JPH0985441A - アーク溶接の自動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ティーチング精度等に起因した溶接中の外乱
に対して強度、外観等の溶接品質を自動的に管理する。 【解決手段】 溶接品質に関した溶接条件の代用特性を
サンプリング又は演算により算出し（Ｓ₅ ）、その演算
結果に応じてリアルタイムに電圧、電流の溶接条件を自
動制御（Ｓ₈ ，Ｓ₉ ，Ｓ₇ ）する。例えば、脚長と溶込
み深さを確保する場合は、脚長の確保に必要な理論ワイ
ヤ送給速度ＭＲ_C を演算し、検出ワイヤ送給速度ＭＲ_a
をＭＲ_C に等しくするようにワイヤ送給速度のパラメー
タでもある溶接電流の指令パラメータを増減する。そし
て、このときの溶接電流が規定溶込み深さを確保できな
い程度に低下した場合は、電圧、電流及び速度を変数と
する溶込み深さの推定式を用いて、現在の溶込み深さを
算出し、規定溶込み深さ以下の場合は溶接電流を増加す
べく上記指令パラメータを増加させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールドガスを使
用した消耗電極式アーク溶接の自動制御装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】自動アーク溶接では、最適な溶接条件
（電流、電圧、速度）を設定しても、実際の溶接では、
多くの現場外乱のために条件変動が生じ、溶接強度やビ
ード外観を損なう等の弊害へとつながる。そこで、自動
溶接における外乱を把握し、それが溶接品質にどのよう
に影響するかを知ってを管理することが重要になる。

【０００３】図８は実際の溶接時に生じる外乱をまとめ
たものである。この図から外乱は、ティーチング精度不
良、母材の変形等に起因するチップ母材間距離（トーチ
内チップの先端と母材との距離）の変動と、ワイヤ、フ
レキシブルコンジットチューブの曲がり等に起因するワ
イヤ送給抵抗の変動に分けられる。前者のチップ母材間
距離の変動は、図９に示すように溶接電流を反比例的に
増減させ、その結果、電流に対する電圧のバランスが崩
れることになる。そして、溶接電流が増減すると、溶接
強度への影響が大きい脚長、溶込み深さの変動につなが
り、電流に対する電圧のバランスが崩れると、ビード外
観への影響が大きいスパッタ発生量の増大、アンダーカ
ット、ブローホール等の溶接欠陥を生じやすくなる。後
者のワイヤ送給抵抗の変動は、ワイヤのノッキング現象
や送給ローラのスリップを招き、ワイヤ送給速度が乱れ
て脚長変動、スパッタ多発につながる可能性がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これに対し、従来の溶
接時における品質管理では、図１０に示すように、溶接
電源の電流と電圧を計測し、許容範囲内より外れた場合
に溶接電源への指令値を修正したり、溶接を停止して設
定を再度やり直すものであって、外乱発生後の結果であ
る電流と電圧の変動を検出して対処するものであるか
ら、リアルタイムの品質管理は不可能である。

【０００５】また、チップ母材間距離やワイヤ送給抵抗
の変動を計測し、その結果に従って溶接電源の電流と電
圧のバランスを制御することが考えられるが、例えばチ
ップ母材間距離は、溶接電流と溶接電圧のバランスを崩
すものであるため、脚長、溶込み深さ、ビード外観等す
べての溶接品質項目にそれぞれ重複して関連しており、
その外乱の変動量に対し電流と電圧のバランスをどれだ
けの指令値の変化として定量化したらよいかの目安がな
く、自動制御アルゴリズムの確立は難しい。

【０００６】本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされ
たもので、溶接品質に関係した代用特性をリアルタイム
に演算又はサンプリングして電流、電圧のバランスをフ
ィードバック制御することにより、外乱に速応して溶接
品質を安定させることを解決すべき課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した請求
項１の発明の要旨は、（ａ）基本仕様が入力される仕様
入力手段と、（ｂ）該仕様入力手段に入力された基本仕
様より溶接条件を演算にて設定する初期条件設定手段
と、（ｃ）該初期条件設定手段の演算に用いる各演算式
が格納された演算式メモリと、（ｄ）上記初期条件設定
手段によって設定された溶接条件を格納する条件ファイ
ルと、（ｅ）溶接品質に関係した代用特性を上記演算式
メモリ内の演算式による演算又はサンプリングによって
求め、該代用特性に基づいて上記初期条件設定手段で設
定した溶接条件の電流指令パラメータ及び電圧指令パラ
メータを修正する条件自動管理補正手段と、（ｆ）上記
ティーチングデータ及び溶接速度を示す信号を上記ロボ
ットへ送出するとともに、該条件自動管理補正手段で修
正された電流指令パラメータ及び電圧指令パラメータを
上記溶接電源に送出すべく該条件自動管理補正手段へ指
令するロボットコントロール手段とからアーク溶接の自
動管理装置を構成し、外乱に応じて変動する溶接条件を
溶接品質に関係した代用特性を認識することでリアルタ
イムに修正することにある。

