JPH10286674A - 自動溶接のアークセンシング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自動溶接のとき、溶接中心線に対する溶接ト
ーチのウィービング中心の位置を調整するためのアーク
センシング方法を提供する。 【解決手段】 溶接トーチ１０のウィービング時、溶接
トーチ１０の下端と溶接面２１間の距離変化によるアー
ク電流値の変化に基づいて溶接中心線に対する溶接トー
チ１０のウィービング中心Ｃの位置を調整する自動溶接
のアークセンシング方法において、前記アーク電流の微
分値を用いて溶接中心線に対する溶接トーチ１０のウィ
ービング中心の位置を検出する段階を含む。従って、溶
接トーチ１０に対する母材２０，３０の位置に係わらず
に溶接トーチ１０のウィービング中心の位置が正確に検
出され、よって溶接時溶接トーチ１０が溶接中心線から
外れることを防止し得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動溶接時、溶接中
心線に対する溶接トーチのウィービング中心の位置を調
整するためのアークセンシング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶接ロボットを用いて二つの母材を自動
溶接することにおいて、溶接ロボットに設けられた溶接
トーチが溶接中心線即ち、互に溶接されるために密着さ
れた二つの母材間の境界線を正確に追跡しながら溶接を
行うのが必須である。

【０００３】このように溶接トーチが溶接中心線を正確
に追跡しながら溶接を行うために、溶接トーチのウィー
ビング(weaving) の時、該溶接トーチと母材間にアーク
電流を発生させ、溶接トーチと溶接面間の距離変化によ
るアーク電流値の変化に基づいて溶接中心線を追跡する
所謂アークセンシング方法が広く用いられている。この
ような方法の原理について図面を参照しながらさらに詳
しく説明する。

【０００４】図１及び図２に示したように、相互溶接さ
れる端部がくっついた第１母材２０と第２母材３０とを
自動溶接することにおいて、溶接トーチ１０は矢印
（Ａ）方向に溶接中心線２５に沿って進むと同時に仮想
線で示したように左右にウィービングしながら二つの母
材２０，３０を溶接する。溶接トーチ１０は、その中心
軸と第１母材２０の溶接面２１間の角度（θ）とその中
心軸と第２母材３０の溶接面間の角度（θ′）とが同一
になるように位置する。溶接トーチ１０のウィービング
中心（Ｃ）は溶接中心線２５の垂直上方に位置する。即
ち、溶接トーチ１０はそのウィービング中心Ｃが溶接中
心線２５の垂直上方に位置した状態で左右にそれぞれ同
一の距離（Ｌ）ほどウィービングする。

【０００５】このようなウィービングの時、溶接トーチ
１０はそのウィービング中心（Ｃ）を横切って第１位置
（ウィービング中心Ｃから第１母材２０の方へ最も遠く
離れた位置）と第２位置（ウィービング中心Ｃから第２
母材３０の方へ最も遠く離れた位置）との間で往復移動
する。前記第１位置で溶接トーチ１０の下端と第１母材
２０間の垂直距離（Ｈ１）は第２位置における溶接トー
チ１０の下端と第２母材３０間の垂直距離（Ｈ１）と同
一となる。そして、溶接トーチ１０とウィービング中心
（Ｃ）とが一致するとき、該溶接トーチ１０は溶接中心
線２５の垂直上方に位置し、よって溶接トーチ１０の下
端と溶接中心線２５間の垂直距離（Ｈ）は最大となる。

【０００６】図３は溶接トーチ１０が前記第１位置から
第２位置に移動する時、溶接トーチ１０の下端と第１母
材２０の溶接面２１又は第２母材３０の溶接面間の垂直
距離の変化を示したグラフで、水平軸は時間の経過を、
垂直軸は垂直距離を示す。図３を参照すれば、第１位置
にある溶接トーチ１０はそのウィービングによって所定
時間（ｔ）後第２位置に移動するが、この際、ウィービ
ング中心（Ｃ）に達する時間（ｔ１／２）までは該溶接
トーチ１０の下端と第１母材２０の溶接面間の垂直距離
が延びる。そして、溶接トーチ１０がウィービング中心
（Ｃ）を通って第２位置まで移動する時には該溶接トー
チ１０の下端と第２母材３０の溶接面３１間の垂直距離
が次第に縮まる。

【０００７】一方、溶接トーチ１０と母材２０，３０と
の間に高電圧を印加すると、母材と溶接トーチ１０との
間にアーク電流が発生する。該アーク電流値は溶接トー
チ１０の下端と母材の溶接面間の距離が延びるほど小さ
くなるため、溶接トーチ１０が第１位置から第２位置に
移動する間、前記アーク電流値は図４のように変わる。

