JPH0722830B2 - 自動溶接機におけるトーチの位置制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、自動溶接機におけるトーチの位置制御方法に
係り、特に、アルミニウムからなる板材相互の交差部に
形成される溶接線に沿って隅肉溶接する際に、溶接の自
動化、品質向上を図るものである。

「従来の技術」 アーク溶接による継手の品質を向上させるには、形成す
べき溶接ビードの幅全域に、アークが安定した状態で形
成されるように、溶接トーチの走行を正確に制御するこ
とが必要になる。

これまで、自動溶接機における溶接トーチの位置を制御
する装置として、溶接トーチを搭載して走行する台車
に、溶接線の近辺の部材に当接して溶接線と台車との間
隔を一定に保持する機械的な倣い機構を設けて、もって
溶接トーチの位置ずれを防止する倣い機構方式のもの
と、溶接時のアーク電流を検出し、アーク電流の変動か
ら溶接トーチの位置ずれを防止するアーク電流検出方式
のものとが開発されている。

前者の倣い機構方式のものは、比較的に安価に製作する
ことができる。

しかし、溶接線の近辺の部材に歪があるような場合に
は、その歪が倣い機構を介して台車あるいは溶接トーチ
に伝達され、その結果、溶接トーチの位置ずれが発生す
る虞れがあった。

一方、従来のアーク電流検出方式のものは、第５図に示
すように、溶接線１が２つの板部材２・３相互の直交す
る交差部に形成される場合に、ウィービングによる振動
の中心位置Ｘと、この中心位置Ｘから両側に距離Ｌだけ
離れた最大振幅時の位置Ｙ・Ｚとの各位置におけるアー
ク電流Ix・Iy・Izを検出し、これらの検出値と、振動の
中心位置Ｘが溶接線１の真正面にある理想状態の時の電
流値（第６図参照）とを比較し、電流値の差から溶接ト
ーチ４の位置ずれを検出して、位置ずれが検出された場
合に、そのずれの分だけ溶接トーチ４の位置を修正移動
させるものである。

このアーク電流検出方式では、溶接線１に対する溶接ト
ーチ４の位置を直線検出することになるため、板部材２
・３に歪があってもその影響が小さく、倣い機構方式の
場合の問題点が解決される。

「発明が解決しようとする問題点」 しかし、前述のアーク電流検出方式のものは、鉄系の板
材相互の溶接を前提としたもので、アルミニウム板相互
の溶接などには、使用することができないという問題が
ある。

すなわち、鉄系の板材は、比較的に電気抵抗が大きく、
エクステンション（ワイヤの突出長）の変化が顕著にア
ーク電流の変化となって現れるため、例えば第７図に示
すように、溶接トーチ４の振動の中心が、溶接線１の正
面位置Ｋから振動方向に距離L₁だけずれると、第８図に
示すように各位置での電流値が変わり、第６図に示した
理想状態の時の電流値と比較することによって溶接トー
チ４の位置ずれの量を知ることができる。

また、溶接トーチ４がその軸線方向にのみ位置ずれした
場合には、第６図に示した曲線がそのまま上下に大きく
並行移動した電流値曲線が得られて、軸線方向の位置ず
れの量を検知することができ、その結果、溶接トーチ４
のビードの幅方向の位置ずれを防止するとともに、エク
ステンションを一定に保って安定した溶接が可能にな
る。

しかし、アルミニウム板材は、鉄系の板材と比較して電
気抵抗が小さく、エクステンションの変化量に対するア
ーク電流の変化が小さくなって検出が困難になるととも
に、加えて、アルミニウム板材の溶接では、鉄系の板材
の溶接と比較してワイヤの送給速度が大きくなり、速度
増加分だけエクステンションの変化の高速検出が要求さ
れて検出が困難になり、前述のように溶接トーチをビー
ドの幅方向にウィービングさせた時のアーク電流を計画
するだけの従来装置では、溶接トーチのビードの幅方向
に対する位置ずれは検出できても、溶接トーチ４の軸線
方向の位置ずれは検出できず、したがって、溶接トーチ
の軸線方向の位置を倣う倣い機構を併用するなどしない
と、アルミニウム板材の溶接には適用することができな
かった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、アルミニ
ウム材相互の交差部を隅肉溶接する際に、アーク電流を
検出することによって、溶接トーチのビードの幅方向の
位置ずれを防止するだけでなく、溶接トーチの軸線方向
の位置ずれをも防止することができ、他の倣い機構を併
用せずともエクステンションを一定に保って、良好な溶
接を行うことができ、したがって、アルミニウム溶接の
自動化率を向上させるとともに品質の向上を図ることの
できる自動溶接機におけるトーチの位置制御方法を提供
することを目的とする。

