JPH09206943A - 自動溶接倣い装置における倣い制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接倣い制御方法において、短絡／アークが
繰り返される短絡移行の溶接状態でも、安定した精度の
よい溶接倣い制御を提供する。 【解決手段】 アーク溶接法を用いて電極を揺動また
は、回転させながら溶接線を追従する自動溶接倣い装置
における制御方法において、パルス溶接機２よりピーク
電流の立ち上がりでパルスピーク開始信号Ｐ１を受け取
り、立ち下がりのタイミングでパルスピーク終了信号Ｐ
２を受け取り、パルスピーク開始信号Ｐ１信号からパル
スピーク終了信号Ｐ２信号間をパルス区間とし、予め設
定された周期でパルス区間内の電流値を検出すると共
に、得られた検出電流値の中で予め設定されたタイミン
グで選択された電流値を検出電流値とし、開先輻方向及
びワイヤ突出し方向の位置情報とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パルス溶接機を用
いたウィービング溶接または、高速回転溶接での自動溶
接倣い制御装置における倣い制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のウィービング溶接倣い制御では、
ウィービング周波数の２倍程度のローパスフィルタを通
して、溶接電流値や溶接電圧値をウィービング動作に同
期し、予め設定された周期で溶接電流値や溶接電圧値を
測定する。各々測定された値は、各ウイービング区間の
両側・中央部毎に比較される。即ち、両端部において
は、ウイービング左区間の検出値とウイービング右区間
の検出値で比較されて、開先幅方向の位置ズレを判断す
る。更に、ウイービング中央区間またはウイービング全
区間の検出値の平均値を算出し、予め設定された値と比
較し、ワイヤ突出し長方向ズレを判断する。各々の方向
ズレが判断されると、各々の修正信号は、ロボット制御
装置側へ出力される。

【０００３】図６は、特公昭５３−１１５０２号公報に
記載されたような、従来の溶接線倣い制御方法に関する
構成を示すブロック図であり、１は溶接トーチ、１２は
電流検出器、１３は電圧検出器、２は溶接機であり、３
はロボット制御装置である。制御装置３内では、電流検
出器１２と電圧検出器１３より、電流検出信号および電
圧検出信号をウィービング動作周波数の１倍〜２倍の周
波数成分が通過するローパスフィルタ付きＡ／Ｄ変換器
３１、３２を通して、アナログ信号からディジタル信号
に変換される。開先幅方向ズレとワイヤ突出し長方向ズ
レを検出するための検出区間を指令するために、まずウ
ィービング動作に関する位置情報即ち、ウィービング両
端・中央部でのタイミングに出力されるウィービング信
号がウィービング演算器３９より検出区間指令器３８へ
出力されるとともに、同時にウィービング動作と電流値
信号と電圧値信号の位相ズレを補正するための予め記憶
されている位相補正値が位相補正値記憶部４０より位相
遅れ時間が検出区間指令器３８へ出力される。ウィービ
ング信号と位相遅れ信号をもとに、検出区間指令器３８
から積分器３３、３４に積分指令が出力され、得られた
検出電流値について、各々の検出区間で開先幅方向演算
器３６およびワイヤ突出し長方向演算器３７にて演算
し、開先幅方向修正信号及びワイヤ突出し長方向修正信
号をロボット動作制御系４１へ出力している。また、パ
ルス溶接機に関する溶接倣い制御方法に関しては、特開
平７−２０４８５３号公報に開示されている。溶接電流
値をまず検出し、予め設定された電流値より大きい時に
溶接電流のピークパルス部分であることを判定し、その
ピークパルス部分のみの溶接電流値とそのときのアーク
電圧より、溶接トーチと被溶接物との相対位置を検出す
ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特公昭５３
−１１５０２号公報等の従来技術では、ウィービング周
波数の２倍程度のローパスフィルタを通した溶接電流値
や溶接電圧値をロボット制御側のウィービング信号のタ
イミング、即ちウィービング両端・中央部で検出してい
たため、ピーク電流値（または、電圧値）もベース電流
値（または、電圧値）が混在した成分として検出値が得
られるため、位置ズレ情報としてのワイヤ突出し長変化
に伴う電流値以外に、主にベース電流部で発生する短絡
による電流値が含まれるため、精度の良い溶接倣い制御
が行うことができなかった。

