JPS5985374A

JPS5985374A - 溶接線自動倣い方法

Info

Publication number: JPS5985374A
Application number: JP57195248A
Authority: JP
Inventors: Eizo Ide; 栄三井手; Hiroshi Fujimura; 藤村　浩史
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1982-11-09
Filing date: 1982-11-09
Publication date: 1984-05-17
Also published as: DE3369261D1; US4525619A; EP0111110B1; EP0111110A1; CA1205145A; DE111110T1; ATE25021T1

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】本発明は消耗電極を使用するガスンールドアーク溶接例
えば・ｆルス電流溶接等における１８接線倣い方法に関
する。

各種構造物の溶接組立の自動化において、浴接品質を保
証するためには、ｄ接開先棺度幅誤差に対し、溶度トー
チの遅進を追従さぜることが重要であシ、この溶接品質
１ｌＩＧ保のために従来では検出機構を用いることが提
案されていた。

しかし、この検出機構は開先面にセノザを取シ付けたフ
開先幅を画像上ンーサにて処理することによシ耐熱、耐
ノイズ、取扱いの複雑さ、アーク光などのため、信頼性
が欠けていた。

このため、本発明は上述の欠点に鑑み、高信頼性を有す
る溶接線自動倣い方法全提供することを目自勺とする。

かかる目的を達成するため本９＾明としては、溶接トー
チのチップを通して消耗電極を被溶徽物の溶接線に向け
て供給するとともに、溶接ト−ｙ−をオシレートさせて
溶接を行なうアーク溶接において、溶接電流の平均値及
び実効値、消耗電極送給速度、およびチップと被溶接物
との間の電圧を検出し、これらを演算器に入力して上記
検出値を演算処理してアーク長ＬＡと上記チップからの
消耗電極の突出し長さＬｏとの和であるチップ・溶接金
属間距離Ｌ　（Ｌ　＝ＬＡ＋Ｌｇ）を求め、少くとも２
個の所定のオシレート位置における上記チップ・溶接金
属間距離りの差分からトーチのオシレート中心位置と被
溶接物によって構成される継手の中心位置の偏差を検出
し、上記オシレート中心位置と継手の中心位置との相対
位置関係が設定どおりになるように常にトーチ位置を制
御してアーク点が溶接線を自動的に倣うことを特徴とす
るものである。

以下、本発明の溶接ＦＪＩ＆動倣い方法を図面を参照し
て詳細に説明する。

第１図は本発明による溶接線自動倣い方法を説明するア
ーク溶接回路と演算処理回路の構成図である。第１図に
おいて、溶接トーチ１は溶接用電源等を具える溶接装置
２とターミナルＡにて接続されるとともにｄ接トーチ１
の先端部には中心にチツ７″３が取付けられその外周に
シール）’ガス２１ｔ”噴出させるシールドノズル４が
取付けられている。そして、溶接トーチ１の基端部から
リール５に巻かれた消耗電極であるワイヤ６がワイヤ送
給モータ７で駆動される送シローラ８によって送り出さ
れ７容被トーチ１の中心部を軸方向に挿通されてチップ
３の先端部から突出しその先端が溶解していく。このワ
イヤ６はワイヤ送給モータ７の駆動制御電源９によって
その送シ速度が調整制御される。また浴接１・−チ１の
基端部は駆動モータ１０を具えたオシレート装置１１に
取付けられ、被溶接物１２の溶接線に対しオシレート運
動するようになっている。１３は前記駆動モータ１０を
駆動さぜる制御電源である。オシレート装置１１は駆動
モータ１４を具えた上下移動装置１５に取付けられ、上
下移動装置１５は駆動モータ１６を共えた左右移動装置
１７に取付けられ、これらによって被溶接物１２に対す
るチップ３の先端の位置を変えることができるようにな
っている。

