JPH0819863A - 溶接線自動倣い方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】母材の開先形状を精度良く検出し、溶接光など
の外乱を全く受けずに高精度の溶接線倣いを行なうこと 【構成】溶接電極に対して溶接進行方向前方にプラズマ
アークトーチを設け、前記プラズマアークトーチから前
記母材に向かって母材を溶解させない程度の微小電流の
プラズマアークを発生させるとともに、前記プラズマア
ークを前記母材の溶接線を横切る方向に所定振幅でオシ
レートさせながら溶接線方向に先行させ、前記プラズマ
アークのアーク電圧変化から前記溶接線の位置情報を検
出し、溶接電極を溶接線に対して所定の位置に修正する
溶接線自動倣い方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接線の追従を良好に
行うことを目的とした溶接線自動倣い方法を提案したも
のである。

【０００２】

【従来の技術】

（従来技術１）溶接線自動倣い方法としては、溶接トー
チを溶接線と直交する方向に一定振幅でオシレートさ
せ、溶接アークが溶接線を横切る時に発生する溶接電流
の変化によって、溶接線と溶接トーチのオシレートの中
心位置との相違を検知するものが提案されている。図１
および図２はこのようにした溶接線倣い方法を行うとき
の様子を説明するための図である。

【０００３】図１において、１は溶接トーチ、２は溶接
電極、３，４は母材であり、また、図２は図１のように
溶接トーチ１をオシレートさせたときの溶接トーチ１の
位置と溶接電流の変化との関係を示す線図であり、横軸
はオシレート中心を線図の中心としたときのオシレート
位置、縦軸はオシレート位置に対応する溶接電流値を示
す。

【０００４】図１において、溶接トーチ１を溶接線に対
して矢印のように溶接線と直交する方向にオシレート動
作をさせながら溶接を行うと、溶接電流は溶接電極２と
母材（３および４）間の距離にともなって変化する。図
１（ａ）ないし（ｃ）のように溶接線に対して溶接トー
チのオシレート中心位置が変化した場合は、検出される
溶接電流は図２（ａ）ないし（ｃ）のようになる。

【０００５】図２において、溶接中に検出される溶接電
流をオシレート中心に対して左右に分け、左側の溶接電
流を積分した面積をＳ1 とし、右側の溶接電流を積分し
た面積をＳ2 とし、オシレート中心時の溶接電流の検出
値をＥとし、溶接電極の母材に対する高さ方向の基準位
置に相当する信号をＥｏとする。

【０００６】溶接中において、Ｓ1 とＳ2 の差（Ｓ1 −
Ｓ2 ）が零の時には、溶接線上を溶接していると判断
し、（Ｓ1 −Ｓ2 ）が零でない時には、溶接線上からず
れていると判断する。ずれている場合には、（Ｓ1 −Ｓ
2 ）の値とその符号とによって溶接トーチ１を横方向に
動かして、（Ｓ1 −Ｓ2 ＝０）になるように位置修正を
行う。

【０００７】溶接線に対しオシレート方向に所定の距離
だけずらした位置を溶接トーチ１の目標位置にしたい時
は、あらかじめ溶接線から所定の位置だけずらした位置
での（Ｓ1 −Ｓ2 ）の値を求め、前記求めた値をＳｏと
すると、（Ｓ1 −Ｓ2 ＝Ｓｏ）となるように、位置修正
を行えばよい。

【０００８】さらに、ＥとＥｏの差（Ｅ−Ｅｏ）が零の
時は、基準高さであると判断し、零でない時は、基準高
さでないと判断し、（Ｅ−Ｅｏ）とその符号とによっ
て、溶接トーチ１を高さ方向に動かして、（Ｅ−Ｅｏ＝
０）となるように位置修正を行う。

【０００９】（従来技術２）また、図３および図４にに
示すように、溶接線に沿って移動する溶接トーチ１の開
先幅方向の両側に、溶接トーチ１と接近させ、かつ、先
端が溶接電極２の先端を向くように配置された２本の非
消耗性の補助電極５ａ，５ｂにより小電流の補助アーク
を発生し、このアーク電圧を検出し、２つのアーク電圧
間の差に応じて、溶接トーチ１および補助電極５ａ，５
ｂを開先線幅方向に位置修正をし、さらに前記補助電極
５ａ，５ｂの２つのアーク電圧の平均値と基準高さ信号
を比較することにより、溶接トーチ１および補助電極５
ａ，５ｂの高さ制御を行うものがある。（例えば、公開
特許公報 昭６０−２９５８７号）

【００１０】図３において溶接トーチ１は、アーク電圧
の検出とは関係なく母材３，４に対して溶接を行うが、
補助電極５ａ，５ｂは、それぞれ別の溶接電源６ａ，６
ｂを用いて、母材を解かさない程度の小さな電流値で、
図４の様に溶接トーチ１の狙い位置８の近くの９および
１０に示した位置にアークを発生させ、それぞれのアー
ク電圧を検出する。ここで、補助電極５ａによって検出
されるアーク電圧をＥ1 ，補助電極５ｂによって検出さ
れるアーク電圧をＥ2 とする。