【０００８】ここで、溶接品質に関係した代用特性とは
次表に示すようなものである。 請求項２の態様における上記条件自動管理補正手段は、
指定脚長の確保に必要な理論ワイヤ送給速度を演算し、
該理論ワイヤ送給速度と溶接中にサンプリングした検出
ワイヤ送給速度とを比較して理論ワイヤ送給速度に検出
ワイヤ送給速度がほぼ等しくなるように溶接電源から出
力させる電流を指令するための電流指令信号を増減する
ことにより、ワイヤ送給速度を脚長確保に絡んだ代用特
性としてリアルタイムに脚長を保証する。

【０００９】請求項３における上記条件自動管理補正手
段は、電流、電圧及び速度を変数として含む溶込み深さ
の推定式を用い、溶接中にサンプリングした上記各変数
の検出値を上記推定式に代入した結果が予め設定した規
定溶込み深さより小さくなったとき上記電流指令信号を
増加させることにより、溶込み深さの推定式を代用特性
として溶込み深さを確保する。

【００１０】請求項４における上記条件自動管理補正手
段は、上記理論ワイヤ送給速度に検出ワイヤ送給速度が
ほぼ等しくなるように上記溶接電源から出力させる溶接
電流の指令パラメータを減少中、上記推定式に代入した
結果が規定溶込み深さより小さくなったとき、該規定溶
込みを回復する間、上記溶接電源から出力させる溶接電
流の指令パラメータを増加させることにより、一定脚長
の確保と規定溶込み深さの確保を相補的に行う。

【００１１】請求項５における上記条件自動管理補正手
段は、溶接中のワイヤの先端が母材に接触する短絡現象
の回数が予め設定した回数となるように溶接電源から出
力させる電圧を指令するための溶接電圧指令信号を増減
することにより、短絡回数をビード外観に関係した代用
特性としてスパッタの発生、ブローホールの発生を防止
する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明のアーク溶接の自動
制御方式を図面を参照して詳細に説明する。図１に示す
ように、本アーク溶接の自動制御方式を実現する設備
は、溶接トーチ（以下、トーチと略す）１を保持した多
関節ロボット２と、出力端子３ａ，３ｂの溶接電力出力
に基づいて上記トーチ先端のチップ１６へ溶接電流と溶
接電圧を出力する溶接電源３と、上記溶接電力出力の電
流Ｉと電圧Ｖを上記溶接電源３へ指令する各指令信号
ｉ，ｖを送出してアーク溶接の自動制御を行う溶接コン
トローラ４と、上記多関節ロボット２を溶接速度を示す
信号を含むティーチングデータＴＤに基づいて制御する
ロボットコントローラ５と、ドラム６に充填された消耗
電極としてのワイヤ７を上記トーチ１へ送給するワイヤ
送給装置８と、溶接品が載置される治具９とから構成さ
れている。

【００１３】上記多関節ロボット２に組付けられた上記
ワイヤ送給装置８は、曲げ矯正器１１、エンコーダ１
２、ワイヤ７を挟持した一対の送給ローラ１３ａ，１３
ｂ、該ローラ１３ａ，１３ｂを駆動する回転アクチュエ
ータ１４及びワイヤ７をトーチ１にガイドするトーチケ
ーブル１ａを有し、ワイヤ７をトーチ１におけるノズル
部１５内のチップ１６より突出させるようにしている。
そして、回転アクチュエータ１４は、溶接コントローラ
４から指令信号ｉの大きさ（平均値）に比例した送り速
度の駆動信号で制御されてワイヤ７を繰出すようになっ
ており、そのときの検出ワイヤ送給速度ＭＲ_a はエンコ
ーダ１２より溶接コントローラ４に送出される。

【００１４】しかして、溶接コントローラ４は、溶接条
件（電流、電圧及び速度）の自動設定と外乱に対する溶
接条件の自動修正とを行うもので、そのハードウエアを
概念的に表した図２に示すように、継手形状、姿勢、脚
長、チップ母材間距離及び板厚又は必要な場合に溶接速
度若しくはすみ肉溶接以外の溶接断面積等の基本仕様
が、例えば一つの製品におけるＮ個の継手毎に入力され
る仕様入力手段４１と、該仕様入力手段４１に入力され
た基本仕様より溶接条件を演算にて設定する初期条件設
定手段４２と、該初期条件設定手段４２の演算に用いる
各演算式が格納された演算式メモリ４３と、上記初期条
件設定手段によって設定された溶接条件を格納する条件
ファイル４５と、上記初期条件設定手段４２で設定した
溶接条件のうち初期電流指令パラメータＰ_I 及び初期電
圧指令パラメータＰ_V を溶接品質に関係した代用特性に
応じて修正された修正電流指令パラメータＰ_I ′及び修
正電圧指令パラメータＰ_V ′とする条件自動管理補正手
段４４とを主体に構成される。

