JPS5893575A

JPS5893575A - 溶接ト−チの位置認識方法および位置認識装置

Info

Publication number: JPS5893575A
Application number: JP56191460A
Authority: JP
Inventors: Seiji Takagi; 高木　政治
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1981-11-28
Filing date: 1981-11-28
Publication date: 1983-06-03

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は溶接アークをセンサー源とする溶接トーチの位
置認識方法および位置認識装置に関し、センサー精度を
決定する溶接チップ、ＴＩＧ電極の消耗に無関係に正し
く位置を認識することを目的としたものである。

従来、溶接位置を検出するセンサーとして、機械的倣い
ローラを使うもの、光を使うセンサー、磁気センサー等
、種々考え・られていたが、溶接という強いノイズ源で
使うため正しい位置の認識がある限られた場所でしか有
効でなかった。

すなわち、ローラに溶接のスパッタが付着するとか、ま
だ溶接時の強い光により光センサーの能力を不十分にす
る等のノイズがあり、従来の位置認識装置は不十分であ
った。

また従来のローラ、光センサー等の位置認識点と溶接位
置との間には、時間的２位置的位相差または距離があり
１．−被溶接材等が熱歪みを起した時には、それらのセ
ンサーでは有効性を発揮できなかった。

本発明は、このような従来の欠点を除去したものである
。

まず第１図、第２図は実験の過程から溶接アークをセン
サー源とする位置認識装置にも問題点が存在することが
判明したので、その問題点と制御原理を示したものであ
る。すなわち消耗電極ワイヤをセンサーとする制御方法
は第１図に示すように、ワイヤ突出長と溶接電流には一
定の関係がある。ワイヤ突出長をｙ（ｍｍ）とし、溶接
電流をＸ（アンペア）とすれば、ｙ＝に／ｘに近い関係
がある。ただし、ｋは比例定数である。しかし、溶接チ
ップが新品の場合、古くなった場合において、その比例
定数ｋが変化することが、実験で判明した。その実験例
が第１図の（イ）であり、また（口）である。（イ）は
溶接チップ新品時の、（ロ）は溶接チップ消耗時のそれ
ぞれ特性である。

第２図はその原因を示したものである。１は溶接ワイヤ
、２は溶接チップ、３は被溶接材、４はアーク発生部で
ある。またＰＯはワイヤ送給方向を示す矢印、ｐｌ　、
ｐ２　　、ｐ３はワイヤ１とチップ２との接触部、すな
わちチップ２からワイヤ１に電気を供給する給電点を示
す。そして左側の図（イ）はチップが新品の時を、また
右側Ｃ図（ロ）はチップが古くなった時をそれぞれ示す
。〆）の場合はワイヤ突出長は２２点から（ロ）の場合
は２３点から被溶接材３までの距離となり、見掛けのワ
イヤ突出長は（ロ）の場合も２２７点から被溶接材３ま
でで、（イ）と変らないが、ミクロ的に（イ）と（ロ）
のワイヤ突出長が変り、第１図のように異なった特性を
示す。なお、第１図のワイヤ突出長とは、第２図の（イ
）、（ロ）に無関係に２２点、２２７点と被溶接材３ま
での距離ｙをいう。溶接法上、通常ｙを所定長さに保つ
ことが心掛けられている。ところで、第１図においそ溶
接チップ新品時にワイヤ突出長をｙ。、その時の電流を
ＸＯとすれば比例定数にはｋ　＝　Ｎｏ７ｇとなる。

ところでチップが古くなれば、同じＹｏを得るにも、△
Ｘ６電圧を変更しなければ、元の式からはｙ。

を得ることはできない。すなわち第１図において、７・
＝（・。−△・。）　と７６゜すなわちチップ新品時に定めだ、溶接電流ｘ。

で絶対位置原点を定めることはできず、チップが古くな
るに従い、その絶対原点に相当する溶接電流を順次ＡＸ
Ｏづつ補正しなければ、正いり溶接位置の認識をするこ
とができない。

本発明は、このように補正された絶対原点（絶対原点を
示す溶接電流、すなわちメモリーに記憶される電気量）
と、時々刻々の溶接トーチ位置（時々刻々の溶接電流、
すなわちメモリーに記憶されない電気量）七を比較演算
し、溶接トーチの位置を認識し、補正する制御方法と装
置である。