［問題点を解決するための手段」 板材相互の交差部に形成される溶接線に沿って隅肉溶接
する際に、アーク電流の変動から溶接トーチの位置ずれ
を検出して、溶接トーチの位置修正を行なう位置制御方
法を適用する場合、溶接トーチにおける軸線方向および
溶接ビード幅方向の位置をトーチ移動装置により設定
し、溶接トーチとトーチ移動装置との間に介在する横ウ
ィービング装置および縦ウィービング装置により、溶接
トーチを、2mm以上の振幅および2Hz以上の振動周波数
で、溶接ビード幅方向および軸線方向に振動させ、それ
ぞれのウィービング装置による最大振幅時のアーク電流
を検出して、この検出したアーク電流を、位置ずれがな
い理想状態におけるアーク電流と比較し、電流値の差か
ら溶接ビードの幅方向および軸線方向の位置ずれを求め
て、トーチ移動装置によって溶接トーチの位置を修正す
る技術を採用する。

「作用」 溶接トーチを、2mm以上の振幅および2Hz以上の振動周波
数で、溶接ビード幅方向および軸線方向に振動させる
と、この振動によるエクステンションの変化が、溶接ワ
イヤの通常の送給速度の変化に比べて短時間のうちに起
こるため、溶接ワイヤの送り出しの制御能力に影響され
なくなる。

それぞれのウィービング時のアーク電流を検出すれば、
エクステンションが変化しているときのアーク電流の変
化が顕著に現れるため、溶接ビードの幅方向および軸線
方向の位置ずれ量により溶接トーチの位置を修正し、一
定のエクステンションによる精度の高い溶接作業が実施
可能になる。

「実施例」 以下、本発明に係る自動溶接機におけるトーチの位置制
御方法の一実施例を第１図ないし第３図に基づいて説明
する。

第１図は、本発明が適用される自動溶接機５を示し、そ
して図中、符号６・７はアルミニウムの板材、８は前記
板材６・７相互の交差部に形成される溶接線である。

自動溶接機５について説明すると、該自動溶接機５は、
走行台車９に溶接トーチ10を搭載して、溶接線８に沿っ
て溶接トーチ10を移動させるものであり、溶接トーチ10
の部分は、位置制御装置11を介して各方向に移動可能に
支持されている。

前記位置制御装置11には、溶接トーチ10における軸線方
向（第１図の矢印ロ方向）およびビードの幅方向（第１
図の矢印ハ方向）の位置を修正して設定するためのトー
チ移動装置13と、このトーチ移動装置13と溶接トーチ10
との間に介在して溶接トーチ10をビードの幅方向に振動
させる横ウィービング装置14と、この横ウィービング装
置14とトーチ移動装置13との間に介在して溶接トーチ10
をその軸線方向に振動させる縦ウィービング装置15と、
各ウィービング装置14・15による振動時にアーク電流を
検出するとともにその検出値に応じてトーチ移動装置13
に信号を出力して溶接トーチ10の位置修正を行なわせる
ための制御回路16とを備えている。

そして、前述の両ウィービング装置14・15は、溶接トー
チ10を、2mm以上の振幅および2Hz以上の振動周波数で、
溶接ビード幅方向および軸線方向に振動させる機能を有
している。

また、前記制御回路16は、それぞれのウィービング装置
14・15による最大振幅時のアーク電流を検出して、この
検出したアーク電流を、位置ずれがない理想状態におけ
るアーク電流と比較し、その電流値の差から溶接トーチ
10の幅方向および軸線方向の位置ずれを求めて、前記ト
ーチ移動装置13を作動させることにより、これらの位置
ずれの分だけ溶接トーチ10を位置修正するものである。

このように、位置制御装置11には、従来の装置と比較し
て縦ウィービング装置15が付加されており、加えて、溶
接トーチ10を、2mm以上の振幅および2Hz以上の振動周波
数で、溶接ビード幅方向および軸線方向に振動させる機
能を有しているため、この振動によるエクステンション
の変化に着目すると、溶接ワイヤの通常の送給速度の変
化に比べて短時間のうちに起こり、ワイヤの送り出しを
制御するモータ等の自己制御能力に影響されない。

したがって、縦ウィービング装置15によって溶接トーチ
10を軸線方向にウィービングさせたときにアーク電流を
計測すれば、エクステンションが変化しているときに
は、それによるアーク電流の変化が顕著に現れ、したが
って、アーク電流の変化から溶接トーチ10の軸線方向の
位置ずれの量を正確に検出することができる。

また、位置制御装置11においては、横ウィービング装置
14による振動時のアーク電流の変化から溶接トーチ10の
溶接ビードの幅方向の位置ずれを検出しているので、両
ウィービング装置14・15による振動時のアーク電流の変
化から、溶接トーチ10の軸線方向および溶接ビードの幅
方向の位置ずれを同時に検出し、これらの検出結果に基
づき、トーチ移動装置13によって溶接トーチ10の位置を
各方向に修正し、一定のエクステンションによる精度の
高い溶接作業が実施可能になり、したがって、アルミニ
ウム板材の場合にあっても、溶接の自動化率を向上させ
るとともに品質の向上を図ることができる。

