JPH10291075A - アークセンサー倣い制御方法 - Google Patents

アークセンサー倣い制御方法

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JPH10291075A
JPH10291075A JP11422897A JP11422897A JPH10291075A JP H10291075 A JPH10291075 A JP H10291075A JP 11422897 A JP11422897 A JP 11422897A JP 11422897 A JP11422897 A JP 11422897A JP H10291075 A JPH10291075 A JP H10291075A
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真二 児玉
Yasutomo Ichiyama
靖友 一山
Yasuyuki Ikuno
康之 生野
Norimitsu Baba
則光 馬場
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接ワイヤを開先内で揺動させるガスシール
ドアーク溶接で精度の良い開先倣い制御を可能とする。 【解決手段】 溶接ワイヤー揺動位置が右側所定領域に
あるときの平均溶接電流値または平均溶接電圧値と揺動
位置が中央所定領域にあるときの平均溶接電流値または
平均溶接電圧値の差をＳR 、揺動位置が左側所定領域に
あるときの平均溶接電流値または平均溶接電圧値と揺動
位置が中央所定領域にあるときの平均溶接電流値または
平均溶接電圧値の差をＳL として、それぞれの和ＳR ＋
ＳL が予め設定された基準値Ｖ1 と等しくなるように溶
接ワイヤーの揺動振幅制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は鋼管や厚板等の構造
部材の溶接において、アークセンサーによって開先をリ
アルタイムで倣う自動溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図７に一般的な開先内での溶接ワイヤ揺
動状況を示す。図中には倣い制御軸として開先中心を倣
うための揺動中心制御軸１８、溶接ワイヤー突き出し長
さを一定にするためのトーチ高さ制御軸１９、開先幅変
動に応じた揺動を行うための揺動振幅制御軸２０を示し
ている。
【０００３】従来のアークセンサー倣いは開先中心倣い
を対象とする場合が多く、例えばウィービング溶接にお
いて開先中心線を倣う特開昭５８−１１２６６１や、高
速回転アーク溶接において開先中心を倣う特開昭５７−
９１８７７が挙げられる。
【０００４】しかしながら、溶接対象部材の組立て状況
や溶接時の熱変形によって開先形状も変化する場合が多
く、上記開先中心倣い制御を揺動振幅もしくは回転半径
を一定に保ったまま行うと、開先幅が所定の幅よりも広
がるにつれて倣い遅れによるビードの偏りが生じたり、
また開先幅が所定の幅よりも狭くなると溶接アークが開
先壁面を削りアンダーカット等の溶接欠陥が生じてしま
う。このため開先幅の変動に応じた揺動振幅制御が不可
欠となる。
【０００５】開先幅変動の対策としては、特開平５−２
３８５６号公報に示されるように開先左右でのアーク電
圧の和を検出し、それを予め与えられた設定値と比較す
ることによって揺動振幅倣い制御を行うものがある。し
かしながらアーク電圧は、溶接姿勢やシールドガス種の
変化によって設定を変えるものであり、また１次電源電
圧の変動や溶接ワイヤーの短絡状況によっても大きく変
化してしまう。つまり上記揺動振幅制御では種々の溶接
条件に応じてその都度設定値を変更する必要がある。特
に鋼管等の全姿勢溶接のようにいくつもの溶接条件に連
続して変更する場合は前記設定値の変更が非常に困難と
なる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
課題を解決するためになされたもので、種々の溶接条件
変化に対しても所定の設定のみで開先倣い制御を可能と
するアークセンサー倣い制御法を提供することを目的と
する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明の要旨とす
るところは、（１）アークセンサー倣い制御方法におい
て、溶接ワイヤー揺動位置が右側所定領域にあるときの
平均溶接電流値または平均溶接電圧値と揺動位置が中央
所定領域にあるときの平均溶接電流値または平均溶接電
圧値の差をＳR 、揺動位置が左側所定領域にあるときの
平均溶接電流値または平均溶接電圧値と揺動位置が中央
所定領域にあるときの平均溶接電流値または平均溶接電
圧値の差をＳL として、それぞれの和ＳR ＋ＳL が予め
設定された基準値Ｖ1 と等しくなるように溶接ワイヤー
の揺動振幅制御を行うことを特徴とするアークセンサー