【００１１】検出した２つの溶接電圧Ｅ1 ，Ｅ2 の差
（Ｅ1 −Ｅ2 ）が零の時は、溶接線上に溶接トーチ１が
あり、（Ｅ1 −Ｅ2 ）が零でない時は、溶接線上からず
れていると判断する。この場合には、（Ｅ1 −Ｅ2 ）の
値と、その符号とによって溶接トーチ１および補助電極
５ａ，５ｂを開先幅方向に動かして、（Ｅ1 −Ｅ2 ＝
０）になるように位置修正を行う。さらに、検出した２
つの溶接電圧Ｅ1 ，Ｅ2 の平均値（Ｅ1 ＋Ｅ2 ）／２
と、あらかじめ設定されている基準高さ信号Ｅｏとの差
（（Ｅ1 ＋Ｅ2 ）／２−Ｅｏ）が零の時は、基準高さで
あると判断し、（（Ｅ1 ＋Ｅ2 ）／２−Ｅｏ）が零でな
い時は基準高さでないと判断し、（（Ｅ1 ＋Ｅ2 ）／２
−Ｅｏ）の値と、その符号とによって、溶接トーチ１お
よび補助電極５ａ，５ｂを高さ方向に動かして、（（Ｅ
1 ＋Ｅ2 ）／２−Ｅｏ＝０）となるように位置修正を行
う。

【００１２】（従来技術３）図５は別の従来技術を示す
図であり、垂直板３と水平板４とによって形成される開
先に先行トーチ１ａを向け、先行電極２ａを先行トーチ
１ａの中心線から偏位させて開先に向けて、シールドガ
スと共に供給し、先行トーチ１ａを回転させながら、先
行電極２ａと開先との間に先行アークを発生させて下層
ビード７ａを形成し、先行トーチ１ａの溶接進行方向上
流側に先行トーチ１ａと間隔をあけて後行トーチ１ｂを
設け、後行トーチ１ｂを下層ビード７ａに向け、後行電
極２ｂを後行トーチ１ｂの中心線軸から偏位させて下層
ビード７ａに向けてシールドガスと共に供給し、後行ト
ーチ１ｂを回転させながら後行電極２ｂと下層ビード７
ａとの間に後行アークを発生させて下層ビード７ａ上に
上層ビード７ｂを形成する２電極回転アーク隅肉溶接方
法を示す図である。（例えば、公開特許公報 昭６２−
１５８５６８号）

【００１３】図５の従来技術において、先行アークの回
転速度，先行アークの回転直径，先行アークの回転方向
（右回転または左回転），後行アークの回転速度，後行
アークの回転直径，後行アークの回転方向（右回転また
は左回転）および先行トーチ１ａと後行トーチ１ｂの間
隔を最適な値にしておくことで、図６に示すような、大
脚長の溶接ビード断面が得られる。

【００１４】は、図５の従来技術の電極２ａ，２ｂの運
動軌跡を示す図である。同図において、Ｃｆは先行電極
２ａの回転中の位置のうちの溶接進行方向の最前方点で
あり、Ｃｒは先行電極２ａの溶接進行方向の最後方点、
Ｒは先行電極２ａが垂直板３に最も接近した時の点、Ｌ
は先行電極２ａが水平板４に最も接近した時の点、Ｃ
ｆ’は後行電極２ｂの溶接進行方向の最前方点、Ｃｒ’
は後行電極２ｂの溶接進行方向の最後方点、Ｒ’は後行
電極２ｂが垂直板３に最も接近した時の点、Ｌ’は後行
電極２ｂが水平板４に最も接近した時の点である。

【００１５】図８および図９は図５および図７の従来技
術における溶接線倣いの様子を説明するための図であ
る。図８（ａ）ないし（ｃ）のように開先位置に対して
先行トーチ１ａおよび後行トーチ１ｂの中心軸線の位置
が変化した場合、溶接線とトーチ、電極との関係は図９
（ａ）ないし（ｃ）のようになり、検出されるアーク電
圧は電極の回転角度に対して図９（ｄ）ないし（ｆ）の
ようになる。

【００１６】先行電極２ａの溶接中には、先行電極２ａ
のアーク電圧を検出し、回転位置Ｃｆを中心として左右
にあらかじめ設定された所定回転角度分を積分して求め
られる左側積分値Ｓ1 および右側積分値Ｓ2 との間の差
（Ｓ1 −Ｓ2 ）が零の時は、溶接線上に先行トーチ１ａ
の中心軸線があると判断し、（Ｓ1 −Ｓ2 ）が零でない
時は、溶接線上からずれていると判断する。この場合に
は、（Ｓ1 −Ｓ2 ）の値とその符号によって先行トーチ
１ａを横方向に動かして、（Ｓ1 −Ｓ2 ＝０）になるよ
うに位置修正を行う。さらに左側積分値Ｓ1 および右側
積分値Ｓ2 との和（Ｓ1 ＋Ｓ2 ）とあらかじめ設定する
基準信号Ｅｏとの差（Ｓ1 ＋Ｓ2 −Ｅｏ）が零の時は、
基準高さであり、（Ｓ1 ＋Ｓ2 −Ｅｏ）が零でない時は
基準高さでないと判断し、（Ｓ1 ＋Ｓ2 −Ｅｏ）の値
と、その符号によって、先行トーチ１ａを高さ方向に動
かして、（Ｓ1 ＋Ｓ2 −Ｅｏ＝０）となるように位置修
正を行う。また、後行トーチ１ｂも先行トーチ１ａと同
様の処理を行い、横方向と高さ方向の位置修正を行う。