【０００８】従来のアークセンシング方法によれば、上
述したアーク電流値の変化に基づいて前記第１位置から
ウィービング中心（Ｃ）まで移動する間の電流の積分値
と、ウィービング中心（Ｃ）から第２位置まで移動する
間の電流の積分値とを求め、該積分値を互いに比較す
る。前記各積分値が同一である場合は溶接トーチ１０の
ウィービング中心（Ｃ）が溶接中心線２５に沿って移動
することであって、これは溶接接トーチ１０が溶接中心
線２５を正確に追跡していることを意味する。

【０００９】もし、前記各積分値が相異なる場合は、溶
接トーチ１０のウィービング中心（Ｃ）が溶接中心線２
５から外れていることであって、これは溶接トーチ１０
が溶接中心線２５を正確に追跡していないことを意味す
る。この場合は、別途の制御手段（図示せず）で前記積
分値が互いに一致するようウィービング中心（Ｃ）の位
置が実時間で補正され、これによって溶接トーチ１０は
中心線２５を正確に追跡し得るようになる。

【００１０】しかしながら、アーク電流の積分値に基づ
いた前記従来のアークセンシング方法によれば、図２で
説明したように第１母材２０の溶接面２１と溶接トーチ
１０がなす角度（θ）と、第２母材３０の溶接面３１と
溶接トーチ１０がなす角度（θ′）とが同一の場合には
効果があるが、前記角度が相異なる場合には相当の判断
エラーが発生する。

【００１１】例えば、図５に示したように、母材２０，
３０が水平面に傾いて位置したため溶接トーチ１０のウ
ィービング中心（Ｃ）が溶接中心２５の垂直上方を通過
するにも係わらずに第１母材２０の溶接面２１と溶接ト
ーチ１０がなす角度（θ１）と、第２母材３０の溶接面
３１と溶接トーチ１０がなす角度（θ２）とが相異なる
場合には、前記第１位置における溶接トーチ１０の下端
と第１母材２０の溶接面２１間の垂直距離（Ｈ２）と第
２位置における溶接トーチ１０の下端と第２母材３０の
溶接面３１間の垂直距離（Ｈ３）が相異なってしまう。
従って、溶接トーチ１０が第１位置から第２位置に移動
する間の溶接トーチ１０の下端と第１母材２０の溶接面
２１又は第２母材３０の溶接面３１間の垂直距離は図６
のように変わる。即ち、第１位置からウィービング中心
（Ｃ）に移動する時間（ｔ１／２）まで溶接トーチ１０
の下端と第１母材の傾斜面２１間の垂直距離は急激に延
び、ウィービング中心（Ｃ）から第２位置まで移動する
間、溶接トーチ１０の下端と第２母材の傾斜面３１間の
垂直距離は緩やかに縮まる。このような垂直距離の変化
によってアーク電流値は図７のように変化する。

【００１２】この状態において、前記第１位置からウィ
ービング中心（Ｃ）まで移動する間の電流の積分値とウ
ィービング中心（Ｃ）から第２位置まで移動する間の電
流の積分値とが相異なってしまう。従って、溶接トーチ
１０が溶接中心線２５を確かに追跡しているにも係わら
ず、ウィービング中心（Ｃ）が溶接中心線２５から外れ
ていると判断され、よって制御手段で前記積分値が同一
値を保つよう、即ち溶接トーチ１０のウィービング中心
（Ｃ）が第１母材２０の方へ移動するように補正され
る。従って、溶接トーチ１０のウィービング中心（Ｃ）
が溶接中心線２５から第１母材２０の方に外れたまま、
即ち溶接トーチ１０が溶接中心線２５を正確に追跡でき
ない状態で溶接を行うようになる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】前記問題点を解決する
ための本発明の目的は、溶接トーチに対する母材の溶接
面の傾斜角度に係わらず、溶接中心線に対する溶接トー
チのウィービング中心の位置を正確に判断することによ
って溶接トーチが正確に溶接中心線を追跡しながら溶接
し得るように改善された自動溶接のアークセンシング方
法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに本発明による自動溶接のアークセンシング方法は、
溶接トーチのウィービング時、溶接トーチの下端と溶接
面間の距離変化によるアーク電流値の変化に基づいて溶
接中心線に対する溶接トーチのウィービング中心の位置
を調整する方法において、前記アーク電流の微分値を用
いて溶接中心線に対する溶接トーチのウィービング中心
の位置を検出する段階を含む。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき本発
明の好ましい実施の形態を詳細に説明する。先ず、図２
に示したように溶接トーチ１０はその中心軸と第１母材
２０の溶接面２１間の角度（θ）と、前記中心軸と第２
母材３０の溶接面３１間の角度（θ′）とが同一であ
り、且つそのウィービング中心（Ｃ）は溶接中心線２５
の垂直上方に位置する状態でウィービングしなから溶接
を行う。