【０００５】また、特開平７−２０４８５３号公報での
制御方法では、検出された電流値について予め設定され
た電流値より大きいことにより溶接電流のピークパルス
部分であることを判定しているため、以下の条件下では
誤ってピークパルス区間と認識する場合が発生する。 １）ベース区間では、アークが消弧しない程度の電流値
（７０Ａ〜１２０Ａ）であるため、短絡発生はこの区間
に集中し、その短絡を開放するための短絡開放電流パタ
ーンが挿入される。その結果、大きな短絡時には、電流
値がピーク電流値とほぼ同一になる。従って、短絡開放
電流パターン区間をピークパルスと誤判定する。 ２）溶接システムのレイアウト上、溶接機の２次側パワ
ーケーブルが長い場合（例えば、±ケーブル合計長４０
ｍ）、パワーケーブルのインダクタンスが大きくなり、
指令のピークパルス電流値まで立ち上がらない。従っ
て、ピークパルス区間を判定できない。さらに、１つの
ピークパルス区間の電流値を検出すると、溶接ワイヤの
粘性やピーク電流パターンによって、ワイヤ先端で溶融
した溶滴の離脱のタイミングが異なり、ピークパルス区
間と言えども溶滴離脱の際、微少短絡が発生し、アーク
電流値以外に短絡電流値も含まれてしまう。本発明は、
上記問題点を解決するためになされたものであり、その
目的とするところは、短絡／アークが繰り返される短絡
移行の溶接状態でも、安定した精度のよい溶接倣い制御
を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の溶接倣い制御方法は、アーク溶接法を用いて
電極を揺動または、回転させながら溶接線を追従する自
動溶接倣い装置における制御方法において、パルス溶接
機よりピーク電流の立ち上がりでパルスピーク開始信号
Ｐ１を受け取り、立ち下がりのタイミングでパルスピー
ク終了信号Ｐ２を受け取り、前記パルスピーク開始信号
Ｐ１信号から前記パルスピーク終了信号Ｐ２信号間をパ
ルス区間とし、予め設定された周期で前記パルス区間内
の電流値を検出すると共に、得られた検出電流値の中で
予め設定されたタイミングで選択された電流値を検出電
流値とし、開先輻方向及びワイヤ突出し方向の位置情報
とすることを特徴とする。本発明は、パルス溶接電源を
使用した溶接時において、溶接電流値（または、電圧
値）を溶接電源からピークタイミング信号を受け取り、
ピーク部の前半部・中間部・後半部での電流値を検出
し、ここで得られた電流値を基にウィービング区間の両
端部・中央部の区間内での最小値同士の積分値を検出電
流値として、開先幅方向・ワイヤ突出し長方向の位置情
報としているため、短絡が発生しても安定して溶接倣い
動作が可能となる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施例の構成を
示すブロック図であり、１は溶接トーチ、１２は電流検
出器、１３は電圧検出器、２はパルス溶接機であり、３
はロボット制御装置である。制御装置３内では、電流検
出器１２と電圧検出器１３より、電流検出信号および電
圧検出信号をＡ／Ｄ変換器３１、３２でアナログ信号か
らディジタル信号に変換する。この変換された信号は、
パルス溶接機から送られてくるパルス発生信号とピーク
パルス内タイミング指令器４２からのピークパルスタイ
ミング指令信号を検出指令器３５で受け、このパルス発
生信号が入信されている時間でかつピークパルスタイミ
ング指令信号が指令されている時間だけ検出するため
に、検出指令器３５から積分要求信号が電流値信号／電
圧値信号を積分する積分器３３、３４へ出力されて積分
される。ここで積分された電流値信号・電圧値信号は、
１つ１つのピークパルス区間でかつ予め設定されたタイ
ミングで選択された検出信号である。この検出信号は開
先幅方向演算器３６及びワイヤ突出し長方向演算器３７
へ送られる。次に、開先方向ズレ及びワイヤ突出し長方
向ズレを検出するための検出区間を指令するために、ま
ずウィービング動作に関する位置情報即ち、ウィービン
グ両端・中央部でのタイミングに出力されるウィービン
グ信号がウィービング演算器３９より検出区間指令器３
８へ出力されるとともに、同時にウィービング動作と電
流値信号と電圧値信号の位相ズレを補正するための位相
補正値が予め記憶されている位相補正値記憶部４０より
位相遅れ時間が検出区間指令器３８へ出力される。ウィ
ービング信号と位相遅れ信号をもとに、検出区間指令器
３８によってピークパルス電流値区間で得られた検出電
流値、即ちピークパルス区間で予め設定されたタイミン
グで選択された検出信号を各々の検出区間で開先幅方向
演算器３５およびワイヤ突出し長方向演算器３６にて演
算し、開先幅方向修正信号及びワイヤ突出し長方向修正
信号をロボット動作制御系４０へ出力している。