【００１５】デジタル信号形式の上記修正電流指令パラ
メータＰ_I ′及び修正電圧指令パラメータＰ_V ′は、Ｄ
／Ａ変換器によってアナログ形式の電流指令信号ｉ及び
電圧指令信号ｖに変換されて溶接電源３に入力され、出
力端子３ａ，３ｂより導出すべき電流及び電圧を指令す
るようになっている。また、溶接コントローラ４には、
溶接電源３から出力している電流及び電圧の検出溶接電
流Ｉ_a （パルス溶接時はパルス電流の平均電流）及び検
出溶接電圧Ｖ_a がサンプリングされるようになってい
る。

【００１６】ここで、上記初期電流指令パラメータＰ_I
及び修正電流指令パラメータＰ_I ′と溶接電流Ｉとの関
係並びに初期電圧指令パラメータＰ_V 及び修正電圧指令
パラメータＰ_V ′と溶接電圧Ｖとの関係は、溶接電源３
の特性を補正した関係に設定される。即ち、溶接コント
ローラ４内で演算した溶接電流と溶接電圧が溶接電源が
変わっても出力するように、各電流指令パラメータ
Ｐ_I ，Ｐ_I ′及び各電圧指令パラメータＰ_V ，Ｐ_V ′は
溶接電源毎に補正されている。

【００１７】一方、ロボットコントローラ５は、継手毎
のティーチングデータメモリをもつ電子制御装置であ
り、実際の溶接にあたって、該ロボットコントローラ５
は各メモリのデータを順次に読出して多関節ロボット２
の各軸を駆動するとともに、一つのメモリを読出す毎に
条件呼出し信号５ａを溶接コントローラ４に送出して条
件ファイル４５をアクセスする。これにより、ティーチ
ングデータＴＤに同期して継手毎の溶接条件（Ｐ_I ，Ｐ
_V 、Ｉ，Ｖ及び溶接速度ＷＳ）が読出される。

【００１８】なお、演算式メモリ４３に格納する各演算
式の組は、実験によって予め求めている。また、本溶接
開始と停止を意味するアークＯＮ／ＯＦＦ信号は、ロボ
ットコントローラ５よのり溶接コントローラ４に送出さ
れる。次に上記構成により本アーク溶接の自動制御がい
かに行われるかを図３〜図７のフローチャートを用いて
説明する。

【００１９】図３に示すように、全体の構成は、ステッ
プＳ₁ 〔基本仕様入力〕及びステップＳ₂ 〔最適溶接条
件の自動設定〕からなる準備処理と、ステップＳ₄ 〔本
溶接開始〕以降の制御ループとからなり、準備処理は仕
様入力手段４１及び初期条件設定手段４２が行う処理、
制御ループは、条件自動管理補正手段４４が行う処理で
ある。ただし、上記準備処理と制御ループとの間には、
溶接継手にギャップ（スキ間）があるか否かの判断ステ
ップＳ₃ が挿入されており、ギャップが有る場合はステ
ップＳ₁₇〔ギャップ部の自動管理〕に進む。なお、この
ギャップが有る場合の自動管理とステップＳ₁ 及びステ
ップＳ₂ は本発明と直接関係がないため説明を省略する
が、ステップＳ₂ の最適溶接条件の自動設定では、パル
ス溶接の場合の溶接条件、マグ溶接でもスプレー移行型
溶接を行う場合の溶接条件及びマグ溶接での短絡移行型
溶接を行う場合の溶接条件を別個に設定している。

【００２０】さて、ロボットコントローラ５からアーク
ＯＮ信号が出力されると、これを受けて溶接コントロー
ラ４はステップＳ₄ 〔溶接パラメータサンプリング〕〜
ステップＳ₁₄〔アークＯＦＦ信号入力？〕の制御ループ
を実行する。上記溶接パラメータサンプリングでは、検
出ワイヤ送給速度ＭＲ_a 、検出溶接電流Ｉ_a 、検出溶接
電圧Ｖ_a 及び検出短絡回数Ｓ_a （制御インターバル当た
りの短絡回数で１未満の小数も含む）をサンプリングす
る。ここで、検出短絡回数Ｓ _a は、検出溶接電圧Ｖ
_a （短絡時の電圧）が所定のしきい値より低下する制御
インターバル当たりの回数とする。

【００２１】上記制御ループは、基本仕様入力時に決定
するステップＳ₆ 〔電流一定制御か〕の判断でステップ
Ｓ₇ 〔電流一定制御〕の溶接を行うか、ステップＳ
₈ 〔脚長一定制御〕及びステップＳ₉ 〔溶込み深さ確保
制御〕を相補的に行う溶接かに分岐する。電流一定制御
の溶接とは、電流を一定とすることを優先させ、溶込み
深さを一定に維持するもので、薄板の溶接に適し、溶接
強度の確保は勿論、溶接電流の増大による抜けの発生を
防止する。