【００１６】前述したようにウィービング時、溶接トー
チ１０はそのウィービング中心（Ｃ）を横切って第１位
置と第２位との間を往復移動する。溶接トーチ１０が第
１位置から第２位置まで移動する間、溶接トーチ１０の
下端と第１母材２０の溶接面２１又は第２母材３０の溶
接面３１間の垂直距離は図３のように変化し、アーク電
流値は図４のように変化する。

【００１７】このように変化するアーク電流を微分すれ
ば図８のようになる。即ち、第１位置から溶接中心線２
５までの電流の微分値は所定の負の値（−ａ）を有し、
溶接中心線２５から第２位置までの電流の微分値は正の
値（＋ａ）を有する。前記各微分値の絶対値は相同であ
る。そして、ウィービング中心（Ｃ）における微分値は
“０”となる。

【００１８】もし、溶接トーチ１０のウィービング中心
（Ｃ）が第２母材３０の方に外れると、溶接トーチ１０
がそのウィービング中心（Ｃ）上に位置する時のアーク
電流の微分値は“０”でない正の値（＋ａ）を有し、よ
って溶接トーチ１０はそのウィービング中心（Ｃ）と溶
接中心線とが一致するように別途の制御手段（図示せ
ず）により実時間で位置補正される。これに対して、溶
接トーチ１０のウィービング中心（Ｃ）が第１母材２０
の方に外れると、溶接トーチ１０がそのウィービング中
心（Ｃ）上に位置する時のアーク電流の微分値は負の値
（−ａ）を有し、よって溶接トーチ１０はそのウィービ
ング中心（Ｃ）と溶接中心線２５とが合うように制御手
段により実時間で位置補正される。

【００１９】一方、図５に示したように溶接トーチ１０
のウィービング中心（Ｃ）が溶接中心線２５の垂直上方
に位置する状態で、第１母材２０の溶接面２１と溶接ト
ーチ１０間の角度（θ１）が第２母材３０の溶接面３１
と溶接トーチ１０間の角度（θ２）が相異なる場合は、
前記第１位置における溶接トーチ１０の下端と第１母材
２０の溶接面２１間の垂直距離（Ｈ２）と、第２位置に
おける溶接トーチ１０の下端と第２母材３０の溶接面２
１間の垂直距離（Ｈ３）とが相異なってしまう。ここ
で、溶接トーチ１０が第１位置から第２位置に移動する
間の該溶接トーチ１０の下端と第１母材２０の溶接面２
１又は第２母材３０の溶接面３１間の垂直距離は図６の
ように変化し、アーク電流値は図７のように変化する。

【００２０】図７のように変化する電流の微分値は前記
図９のようになる。即ち、第１位置からウィービング中
心線（Ｃ）までの電流の微分値は負の第１値（−ｂ）を
有し、ウィービング中心線（Ｃ）から第２位置までの電
流の微分値は正の第２値（＋ｃ）を有する。前記電流変
化曲線の傾斜が相異なるので、前記第１値（−ｂ）と第
２値（−ｃ）の絶対値も符号も相異なる。しかし、溶接
中心線２５における微分値は“０”となる。即ち、溶接
トーチ１０が溶接中心線２５を正確に追跡している状態
では溶接トーチ１０のウィービング中心（Ｃ）が溶接中
心線２５に沿って行き、よって溶接トーチ１０とそのウ
ィービング中心（Ｃ）とが一致する時アーク電流値の微
分値は“０”となる。従って、従来の方法とは違って母
材２０，３０が傾いた場合でも正確な判断が可能であ
る。

【００２１】もし、母材２０，３０が図５のように傾い
た状態において溶接トーチ１０のウィービング中心
（Ｃ）が例えば、図１０に示したように第２母材３０の
方に外れると、溶接トーチ１０がウィービング中心線
（Ｃ）に位置する際の前記溶接トーチ１０の下端と溶接
面３１との垂直距離（Ｈ５）は、溶接トーチ１０の下端
と溶接中心線２５間の垂直距離とは異になる。そして、
第１位置における溶接トーチ１０の下端と第１母材の溶
接面２１間の垂直距離はＨ４となり、第２位置における
溶接トーチ１０の下端と第２母材の溶接面３１間の垂直
距離はＨ６となる。

