幾何学的
関係による。図２６に示すように、同一の振幅ｗで溶接
トーチ５０を揺動させた場合、溶接トーチ５０が溶接部
４６に近い位置にあるとき（Ｔ１のとき）の、溶接ワイ
ヤ５１先端と被溶接物１との最接近距離（揺動位置ｃ又
はｂで斜面Ｍ又はＮへの距離Ｇｃ１）及び最離反位置
（揺動位置ａでの斜面Ｍ又はＮへの距離Ｇａ１）の差異
（比率Ｇａ１／Ｇｃ１）は、溶接トーチ５０が溶接部４
６から遠い位置にあるとき（Ｔ２のとき）の、溶接ワイ
ヤ５１先端と被溶接物１との最接近距離（揺動位置ｃ又
はｂでの斜面Ｍ又はＮへの距離Ｇｃ２）及び最離反位置
（揺動位置ａでの斜面Ｍ又はＮへの距離Ｇａ２）の差異
（比率Ｇａ２／Ｇｃ２）に比べて大きいので、電流変化
の度合も大きくなる。

【００３４】すなわち、溶接トーチ５０が溶接部４６近
傍で揺動しているとき（Ｔ１のとき）は、溶接電流を決
定する斜面Ｍ（又はＮ）に対する揺動の影響が大きくな
り、溶接電流も揺動によって大きい変化を示すが、溶接
トーチ５０が溶接部４６から離れたところで揺動してい
るとき（Ｔ２のとき）は、幾何学的に距離が遠いので、
斜面Ｍ（又はＮ）に対する揺動の影響は相対的に小さ
く、したがって電流変化も小さい。これにより溶接トー
チ５０上下方向位置ｙが小さいとき（溶接トーチ５０が
溶接部に近い位置にあるとき）、溶接電流は図２５のよ
うに大きい変化を示し、逆に上下方向位置ｙが大きいと
き（溶接トーチ５０が溶接部から遠い位置にあると
き）、溶接電流は図２３のように相対的に小さい変化を
示す。

【００３５】２倍周波数成分（ｚ₂）は、この電流変化
に対応する値であるから、図８のようにｙの増大に伴っ
てｚ₂は減少する傾向を示す。また、ｙの増大に伴って
ｚ₃も減少する（この理由は、ｙの増大に伴って、いわ
ゆる溶接ワイヤ突出長（図５のｅ）が大となることか
ら、この部分のジュール発熱特性が変化し、溶接電流の
電圧電流特性に基づいて溶接電流値が減少するからであ
る）。上記のようなＳ，Ｐ及びＱの値に基づいて、作動
指令信号Ｄ及びＥが演算される（ステップ１０４）。こ
の演算により得られた値Ｄ，Ｅにより操舵モータ９及び
上下モータ１５に駆動信号９ａ，１５ａを出力する（ス
テップ１０５）。すなわち、Ｓの値に比例してＤが演算
され、またＰ−Ｐｏ及びＱ−Ｑｏに比例して適当な重み
係数α及びβを用いてたとえば次式のようにＥが演算さ
れる。Ｅ∝（α（Ｐ−Ｐｏ）＋β（Ｑ−Ｑｏ））／（α＋β）ただし、ここでＰｏ及びＱｏは、溶接開始直後の適正条
件下での（すなわち、図８と図９のｙ＝ｙｏにおける）
Ｐ及びＱの値である。

【００３６】ここで比例係数は、使用するモータ９及び
１５の回転特性によって異なるが、大きくすればトーチ
位置修正の応答性が良くなり、逆に小さくすれば安定性
が増す傾向を考慮して適宜決定される。すなわち、この
作動指令信号Ｄ及びＥが信号３１ａ及び３２ａとして各
駆動装置３１，３２に入力される。この各駆動装置３
１，３２は、入力された信号３１ａ，３２ａの大きさ及
び正負に応じて所定数の正転用又は逆転用パルスを信号
９ａ，１５ａとしてモータ９，１５に出力する。次いで
リターンし、上記と同様のルーチンが繰り返し実行され
る。