なお、前記左右移動装置１７は台車（図示省略）に連結
されているアーム１８に支持されてオリ、アーム１８に
よシ溶接トーチ１１オシレート装置１１、上下移動装置
１５、左右移動装置１７　Ｆ′？；の溶接付属装置は俗
接線にそってオ？勤される。図中、１９はワイヤ先端部
に発生するアーク、２０は溶接金属、２１はシールドガ
スである。

コノような装置ｄにおいて、例えば・ぞルス％　（Ａｔ
溶接であるクリーンマグ溶接の場合のように、浴接電流
■が・臂ルス状となる場合でも溶接制御が可能となるた
めに、溶接電流の平均値と実効１°１［買　ワイヤ送給
速１ＪＪＬｖ、アーク電圧ＶＡ１　ワイヤ突出長り。、
アーク長ＬＡ等の間には一定の関数１因係があることが
実験的に求められている。

そこで、溶接制御に必要な変数として、ワイヤ送シ速度
Ｖ、浴接電流の平均値と実効値、およびテップ・被溶接
物間の電圧Ｖを検出する検出器が上記装置に備えられて
いる。ワイヤ送給速度Ｖを検出する検出器２２が送りロ
ーラ８に取付けられていて検出器２２のアナログ出力は
アナログ・デジタル変換器（以下、へｔ変換器という）
２３を介してデジタル化してデジタル式演算器２４に入
力される。また、チップ３と被溶接物１２とのＭＬ圧Ｖ
はポテンショメータ等の電圧検出器２５がそれらの間に
接続されその出力信号は％変換器２６を介して演算器２
４に入力される。さらに、溶接′出、流工を検出するた
めに溶接装置２と被溶接物１２との間にシャント等の電
流検出器２７が設けられ、その出力信号から溶接Ｘ流の
平均値ＩＡと実効値Ｉ、を平均電流検出兼Ａ７．変換器
２８．と実効電流検出前Ａ７．変換器２８２によって求
めると共にノリも変換して演算器２４へ入力する。なお
この装置では、溶接トーチ１が溶接開先内でオシレート
されるので、溶接トーチ１の位置が制御要素として必要
であシ、そのためオシレート装置１１にはそのＩＩ時位
ｉ直を検出するオシレート位置検出器２９が設りられ、
その出力は４〕変換器３０を介して演３′ン器２４へ入
力される。また演算器２４にはあらかじめチップ３と被
溶接物１２の距離即ち、チップ・溶接金属間距離ＬＤを
設定するための設定器：３１がＡＡ変換器３２を介して
設けである。

演算器２４内には、上記入力信号群をもとに溶接トーチ
１の位置制御址全算出する回路が組込まれており、その
出力である左右移動制御１６号はデジタル・アナログ変
換器（、／Ａ変換器という）　３３を介して、前記左右
移動装置１７の駆動モータ１６の電源であるモータ制御
電源３４に入力される。−１だ、上下移動制御信号はＤ
／Ａ変換器３５を介し−Ｃ１前記上下移動装置１５の駆
動モータ１４の電源でめるモータ制御電源３６に人力さ
れる。

上記の各検出器によって検出されたアナログ信号はＡろ
変換器によってデ・シタ／Ｌ、量に変換され、演算器２
４に加えられる。ところで、Ｉ　：溶接電流、 ■Ａ：溶接電流の平均値、ＩＰ、：溶接電流の実効値、Ｖ　：ワイヤ送給速度、Ｖ：チップ３と被溶接材１２間の′１ホ圧、しい：チッ
プ３の先端からアーク１９までのワイヤ突出し長さ、ＬＡ：ワイヤ６の先端から溶接金属２０までのアーク長
、Ｌ：チップ３の先端から溶接金属２０−！ｌ：での距離
、 ■８：ワイヤ突出部での電圧降下、 ■Ａ＝アーク電圧、とすると上記の諸量の間には近似的に下記の関数関係が
ある。