倣い制御方法、（２）前記ＳR およびＳL を予め設定さ
れた非線形関数で変換することを特徴とする前記１記載
のアークセンサー倣い制御方法、（３）前記ＳR とＳL
の差が零となるように溶接ワイヤーの揺動中心制御を行
うことを特徴とする前記１又は２記載のアークセンサー
倣い制御方法、（４）揺動１周期の平均電流値が予め設
定された基準値Ｉ1 と等しくなるようにトーチ高さ制御
を行うことを特徴とする請求項１又は２又は３記載のア
ークセンサー倣い制御方法にある。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下に本発明を図面を用いて詳し
く説明する。図１（ａ）は開先幅が広い場合の溶接ワイ
ヤー揺動位置と溶接電流、溶接電圧の関係を、図１
（ｂ）には揺動振幅を変化させずに開先幅を狭くした場
合の溶接ワイヤー揺動位置と溶接電流、溶接電圧の関係
を示す。横軸に示す記号について、Ｒはワイヤー揺動右
端、Ｌはワイヤー揺動左端、Ｃ１はワイヤーが右端に向
かう途中の揺動中心位置、Ｃ２はワイヤーが左端に向か
う途中の揺動中心位置を示す。
【０００９】ワイヤー揺動に伴う電流、電圧波形の変化
を調べると、揺動端Ｒ又はＬで溶接電流は増加し溶接電
圧は降下する。また揺動中心Ｃ１又はＣ２では溶接電流
は降下し溶接電圧は増加する。
【００１０】そこでＲ、Ｌ、Ｃ１、Ｃ２におけるそれぞ
れの所定領域（所定領域とは溶接電流、溶接電圧のノイ
ズ成分を除去するための範囲であり特に制限はないが、
Ｒ、Ｌ、Ｃ１、またはＣ２を中心とし揺動１周期の１／
４以内の広がりにすることが望ましい）での平均電流値
又は平均電圧値を求め開先幅の推定を行う。例えば揺動
中心の平均溶接電圧６及び８と揺動端の平均溶接電圧５
及び７との差（６−５）及び（８−７）について開先幅
の大小による比較をおこなうと、開先幅が広いときは
（６−５）及び（８−７）は小さく、開先幅が狭いとき
は（６−５）及び（８−７）が大きくなる。
【００１１】すなわち（６−５）をＳR 、（８−７）を
ＳL とおくと、それぞれの和ＳR ＋ＳL と予め設定され
た基準値Ｖ1 を比較し、ＳR ＋ＳL がＶ1 よりも大きい
時は開先幅が狭いとみなして揺動振幅を小さくし、ＳR
＋ＳL がＶ1 よりも小さいときは開先幅が広いとみなし
て揺動振幅を広くすることによって開先幅変動に対応し
た揺動振幅制御行えるようになる。
【００１２】しかしながら、一般的に溶接条件は一定で
なく、例えば下向き姿勢の大電流溶接では溶接電圧を高
めに設定し、上向き姿勢の低電流溶接では溶接電圧を低
めに設定する。このような溶接条件において、揺動振幅
を一定にしたまま開先幅を変化させてＳR ＋ＳL を求め
ると、図２に示すように同一開先幅でも異なる値となり
良好な揺動振幅制御が出来なくなる。
【００１３】そこでＳR およびＳL を図４に示すステッ
プ関数Ｆ（Ｖ）で変換し、ＳR ＋ＳL の代わりにＦ（Ｓ
R ）＋Ｆ（ＳL ）を求め、図２と同様に示したものが図
３である。図２と異なり、Ｆ（ＳR ）＋Ｆ（ＳL ）は溶
接条件によらず一定の値を示しており、溶接条件が異な
る場合でも良好な揺動振幅制御が行える。前述のＦ
（Ｖ）にはステップ関数を用いたが、シグモイド関数の
ような非線形関数を用いてもよい。
【００１４】一方、本発明では揺動中心倣い制御及びト
ーチ高さ倣い制御も同時に実施した。揺動中心倣い制御
は上述のＳR とＳL の差ＳR −ＳL を中心ズレ検出量と
しその値が零となるように中心軸制御を行う。また、ト
ーチ高さ制御は揺動１周期の平均電流値Ｉavg を高さズ
レ検出量としその値が予め設定された基準値Ｉ1 と等し
くなるようにトーチ高さ制御を行う。
【００１５】
【実施例】図５にはアークセンサーの制御システムを示
す。溶接電圧および溶接電流信号を直流増幅器９を通し
た後、溶接ワイヤー揺動軸から出力されるエンコーダパ
ルス１５で同期をとりながらＡ／Ｄ変換器１０に取り込
み、パーソナルコンピュータ１１にて制御量を求め、各
制御装置１２、１３、１４に出力する。図６には制御量
を求めるためのブロック図を示す。
【００１６】ステップ１では揺動１周期毎に、揺動振幅
制御用のＳR およびＳL 、揺動中心制御用のＳR −Ｓ
L 、さらにトーチ高さ制御用のＩavg を求める。ステッ
プ２ではＳR 、ＳL の非線形関数変換を行いその和Ｆ
（ＳR ）＋Ｆ（ＳL ）を求める。溶接条件が常に一定で
関数変換を行う必要のない場合は非線形関数変換を行わ
ずＳR ＋ＳL を求めても良い。
【００１７】ステップ３では制御量の安定化を図るため
各軸に対して揺動数周期での平均値を求める。平均回数
は各軸に対して独立して設定できる。
【００１８】ステップ４では各軸について求めた平均値
と予め設定された基準値Ｖ1 （揺動振幅制御用基準
値）、零（揺動中心制御用基準値）、及びＩ1 （トーチ
高さ制御用基準値）との差を求め、その値を制御量とし
て各制御装置１２、１３、１４に出力する。この一連の