【００１７】（従来技術４）また従来技術３において、
後行電極２ｂの回転直径を大きくすると、図１０に示す
ような、２層ビードが得られる。（例えば、公開特許公
報 昭６２−２３０４８５号）

【００１８】この場合は、先行トーチ１ａの開先幅方向
及び高さ方向の制御方法は従来技術３と同じであるが、
先行電極２ａによって溶接されたビードは、図１０に示
すように概略平均化されたビード断面になるため、図１
１（ａ）ないし（ｃ）のように下層ビード７ａに対して
後行ノズル２の位置が変化した場合、溶接線の下層ビー
ド７ａおよび後行電極２ｂとの関係は図１２（ａ）ない
し（ｃ）のようになり、後行電極２ｂによって検出され
るアーク電圧は図１２（ｄ）ないし（ｆ）のようにな
る。

【００１９】図１２（ｄ）ないし（ｆ）において、Ｓｃ
ｆ’は後行電極２ｂの回転位置Ｃｆ’を中心として、あ
らかじめ設定された所定回転角度分だけ後行アーク電圧
を積分した面積であり、Ｓ1 ’は後行電極２ｂの回転位
置Ｌ’を中心として、あらかじめ設定された所定回転角
度分だけ後行電極のアーク電圧を積分した面積であり、
Ｓ2 ’は後行電極２ｂの回転位置Ｒ’を中心として、あ
らかじめ設定された所定回転角度分だけ後行電極のアー
ク電圧を積分した面積であり、Ｓｃｒ’は後行電極２ｂ
の回転位置Ｃｒ’を中心として、あらかじめ設定された
所定回転角度分だけ後行アーク電圧を積分した面積であ
る。

【００２０】後行電極２ｂの溶接中には、下側積分値Ｓ
1 ’および上側積分値Ｓ2 ’との間の差（Ｓ1 ’−Ｓ2
’）があらかじめ設定された基準値Ｓｏの時は、希望
の位置に後行トーチ１ｂがあり、（Ｓ1 ’−Ｓ2 ’）が
基準値Ｓｏでない時は、希望の位置からずれていると判
断する。この場合には、（Ｓ1 ’−Ｓ2 ’）の値と、そ
の符号によって、後行トーチ１ｂを横方向に動かして、
（Ｓ1 ’−Ｓ2 ’＝Ｓｏ）になるように位置修正を行
う。さらに前側積分値Ｓｃｆ’とあらかじめ設定する基
準信号Ｅｏ’との差（Ｓｃｆ’−Ｅｏ’）が零の時は、
後行トーチ１ｂが下層ビード７ａに対して基準高さであ
り、（Ｓｃｆ’−Ｅｏ’）が零でない時は、基準高さで
ないと判断し、（Ｓｃｆ’−Ｅｏ’）の値とその符号に
よって、後行トーチ１ｂを高さ方向に動かして、（Ｓｃ
ｆ’−Ｅｏ’＝０）となるように位置修正を行う。な
お、前側積分値Ｓｃｆ’の代わりに後側積分値Ｓｃｒ’
を用いてもよい。

【００２１】（従来技術５）また、溶接電極に対して、
溶接進行方向前方に、溶接線を認識できるセンサとして
ローラ等の接触式のセンサを設け、センサの検出信号に
より溶接電極を溶接線に倣わせる方法もある。

【００２２】（従来技術６）さらにまた、溶接進行方向
前方に、溶接線を認識できるセンサとしてＣＣＤカメラ
等を設け、このカメラからのビデオ信号を処理して溶接
線位置信号を得て、この溶接線位置信号によって、溶接
電極を溶接線に倣わせる方法もある。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術１において
は、アークセンサに使用する電極が溶接電極と同じであ
るため、母材を溶接電極によって溶かしてしまうために
開先形状が変化してしまい、溶接電流の変化によって開
先位置を検出する事が難しくなる。特に、薄板の重ね継
手の溶接において、従来技術１の方法で溶接線の倣いを
行うと、開先全体が完全に溶けるため、開先形状を検出
できなくなる。また、溶接条件や溶接電源の特性が、セ
ンサ信号に与える影響が大きく、溶接条件や溶接電源の
特性が変化すると、倣い動作が不安定になってしまう。

【００２４】また、従来技術２においては、２つの補助
電極によって発生されるアークは、同じ条件ならば同じ
溶接電圧になることを前提としている。しかし、実際
は、溶接電源の特性や電極の消耗により、同じ条件に設
定しても同じ溶接電圧になる事は極くまれである。ま
た、２本の補助電極５ａ，５ｂによるアークは、図１３
のようにある程度の広がりをもって母材３，４に到着す
るため、母材側に小さな形状変化があっても、アークの
広がりの中に入ってしまい、検出することが難しくな
る。そのため、図１３のような薄板の重ね継手では、溶
接線倣いを行うことは困難であった。