【００２２】脚長一定制御と規定溶込み深さ確保制御と
を相補的に行う溶接とは、ワイヤ送給速度一定を優先し
て脚長一定制御を行う間に、電流の変動、特に低下して
もある値以下になると溶接電流を増大させて規定溶込み
深さを確保するものであり、厚板の溶接に適する。規定
溶込み深さの値は基本仕様入力時に設定する。更に、溶
接コントローラ４は、上記電流の制御を行いつつ、パル
ス溶接の場合はステップＳ₁₀〔短絡回数・アーク長一定
制御〕を実行し、マグ溶接の場合はステップＳ₁₁〔スプ
レー有〕の判断の後、ステップＳ₁₂〔スプレー移行型制
御〕かステップＳ₁₃〔短絡移行型制御〕を実行する。

【００２３】上記パルス溶接の場合の短絡回数・アーク
長一定制御とは、基本仕様入力時に設定した短絡回数に
検出短絡回数Ｓ_a がほぼ等しく（具体的には下限値Ｓ₁
と上限値Ｓ₂ の範囲内にあり）、安定するように電圧を
制御するもので、スパッタ発生量を抑制するとともに、
アーク長を最小（一定）に保って、アンダーカット及び
ブローホール等の発生を未然に防止するものである。

【００２４】上記マグ溶接の場合のスプレー移行型制御
とは、初期条件設定手段４２で演算により設定したスプ
レー移行型溶接の最適電圧（スプレー化電圧という）を
常に保持する機能で、検出溶接電圧Ｖ_a がスプレー化電
圧とほぼ等しくなるように電圧を制御し、最適ビード外
観を保つものである。上記マグ溶接の場合の短絡移行型
制御とは、初期条件設定手段４２で演算により設定した
短絡移行型溶接の最適電圧を常に保持する機能で、検出
溶接電圧Ｖ_aが短絡移行型の最適電圧とほぼ等しくなる
ように電圧を制御し、最適ビード外観を保つものであ
る。

【００２５】なお、上記制御ループと並列に処理される
ステップＳ₁₅〔ＥＸＴ演算〕及びステップＳ₁₆〔表示
（警告）〕は、チップ母材間距離を演算して、この距離
が短か過ぎる場合と長過ぎる場合に警告するものである
が、この処理で求めたチップ母材間距離はマグ溶接の場
合の制御に用いている。次に図３の各処理を更に詳細に
説明する。図４において、ステップＳ₂₁の判断が電流一
定制御を行うとする場合は、上記ステップＳ₇ 〔電流一
定制御〕に相当するステップＳ₂₃〜Ｓ₂₅のＰＩ制御を行
う。このＰＩ制御は、初期設定電流Ｉ₀と検出溶接電流
Ｉ_a との差分ΔＩ（比例項）をステップＳ₂₃で求め、続
いて上記差分ΔＩがほぼ零となるまでの溶接電流の変化
に要する時間Ｔ_i （積分項）をΔＩを時間で積分して求
め（ステップＳ₂₄）、更に初期電流指令パラメータＰ_I
にΔＩ及びＴ_i による修正量を加減して修正電流指令パ
ラメータＰ_I ′を算出する（ステップＳ₂₅）ものであ
る。ここで、係数Ｋ₁₇₉ は比例項定数、Ｋ₁₈₀ は積分項
定数である。こうして求めた修正電流指令パラメータＰ
_I ′はステップＳ₂₇〔Ｐ_I ′→Ｄ／Ａ変換〕→ステップ
Ｓ₂₈〔Ｐ_I ′のアナログ信号出力（溶接電源へ）〕の処
理を経て判断のステップＳ₁₄〔アークＯＦＦ信号入力
？〕に進む。ステップＳ₁₄で溶接終了でない場合、溶接
電源３は修正電流指令パラメータＰ_I ′に応じた電流指
令信号ｉに基づく電流を出力することになる。

【００２６】上記ステップＳ₂₁→Ｓ₂₃〜Ｓ₂₇が実行され
ることにより、チップ母材間距離が変動して溶接電流が
増減した場合に、その増減に応じて初期電流指令パラメ
ータＰ_I が修正電流指令パラメータＰ_I ′に修正され、
電流を一定とする制御が機能することとなって、母材へ
の溶込み深さの増大を未然に抑制して抜けの発生を防止
することができる。