【００２２】ここで、溶接トーチ１０が前記第１位置か
ら第２位置に移動する間、該溶接トーチ１０の下端と第
１母材２０の溶接面２１又は第２母材３０の溶接面３１
間の垂直距離及び電流はそれぞれ図１１及び図１２のよ
うに変化する。

【００２３】さらに、図１２のように変化する電流の微
分値は図１３のような状態となる。即ち、溶接トーチ１
０が溶接中心線２５の垂直上方に位置する時のアーク電
流の微分値は“０”を保つに反して溶接トーチ１０とウ
ィービング中心（Ｃ）とが一致する時即ち、時間がｔ１
／２の場合のアーク電流の微分値は正の第２値（＋ｃ）
を有する。

【００２４】このように溶接トーチ１０がウィービング
中心（Ｃ）に位置する際の電流の微分値が正の第２値
（＋ｃ）を有するのは溶接トーチ１０のウィービング中
心（Ｃ）が第２母材３０の方へ外れているのを意味し、
よって溶接トーチ１０は制御手段によりそのウィービン
グ中心（Ｃ）と溶接中心線２５とが一致するように実時
間で補正される。

【００２５】前述したように、本発明によるアークセン
シング方法によれば、溶接トーチ１０に対する母材の位
置や溶接面の傾斜角に係わらず、溶接トーチ１０のウィ
ービング中心（Ｃ）の位置が正確に判断でき、よって溶
接トーチ１０が溶接中心線２５から外れたまま自動溶接
されることが防止できる。

【００２６】

【発明の効果】このように本発明によれば、溶接トーチ
に対する母材の位置に構わずに溶接トーチのウィービン
グ中心の位置が正確に判断でき、よって溶接トーチが溶
接中心線から外れたまま自動溶接されるのを防止し得
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 溶接トーチ及び溶接される母材を示した概略
的な斜視図である。

【図２】 図１のII−II線による断面図である。

【図３】 図２に示した状態で溶接トーチが第１位置か
ら第２位置に移動する間、溶接トーチの下端と母材の溶
接面との間の垂直距離の変化を示したグラフである。

【図４】 溶接トーチが第１位置から第２位置に移動す
る間、アーク電流の変化を示したグラフである。

【図５】 溶接トーチに対する母材の傾斜状態を示した
概略的な断面図である。

【図６】 図５のような状態で溶接トーチが第１位置か
ら第２位置に移動する間、溶接トーチの下端と母材の溶
接面との間の垂直距離の変化を示したグラフである。

【図７】 図６に示したように垂直距離の変化によるア
ーク電流の変化を示したグラフである。

【図８】 図４に示したように変化するアーク電流の微
分値を示したグラフである。

【図９】 図７に示したように変化するアーク電流の微
分値を示したグラフである。

【図１０】 溶接トーチのウィービング中心が溶接中心
線から外れ、母材は溶接トーチに対して傾いた状態を示
す概略的な断面図である。

【図１１】 図１０のような状態で溶接トーチが第１位
置から第２位置に移動する間、溶接トーチの下端と母材
の溶接面との間の垂直距離の変化を示したグラフであ
る。

【図１２】 図１０に示したように垂直距離の変化によ
るアーク電流の変化を示したグラフである。

【図１３】 図１２に示したように変化するアーク電流
の微分値を示したグラフである。

【符号の説明】

１０ 溶接トーチ ２０ 第１母材 ２１ 溶接面 ２５ 溶接中心線 ３０ 第２母材 ３１ 溶接面 Ｃ ウィービング中心

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接トーチのウィービングの時、溶接ト
   ーチの下端と溶接面間の距離変化によるアーク電流値の
   変化に基づいて溶接中心線に対する溶接トーチのウィー
   ビング中心の位置を調整する自動溶接のアークセンシン
   グ方法において、 前記アーク電流の微分値を用いて溶接中心線に対する溶
   接トーチのウィービング中心の位置を検出する段階を含
   むことを特徴とする自動溶接のアークセンシング方法。
2. 【請求項２】 前記溶接トーチのウィービング中心にお
   ける前記アーク電流の微分値が０でなければ、前記溶接
   トーチのウィービング中心におけるアーク電流の微分値
   が０となるように前記溶接トーチの位置を調整する段階
   をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の自動溶
   接のアークセンシング方法。