ＬＢ＝　ｆｔ（Ｉ、Ｉ、、ｖ）　　・・・・・　（１１
Ｖ、＝ｆｔ（ＩＡ、ｖ、ｉ、、）　　　、、、、、、　
　（２）Ｖ＝Ｖ−Ｖ、　　　　　　　・・・・・・　（
３）ＬＡ＝　ｆ３（ＩＩ、　ＶＡ）　　　−−（４１Ｌ
　　＝ＬＡ＋ＬＦ、　　　　　・・・・・・　（５）こ
とに（１）式は文献「溶接学会　溶接法委員会１９８０
年７月、電流制御アーク溶接に関する研究」により、（
４）式は文献［溶接アーク現象増補版、産報、安藤公平
他Ｐ１０５Ｊにより、（２）式の具体的な形は実験によ
ｐそれぞれ与えられる。（３）式及び（５）式は図から
明らかである。

したがって、これらの式を演算器２４にグロダラムして
おき、（１３式により溶接電流の平均値■□、実効値工
Ｅ、及びワイヤ送給速度Ｖからチップ３の先端からのワ
イヤ突出し長さり、が求められる。

（２）式により、溶接電流の平均値工□、ワイヤ突出し
長さＬＪ、！及びワイヤ送給速度Ｖの入力によってワイ
ヤ突出部の電圧ｖＦｌが求められる。

（３）式により、チップ３と被溶接物１２間の電圧Ｖと
ワイヤ突出部のべ圧Ｖつの入力によってアーク電圧ｖＡ
が求まる。

（４）式によシ、＃接１「流の平均値工。とアーク電圧
■□の人力によってアーク長ＬＡが求まる。

（５）式により、上記演ｑ−で得られたＬ８とＬＡの和
としてチップ・溶接金属間圧１前りが求まる。

つ冬゛に、チップ・溶接金属間距離設定器３１とＤ７．
変換器３２とによシ、デジタル値ＬＤを演算器２４へ入
力する。先に求められたワイヤ突出し長さＬ　とアーク
長ＬＡのデジタル和（ＬＦ、＋ＬＡ）とチップ・溶接金
属間設定値ＬＤとを演算器２４で比較する。比較した結
果をρつ、変換器３５を通じモータ制御電源３６に出力
し、モーター６を駆動して、上下移動装置１５によって
トーチ１を上下に移動する。例えば（ＬＢ＋ＬＡ）〉Ｌ
Ｄならばトーチ１を下方へ、（ＬＢ十ＬＡ）くＬＤなら
ばトーチ１を上方へ移動する。上述の様にしてチップ・
溶接金属間距離設定器３１によってチップ・溶接金属間
距離りを任意の値に制御できる。

一方、溶接トーチ１はオシレート装置１１によりオシレ
ートされる。溶接トーチ１をオシレートシないときにワ
イヤ６の延長上に４１ｉａ接物１２の継手の交点即ち溶
接線がある場合、溶接トーチは第２図に示す如く、オシ
レートの中心と溶接線の中心を結ぶ軸を中心にオシレー
トされる。浴接トーチ１のオシレートが紙面に平行に単
振ルＩＩまたはこれに近い運動をなすとすれば、オシレ
ート相対角度θチ（最大振幅に対する任意の振幅を１０
０分率で示したもの）に対するチップ・溶接金属間距離
りは第５図に示す形になる。これは溶接トーチ１のオシ
レート角度θがＯのとき、トーチ軸が水平面に対して４
５°の場合を示しだものである。

第５図ないし第７図はチップ・溶接金属間距離りと角度
θとが描くパターンから継手の中心位置と溶接トーチ１
のオシレート中心位置とのずれを求めるだめのノｆター
ンでおる。ここでは、オシレート位置がθ＝２５％とθ
＝７５％の時のチップ・溶接金属間距離りの平均点どお
しを直線で結び、θ＝１００％での外挿値ＬＲを得ると
共に、同様にオシレート位置がθ＝−２５係とθ＝−７
５チのときのチップ・溶接金属間用Ｘｔ　Ｌの平均点ど
おしを直線で結び、θ＝−１００チでの外挿値ＬＬを得
る。そして、この外挿値ＬＲ，ＬＬとを比較する。この
場合、オシレート位置はθ＝±２５ｑ６、±７５％、１
１００％を決めたが別にこの値に限るものではない。