【００２５】従来技術３および従来技術４においても、
実際の溶接電極をセンサとして用いるために、前述の従
来技術１と同様の問題点を有する。

【００２６】従来技術５においては、溶接板上のセンサ
接触部表面状態の影響が多く、スパッタの有無等によ
り、倣い精度が左右されていた。また、接触部はローラ
等によって構成されているため、その機械的な動きの円
滑さも倣い精度に影響を与えていた。

【００２７】従来技術６においては、溶接時の強烈なア
ーク光、熱、スパッタ、ヒュームなどの影響が大きく倣
い精度の向上ができなかった。

【００２８】

【課題を解決するための手段】請求項１の溶接線自動倣
い方法は、溶接電極に対して溶接進行方向前方に、プラ
ズマアークトーチを配置し、このプラズマアークトーチ
を溶接線を横切ってオシレート動作をしながら、母材を
溶かさない程度の微小な電流によりアークを発生させ、
この時のプラズマアーク電圧の変化から溶接線の位置情
報を得て溶接トーチを倣う方法である。

【００２９】請求項２の方法は、請求項１の溶接線自動
倣い方法において、溶接線の位置情報の検出に用いるプ
ラズマアークを発生させるために必要な作動ガスを溶接
電極に用いるシールドガスと同じ種類または不活性ガス
またはＣＯ2 ガスを用いる方法である。

【００３０】

【実施例】以下、図面により本発明の自動倣い方法を説
明する。本発明の溶接線倣い方法に使用するプラズマア
ークを発生するための装置は、公知のプラズマアーク切
断または溶接に用いられる装置と同様である。図１４は
その１例を示すものであり同図において、、１１は電
極、１２はノズル、１３は作動ガス、１４はライナ、１
５はプラズマアーク、１６，１７は母材、１８はプラズ
マアーク用電源装置、１９はパイロットアーク用電源装
置、２０は高周波発生器、２１はパイロットアークの起
動用スイッチ、２２はアーク電圧検出器である。ここ
で、パイロットアーク用電源装置１９およびプラズマア
ーク用電源装置１８はいずれも垂下特性または定電流特
性の電源装置が用いられる。

【００３１】図１４の装置において、まずスイッチ２１
を接続し、作動ガス１３をノズル１２内に流した状態
で、パイロットアーク用電源装置１９の出力に高周波発
生器２０からの高周波高電圧を重畳して、電極１１とノ
ズル１２との間に供給することにより電極１１とノズル
１２との間の絶縁を破壊して電極１１とノズル１２との
間にパイロットアークを発生させた後、高周波発生器２
０による高周波を停止させる。このパイロットアークが
ノズル１２内に流れている作動ガス１３によって、ノズ
ル１２に開いた小さな穴から吹き出され母材１６，１７
に達すると、電極１１と母材１６，１７との間の絶縁が
破壊されて、プラズマアーク用電源装置１８により電極
１１と母材１６，１７との間にノズル１２に開いた小さ
な穴を通してプラズマアーク１５が発生する。プラズマ
アーク１５が発生すると、スイッチ２１を解放し、パイ
ロットアークを停止する。また、電極１１と母材１６，
１７との間に発生したプラズマアーク１５のアーク電圧
は、アーク電圧検出器２２によって検出する。

【００３２】さらに、プラズマアーク方式でプラズマア
ークを発生させる装置の他の例として、図１５のような
ものがある。同図において、１１は電極、１２はノズ
ル、１３は動作ガス、１４はライナ、１５はプラズマア
ーク、１６，１７は母材、１８はプラズマアーク電源、
２０は高周波発生器、２２はアーク電圧検出器である。
同図の装置の場合は、図１４の装置のように、パイロッ
トアーク電源１９がないので、まずノズル１２と母材１
６，１７を接触させておき、作動ガス１３をノズル１２
内に流した状態で、高周波発生器２０により電極１と母
材１６，１７との間に高周波を供給して電極１１とノズ
ル１２との間の絶縁破壊を行い、プラズマアーク用電源
装置１８により、電極１１と母材１６，１７との間にプ
ラズマアーク１５を誘発させた後、高周波発生器２０に
よる高周波を停止させる。この後、ノズル２を母材１
６，１７から離すと、作動ガス１３の作用で電極１１と
母材１６、１７との間にノズル１２に開いた小さな穴を
通してプラズマアーク１５が成長する。また、電極１１
と母材１６，１７との間に発生したプラズマアーク１５
のアーク電圧は、アーク電圧検出器２２によって検出す
る。