【００２７】ところで、ステップＳ₂₁の判断が脚長一定
（＆規定溶込み深さ確保）の溶接を行うとする場合は、
先ずステップＳ₃₈〔溶込み深さの演算〕に進み、検出溶
接電流Ｉ_a 、検出溶接電圧Ｖ_a 及び溶接速度ＷＳと溶込
み深さＰの関係を表す推定式より溶込み深さＰを演算す
る。上記推定式より演算した溶込み深さＰは、ステップ
Ｓ₃₉〔Ｐ＜Ｋ₃₂〕によって規定溶込み深さＫ₃₂と比較さ
れ、溶込み深さＰが規定溶込み深さＫ₃₂より小さいとき
は電圧や速度に比べて最も貢献度が高い溶接電源３から
出力させる電流の指令パラメータＰ_I を増加させる修正
を行い（ステップＳ₄₀）、演算した溶込み深さＰが規定
溶込み深さＫ₃₂以上のときは、ステップＳ₅ で検出した
エンコーダ１２の出力（電圧）を実際のワイヤ送給速度
に換算して検出ワイヤ送給速度ＭＲ_a を得（ステップＳ
₂₈）、続くステップＳ₂₉〔ＭＲ_a＞ＭＲ_C 〕→Ｓ₃₀〔ｎ
≧１〕→Ｓ₃₂〔ＭＲ_a ＜ＭＲ_C 〕の判断で、上記検出ワ
イヤ送給速度ＭＲ_a と理論ワイヤ送給速度ＭＲ_C （基本
仕様入力時の脚長Ｌと溶接速度ＷＳの関係式より計算）
を係数Ｋ₃₃倍した値とを比較し、ＭＲ_a がＭＲ_C より小
さい場合、ステップＳ₃₁〔ワイヤ送給抵抗大です。送給
系を見直して下さい。〕の警告表示を行うとともに、規
定溶込み深さ制御の回数カウンタの値ｎが零のときは、
ステップＳ₃₅〜Ｓ₃₇のＰＩ制御により修正電流指令パラ
メータＰ_I ′を求めることによってワイヤ送給速度を一
定とする脚長一定の制御を行う。

【００２８】また、上記回数カウンタの値ｎが１以上の
ときは、ステップＳ₃₂〔ＭＲ_a ＜ＭＲ_C 〕の判断を行
う。このステップＳ₃₂で事象（ＭＲ_a ＜ＭＲ_C ）が真な
るときはステップＳ₃₃〔Ｐ_I ′＝Ｐ_I ＋ΔＰ_I 〕のＯＮ
−ＯＦＦ制御を実行して、初期電流指令パラメータＰ_I
をΔＰ_I だけ増加した修正電流指令パラメータＰ_I ′を
得、反対に事象（ＭＲ_a ≧ＭＲ_C ）が真なるときはステ
ップＳ₃₄〔Ｐ_I ′＝Ｐ _I −ΔＰ_I 〕実行して、初期電流
指令パラメータＰ_I を ΔＰ_I だけ減じた修正電流指
令パラメータＰ_I ′を得て、回数カウンタの値ｎが零の
ときと同等のワイヤ送給速度を一定とする脚長一定の制
御を行う。

【００２９】このように、１回でも規定溶込み深さ確保
制御が行われた場合は、ワイヤ送給速度一定制御として
その制御勾配を小さくしたΔＰ_I を増減するＯＮ−ＯＦ
Ｆ制御で行っている理由は、Ｐ_I を増加させて溶込み深
さを満足させた後にワイヤ送給速度一定制御をＰＩ制御
で行うと、急激なワイヤ送給速度の低下が生じ、スムー
ズな制御とならないからである。

【００３０】以上のようにして演算される修正電流指令
パラメータＰ_I ′は、電流一定制御の場合と同様に、ス
テップＳ₂₆→ステップＳ₂₇の処理を経て判断のステップ
Ｓ₁₄〔アークＯＦＦ信号入力？〕に進む。かくして、本
溶接コントローラ４では、脚長一定と規定溶込み深さ確
保が常にペアの機能として作用し、チップ母材間距離が
変動したり、ワイヤ送給抵抗が変動しても脚長と溶込み
深さとが確保されることになる。

【００３１】次に基本仕様入力時にパルス溶接を設定し
た場合は、図５におけるステップＳ₄₂〔パルス有〕の判
断がパルス有（Ｙ）となり、ステップＳ₄₃〔アーク長ａ
の演算〕以降の処理（図３のステップＳ₁₀〔短絡回数・
アーク長一定制御〕に相当）に進む。このアーク長ａ
は、チップ母材間距離ＥＸＴ，溶接電圧Ｖ，パルス溶接
電流のピーク電流Ｉ_a ，ベース電流Ｉ_b 及び平均電流Ｉ
_avをパラメータとする演算式で求めることができる。