以下、本発明による装置の一実施例を第２図と同等部分
には同一番号を付し第３図に示す。図において６は溶接
電源、６は溶接トーチ、７はシャント、ＣＴ（カーレン
ト・トランス・フォーマ）等の溶接電流検出器、８は溶
接位置認識に必要な溶接電流信号を選択的に通すフィル
ター、９は増巾器、１０はスイッチ、１１はスイッチ１
０を通った信号を記憶するメモリー、１２はメモリー１
１の出力と増巾器９の出力を時々刻々比較し、演算する
比較演算器であり、溶接チップが新品の時は、メモリー
内容Ｘ。と任意電流信号Ｘとを第１図の（イ）のカーブ
で演算し、位置の信号ｙを演算する。すなわち、ｙ　＝
に／ｘ　＝　（ｘ□　ｙＯ）／ｘとして算出される。な
お、ｙｏは予め明らかな時、曲成が成立する。また溶接
チップが古くなった時は、す、ｋ＝Ｖｏ（！ｏ−△ｘＯ
）となり、前記同様、ｙ−３’０（”０−△ｘｏ）／ｘ
より、Ｘからｙが求められる。

すなわち溶接チップが古くなった時は、第１図の（ロ）
のカーブより求められる。なお、比較演算器１２では、
ｙとＸの関係を演算したが、必ずしも演算する必要がな
く、メモリー１１の値と増巾器９の値を比較し、比較の
度にデジタル的に（ＯＮ。

ＯＦＦ的に）一方向へ一定量のみ所望の方向に、溶接ト
ーチを移動させる方法でもよい。

１３は比較演算器１２の電気量に従って、モータ・ガバ
ナ等に溶接トーチの移動方向（モータ回転方向）、溶接
トーチの移動量（モータの回転数等）等の命令を与える
命令回路である。１４はモータ・ガバナであり、モータ
の回転数１回転方向等の制御を行うものである。１５は
カウンターまたはタイマーであり、所望の時間または所
望のカウント数に定めておく。すなわち絶対原点となる
基準の信号をメモリーに保管する時間間隔をカウンター
にセントし、セットした時間になれば一定時間パルス信
号が発生するようにする。１６は位置変更確認回路であ
り、命令回路１３により位置変更がなされれば、位置変
更確認回路１６より一定時間パルス信号を出すものとす
る。１７はアンド回路であり、カウンター（タイマー）
１６と位−置変更確認回路１６の信号が同時に存在した
時、スイッチ１０を一定時間だけ閉じる回路である。

そして１その他の時間ではスイッチ１ｏは開いているも
のとする。すなわちスイッチ１ｏが閉じた瞬時のみ増巾
器９の出力信号をメモリー１１にスイッチ１ｏを介して
記憶する。すなわちスイッチ１ｏは溶接トーチの位置が
変更された直後の正しい、位置ｙと溶接電流による電気
量Ｘの関係がメモリー１１に記憶される。

なお、第４図はスイッチ１０の動作を説明しており、同
図（イ）における矩形波形はスイッチ１０が閉じる直前
の位置修正時間を示しており、同図（ロ）における同波
形はスイッチ１０が閉じる時間を示している。Ｔｌ、Ｔ
２．Ｔ３はカウンターまたはタイマーによる時間である
。

さらに１８は溶接トーチ６と溶接トーチ位置補正装置等
を塔載した溶接方向に走る台車、１９はその台車１８の
ローラ（２個のみを示す）であり、被溶接材３の上を走
行する。２ｏは溶接トーチ６を台車１８上に、前記Ｖ方
向移動可能の状態に連結させた連結治具、２１はモータ
であり、台車１８に固定されている。２２はモータ２１
の回転軸と連結された回転ねじである。すなわ□ち連結
治具２０は回転ねじ２２とその回転ねじ２２で連結され
ている。そして連結治具２ｏと被溶接材３の間隔、すな
わちＹ、！：Ｙの方向の距離をモータ２１で調整する。

なお、本装置による位置調整方向は、第３図に示した方
向だけでなく、溶接に際してのあらゆる方向の認識に対
して可能性があることはいうまでもない。また隅肉溶接
、開先内溶液等の溶接線の認識に対しても可能性がある
。

また本制御方法は第６図のような非消耗電極式アーク溶
接の場合にも有効である。

第６図において、２３はＴＩＧ溶接用のタングステン電
極等の非消耗電極、２４は電極２３と被溶接材３の間の
電圧を検出する検出線（検出器）、６は非消耗電極用の
溶接電源を示す。すなわち第５図の場合は第１図と異な
り、溶接電圧を検出線２４で検出し、かつフィルター８
を介して増巾器９で前記電圧信号を増巾し、第１図と同
様な信号処理を行うことを示している。