【００３７】従って、溶接トーチ５０の揺動周期毎に溶
接トーチ５０の水平方向位置及び上下方向位置が調節さ
れることとなる。上記のような制御装置２０の作用によ
って溶接トーチ５０は、常に溶接部４６の真上で、しか
も一定高さに位置するように制御される。たとえば、溶
接トーチ５０の位置が溶接部４６の真上位置から水平方
向にずれた場合、溶接電流を示す溶接電流信号７１中に
含まれる周波数成分のうち溶接トーチ５０の揺動周期と
同一の周波数成分は大きくなる（図６参照）が、各駆動
装置３１，３２からの信号９ａ，１５ａはこれを小さく
する方向にモータ９，１５を回転させる。モータ９，１
５の回転方向は信号３１ａ，３２ａの正負に応じて決定
され、溶接トーチ５０は溶接部４６の真上位置に水平移
動される。溶接トーチ５０が溶接部４６の真上に位置し
ている場合には、溶接電流信号７１中に含まれる周波数
成分のうち溶接トーチ５０の揺動周期と同一の周波数成
分は極めて小さくなるので、モータ９，１５はほとんど
回転せず溶接トーチ５０も水平移動しない。

【００３８】一方、溶接トーチ５０の位置が溶接部４６
の真上位置の初期位置（溶接開始直後の位置であり、図
８及び図９のｙｏに該当）から更に上方向にずれた場合
（すなわち、ｙの値が大きくなった場合）、溶接電流信
号７１中に含まれる周波数成分のうち溶接トーチ５０の
揺動周期の２倍周波数成分は小さくなり（図８参照）、
また平均溶接電流値も小さくなる（図９参照）。従っ
て、作動指令信号Ｅは負の値をとり、その絶対値は大き
くなるが、各駆動装置３１，３２からの信号９ａ，１５
ａは、この絶対値を小さくする方向にモータ９，１５を
回転させる。逆にトーチ５０の位置が下方向にずれた場
合は、作動指令信号Ｅは正の値をとり、その絶対値は大
きくなるが、同様に信号９ａ，１５ａはこの絶対値を小
さくする方向にモータ９，１５を回転させる。

【００３９】モータ９，１５の回転方向は信号３１ａ，
３２ａの正負に応じて決定され、溶接トーチ５０は溶接
部４６の真上位置の初期位置に一致するように上下移動
される。溶接トーチ５０が溶接部４６の真上位置の初期
位置にある場合には、作動指令信号Ｅは極めて小さくな
るので、モータ９，１５は、ほとんど回転せず、溶接ト
ーチ５０も上下移動しない。上記のようにして、溶接ト
ーチ５０の位置は揺動の１周期毎に溶接部４６の真上の
一定位置にくるように制御され、溶接トーチ５０は溶接
中常に溶接部４６の真上の一定位置に保持され、移動台
７の移動によって溶接が行われる。溶接中には、溶滴の
落下、ワイヤの曲がり、ワイヤ送給速度の変動、ワイヤ
の溶け方の不均一、仮付部の有無等の条件の変動を生ず
るが、これらの変動の周波数成分は溶接トーチ５０の揺
動周波数の周波数成分とは相違しており、溶接トーチ５
０の揺動周期と同一の周波数成分に対してはほとんど影
響を与えない。したがって、上記のような溶接条件の変
動にもかかわらず、溶接トーチ５０は確実に溶接部４６
の真上の一定位置に保持される。

【００４０】

【発明の効果】本発明による自動溶接方法及び装置は、
溶接電流の周波数成分のうち溶接トーチの揺動周期と同
一の周波数成分を検出して１揺動期間中の平均溶接電流
値を検出し、この揺動周期と同一の周波数成分が小さく
なるように走行輪の舵を制御し、さらに、１揺動期間中
に平均溶接電流とその初期値との値が小さくなる方向に
溶接トーチを上下動させているため、溶接中に溶接電流
信号から溶接線をセンシングし、自動的に被溶接物（ワ
ーク）と溶接トーチとの距離の変化をほぼなくし、なめ
らかな自走式のアーク溶接を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】機構を示す斜視図である。