【００３２】得られた演算アーク長ａは、続くステップ
Ｓ₄₄〔ａ_O ≦ａ〕で最大許容アーク長ａ_o と比較し、演
算アーク長ａが最大許容アーク長ａ_o より大きい場合、
ステップＳ₄₇〔Ｐ_V ′＝Ｐ_V −Ｋ₁₄₆ 〕の演算を行っ
て、ステップＳ₅₀〔Ｐ_V ′→Ｄ／Ａ変換〕に進み、続く
ステップＳ₅₁〔Ｐ_V ′アナロク信号出力〕により、修正
電圧指令パラメータＰ_V ′に基づく電圧指令信号ｖで溶
接電源３を指令する。

【００３３】次に、ステップＳ₄₄で演算アーク長ａが最
大許容アーク長ａ_o より小さい場合、ステップＳ₄₅〔Ｓ
_a ≦Ｓ₁ 〕に進んで、サンプリング時に得られた検出短
絡回数Ｓ_a を短絡回数の下限値Ｓ₁ と比較する。そして
検出短絡回数Ｓ_a が短絡回数の下限値Ｓ₁ 以下の場合、
ステップＳ₄₈〔Ｐ_V ′＝Ｐ_V −ΔＰ_V 〕の演算を行っ
て、ステップＳ₅₀〔Ｐ_V ′→Ｄ／Ａ変換〕に進む。これ
により、短絡回数が下限値Ｓ₁ より減少したときに修正
電圧指令パラメータＰ_V ′を減少させて（短絡回数とア
ーク長（アーク電圧）の関係は反比例の関係にある）短
絡回数を増加させる。

【００３４】また、演算アーク長ａが最大許容アーク長
ａ_o より小さい場合において、ステップＳ₄₅の判断が
「検出短絡回数Ｓ_a が短絡回数の下限値Ｓ₁ より大き
い」の場合、ステップＳ₄₆〔Ｓ_a ≦Ｓ₂ 〕に進んで、検
出短絡回数Ｓ_a を短絡回数の上限値Ｓ₂ と比較する。そ
して、検出短絡回数Ｓ_a が短絡回数の上限値Ｓ₂ より大
きい場合、ステップＳ₄₉〔Ｐ_V ′＝Ｐ_V ＋ΔＰ_V 〕の演
算を行って、ステップＳ₅₀〔Ｐ_V ′→Ｄ／Ａ変換〕に進
む。これにより、短絡回数が上限値Ｓ₂ より大きいとき
に修正電圧指令パラメータＰ_V ′を増大させて短絡回数
を減少させる。

【００３５】更に、ステップＳ₄₆の判断が「検出短絡回
数Ｓ_a が短絡回数の上限値Ｓ₁ 以下」の場合、初期電圧
指令パラメータの修正を行うことなくステップＳ₁₄に進
む。こうしてパルス溶接におけるスパッタ発生量を抑制
し、アーク長を最小に保って、アンダーカット及びブロ
ーホール等の発生を未然に防止することができる。次に
基本仕様入力時にマグ溶接を設定した場合は、図５にお
けるステップＳ₄₂〔パルス有〕の判断がマグ溶接（Ｎ）
となり、図６のフローチャートに進む。

【００３６】図６では更に、ステップＳ₁₁によってスプ
レー移行型溶接を行うか短絡移行型溶接を行うか否かを
判断する。この判断の結果は基本仕様入力時に設定さ
れ、スプレー移行型溶接を行う場合は、ステップＳ
₅₂〔ＥＸＴ＝ｆ（ＭＲ_a ，Ｉ_a ）〕以降のＰＩ制御に進
み、短絡移行型溶接を行う場合は、ステップＳ₅₇以降の
ＰＩ制御に進む。

【００３７】スプレー移行型溶接及び短絡移行型溶接の
各ＰＩ制御の演算も、電流一定制御及び脚長一定制御の
ときの演算と同じで、スプレー移行型溶接の場合、スプ
レー化電圧Ｖ_SCに、短絡移行型溶接の場合、初期設定し
た短絡回数となる最適電圧Ｖ_C に検出溶接電圧Ｖ_a がほ
ぼ等しくなるような修正電圧指令パラメータＰ_V ′を算
出するものである。因みに、スプレー移行型溶接のステ
ップＳ₅₂は演算式ＥＸＴ＝ｆ（ＭＲ_a ，Ｉ_a ）によりチ
ップ母材間距離を求め、ステップＳ₅₃はＶ_SC＝ｆ
（Ｉ_a ，ＥＸＴ）によりスプレー化電圧を、ステップ₅₄
は比例項ΔＶ＝Ｖ_SC−Ｖ_a を、ステップＳ₅₅は積分項Ｔ
_i+＝∫ΔＶｄｔをそれぞれ求め、ステップＳ₅₆〔Ｐ_V ′
＝Ｐ_V ＋Ｋ₁₆₆ ・ΔＶ＋Ｋ₁₆₇ ・Ｔ_i+〕で修正電圧指令
パラメータＰ_V ′を算出している。また、短絡移行型溶
接の場合、ステップＳ₅₇はチップ母材間距離の算出、ス
テップＳ₅₈は短絡移行型の最適電圧Ｖ_C の、ステップＳ
₅₉は比例項Ｖ_C −Ｖ_a の、ステップＳ₆₀は積分項Ｔ
_i+の、ステップＳ₆₁は修正電圧指令パラメータＰ_V ′の
算出である。