【００３３】また、本発明ではプラズマアークとして、
パイロットアークを用いない方式でプラズマアークを発
生させる図１６のような装置も使用することもできる。
同図において、１１は電極、１２はノズル、１３は動作
ガス、１４はライナ、１５はプラズマアーク、１６，１
７は母材、１８はプラズマアーク電源、２０は高周波発
生器、２２はアーク電圧検出器である。まず、作動ガス
１３をノズル１２内に流した状態で、高周波発生器２０
により、電極１１とノズル１２との間に高周波を供給し
て電極１１とノズル１２との間の絶縁破壊を行い、プラ
ズマアーク用電源装置１８により電極１１とノズル１２
との間にプラズマアーク１５を発生させた後、高周波発
生器２０による高周波を停止させる。このプラズマアー
ク１５は、ノズル１２内に流れている作動ガス１３の作
用によって、ノズル１２に開いた小さな穴からノズル１
２外に吹き出し、母材１６，１７に到着することができ
る。また、電極１１と母材１６，１７との間に発生した
プラズマアーク１５のアーク電圧は、アーク電圧検出器
２２によって検出する。

【００３４】アーク放電柱は一般に、外部から強制的に
冷却されると熱が放散するのを最小限にとどめようとす
る自己調整機能が働いて、その断面積を縮小させるとと
もに自己の温度は急上昇する性質（熱的ピンチ効果）を
持っている。図１４ないし図１６の装置の場合、プラズ
マアーク１５はノズル１２と作動ガス１３の気流とにに
より冷却され、熱的ピンチ効果によってアーク断面積が
縮小され、緊縮した高温、高速、高エネルギー密度のプ
ラズマアーク１５になる。この発生したプラズマアーク
１５は、ＴＩＧ溶接のアークと比較すると約１／４以下
の広がりに抑えられる。そのため、アーク電圧検出器２
２で検出されるプラズマアーク１５のアーク電圧は、電
極１１と母材１６，１７の極く局所的な部分との間の電
圧を示すことになる。また、このプラズマアーク１５は
外乱に強く、溶接部の近くでプラズマアーク１５を発生
しても、溶接のアーク光、スパッタ、ヒュームなどによ
る影響を受けることがほとんどない。

【００３５】なお、本発明で用いるプラズマアークはそ
れ自体で溶接することが目的ではないので、プラズマア
ーク電流は、安定にプラズマアークが維持できる限度内
で可能な限り低い値とすることが必要である。その値は
プラズマトーチの構造にもよるが一般的には１ないし１
５アンペア程度であり、特別に精細に作られたトーチを
用いるときには０．１アンペア程度まで低減することが
できる。また、プラズマアーク用電源装置を工夫してパ
ルス状の電流を用いるときには、パルスピーク電流時に
電圧をサンプリングすることにより更に低い平均電流で
も安定した電圧の検出が可能となる。

【００３６】図１４ないし図１６のような装置で電極１
１と母材１６，１７間の距離をかえながらプラズマアー
ク１５を発生させ、その時のプラズマアーク電圧をアー
ク電圧検出器２２で検出すると、図１７のように電極１
１と母材１６，１７との距離に比例して、アーク電圧が
高くなる。さらに、上記の熱的ピンチ効果の作用のため
アーク柱の断面積はごく小さいので、母材の開先形状の
変化に対して正確に比例したアーク電圧を検出すること
ができる。

【００３７】例えば図１８（ａ）のような開先Ａ，Ｂ，
Ｃを有する母材１６，１７に対して電極１１を矢印の方
向に開先を横切るように動かしながら、プラズマアーク
１５を発生させた時は、アーク電圧検出器２２の出力は
図１８（ｂ）に示すように母材の形状に対応して変化す
るアーク電圧が検出される。なお、図１８（ｂ）におい
てＡ，Ｂ，Ｃは夫々図１８（ａ）の母材１６，１７の開
先部Ａ，Ｂ，Ｃの位置に対応する。

【００３８】また、図２１のようなギャップのほとんど
ない突き合わせの母材１６，１７に対して、電極１１を
矢印の方向に開先を横切るように動かしながら、プラズ
マアーク１５を発生させたときには、図１９（ｂ）に示
すように開先位置Ｄでアーク電圧が急変する部分が現れ
るのでこれを開先位置と判断する。

【００３９】本発明において、プラズマ電極１１のオシ
レート動作時にアーク電圧検出器２２で検出したプラズ
マアーク１５のアーク電圧からオシレート方向に対する
溶接線の位置を検出するには、オシレート動作時に検出
したプラズマアーク１５のアーク電圧をオシレート中心
に対して左右に分け、左側のアーク電圧を積分した面積
と右側のアーク電圧を積分した面積とを比較することに
よってオシレート方向に対する溶接線の位置を検出す
る。図２０はこのようにした溶接線の位置を検出する方
法を説明するための図である。

【００４０】図２０において、（ａ）ないし（ｅ）はプ
ラズマアークのオシレート位置と母材の溶接線との位置
関係を示し、同図（ｆ）ないし（ｊ）は同図（ａ）ない
し（ｅ）のような位置関係でプラズマアークをオシレー
トさせたときの電極１１の位置とアーク電圧の変化との
関係を示す線図であり、横軸はオシレート位置、縦軸は
オシレート位置に対応するアーク電圧値を示す。