【図２】制御系のブロック図である。

【図３】揺動と揺動原点信号を示す波形図である。

【図４】図２の制御装置を示すフロー図である。

【図５】位置ずれした状態の溶接トーチを示す図であ
る。

【図６】水平方向の位置ずれ量と周波数成分電流値との
関係を示す線図である。

【図７】水平方向の位置ずれと位相との関係を示す線図
である。

【図８】トーチの上下方向位置と２倍周波数成分との関
係を示す図である。

【図９】トーチの上下方向位置と平均溶接電流値との関
係を示す図である。

【図１０】従来の溶接機における溶接トーチ及び溶接部
を示す図である。

【図１１】揺動位置に対する溶接電流の変化を示す線図
である。

【図１２】位置ずれが大きい場合の構成図である。

【図１３】図１２の状態を示す電流波形を示す図であ
る。

【図１４】位置ずれが小さい場合の構成図である。

【図１５】図１４の状態を示す電流波形を示す図であ
る。

【図１６】位置ずれがない場合の構成図である。

【図１７】図１６の状態を示す電流波形を示す図であ
る。

【図１８】右方向へ位置ずれした場合の構成図である。

【図１９】図１８の状態を示す電流波形を示す図であ
る。

【図２０】左方向へ位置ずれした場合の構成図である。

【図２１】図２０の状態を示す電流波形を示す図であ
る。

【図２２】溶接トーチが溶接部から離れている場合の構
成図である。

【図２３】図２２の揺動周期中の電流波形を示す波形図
である。

【図２４】溶接トーチが溶接部に接近している場合の構
成図である。

【図２５】図２４の状態を示す波形図である。

【図２６】溶接トーチの各位置に対する被溶接物までの
距離を説明する構成図である。

【図２７】従来の溶接方法を示す構成図である。

【図２８】溶接電流の変化を示す特性図である。

【符号の説明】

６走行輪７移動台９操舵モータ１４上下台１５上下モータ１９揺動モータ２０制御装置５０溶接トーチ７０溶接電流検出手段７１溶接電流

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】移動台(7)に設けられた溶接トーチ(50)
を溶接線に沿って移動させ、アーク溶接を行うようにし
た自動溶接方法において、前記溶接トーチ(50)の移動方
向に直交する方向にて前記溶接トーチ(50)を一定周期で
揺動させ、前記アーク溶接時の溶接電流の周波数成分の
うち前記溶接トーチ(50)の揺動周期と同一の周波数成分
を検出すると共に前記揺動周期の１揺動期間中の平均溶
接電流値を検出し、前記揺動周期と同一の周波数成分が
小さくなるように前記移動台(7)の走行輪(6)の舵を制御
し、前記１揺動期間中の平均溶接電流値とその初期値と
の値が小さくなる方向に前記溶接トーチ(50)を上下方向
に移動させることを特徴とする自動溶接方法。
【請求項２】移動台(7)に設けられた溶接トーチ(50)
を溶接線に沿って移動させ、アーク溶接を行うようにし
た自動溶接装置において、前記移動台(7)に設けられた
走行輪(6)を操舵する操舵モータ(9)と、前記移動台(7)
に上下モータ(15)を介して上下動する上下台(14)と、前
記上下台(14)に設けられ前記溶接トーチ(50)を揺動する
ための揺動モータ(19)と、前記アーク溶接時の溶接電流
の周波数成分のうち前記溶接トーチ(50)の揺動周期と同
一の周波数成分を検出するための揺動検出手段(40)と、
前記溶接電流を検出するための溶接電流検出手段(70)
と、前記各手段(40,70)を有する制御装置(20)とを備
え、前記揺動周期と同一の周波数成分が小さくなるよう
に前記操舵モータ(9)にて前記走行輪(6)の舵を制御する
ように構成したことを特徴とする自動溶接装置。