【００３８】次に本溶接コントローラ４が具備したチッ
プ母材間距離の表示（警告）機能は、図７に示すよう
に、先ず、ステップＳ₆₂〔ＥＸＴ＝ｆ（ＭＲ_a ，
Ｉ_a ）〕でＥＸＴを演算する。このステップＳ₆₂で用い
る演算式は、ＥＸＴ，ＭＲ及びＩのうち各一つを一定と
して残り二つの各関係式を実験により求めたものであ
る。チップ母材間距離が求められると、ステップＳ
₆₃〔EXTo-K₁₄₃<EXT<EXTo+K₁₄₄ によって許容バラツキ範
囲（EXTo- K₁₄₃〜EXTo+K₁₄₄ ）内にあるか否かを判断
し、バラツキ範囲内の場合は、ステップＳ₆₄によってそ
の値を溶接コントローラ４の画面に表示する。また、ス
テップＳ₆₃でバラツキ範囲外の場合はステップＳ₆₅に進
み、演算ＥＸＴがＥＸＴ_O −Ｋ₁₄₃ より小さい場合はス
テップＳ₆₆によってチップ母材間距離が初期設定値ＥＸ
Ｔ_o より短か過ぎることを警告し、演算チップ母材間距
離ＥＸＴがＥＸＴ_O −Ｋ₁₄₃ に等しいか大きい場合はス
テップＳ₆₇によってチップ母材間距離が初期設定値ＥＸ
Ｔ_o より長すぎることを警告する。

【００３９】従って、このようにチップ母材間距離が異
常となったときにオペレータに警告を発することによ
り、オペレータはロボットティーチングを見直し、ティ
ーチング修正後はチップ母材間距離のバラツキを少なく
して、上述した溶接品質管理のための各制御の安定性が
図られることになる。なお、上記実施例で説明した溶接
コントローラは、一つの継手の溶接を終了するごと、即
ち、アークＯＦＦ信号を検出する毎に指令パラメータＰ
_I ，Ｐ_V を初期設定値に戻すものである。

【００４０】また、図４におけるΔＰ_I 図５におけるΔ
Ｐ_V は電流，電圧指令パラメータＰｉ，Ｐｖの増減補正
量である。また、上記実施例では、脚長一定制御と規定
溶込み深さの制御を相補的に行ったものを開示している
が、これらを単独に行う場合でも本発明の適用がある。

【００４１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、溶接
中の品質管理を自動的に行い、ティーチング精度等の外
乱の影響や母材の厚みにかかわらず、強度及び外観の双
方に優れた溶接を行うことができる。とりわけ、請求項
２の態様によれば、ワイヤ送給速度を管理したことによ
り、脚長確保による強度の保証が達成される。

【００４２】請求項３の態様によれば、溶込み深さの推
定式を用いて溶込み深さを保証し、規定溶込み深さ以下
になるような事態の発生を確実に防止することができ
る。請求項４の態様によれば、請求項１と請求項２の態
様による制御を相補的に行うことにより、ワイヤ送給速
度の一定制御による脚長の確保と、溶込み深さの推定式
を用いて規定溶込み深さを確保することにより、厚板の
溶接における強度を保証することができる。

【００４３】請求項５の態様によれば、パルス溶接、マ
グ溶接にかかわらず、スパッタ、ブローホール、アンダ
ーカット等の発生を抑制し、良好なビード外観を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を具体化した設備の全体を示す説明図
である。

