JPH0655351B2 - 自動溶接装置における溶接開始点検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は産業用ロボットを含む自動溶接装置により重ね
隅肉溶接を行う場合の溶接開始点検出方法に関するもの
である。

〔従来の技術〕

従来、産業用ロボットの溶接開始点検出方式の代表例に
ワイヤアース法がある。このワイヤアース法は、溶接ト
ーチ先端のワイヤ電極と被溶接物との間に電圧を加えて
おき、ワイヤ電極と被溶接物との接触、非接触状態を電
圧変化で検出し、所定の動物を行なわしめることによっ
て開始点を検出しようとする方法で、溶接トーチ回りに
特別なセンサを装着する必要がないため、被溶接物や被
溶接物を保持する治具と溶接トーチとの干渉がなく、比
較的有用とみなされてきた。

しかしながら、溶接終了後のワイヤ長はバラついている
ため、ワイヤ長を一定に調整する動作、ワイヤ曲がりや
ワイヤ付き出し方向と逆方向にワイヤが引っ込むことを
防止する動作など、補助動作を必要とし、開始点検出の
ための動作に高速探索動作を疎外する動作を多く含んで
いる。このため生産性を重視する分野ではネックになっ
ている。

またワイヤアース法では、被溶接物の表面状態によって
検出精度が左右されやすく、とくに黒皮状もしくは酸化
皮膜を被った被溶接物や、クレータ処理後にワイヤ先端
に生成される絶縁皮膜は大敵であって、特別に高周波高
圧もしくは直流高電圧をワイヤ電極と被溶接物の間にか
ける手段を設けなければならない。

さらに、アーク熱、ジュール熱によって加熱された状態
で直ちに前記探索動作を行うと、ワイヤがとくに曲がり
やすいため、冷却時間が必要という欠点があった。

これに対し、アーク電流の特徴によって開始点検出を行
う方法であれば、前記の問題の大半を克服できる。

このような方法として、特開昭５８−７７７７５号公報
と特開昭６１−４２４８８号公報に開示される方法があ
るが、前者はウィービング運動しながら溶接パラメータ
の特徴値によって軌跡修正する方式のため、検出に時間
がかかり、薄板の重ね隅肉溶接には適用できない。

また、重ね隅肉溶接の上板より本来溶接されるべき溶接
線に交叉する方向に溶接することにより、継ぎ手端面で
生じる溶接電流変化を検出する方法もアークセンサの応
用として十分考えられるが、ワイヤの突き出し長さの変
化を検出するというアークセンサの考えでは、継ぎ手端
面で生じる電流差はあまりに小さく、溶接開始時での電
流変化、溶接中の電流変化と分離するのが困難であり、
実用化に問題があった。

一方、後者は開始点（Ｓ）、エッジ部（Ｎ，Ｃ）、終了
点（Ｅ）でアーク電流変化はＳ−Ｎ区間は溶接ワイヤ送
給量と消耗量がバランスしてその長さがほぼ一定となる
と記載しているが、実際には、開始点（Ｓ）での電流は
非常に不安定であり、かつロボットが開始し始めた時点
も不安定であるため、アーク電流増加開始時点を検出す
ることは、これらの外乱による電流変化が存在するため
困難である。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで本発明は、特別の手段を必要とせず、実用化容易
かつ高速高精度で溶接開始点を検出することが出来る方
法を提供することを課題とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は重ね隅肉溶接において、本来溶接されるべき溶
接線に交叉する方向に溶接電流の低電流域で短絡移行さ
せながら高速で溶接することにより、突き手面を通過す
る際に生じる多きな溶接電流変化を、溶接開始時の電流
変化、溶接中の電流変化と分離して検出することによ
り、溶接開始点を検出し、この開始点に溶接トーチ先端
の制御点を到達させる溶接開始点検出方法であって、高
速動作が可能であり、しかも被溶接物の表面状態に無関
係に安定精度が確保できるばかりでなく、通常のアーク
センサの機能を備えた自動溶接装置にて実現できるとい
う利点がある。

〔発明の原理〕

第１図は本発明の原理を示す図で、上板Ｘ、下板Ｙの重
ね継ぎ手に対し、上板側から下板側に溶接を行う場合を
示している。

本発明は、ＣＯ_２ガス溶接、Ａｒ−ＣＯ_２混合ガス溶接
を問わず、溶接低電流、低電圧領域で短絡移行型の溶接
を行う。

溶接においては、アーク発生時に大きな電流が流れ、ビ
ードを形成させてアークを安定させ、その後トーチを移
動させて溶接を継続する。短絡移行なため、ワイヤ溶滴
は母材側へ短絡移行するが、アーク発生時は不安定な移
行であり、その後定常的な移行形態となる。