【０００８】以上、本発明の実施例の構成を示すブロッ
ク図について、説明してきたが、次に本発明の従来制御
方法と特に異なる制御方法について説明する。即ち、本
発明はパルス溶接機の溶接電流値の中で、短絡発生が集
中するベース電流値区間ではなく、アークが発生してい
るピーク区間のピーク電流値だけに注目し、さらにピー
ク区間でも溶接ワイヤ先端が溶融し、溶融した溶滴が溶
接ワイヤ先端から離脱したタイミングに溶接電流値を取
得し、溶接線の位置ズレ情報とすることにある。そのた
めに、本発明はまずピークパルスのタイミングは、溶接
機側から溶接電流指令を出力している回路から、ディス
クリート信号でロボット制御装置で受け取ることで、様
々な外乱によってピークパルスの読み取りミス（取りこ
ぼし）を防止している。さらに、パルス溶接機での溶接
法固有の１パルスで１溶滴（ドロップ）の溶接現象を解
析した結果、溶接用ワイヤの粘性、シールドガスの成
分、電流パルスパターン（ピーク電流、ピーク時間、ベ
ース電流、ベース時間等）の因子によって溶接ワイヤ先
端から溶滴が離脱するタイミングが異なることが実験に
よって確認され、確実に溶接ワイヤ溶融部から溶滴が離
脱したタイミングでの電流値を検出することで、短絡
（微少短絡も含め）が発生していない状態であり、溶接
線位置ズレ情報として最も確率の高いアーク電流値を抽
出することができるところにある。まず、実験結果の一
部について、以下に記載する。

【０００９】図２及び図３は、溶接電流波形と溶接ワイ
ヤ先端の溶融状態の時間的経過についてモデル化した図
である。図２は溶接ワイヤａ、図３は溶接ワイヤｂの場
合を示すもので、両者はシリコン・マンガン・硫黄分の
成分が異なり、溶接ワイヤの粘性が異なり溶接ワイヤａ
は溶接ワイヤｂに比べて比較的粘性が低くさらさらして
いる。シールドガス（Ａｒ８０％＋ＣＯ₂２０％）、溶
接速度、溶接電流値、溶接電圧値、パルス波形等は同一
条件であり、溶接ワイヤだけを変えて行った実験結果で
ある。この図からわかるように、溶接ワイヤ先端から溶
滴が離脱するタイミングが異っていることがわかる。即
ち、図２では、溶滴形成開始から溶滴離脱までの時間は
２．２ｍｓｅｃであり、溶滴離脱は１パルス周期内で
は、１回の離脱となっている。また、図３では、溶滴形
成開始から溶滴離脱までの時間は２．８６ｍｓｅｃも要
し、溶滴離脱も１回の離脱で完了せずに２回程度の溶滴
離脱となっている。これは、溶接ワイヤ以外はほぼ同一
条件であるため、同一入熱量で溶かされた溶滴が、粘性
が低い溶接ワイヤａでは、離脱がスムーズに行われる
が、溶接ワイヤｂでは、粘性が高いため溶滴の表面張力
等の関係で溶接ワイヤ溶融部と溶滴がなかなか切れずに
離脱がスムーズに行われなていないことがわかる。