作業を繰り返すことによってオンラインの倣い制御を行
いつつアーク溶接を行うことが出来る。
【００１９】実際に厚板の下向き突き合わせ溶接を行
い、その倣い制御を行いその効果を調べた。母材は板厚
２０ｍｍのＳＭ４００鋼で、開先はルートギャップが４
ｍｍから８ｍｍまで直線的に変化するＩ形開先である。
シールドガスにはＡｒ（８０％）−ＣＯ2 （２０％）混
合ガスを使用した。
【００２０】表１に、揺動振幅制御を行わず揺動中心制
御及びトーチ高さ制御を行った場合と揺動振幅制御，揺
動中心制御，トーチ高さ制御全てを行った場合の倣い結
果を示す。溶接条件は、条件１（電流３００Ａ、電圧２
８Ｖ、溶接速度７２ｃｍ／ｍｉｎ）を基本条件とし、溶
接電圧を高くした条件２（電流３００Ａ、電圧３０Ｖ、
溶接速度７２ｃｍ／ｍｉｎ）および、溶接電流を低くし
た条件３（電流２５０Ａ、電圧２４Ｖ、溶接速度４５ｃ
ｍ／ｍｉｎ）について比較した。また制御条件は全て同
一の条件とした。
【００２１】
【表１】
【００２２】揺動振幅制御無しの場合は、開先幅が狭い
ところで開先底部に融合不良が、開先幅の広いところで
はビードの偏りが生じていた。一方、揺動振幅制御有り
の場合は、同一の制御条件であるにも関わらず異なる３
種の溶接条件に対して欠陥のない良好な品質を保つこと
が出来た。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、鋼
管や厚板等の構造物の溶接において高精度な開先倣い制
御が可能となる。さらに様々な溶接条件に対しても良好
な倣い結果を示すため、溶接部品質の信頼性向上や自動
化溶接による省力化、高能率化が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）開先幅が広いときの溶接電流、溶接電圧
とワイヤ揺動位置の関係を示す図、（ｂ）開先幅が狭い
ときの溶接電流、溶接電圧とワイヤ揺動位置の関係を示
す図
【図２】開先幅変化時のＳR ＋ＳL をを示す図
【図３】開先幅変化時のＦ（ＳR ）＋Ｆ（ＳL ）を示す
図
【図４】非線形関数の例としてステップ関数を示す図
【図５】アークセンサー制御システムを示す図
【図６】本発明の制御量演算のためのブロック図
【図７】一般的な開先内でのワイヤー揺動状況を示す図
【符号の説明】
１ 右側揺動端所定領域での平均溶接電流値 ２ 左側揺動端に向かう途中の揺動中心所定領域の平
均溶接電流値 ３ 左側揺動端所定領域の平均溶接電流値 ４ 右側揺動端に向かう途中の揺動中心所定領域の平
均溶接電流値 ５ 右側揺動端所定領域の平均溶接電圧値 ６ 左側揺動端に向かう途中の揺動中心所定領域の平
均溶接電圧値 ７ 左側揺動端所定領域の平均溶接電圧値 ８ 右側揺動端に向かう途中の揺動中心所定領域の平
均溶接電圧値 ９ 直流増幅器 １０ Ａ／Ｄ変換器 １１ パーソナルコンピュータ １２ 揺動振幅制御装置 １３ 揺動中心制御装置 １４ トーチ高さ制御装置 １５ ワイヤー揺動用モータのエンコーダパルス １６ 開先 １７ 開先幅 １８ 揺動中心制御軸 １９ トーチ高さ制御軸 ２０ 揺動振幅制御軸 ２１ 溶接ワイヤー ＳR １−２または６−５ ＳL ３−４または８−７
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 馬場 則光 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アークセンサー倣い制御方法において、
    溶接ワイヤー揺動位置が右側所定領域にあるときの平均
    溶接電流値または平均溶接電圧値と揺動位置が中央所定
    領域にあるときの平均溶接電流値または平均溶接電圧値
    の差をＳR 揺動位置が左側所定領域にあるときの平均溶
    接電流値または平均溶接電圧値と揺動位置が中央所定領
    域にあるときの平均溶接電流値または平均溶接電圧値の
    差をＳL として、それぞれの和ＳR ＋ＳL が予め設定さ
    れた基準値Ｖ1 と等しくなるように溶接ワイヤーの揺動
    振幅制御を行うことを特徴とするアークセンサー倣い制
    御方法。
  2. 【請求項２】 前記ＳR およびＳL を予め設定された非
    線形関数で変換することを特徴とする請求項１記載のア
    ークセンサー倣い制御方法。
  3. 【請求項３】 前記ＳR とＳL の差が零となるように溶
    接ワイヤーの揺動中心制御を行うことを特徴とする請求
    項１又は２記載のアークセンサー倣い制御方法。
  4. 【請求項４】 揺動１周期の平均電流値が予め設定され
    た基準値Ｉ1 と等しくなるようにトーチ高さ制御を行う
    ことを特徴とする請求項１又は２又は３記載のアークセ
    ンサー倣い制御方法。
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