ところで、第１図における給電チップと母材間の距離は
上板ＸのＡ点から上板エッジポイントＣ点（以降、継ぎ
手端面をエッジという）までは一定であるためアーク発
生時の不安定な移行後は定常的の移行形態が続く、しか
し、Ｃ点からは給電チップと母材間の距離は上板の板厚
分つまりＢＣだけ長くなるため、定常的な短絡移行がで
きない。

溶接速度が遅いと溶接融ビードがエッジ近傍を溶かし、
定常的な短絡移行を続けようとするが、溶接速度を速め
ることにより、短絡移行を強制的に切らせることができ
る。

このことにより、Ｃ点に達した後長くなった母材とチッ
プ間の距離だけワイヤが伸びるまでの間、通常のアーク
区間より十分長い時間を経て、再び短絡に到る。第２図
に示すごとくアーク区間が十分に長いと溶接電流の平滑
値は短絡時の電流を含まないために、通常の平滑電流よ
り大きく減少する。

そして、再短絡が発生して電流の平滑値が増加し始める
ため、そこに減少から増加に変化する点（以降、ボトム
という）ができる。

この特徴的な溶接電流変化をとらえ、開始点検出に供し
ようというのが本発明の着目点である。

〔実施例〕

第３図は、本発明を実現するためのハードウエアのブロ
ック図で、溶接電流検出手段１１が溶接電流２０′を検
出し、平滑手段１２で前記第２図のような短絡とアーク
を交互に繰り返して脈動する信号を平滑化する。

平滑化された電流波形の一例を第４図に示す。

短絡移行型の溶接を高速で行うことにより、この実験で
は１．６ｔの薄い板厚でありながら、エッジ近傍で５０
Ａ程の大きな電流差が生じている。

この信号は変換手段１３によって物理的連続量からディ
ジタル量に変換され、センサ・コントロール手段１４に
よって読み取られる。

第５図、ａにエッジ近傍で生じる電流のボトムを検出す
るフローを示す。

まず、開始時に発生する電流波形の不安定部を除去する
ため、アーク発生時のタイマーを設定する（通常の溶接
よりやや長めとする。） 次に、移動し始めの不安定領域を除去するために検出禁
止距離を設定する。その後、検出に入る。検出したディ
ジタル値が、しきい値以下で、連続Ｎ回以上の減少回数
が続いた後のボトムであれば、エッジ近傍のボトムと判
断してエッジの検出とする。なお、しきい値とＮ回の減
少回数は実験によりもとまる値である。

この様子を模式的に第６図に示す。

検出したボトムの位置は、実際のエッジより遅れが存在
するため、この遅れ量を補正しなければならない。この
動作フローを図５．ｂに示す。ボトムを検出すると、そ
の位置データを記憶し、ロボットを停止させる。次に、
あらかじめ定義された補正量にもとづきロボットを移動
させエッジ部である開始点へトーチ先端の制御点を移動
させる。

以上が、本発明を実現する手段の一例である。

〔発明の効果〕

本発明は、従来のワイヤアース法に比較し、精度の安定
性、探査速度の高速性に優位を発揮し、ハードウエアの
簡略化もあいまって、今後産業界に寄与する所大である
と考える。また本発明は探査動作によりビード外観より
も生産性、高安定性を優先する分野で活躍するものと考
えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は溶接電流、溶接
電圧の波形図、第３図は実施例のブロック図、第４図は
実施例の平滑化された溶接電流波形図、第５−ａ図はボ
トム検出のフロー図、第５−ｂ図はボトム検出後の動作
フロー図、第６図はボトム検出状態の模式図である。 １１……溶接電流検出手段 １２……平滑手段 １３……変換手段 １４……センサ・コントロール手段 １５……ロボット・コントローラ １６……ロボット ２０……溶接電圧 ２０′……溶接電流 ２１……平滑された溶接電流

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被溶接物と溶接トーチとの相対位置を位置
   制御されるべくした自動溶接装置による重ね隅肉溶接に
   おいて、上板から下板へ溶接線に交叉する方向へ短絡移
   行型溶接を高速に行う際、アーク発生位置から予め設定
   された検出禁止距離へ到達後から、予め設定された電流
   値（しきい値）以下で、電流値が減少し、増加し始める
   タイミングであるボトム値を検出することにより、継ぎ
   手端面の位置を検出し、溶接開始点に溶接トーチ先端の
   制御点を到達せしめることを特徴とする自動溶接装置に
   おける溶接開始点検出方法。