第５図において、θ＝−７５ニー７５チ、θ＝−２５チ
、θ＝２５７５％の時のチップ・溶’ｒｊ２　金ＰＡ　
ＩＪ］　距１’；ｉＬＬ　（７）　平均値を’−７５　
ｒ　ＩＪ−２５＋　ｅ２ｓ　１４＋１とする。この場合
、角度θと距Ｐｌａ　Ｌのサンプリングをオシレートの
１周期とするとθ＝±２５％、θ＝±７５チにおけるｌ
の値は２個ずつあるので平均値をとるものとする。さら
に、第５図をθ−り座標面として（−７５、ｅ−７，）
と（、−２５、ｌ−２５）とを直線で結びθ＝−１００
チにおける距ｐ＋ｈ　Ｌの値をＬＬとする。同様に（２
５，４，）と（７５，１７，）とｆＬ直線で結びθ＝１
００％における距離りの値（ｃ　ｌ、Ｒとする。

実験の結果、ＬＬ−ＬＲ＝＋＝Ｏであれば、溶接トーチ
１がオンレートしないとき即ちオシレートの振巾がＯの
とき、ワイヤ６の先端は（？ｒ接物の溶接線に向ってい
る。すなイノぢ、ｒδ溶接トーチのオシレート振巾力１
“Ｏのときツイヤ６の延長上に溶接線があるようにする
ためには、距離りの角度θに対する軌跡でＬＬ−ＬＲ＋
Ｏトなるように溶接トーチの左右位置を制御すればよい
。

さらに第３図と第６図において、第３図はＴ６接トーチ
１をオシレートしないときにワイヤ６の延長上に溶接線
がない場合であって溶接トーチ１がｇ接Ｕの下板に近い
場合を示す。この場合、溶接トーチ１のオシレート面が
紙面に平行に単振動又はこれに近い運４ｂを行なつとす
れば、本シレート角度θに対するチップ・溶接金属間用
＾ｉｍ　Ｌは第６図に示す形となる。

第６図において、角度θの１周期におけるθ＝−７５％
、θ＝−２５％、θ＝２５％、θ＝７５％の時の距離り
の平均値を各々ｅ−，７５＋’−２５＋ｅ２５＋６７５
　　とする。ついで、第５図と同様、第６図をもθ−り
座標面として（−７５、Ｌ７５）と（−２５、Ｌ２５）
を直線で結びθ＝−１００チにおける距離りの値をＬＩ
、とし、また、（２５゜／ｂｓ　）　ト（７５、＆＊）
トｆ直１ｍ　テ結ヒ０　＝　１００係における距離りの
値をＬＲとする。

実験の結果、第３図のように溶接トーチ１が被溶接材１
２の下板に近づくと、θとＬの関係は第６図に示すよう
にな９その結果ＬＬ＞ＬＲとなる。よって、ＬＬ＞ＬＲ
のとき溶接トーチ１を上板に近づくように左右４多動装
置１７をモータ１６によって駆動しり、　−ＬＲ＝　Ｏ
になるようにすればオシレート中心線が溶接線に向うよ
うに溶接トーチ１を位置することができる。

第４図は第３図とは逆に溶接トーチ１が上板に近づいた
場合である。第７図は第４図のときに角度θと距離りと
が描くパターンを示す。溶接トーチ１が被溶接物１２の
上板に近づくと第７図に示すように屍とＬＲとの関係は
Ｌ長）ＬＬとなる。よってＬＲ＞ＬＬの場合、溶接トー
チ１を下板に近づけるように左右移動装置１７をモータ
１６にて駆動しＬＲ−ＬