JPH0825024B2 - 自動溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、溶接トーチを基準位置に一致させる制御を
行う自動溶接装置に関するものである。

［従来の技術］ 周知のように、アーク溶接は溶接トーチを溶接線に沿
って移行させることにより行われるが、良好な溶接結果
を得るためには溶接中溶接トーチの狙い位置を溶接線
（基準位置）に一致させておくことが必要である。また
溶接トーチの上下位置（トーチと被溶接物との間の距
離）も溶接中所定の基準位置に保つ必要がある。更に溶
接トーチを設定された溶接開始位置に位置させた後、ト
ーチの倣い制御を行うことなく自動溶接を行う自動溶接
装置においては、溶接開始時にトーチの位置を所定の溶
接開始位置（基準位置）に一致させる必要がある。

ところが、一般に被溶接物の加工精度、特に開先の加
工精度にばらつきが生じるのを避けられず、また被溶接
物の位置決め精度にもばらつきが生じるのを避けられな
いため、溶接の進行に伴って溶接トーチの位置が基準位
置からずれてくるのを避けられない。そのため良好な溶
接結果を得るためには、溶接開始時（溶接開始位置制御
を行う場合）または溶接中（トーチ位置の倣い制御を行
う場合）に溶接トーチの位置を基準位置に一致させるた
めの制御を行う必要がある。

例えば溶接トーチを被溶接物の開先の幅方向にオシレ
ートさせつつ溶接を行う消耗電極式アーク溶接において
は、溶接線の位置を基準位置として、溶接線と直交する
方向へのトーチの位置を調整するトーチ位置調整機構を
制御して、常にトーチのオシレート中心（トーチの狙い
位置）を溶接線に一致させるようにトーチを溶接線に倣
わせる必要がある。また溶接トーチの上下位置（溶接ト
ーチと被溶接物との間の距離）を調整するトーチ上下位
置調整機構を制御することにより、溶接中溶接トーチの
上下位置を基準位置に保つ必要があり、自動溶接装置に
おいては、これらの制御を自動的に行う必要がある。そ
のため自動溶接装置においては、溶接トーチの位置（溶
接線と直角な方向へのトーチの位置またはトーチの上下
位置）を調整するトーチ位置調整機構と、溶接トーチの
基準位置からのずれを求めて該溶接トーチの位置を基準
位置に一致させるために必要な誤差補正データを随時演
算して出力する誤差補正データ演算装置と、誤差補正デ
ータ演算装置が出力した誤差補正データを入力として溶
接トーチの位置を溶接基準位置に一致させるように制御
する数値制御装置とが設けられ、数値制御装置は、誤差
補正データ演算装置から随時与えられる誤差補正データ
に基づいてトーチ位置調整機構の電動機を制御してトー
チ位置を基準位置に一致させる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のように、自動溶接装置においては、溶接トーチ
の位置を自動的に基準位置に一致させるような制御が行
われているが、制御可能な範囲には自ずから制限がある
ため、被溶接物の加工精度や位置決め精度は所定の範囲
内におさめておく必要がある。そのため自動溶接装置に
より加工が行われる被溶接物については、その開先の加
工精度等に特別の配慮が払われており、加工精度を所定
の範囲内におさめるように加工工程の管理が行われてい
る。

従って通常被溶接物を溶接する際に誤差補正データ演
算装置から出力されるデータは一定の許容範囲内に分布
しており、被溶接物の加工工程の管理が適正に行われて
いる限り、許容範囲を超える誤差補正データが発生する
ことは無い筈である。ところが、実際には、自動溶接装
置に設けられているセンサの異常や、外来ノイズの進入
等に起因して、誤差が許容範囲内にあるにもかかわらず
数値制御装置に与えられる誤差補正データの範囲が許容
範囲を超えることがある。

また被溶接物の寸法精度が許容範囲にあり、装置に異
常がない場合でも、被溶接物の位置決め誤差があると、
誤差補正データが一定の範囲内に分布せずに離散的な値
になることがあり、この様な場合にそのまま溶接を継続
すると良好な溶接結果を得ることができない。

ところが、従来の自動溶接装置においては、その様な
場合にも、演算装置から与えられる誤差補正データに基
づいて数値制御装置の制御動作を行わせていたため、ト
ーチを基準位置に一致させることができなかったり、良
好な溶接結果が得られなかったりすることがあった。

本発明の目的は、装置の異常や誤動作等により異常な
制御動作が行われるのを防止した自動溶接装置を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、溶接トーチの位置を調整するトーチ位置調
整機構と、溶接トーチの基準位置からのずれを求めて該
溶接トーチの位置を基準位置に一致させるために必要な
誤差補正データを演算して出力する誤差補正データ演算
装置と、誤差補正データ演算装置が出力した誤差補正デ
ータを入力として溶接トーチの位置を基準位置に一致さ
せるように制御する数値制御装置とを備えた自動溶接装
置において、装置の異常等により異常な制御動作が行わ
れるのを防止したものである。

そのため本願第１の発明においては、演算装置が出力
する誤差補正データを入力として誤差補正データの累積
値が許容範囲を超えた時に演算装置から与えられる誤差
補正データによる数値制御装置の制御動作を停止させる
補正データ監視制御装置を設けた。

また本願第２の発明においては、演算装置が出力する
誤差補正データを入力として誤差補正データが許容範囲
を超えた時には誤差補正データに代えて予め定めた補正
データを前記数値制御装置に入力して該予め定めた補正
データにより数値制御装置の制御動作を行わせ、演算装
置から出力される誤差補正データの累積値が許容範囲を
超えた時には数値制御装置の制御動作を停止させる補正
データ監視制御装置を設けた。

［作用］ 上記第１の発明のように構成すると、誤差補正データ
の累積値が許容範囲を超えた時に、演算装置から与えら
れる誤差補正データによる数値制御装置の制御動作が停
止する。従って、装置の異常等により生じた異常な誤差
補正データにより制御動作が行われるのを防ぐことがで
きる。

また上記のように、誤差補正データの累積値が許容範
囲を超えた時に制御動作を停止させるようにすると、誤
差補正データが一時的に異常になったときに直ちに制御
動作が停止するのを防ぐことができる。

上記第２の発明のように構成すると、誤差補正データ
が許容範囲を超えた時には、誤差補正データの累積値が
許容範囲内にある限り、演算装置から出力される誤差補
正データによる制御動作を行わせる代りに、予め設定さ
れた大きさの補正データを数値制御装置に誤差補正デー
タとして与えて制御動作を行わせるため、装置の異常が
一時的に生じたものである場合に、異常な誤差補正デー
タを用いることなく溶接を継続することができ、異常な
制御動作が行われるおそれを生じさせることなく、一時
的な異常により溶接が中断するのを防ぐことができる。
また装置の異常が一時的なものでない場合には、誤差補
正データの累積値がやがて許容範囲を超えることになる
ため、該累積値が許容範囲を超えた時点で溶接を停止さ
せることができる。

［実施例］ 以下添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明を消耗性電極式の自動アーク溶接装置
に適用した一実施例を示したもので、同図において１は
溶接機本体、2,2は開先2aをもって突き合わされた被溶
接物、３は溶接電源であり、被溶接物2,2の突き合せ線
が溶接線ｗとなっている。

溶接機本体１内には消耗性電極ワイヤ４を被溶接物２
の開先2a（溶接部）に供給する溶接トーチ５と、溶接ト
ーチ５を開先2aの幅方向にオシレート（往復移動）させ
るオシレート機構６と、トーチ５の狙い位置（オシレー
ト中心の位置）を調整するトーチ狙い位置調整機構７
と、トーチ５の上下位置を調整するトーチ上下位置調整
機構８と、トーチ５のオシレート位置を示すトーチ位置
検出信号を出力するトーチ位置検出回路９とが設けられ
ている。

オシレート機構６は、電動機M1を駆動源としてトーチ
５を開先2aの幅方向に往復移動させる機構からなり、ト
ーチ狙い位置調整機構７は、電動機M2を駆動源としてオ
シレート機構６を支持する架台を開先2aの幅方向に移動
させることによりトーチのオシレート中心の位置を調整
する機構からなっている。

またトーチ上下位置調整機構８は、電動機M3を駆動源
としてオシレート機構６を支持する架台を上下に移動さ
せることによりトーチの上下位置（トーチと被溶接物と
の間の距離）を調整する機構からなり、電動機M2及びM3
をそれぞれ制御することにより、トーチのオシレート中
心（狙い位置）と、トーチの上下位置とをそれぞれ別個
に調整し得るようになっている。

トーチ位置検出回路９は例えばオシレート機構６を駆
動する電動機M1の回転速度を検出する速度発電機TGの出
力を入力としてトーチのオシレート速度を示すオシレー
ト速度信号V₀を出力する。

溶接機本体１の近傍には、ワイヤ送給装置11とワイヤ
リール10とが配置され、ワイヤリール10から巻き戻され
た電極ワイヤ４がワイヤ送給装置11及び溶接トーチ５を
通して溶接部に供給される。

12は溶接トーチ５の基準位置からのずれを求めて溶接
トーチの位置を基準位置に一致させるために必要な誤差
補正データを随時演算して出力する誤差補正データ演算
装置、13は誤差補正データ演算装置が出力した誤差補正
データに基づいて溶接トーチの位置を溶接基準位置に一
致させるように制御する数値制御装置である。

溶接トーチ５の基準位置は、トーチを溶接線に倣わせ
る制御を行う場合には溶接線の位置であり、トーチの上
下方向の位置を制御する場合には、被溶接物との間に所
定の距離を隔てた設定位置である。また溶接開始位置の
制御を行う場合には、予め設定された溶接開始位置が基
準位置となる。

誤差補正データ演算装置12はマイクロコンピュータか
らなっていて、溶接トーチの位置の基準位置からのずれ
を適宜の手段により検出し、このずれを無くす為に必要
な誤差補正データ、すなわち溶接トーチ５の位置を基準
位置に一致させる為に必要なトーチ位置の修正量のデー
タを演算する。数値制御装置13は演算装置12が出力する
誤差補正データを入力としてトーチ狙い位置調整機構７
及びトーチ上下位置調整機構８を制御し、トーチのオシ
レート機構を支持する架台を所定量移動させてトーチの
狙い位置及び上下位置を基準位置に一致させる。

溶接トーチの位置ずれの検出は、溶接電流の変化等に
より電気的に検出する方法、イメージセンサ等を用いて
得たトーチと被溶接物との映像を解析する方法、トーチ
の位置及び溶接線の位置をそれぞれ機械的に検出する検
出器を設けてこれらの検出器の出力を比較する方法等種
々の方法があるが、本発明においてはこれらいずれの方
法を用いてもよい。

例えば溶接電源３として定電圧特性を有する直流電源
が用いられる場合には、図示のように演算装置12に溶接
電流検出器14及びトーチ位置検出回路９の出力を入力と
して、溶接電流の波形から求めた溶接線の位置と、トー
チ位置検出回路９から得られる位置信号とに基づいてト
ーチの位置ずれを検出することができる。

すなわち定電圧特性の溶接電源を用いる場合には、第
２図Ａに示すようにトーチ５を開先の幅方向にａ→ｂ→
ｃ→ｂ→ａのようにオシレートさせて溶接を行うと、電
源の自己制御性によりアーク長Laがほぼ一定に保持され
る。そのため開先の深さに応じてワイヤのエクステンシ
ョン（トーチ５からの突出長）がLe1→Le2→Le3→Le2→
Le1と周期的に変化し、溶接電流Iaは第３図Ａに示すよ
うに周期的に変化する。

尚第２図及び第３図においてａ及びｃはそれぞれトー
チのオシレート幅の一端及び他端を示し、ｂはオレシー
トの中心位置を示している。また溶接は図の紙面の表側
から裏側に向かう方向に進行するものとする。

第３図Ａから明らかなように、第２図Ａに示すように
対称な形状を有するＶ形開先をもって突き合された被溶
接物２を溶接する場合には、トーチ５のオシレート中心
ｂが溶接線ｗに一致している時に溶接電流Iaがオシレー
ト中心の両側に対称な波形になり、該溶接電流Iaはトー
チがオシレート中心ｂに位置した時に最小になる。

これに対し第２図Ｂに示すように、トーチのオシレー
ト中心ｂが溶接進行方向に向って溶接線ｗより右側にず
れた場合には、第３図Ｂに実線で示すように溶接電流Ia
の波形が非対称になり、溶接電流Iaが最小になる位置
（溶接線の位置）はトーチのオシレート中心より左側に
ずれる。

またトーチ５のオシレート中心ｂが溶接進行方向に向
って溶接線より左側にずれた場合には、溶接電流Iaの波
形が第３図Ｂに破線で示したようになり、溶接電流が最
小になる位置（溶接線の位置）がオシレート中心ｂの位
置より右側にずれる。

このように、定電圧特性の溶接電源を用いる場合に
は、溶接電流が開先形状に応じて変化するため、溶接電
流Iaの波形から溶接線ｗの位置を知ることができる。

一方トーチ位置検出回路９は、トーチ５のオシレート
速度がオシレート幅の一端ａ及び他端ｃで零になり、オ
シレート中心ｂで最大になることを利用して、トーチ５
のオシレート速度を検出する速度発電機TGの出力V₀か
ら、トーチがオシレート幅の一端ａ及び他端ｃに位置し
ていることを示す２つの端部位置信号と、トーチがオシ
レート中心ｂに位置していることを示す中心位置信号と
を出力する。

演算装置12は溶接電流波形から検出した溶接線の位置
に関するデータとトーチ位置検出回路９から得られるオ
シレート中心位置のデータとを比較して、オシレート中
心を溶接線に一致させるために必要なトーチ位置の修正
量を演算して、トーチのオシレートのn/2（ｎは正の整
数）周期毎に誤差補正データとして出力する。

また溶接電流の波形を一定の期間、例えばオシレート
の半周期に亘って積分すると、その積分値はトーチの上
下位置に対応しているため、この積分値をトーチの上下
位置の基準位置を示す基準値と比較することにより、ト
ーチ上下位置の誤差補正データを算出することができ
る。

本発明においては、誤差補正データ演算装置12と数値
制御装置13との間に、補正データ監視制御装置20が設け
られている。第１図に示された監視制御装置20は本願第
１の発明に対応するもので、演算装置12が出力する誤差
補正データＰを入力するデータ監視制御手段21と、誤差
補正データＰの累積値Ｒの許容上限値Ｓを設定する許容
範囲設定手段22と、該誤差補正データの累積値Ｒの許容
上限値Ｓを記憶する許容累積値補正データ記憶手段24と
からなっている。データ監視制御手段21は、誤差補正デ
ータＰの累積値Ｒが許容範囲（上限値）を超えた時に演
算装置12から与えられる誤差補正データＰによる数値制
御装置の制御動作を停止させる。

上記監視制御装置20はマイクロコンピュータにより構
成することができる。第４図は監視制御装置20をマイク
ロコンピュータにより構成する場合のプログラムの一例
を示すフローチャートで、この第４図のプログラムに従
う場合には、誤差補正データＰが入力された時に先ず新
たに入力された誤差補正データを前回の誤差補正データ
に加算して誤差補正データの累積値Ｒを計算する。次い
で許容累積値補正データ記憶手段24に記憶されている累
積値の許容上限値Ｓを読み込み、累積値Ｒを許容上限値
Ｓと比較する。|R|＞Ｓの時には警報装置25に駆動信号
を与えて警報を発生させるとともに数値制御装置13への
誤差補正データの入力を停止させて溶接を停止させる。
また|R|≦Ｓの時には、該誤差補正データＲを数値制御
装置13に与えて、該数値制御装置13に所定の制御動作を
行わせる。

第５図は本願第２の発明における監視制御装置20の構
成例を示したもので、この場合には、補正データ設定手
段26とこの補正データ設定手段が設定した補正データPs
を記憶する設定補正データ記憶手段27とが追加され、記
憶手段27の出力Psがデータ監視制御手段21に入力されて
いる。この第５図の監視制御装置20をマイクロコンピュ
ータにより構成する場合のプログラムの例を示すと第６
図の通りで、この第６図のプログラムに従う場合には、
常に誤差補正データの監視と誤差補正データの累積値の
監視との双方を行うものとする。そして誤差補正データ
の累積値Ｒが許容上限値Ｓ以下の状態で誤差補正データ
Ｐが許容上限値Ｑを超えた時に、演算装置12から与えら
れる誤差補正データの代りに予め定めておいた補正デー
タPsを数値制御装置13に与え、この補正データPsを誤差
補正データとして数値制御装置13の制御動作を行わせ
る。また誤差補正データの累積値Ｒが許容上限値Ｓを超
えた時には無条件で数値制御装置13への誤差補正データ
の供給を停止させて溶接を停止させる。上記補正データ
Psの大きさは、溶接を支障無く続行させるのに適した
値、例えば被溶接物の寸法精度から予め予想される誤差
補正データの平均値に設定しておく。また前回の誤差補
正データ（異常が生じる前の誤差補正データ）を上記補
正データPsとすることもできる。

上記の各実施例において、誤差補正データ及び誤差補
正データの累積値の許容範囲（上限値）は、被溶接物の
各部位について一律であってもよく、また被溶接物の部
位に応じて異なる許容上限値を設定するようにすること
もできる。この場合、現在被溶接物のいずれの部位の溶
接が行われているかは、溶接開始時刻から現在までの経
過時間と溶接速度とから演算することができ、この演算
により求めた溶接部位に応じて、所定の許容上限値を記
憶手段から読み出して比較するようにすればよい。

［発明の効果］ 以上のように、本願第１の発明によれば、誤差補正デ
ータの累積値が許容範囲を超えた時に、演算装置から与
えられる誤差補正データによる数値制御装置の制御動作
を停止させるので、装置の故障等により生じた異常な誤
差補正データにより制御動作が行われるのを防ぐことが
できる。

また本願第１の発明によれば、誤差補正データの累積
値が許容範囲を超えた時に制御動作を停止させるので、
誤差補正データの一時的な異常により制御動作が停止す
るのを防ぐことができる。

更に本願第２の発明によれば、誤差補正データが許容
範囲を超えた時に誤差補正データの累積値が許容範囲内
にある限り、演算装置から出力される誤差補正データの
代りに予め設定された大きさの補正データを数値制御装
置に誤差補正データとして与えて制御動作を行わせるた
め、補正データが一時的に異常になった場合に、その異
常な補正データを用いることなく、そのまま溶接を継続
することができ、異常な制御動作が行われるおそれを生
じさせることなく、一時的な異常により溶接が中断する
のを防いでフェールセーフを図ることができる。また装
置の異常が一時的なものでない場合には、誤差補正デー
タの累積値がやがて許容範囲を超えることになるため、
その時点で溶接を停止させて安全を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図Ａ及
びＢはそれぞれ溶接トーチをオシレートさせてアーク溶
接を行った場合のトーチの動作を、トーチのオシレート
中心が溶接線に一致している場合と溶接線からずれた場
合とについて示す説明図、第３図Ａ及びＢはそれぞれ第
２図Ａ及びＢの場合の溶接電流波形を示す線図、第４図
は第１図の補正データ監視制御装置をマイクロコンピュ
ータにより構成する場合のプログラム例を示すフローチ
ャート、第５図は本願第２の発明における監視制御装置
の構成を示すブロック図、第６図は第５図の監視制御装
置をマイクロコンピュータにより構成する場合のプログ
ラム例を示すフローチャートである。 １…溶接機本体、２…被溶接物、３…溶接電源、６…オ
シレート機構、12…誤差補正データ演算装置、13…数値
制御装置、20…補正データ監視制御装置、21…データ監
視制御手段、22…許容範囲設定手段、23…許容補正デー
タ記憶手段、24…許容累積値補正データ記憶手段、25…
警報装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−192108（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−159445（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−168789（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−61579（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接トーチの位置を調整するトーチ位置調
   整機構と、前記溶接トーチの基準位置からのずれを求め
   て該溶接トーチの位置を基準位置に一致させるために必
   要な誤差補正データを演算して出力する誤差補正データ
   演算装置と、前記誤差補正データ演算装置が出力した誤
   差補正データを入力として前記溶接トーチの位置を前記
   基準位置に一致させるように制御する数値制御装置とを
   備えた自動溶接装置において、 前記演算装置が出力する誤差補正データを入力として前
   記誤差補正データの累積値が許容範囲を超えた時に前記
   演算装置から与えられる誤差補正データによる前記数値
   制御装置の制御動作を停止させる補正データ監視制御装
   置を具備してなる自動溶接装置。
2. 【請求項２】溶接トーチの位置を調整するトーチ位置調
   整機構と、前記溶接トーチの基準位置からのずれを求め
   て該溶接トーチの位置を基準位置に一致させるために必
   要な誤差補正データを演算して出力する誤差補正データ
   演算装置と、前記誤差補正データ演算装置が出力した誤
   差補正データを入力として前記溶接トーチの位置を前記
   基準位置に一致させるように制御する数値制御装置とを
   備えた自動溶接装置において、 前記演算装置が出力する誤差補正データを入力として前
   記誤差補正データが許容範囲を超えた時には誤差補正デ
   ータに代えて予め定めた補正データを前記数値制御装置
   に入力して該予め定めた補正データにより前記数値制御
   装置の制御動作を行わせ、前記演算装置から出力される
   誤差補正データの累積値が許容範囲を超えた時には前記
   数値制御装置の制御動作を停止させる補正データ監視制
   御装置を具備してなる自動溶接装置。