【００１０】この結果から、溶滴の離脱タイミングとパ
ルス電流の周期との関係が溶接ワイヤ等によって異なる
ことが説明できたことになる。従って、予め種々の溶接
ワイヤ、種々のパルス溶接機、種々のシールドガス等毎
に、ピークパルス内タイミング指令値をピークパルス内
タイミング指令記憶部４３に記憶しておき、その記憶値
によってピークパルス内タイミング指令器４２に出力す
ることで、確実にピークパルス区間でかつ、溶滴が離脱
した状態で溶接電流値及び溶接電圧値を取得することが
できる。また、ここで取得した電流値及び電圧値をもと
に、開先輻方向ズレとワイヤ突出し長方向ズレの各検出
区間で、電流値および電圧値を求めて、開先輻方向修正
信号とワイヤ突出し長方向修正信号を求めることができ
る。さらに、上記のように種々の条件にて溶滴の離脱タ
イミングが一意的に決まらないような場合、即ち溶滴離
脱タイミングが変動するような場合は、まず実溶接線を
狙って位置ズレ無しで溶接した際のピークパルス全区間
での検出電流値を記憶する。次に、実溶接線から敢えて
位置ズレを生じるように溶接を行って、同様にピークパ
ルス全区間での検出電流値を記憶し、位置ズレ有り無し
の際の記憶された検出電流値同士の電流値分布が最も異
なるようなピークパルス内での検出タイミングを求め
て、４３のピークパルス内タイミング指令値記憶部に記
憶し、前記の処理を行うものである。

【００１１】また、溶滴が離脱した際、どうしても溶融
池に溶滴が落下するため、溶滴の速度、体積、重量等で
溶融池が振動し、溶融値とワイヤ溶融部で発生している
アークが振動することにより、溶接電流値が過渡的に変
化するため、その影響を排除するために、少なくとも２
個以上の検出電流値または、検出電圧値の平均値を採用
する方法である。この処理は、開先幅方向演算器３６及
び突出し長方向演算器３７にて実施し、前記の処理を行
うものである。次に、上記の様なタイミングで電流値及
び電圧値を取得しても、ピーク区間で微少短絡が発生し
た場合に対応する検出方式である。このような場合は、
主にウィービング両端でチップ母材間距離が短くなった
タイミングで発生する。このような場合、短絡成分に比
べてアーク成分としての電流値は小さいため、開先幅方
向検出区間では、最小値の検出電流値を位置ズレ情報と
して採用し、前記の処理を行うものである。

【００１２】また、従来の溶接倣い制御では、ＬＰＦ
（ローパスフィルタ）を通した溶接電流値を算出し、そ
の電流変化により位置情報を取得していた。この場合、
電流値の検出において、電流値をロボット制御側のウィ
ービング信号のタイミング、即ちウィービング両端、中
央部で検出していた。しかし、これでは位置ずれ情報と
してのワイヤ突出し長に伴う電流値以外に短絡電流値が
電流値成分の中に含まれるため、精度の良い溶接倣い制
御が行うことが出来なかった。そこで、図４の実施例で
は、位置ずれ情報とする検出電流値を、パルス溶接電源
のピーク電流の立ち上がりから予め設定された時間ｔ１
経過後から検出することにより、アーク電流のみを取り
込む事でワイヤ突出し長変化に伴う電流値を検出し、短
絡電流等の外乱に影響されることのない高精度の溶接倣
い制御を行わせる。

【００１３】すなわち、図４において、パルス溶接電源
５７は、図５に示すような電流波形で電流を制御してい
る。溶接電源５７は、ピーク信号発信器５６に信号１０
１を出力する。該信号１０１を入力した該ピーク信号発
信器５６は、ピーク信号１０２を出力する。該ピーク信
号１０２は、位置修正量作成部５５へ送られ、該位置修
正量作成部５５では、該アーク信号１０２が入力されて
ｔ１時間経過後、電流検出器５８より電流値１０３を検
出し、格納する。ある定められた一定時間Ｔの間、上記
の電流値検出動作が行われ、該一定時間Ｔ終了後、該位
置修正量作成部５５は、格納した電流値によって、位置
修正を行うかどうか判断する。修正を行う場合は、修正
信号１０４をトーチ駆動制御部５４へ出力する。該トー
チ駆動制御部５４は、該修正信号１０４に基づきトーチ
駆動部５３に動作指令１０５を送り、該トーチ駆動部５
３はワーク５１に対するトーチ５２の軌跡制御を行う。
位置修正を行わない場合はなにも行わない。このように
して、短絡電流等の外乱に影響されることのない高精度
の溶接倣い制御ができるという効果がある。

【００１４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のパルス溶接機を用いたアーク溶接倣い制御方法は、パ
ルス溶接機電源からのパルスピーク信号をもとに、ま
ず、電流値のベース区間ではなく、ピーク区間だけの電
流値でかつ、ピーク部でも位置情報として非常に確率の
高い区間で検出した電流値を取り出し、開先幅方向検出
区間及びワイヤ突出し方向区間では、得られた電流値の
最小値だけでの平均値の採用や位置ズレ有・無時での検
出電流値あるいは検出電圧値の分布が最も異なるパルス
区間のタイミングで選択された検出値を採用しているた
め、まったく短絡の影響を受けずに、安定して位置ズレ
情報が得られ、溶接線に精度良く追従させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例を示す制御ブロック図であ
る。