第６図は、第６図で示した電極２３の新品時と電極２３
の消耗時によって、アーク電圧（Ｘで仮に示す）と例え
ば連結治具２０と被溶接材３の間隔（ｙで示す）との関
係は、電極新品時（第６図（イ））、電極消耗時（第６
図仲））というように変ることを示したものである。

すなわち、非消耗電極アーク溶接の場合も、消耗電極式
アーク溶接と同様の制御方法が適応できる。

第７図は、第１図に示した増巾器９に近いム点と比較演
算器１２に近いＢ点との間に、第７図のスイッチ２６と
一時メモリー２６を挿入した別の実施例を示す。２７は
位置検出器であり、溶接トーチ６の位置補正がしたい位
置を示す信号をスイッチ２６に送り、その時だけスイッ
チ２５が閉じる信号を送る装置である。２６はスイッチ
２６からの信号を一時記憶する一時メモ゛リーであり、
スイッチ２６からの信号を一時的にメモリーする回路で
ある。なお、スイッチ１０．２５はアナログスイッチ等
が考えられる。またこれらの制御をマイクロコンピータ
で行うとｙも可能である。特に、メモリー、比較演算処
理は増巾器９の出力をム／Ｄ変換して、マイクロコンピ
ュータで行つことができる。

以上のように本発明の溶接トーチの位置認識方法および
位置認識装置によれば、次のような効果がある。

（１）溶接アークをセンサー源としているので、溶接チ
ップ消耗、タングステン電極等の電極の消耗のある場合
にも、正確に溶接トーチ位置の認識が可能である。

（２）従来にない、溶接ノイズに強い、アークそのもの
を溶接センサー源とする溶接線追従装置の実現が可能で
ある。

（３）あらゆる溶接用台車制御、また溶接用ロボットの
位置認識センサーとしそも有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図はワイヤ突出長に対する溶接電流特性図、第２図
（イ）（ロ）はそれぞれ溶接チップ部の断面図、第３図
は本発明による一実施例の溶接トーチの位置認識装置の
ブロック図、第４図（イ）（ロ）は同装置におけるスイ
ッチの動作特性図、第５図は本発明による他の実施例の
溶接トーチの位置認識装置の要部のブロック図、第６図
は同装置のアーク電圧特性図、第７図は第３図の装置に
おける要部の他の例のブロック図・である。１・・・・・・溶接ワイヤ、２・・・・・・溶接チップ
、３・・・・・・被溶接材、４・・・・・・アーク発生
部、６・・・・・・溶接電源、６・・・・・・溶接トー
チ、７・・・・・・溶接電流検出器、８・・・・・・フ
ィルター、９・・・・・・増巾器、１ｏ・・・・・・ス
イッチ、１１・・印・メモリー、１２・旧・・比較演算
器、１３・・・・・・命令回路、１４・・・・・・モー
タ・ガバナ、１５・・・・・・カウンターまたはタイマ
ー、１６・・・・・・位置変更確認回路、１７・・・・
・・アンド回路、１Ｂ・・・・・・台車、１９・・・・
・・ローラ、２Ｑ、・・・・・・連結治具、２１・・・
・・・モータ、２２・・・・・・回転ねじ、２３・・・
・・・非消耗電極、２４・・・・・・検出線（検出器）
、２６・・・・・・スイッチ、２６・・・・・・一時メ
モＩＪ−，２７・・・・・・位置検出器。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アーク電流もしくはアーク電圧を検出し、その電
気量を所望の形に加工し、溶接トーチを所定位置に変更
した後、前記いずれかの電気量を記憶し、かつ記憶後前
記加工された電気量と前記記憶された電気量とを比較演
算し、その演算後の命令に従い、溶接トーチを所望の方
向に移動し、さらに所望時間毎に溶接トーチを所望位置
に変更した後再度電気量を再記憶し、前記の比較演算、
溶接トーチ位置変更を繰返して行うことを特徴とする溶
接トーチの位置認識方法。
（２）　　アーク電流もしくはアーク電圧を検出する検
出器と、その検出器により検出された電気量を所望の形
に加工するフィルターと増巾器と、その加工された電気
量をスイッチを介して記憶するメモリーと、そのメモリ
ーに記憶された電気量と前記加工された電気量とを比較
演算する比較演算器と、その比較演算器の出力を入力信
号とし溶接トーチを所望の位置に移動させるモータに命
令信号を与える命令回路とを備え、前記スイッチは所望
時間毎をカウントするカウンターまたはタイマーとその
タイミングで溶接トーチの位置が修正されたことを確認
する位置変更確認回路とのアンド出力があった時のみ一
定の時間開じその他の時間では開いていることを特徴と
する溶接トーチの位置認識装置。