【００４１】ここで、図２０（ａ）および（ｆ）は電極
１１のオシレート中心位置が溶接線上にある時、図２０
（ｂ）および（ｇ）は、電極１１のオシレート中心位置
がＡとＢの間にあり、オシレート振幅範囲に溶接線があ
る時、図２０（ｃ）および（ｈ）は、電極１１のオシレ
ート中心位置がＡとＢの間にあり、オシレート振幅範囲
に溶接線がない時、図２０（ｄ）および（ｉ）は、電極
１１のオシレート中心位置がＢとＣの間にあり、オシレ
ート振幅範囲に溶接線がある時、図２０（ｅ）および
（ｊ）は、電極１１のオシレート中心位置がＢとＣの間
にあり、オシレート振幅範囲に溶接線がない時をそれぞ
れ示す。

【００４２】図２０において、溶接中に検出されるプラ
ズマアーク１５のアーク電圧をオシレート中心に対して
左右に分け、左側のアーク電圧を積分した面積をＳ1 と
し、右側のアーク電圧を積分した面積をＳ2 とすると、
プラズマアークが溶接線上にあるときは両面積の差（Ｓ
1 −Ｓ2 ）が零になり、溶接線に対して左側にずれてい
るときは（Ｓ1 −Ｓ2 ）＜０になり、溶接線に対して右
側にずれているときは（Ｓ1 −Ｓ2 ）＞０になることが
わかる。

【００４３】ここで、面積の差（Ｓ1 −Ｓ2 ）の値と電
極から溶接線までの距離との間には図２１のような関係
がある。図２１において、縦軸は（Ｓ1 −Ｓ2 ）の値、
横軸は溶接線に対するオシレート中心位置をあらわし、
Ｄ点から左の範囲は図２０（ｃ）の電極位置に相当し、
Ｄ点からＢ点の範囲は図２０（ｂ）の電極位置に相当
し、Ｂ点は図２０（ａ）の電極位置に相当し、Ｂ点から
Ｅ点の範囲は図２０（ｄ）の電極位置に相当し、Ｅ点か
ら右の範囲は図２０（ｅ）の電極位置に相当する。した
がって、この関係をあらかじめ調べておくと、（Ｓ1 −
Ｓ2 ）の値によって電極と溶接線の位置関係を知ること
ができる。また、溶接線に対し、オシレート方向に所定
の距離だけずらした位置を目標位置とし、電極と目標位
置との距離を求めたい時は、あらかじめ目標位置での
（Ｓ1 −Ｓ2 ）の値Ｓｏを求めておき、（Ｓ1 −Ｓ2 ＝
Ｓｏ）になれば電極が目標位置上にあると判断するよう
にすればよい。

【００４４】またプラズマ電極１１のオシレート動作時
に検出したプラズマアーク１５のアーク電圧のうちオシ
レート中心時のアーク電圧を検出することにより電極１
１の母材１６，１７に対する高さを測定することができ
る。図２０において、オシレート中心時のプラズマアー
ク１５のアーク電圧をＥとすると、アーク電圧Ｅに対す
る電極１１の母材に対する高さを先に示した図１７の関
係から求めることができる。

【００４５】図２２は、上記のような方法で溶接線の位
置を検出し、検出した溶接線の位置情報をもとに、プラ
ズマトーチの後に設置された溶接トーチを溶接線倣いさ
せるようにした本発明の溶接線倣い方法を実施する装置
の例である。

【００４６】図２２において、２３はプラズマトーチ、
２４は溶接トーチ、２５はプラズマトーチを駆動させる
ための駆動装置、２６はプラズマトーチのオシレート位
置の検出器、２７はプラズマトーチの駆動装置を制御す
るためのプラズマ用制御装置、２８は溶接トーチ用の溶
接電源、２９は溶接トーチを駆動する駆動装置、３０は
溶接トーチの駆動装置と溶接用の溶接電源を制御をする
溶接用制御装置、３１はアーク電圧とオシレート位置の
情報を記憶しておくメモリ、３２はメモリ３１の記憶デ
ータにより溶接線の位置を算出する演算回路、３３は演
算回路３２により求められた溶接線の位置を記憶するメ
モリである。３４は溶接トーチ位置検出器、３５はプラ
ズマアークを発生させる電源装置である。

【００４７】プラズマトーチ２３はあらかじめ動作軌跡
が教示され、この教示データはプラズマトーチ２３用の
制御装置２７に記憶される。自動運転時にはプラズマト
ーチ２３は教示された動作軌跡上を動作し、動作軌跡上
をオシレート中心位置として溶接線を横切る方向にオシ
レートしながら溶接線にそってプラズマアーク１５を発
生させる。その際、プラズマアーク１５のアーク電圧は
アーク電圧検出器２２で検出されてあらかじめ設定され
たサンプリング間隔でメモリ３１に記憶する。

【００４８】このとき、プラズマトーチ２３のオシレー
ト位置は検出器２６にて同時に検出されてプラズマアー
ク１５のアーク電圧検出値と共に１対のデータとしてメ
モリ３１に記憶される。メモリ３１にオシレート１回分
のアーク電圧とオシレート位置が記憶されると、演算回
路３２によって前述したような方法によって溶接線の位
置を算出する。ここで、演算結果から得られる溶接線の
位置は教示された動作軌跡に対する偏位量であるから、
教示された動作軌跡の位置データを上記によって検出し
演算した溶接線の位置データによって修正した位置を実
際の溶接線の位置として、この位置データをメモリ３３
に記憶していく。