【図２】 溶接ワイヤａの場合の、溶接電流波形と溶接
ワイヤ先端の溶融状態図である。

【図３】 溶接ワイヤｂの場合の、溶接電流波形と溶接
ワイヤ先端の溶融状態図である。

【図４】 本発明実施例による溶接倣いシステムを示す
説明図である。

【図５】 図４のシステムにおける電流波形、ピーク信
号、電流検出処理のチャート図である。

【図６】 従来方式の制御ブロック図である。

【符号の説明】

１：トーチ、２：溶接機、３：ロボット制御装置、３
１，３２：Ａ／Ｄ変換器 ３３，３４：積分器 ３５：検出指令器 ３６：開先幅
方向演算器 ３７：ワイヤ突出し長方向演算器 ３８：
検出区間指令器 ３９：ウィービング演算器 ４０：位
相補正値記憶部 ４１：ロボット動作制御系 ４２：ピ
ークパルス内タイミング指令器 ４３：ピークパルス内
タイミング指令値記憶部 ５１：ワーク ５２：トーチ ５３：トーチ駆動部 ５４：トーチ駆動
制御部 ５５：位置修正量作成部 ５６：ピーク信号発
信器 ５７：溶接電源 ５８：電流検出器 １０１：信
号 １０２：ピーク信号 １０３：電流値 １０４；位
置修正情報 １０５：動作指令

フロントページの続き (72)発明者 福島 誠一郎 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アーク溶接法を用いて電極を揺動また
   は、回転させながら溶接線を追従する自動溶接倣い装置
   における制御方法において、パルス溶接機よりピーク電
   流の立ち上がりでパルスピーク開始信号Ｐ１を受け取
   り、立ち下がりのタイミングでパルスピーク終了信号Ｐ
   ２を受け取り、前記パルスピーク開始信号Ｐ１信号から
   前記パルスピーク終了信号Ｐ２信号間をパルス区間と
   し、予め設定された周期で前記パルス区間内の電流値を
   検出すると共に、得られた検出電流値の中で予め設定さ
   れたタイミングで選択された電流値を検出電流値とし、
   開先輻方向及びワイヤ突出し方向の位置情報とすること
   を特徴とする自動溶接倣い装置における倣い制御方法。
2. 【請求項２】 前記パルス区間内で少なくとも２個以上
   の検出された電流値の平均を検出電流値として位置情報
   とすることを特徴とする請求項第１項の自動溶接倣い装
   置における倣い制御方法。
3. 【請求項３】 開先幅方向の位置情報については、揺動
   または回転動作の開先両端で検出する開先輻方向用検出
   区間であり、ワイヤ突出し長方向の位置情報について
   は、揺動または、回転動作の中央部で検出するワイヤ突
   出し長方向検出区間である両検出区間において、前記検
   出電流値の中で、各区間での最小値の検出電流値を位置
   情報とすることを特徴とする請求項第１項の自動溶接倣
   い装置における倣い制御方法。
4. 【請求項４】 実溶接線から開先幅方向及びワイヤ突出
   し方向の位置ズレが存在する場合とない場合で溶接を行
   って、前記パルス区間内及び前記両検出区間内での各検
   出電流値を一旦記憶し、位置ズレ有りの場合の検出電流
   値の分布と位置ズレ無しの場合の検出電流値の分布を求
   め、両者の分布が最も異なるように検出電流値を取得す
   るパルス区間内のタイミングを選択し、その選択された
   タイミングで得られた検出電流値を基に、前記パルス区
   間内検出電流値と前記両検出区間内検出電流値として位
   置情報とすることを特徴とする請求項第１項の自動溶接
   倣い装置における倣い制御方法。
5. 【請求項５】 アーク溶接法を用いて電極をウィービン
   グさせながら溶接線を追従する自動溶接倣い装置におけ
   る倣い制御方法において、位置情報とする電流値をパル
   ス溶接電源のピーク電流の立ち上がりから予め設定され
   た時間ｔ１経過後から検出することを特徴とする請求項
   １記載の自動溶接倣い装置における倣い制御方法。