なお、縦ウィービング装置15によって実際に溶接トーチ
10を振動させた時の溶接トーチ10の位置を第２図に示
し、またその時のアーク電流の検出値を第３図に示す。

第２図において、X,Y,Zは溶接トーチ10の理想の位置、X
₀,Y₀,Z₀は理想位置にあった溶接トーチ10が縦ウィービ
ング装置15の最大振幅L₀だけ変位した時の位置、X₁,Y₁,
Z₁は理想位置から距離L₂だけ溶接線８側にずれた位置に
あった溶接トーチ10が最大振幅L₀だけ変位した時の位置
を示している。

また、第３図において、破線で示した曲線Ｉは理想位置
X,Y,Zの時のアーク電流を示し、実線で示した曲線IIは
理想位置にあった溶接トーチを最大振幅分移動させた
X₀,Y₀,Z₀の時のアーク電流を示し、一点鎖線で示した曲
線IIIは理想位置からL₂だけずれた位置にあった溶接ト
ーチ10を最大振幅分移動させたX₁,Y₁,Z₁の時のアーク電
流を示している。

この第３図からも示すように、各曲線I,II,III相互の位
置は、顕著にずれており、このずれ量L₃,L₄から溶接ト
ーチ10の軸線方向の位置ずれを求めることができる。

なお、前記一実施例では、溶接トーチ10が走行台車９に
搭載される場合を示したが、本発明の利用は、一実施例
に限定するものではない。

例えば、第４図に示すように、門型のクレーンの走行部
20により、昇降操作される間接ロボットアーム21に溶接
トーチ10を取り付け、溶接トーチ10を各方向に移動可能
にするような場合にも利用することができる。

「発明の効果」 本発明に係るトーチの位置制御方法によれば以下のよう
な効果を奏する。

（１） 縦ウィービング装置により溶接トーチをその軸
線方向に振動させるとともに、溶接トーチを、2mm以上
の振幅および2Hz以上の振動周波数で、溶接ビード幅方
向および軸線方向に振動させているために、この振動に
よるエクステンションの変化が、溶接ワイヤの通常の送
給速度の変化に比べて短時間のうちに起こり、溶接ワイ
ヤの送り出しの制御能力に影響されず、エクステンショ
ンが変化している場合にあっても、アーク電流の変化が
顕著に現れて、アーク電流の変化から溶接トーチの軸線
方向の位置ずれの量を正確に検出することができる。

（２） 横ウィービング装置および縦ウィービング装置
による振動時のアーク電流の変化から、溶接トーチの溶
接ビードの幅方向および溶接トーチの軸線方向の位置ず
れを検出して、溶接トーチの位置をそれぞれ修正するこ
とにより、他の倣い機構を併用せずともエクステンショ
ンを一定に保って、良好な溶接を行うことができ、アル
ミニウム板材溶接等の自動化率を向上させるとともに品
質の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るトーチの位置制御方法の実施状況
例を示す正面図、第２図は第１図における溶接トーチの
ウィービングの説明図、第３図は第１図における溶接ト
ーチのアーク電流の変化曲線図、第４図は本発明に係る
トーチの位置制御方法の他の実施例を示す正面図、第５
図は従来の位置制御装置の実施状況の説明図、第６図は
第５図における溶接トーチのアーク電流の変化曲線図、
第７図は第５図における溶接トーチの中心がずれた場合
の実施状況の説明図、第８図は第７図における溶接トー
チのアーク電流の変化曲線図である。 ５……自動溶接機、６・７……板材、８……溶接線、９
……走行台車、10……溶接トーチ、11……制御装置、13
……トーチ移動装置、14……横ウィービング装置、15…
…縦ウィービング装置、16……制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】板材（６・７）相互の交差部に形成される
   溶接線（８）に沿って隅肉溶接する際に、アーク電流の
   変動から溶接トーチ（10）の位置ずれを検出して、溶接
   トーチの位置修正を行なう位置制御方法であって、溶接
   トーチにおける軸線方向および溶接ビード幅方向の位置
   をトーチ移動装置（13）により設定し、溶接トーチとト
   ーチ移動装置との間に介在する横ウィービング装置（1
   4）および縦ウィービング装置（15）により、溶接トー
   チを、2mm以上の振幅および2Hz以上の振動周波数で、溶
   接ビード幅方向および軸線方向に振動させ、それぞれの
   ウィービング装置による最大振幅時のアーク電流を検出
   して、この検出したアーク電流を、位置ずれがない理想
   状態におけるアーク電流と比較し、電流値の差から溶接
   ビードの幅方向および軸線方向の位置ずれを求めて、ト
   ーチ移動装置によって溶接トーチの位置を修正すること
   を特徴とする自動溶接機におけるトーチの位置制御方
   法。