【００４９】溶接トーチ２４はプラズマトーチ２３に対
して一定距離Ｌだけ遅れて溶接線方向に移動する図示し
ない台車の上に設置されてプラズマトーチ２３と同時に
同速度で溶接線方向に移動する。溶接トーチ２４の制御
装置３０は、メモリ３３に記憶されている溶接線の位置
データをプラズマトーチとの離隔距離Ｌだけ遅れて読み
込み、溶接トーチ位置検出器３４の検出値と比較しなが
ら溶接トーチ２４がメモリ３３に記憶されている位置に
なるように溶接線を横切る方向の位置制御をする。その
際、溶接トーチ２４の位置を溶接線の中心でなく、溶接
線に対し所望の距離だけ偏った位置になるようにしたい
ときは、メモリ３３に記憶されている位置データを溶接
トーチ２４の制御装置３０で修正するか、または演算回
路３２での演算時に所望の変位量となるように演算する
ようにプログラムしておけばよい。

【００５０】なお、プラズマトーチ２３と溶接トーチ２
４とが近すぎると、プラズマトーチ２３の作動ガスによ
り溶接トーチ２４による溶接用シールドガスの気流が乱
れて溶接品質上必要な溶接部に対するシールド性が悪く
なって溶接品質が劣化することがある。これを防止する
ためには、プラズマトーチ２３と溶接トーチ２４との距
離Ｌは作動ガスが溶接用ガスの気流を乱さない距離に設
定してやる必要がある。このプラズマトーチ２３と溶接
トーチ２４との距離Ｌはプラズマ用作動ガスの流量とプ
ラズマノズル１２のプラズマアークの吹きだし口の直径
（オリフィス径）などにより最低間隔が決まってくる
が、一般に作動ガスの流量が多くなるほど、またオリフ
ィス径が小さくなるほどプラズマトーチ２３と溶接トー
チ２４の間隔を大きくしなければならない。

【００５１】また、プラズマトーチ２３に使用する作動
ガス１３を溶接用ガスと同じ種類または不活性ガスまた
はＣＯ2 ガスを使用すれば、溶接用シールドガスの気流
が乱れてもシールド性が悪くなりにくくなり溶接品質の
低下を防ぐことができるので、プラズマトーチ２３と溶
接トーチ２４の間隔を近づけることができる。

【００５２】図２２の装置においては、プラズマトーチ
２３と溶接トーチ２４とを同一の台車上に設置したが、
プラズマトーチ２３と溶接トーチ２４を距離Ｌだけ離し
て別個の移動手段によって移動させるようにしてもよ
い。この場合、プラズマトーチ２３で一旦溶接線をすべ
て検出した後に溶接トーチ２４がこの検出した溶接線上
を倣って溶接するように構成することもできる。この場
合は２台のロボットマニピュレータを使用してプラズマ
トーチ２３と溶接トーチ２４とを別個に受け持たせばよ
い。またプラズマアーク用の制御装置２７と溶接用の制
御装置３０を１つにしたもので制御することも可能であ
る。

【００５３】

【本発明の効果】請求項１の溶接線自動倣い方法は、溶
接電極に対して溶接進行方向前方に、プラズマアークト
ーチを配置し、このプラズマアークトーチを溶接線を横
切ってオシレート動作をしながら、母材を溶かさない程
度の微少な電流によりアークを発生させ、この時のプラ
ズマ電圧の変化から溶接線の位置情報を得て溶接トーチ
を倣う方法であるため、母材の開先形状を精度良く検出
でき、開先の小さな溶接線やほとんど開先のない突合わ
せ溶接線の倣いも可能となる。また溶接光などの外乱を
全く受けないので溶接トーチの近くに設置しても精度の
良い溶接線倣いが可能となる。

【００５４】請求項２の方法は、請求項１の溶接線自動
倣い方法において、溶接線情報の検出に用いるプラズマ
アークを発生させるために必要な作動ガスを溶接電極に
用いるガスと同じ種類または不活性ガスまたはＣＯ2 ガ
スを用いる方法であるため、プラズマトーチを溶接トー
チのより近くに設置することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の溶接線倣い方法を行うときの例を説明す
るための図、

【図２】図１の溶接線倣い方法を行うときの溶接トーチ
１の位置と溶接電流の変化との関係を示す線図、

【図３】従来の溶接線倣いの別の方法を行うときの例を
説明するための図、

【図４】図３の従来方法の動作を説明するための図、

【図５】従来の溶接線倣いのさらに別の方法を行うとき
の例を説明するための図、

【図６】図５の方法によって得られる溶接部の断面を示
す図、

【図７】図５の方法を実施するときの溶接トーチの電極
の運動軌跡と溶接線との関係を説明するための図、

【図８】図５の方法により溶接線倣いを行なうときの様
子を説明するための図、

【図９】図８の（ａ）ないし（ｃ）の位置におけるアー
ク電圧の変化の様子を電極の回転角度との関係と共に示
す図、

【図１０】図５の方法において後行電極の回転半径を大
きくして大きな２層ビードを得たときの様子を示す図、

【図１１】下層が溶接された後に後行電極を先行電極よ
りも大きな回転半径で回転させながら進行させて溶接し
たときの溶接電極のオシレート中心と溶接線との位置関
係が変化したときの様子を説明するための図、