【図２】 溶接コントローラをハードウエアで表した場
合の図１の概念図である。

【図３】 本発明の一実施例に係るアーク溶接の自動制
御方式の全体を説明するフローチャートである。

【図４】 図３の電流一定制御と脚長一定及び規定溶込
み深さ確保の相補的制御の具体的一例を示すフローチャ
ートである。

【図５】 パルス溶接の場合の本発明による電圧制御の
プログラムを示すフローチャートである。

【図６】 マグ溶接の場合の本発明による電圧制御のプ
ログラムを示すフローチャートである。

【図７】 本溶接コントローラに備えられたチップ母材
間距離の演算表示プログラムを示すフローチャートであ
る。

【図８】 アーク溶接における外乱を整理した説明図で
ある。

【図９】 アーク溶接におけるチップ母材間距離と溶接
電流とり関係を示すグラフである。

【図１０】 従来の溶接品質管理を説明するフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１は溶接トーチ、２はロボット、３は溶接電源、４は溶
接コントローラ、１２はエンコーダ、１４は回転アクチ
ュエータ、４４は条件自動管理補正手段、ＥＸＴはチッ
プ母材間距離、Ｉは溶接電流、Ｖは溶接電圧、Ｉ_aは検
出溶接電流、Ｖ_a は検出溶接電圧、ＭＲはワイヤ送給速
度、ＭＲ_a は検出ワイヤ送給速度、ＭＲ_C は理論ワイヤ
送給速度、ＷＳは溶接速度、ｉは電流指令信号、ｖは電
圧指令信号であり、各図において同一の要素には共通の
符号を付す。また、図４〜図７で用いた各定数は、 Ｉ ：実際の電流（溶接電流） Ｉ₀ ：初期設定電流 Ｓ ：短絡回数 Ｓ１ ：短絡回数の上限値 Ｓ２ ：短絡回数の下限値 ＭＲ_C ：理論ワイヤ送給速度 Ｌ_o ：アーク長の最大値 Ｋ₃₂ ：規定溶込み深さ Ｋ₃₃ ：ワイヤ送給速度変動の許容値 Ｋ₃₄ ：溶込み制御の電流の加算量 Ｋ₁₄₃ ：チップ母材間距離のバラツキ量（−） Ｋ₁₄₄ ：チップ母材間距離のバラツキ量（＋） Ｋ₁₄₅ ：ワイヤ送給速度変動とチップ母材間距離バラツ
キ警告の開始時間 Ｋ₁₄₆ ：アーク長制御の電圧の上り勾配 Ｋ₁₅₅ ：ワイヤ送給速度一定ＰＩ制御の比例項定数 Ｋ₁₅₆ ：ワイヤ送給速度一定ＰＩ制御の積分項定数 Ｋ₁₇₉ ：電流一定ＰＩ制御の比例項定数 Ｋ₁₈₀ ：電流一定ＰＩ制御の積分項定数 である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接トーチ先端のチップを介して溶接電
   源からの電流及び電圧をワイヤに出力し、該ワイヤを電
   流により溶融しつつ該溶接トーチを保持したロボットを
   ティーチングデータにより作動させて溶接を行うアーク
   溶接の自動制御装置であって、 基本仕様が入力される仕様入力手段と、該仕様入力手段
   に入力された基本仕様より溶接条件を演算にて設定する
   初期条件設定手段と、該初期条件設定手段の演算に用い
   る各演算式が格納された演算式メモリと、上記初期条件
   設定手段によって設定された溶接条件を格納する条件フ
   ァイルと、溶接品質に関係した代用特性を上記演算式メ
   モリ内の演算式による演算又はサンプリングによって求
   め、該代用特性に基づいて上記初期条件設定手段で設定
   した溶接条件の電流指令パラメータ及び電圧指令パラメ
   ータを修正する条件自動管理補正手段と、上記ティーチ
   ングデータ及び溶接速度を示す信号を上記ロボットへ送
   出するとともに、該条件自動管理補正手段で修正された
   電流指令パラメータ及び電圧指令パラメータを上記溶接
   電源に送出すべく該条件自動管理補正手段へ指令するロ
   ボットコントロール手段とを具備したことを特徴とする
   アーク溶接の自動制御装置。
2. 【請求項２】 上記条件自動管理補正手段は、指定脚長
   の確保に必要な理論ワイヤ送給速度を演算し、該理論ワ
   イヤ送給速度と溶接中にサンプリングした検出ワイヤ送
   給速度とを比較して理論ワイヤ送給速度に検出ワイヤ送
   給速度がほぼ等しくなるように上記溶接電源から出力さ
   せる溶接電流の指令パラメータを増減することを特徴と
   する請求項１記載のアーク溶接の自動制御装置。
3. 【請求項３】 上記条件自動管理補正手段は、電流、電
   圧及び速度を変数として含む溶込み深さの推定式を用
   い、溶接中にサンプリングした上記各変数の検出値を上
   記推定式に代入した結果が予め設定した規定溶込み深さ
   より小さくなったとき上記溶接電源から出力させる溶接
   電流の指令パラメータを増加させることを特徴とする請
   求項１記載のアーク溶接の自動制御装置。
4. 【請求項４】 上記条件自動管理補正手段は、上記理論
   ワイヤ送給速度に検出ワイヤ送給速度がほぼ等しくなる
   ように上記溶接電源から出力させる溶接電流の指令パラ
   メータを減少中、上記推定式に代入した結果が規定溶込
   み深さより小さくなったとき、該規定溶込み深さ以上に
   回復する間、上記溶接電源から出力させる溶接電流の指
   令パラメータを増加させることを特徴とする請求項１記
   載のアーク溶接の自動制御装置。
5. 【請求項５】 上記条件自動管理補正手段は、溶接中の
   上記ワイヤの先端が母材に接触する短絡現象の回数が予
   め設定した回数となるように上記溶接電源から出力させ
   る電圧の指令パラメータを増減することを特徴とする請
   求項１記載のアーク溶接の自動制御装置。