【図１２】図１１のように変化したときのアーク電圧の
変化の様子を電極の回転角度との関係と共に示す図、

【図１３】図３に示した従来の方法を薄板の重ね溶接に
実施したときの様子を説明するための図、

【図１４】本発明の溶接線検出に用いるプラズマアーク
発生装置の例を示す図、

【図１５】本発明の溶接線検出に用いるプラズマアーク
発生装置の別の例を示す図、

【図１６】本発明の溶接線検出に用いるプラズマアーク
発生装置のさらに別の例を示す図、

【図１７】プラズマアークの電極と母材間の距離とアー
ク電圧との関係を示す図

【図１８】プラズマトーチを開先を有する母材の溶接線
を横切る方向にオシレートさせたときの開先位置とアー
ク電圧との関係を示す図、

【図１９】プラズマトーチを開先をほとんど有しない突
合わせ状態の母材の溶接線を横切る方向にオシレートさ
せたときの突合わせ位置とアーク電圧との関係を示す
図、

【図２０】プラズマトーチのオシレート中心が溶接線に
対して種々変化したときの開先位置とアーク電圧との関
係を示す図、

【図２１】プラズマトーチのオシレート中心を中心とし
て左右に所定幅の間のアーク電圧を積分した時の左右の
積分値の差と電極と溶接線までの距離との関係を示す
図、

【図２２】本発明の溶接線倣い方法を実施するための装
置の例を示す図である。

【符号の説明】

１ 溶接トーチ ２ 溶接電極 ３，４ 母材 ５ａ，５ｂ 補助電極 ６ａ，６ｂ 溶接電源 ８ 溶接トーチの狙い位置 ９，１０ 補助電極のアーク発生位置 １ａ 先行トーチ １ｂ 先行電極 ２ａ 後行トーチ ２ｂ 後行電極 ７ａ 下層ビード ７ｂ 上層ビード １１ 電極 １２ ノズル １３ プラズマ作動ガス １４ ライナ １５ プラズマアーク １６，１７ 母材 １８ プラズマアーク用電源装置 １９ パイロットアーク用電源装置 ２０ 高周波発生装置 ２１ パイロットアーク起動用スイッチ ２２ アーク電圧検出器 ２３ プラズマトーチ ２４ 溶接トーチ ２５ プラズマトーチ駆動装置 ２６ プラズマトーチオシレート位置検出器 ２７ プラズマ用制御装置 ２８ 溶接用電源装置 ２９ 溶接トーチ駆動装置 ３０ 溶接用制御装置 ３１ メモリ ３２ 演算回路 ３３ メモリ ３４ 溶接トーチ位置検出器 ３５ プラズマアーク用電源装置 Ｅ オシレート中心における検出出力 Ｓ1 オシレート中心より左側の所定幅の検出出力を
積分した値 Ｓ2 オシレート中心より右側の所定幅の検出出力を
積分した値 Ｃｆ，Ｃｆ’ 電極の軌跡のうち溶接進行方向の最前方
点 Ｃｒ，Ｃｒ’ 電極の軌跡のうち溶接進行方向の最後方
点 Ｒ，Ｒ’ 電極の軌跡のうち電極が垂直板３に最も接
近した位置 Ｌ，Ｌ’ 電極の軌跡のうち電極が水平板４に最も接
近した位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松浦 茂徳 大阪府大阪市淀川区田川２丁目１番11号 株式会社ダイヘン内 (72)発明者 野原 英孝 大阪府大阪市淀川区田川２丁目１番11号 株式会社ダイヘン内 (72)発明者 倉橋 孝治 大阪府大阪市淀川区田川２丁目１番11号 株式会社ダイヘン内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】母材を溶接する溶接電極に対して溶接進行
   方向前方に溶接線検出用センサを配置し前記センサによ
   り検出した溶接線に前記溶接電極を倣わせる溶接線自動
   倣い方法において、前記溶接電極の前方にプラズマアー
   クトーチを設け、前記プラズマアークトーチから前記母
   材に向かって前記母材を溶解させない程度の微小電流の
   プラズマアークを発生させるとともに、前記プラズマア
   ークを前記母材の溶接線を横切る方向に所定振幅でオシ
   レートさせながら溶接線方向に先行させ、前記プラズマ
   アークのアーク電圧変化から前記溶接線の位置情報を検
   出し、前記検出した溶接線情報を基に前記溶接電極を溶
   接線に対して所定の位置に修正する溶接線自動倣い方
   法。
2. 【請求項２】前記プラズマアークトーチに用いる作動ガ
   スを、前記溶接電極の溶接時に使用するガスと同じガス
   または不活性ガスまたはＣＯ2 ガスを使用する請求項１
   に記載の溶接線自動倣い方法。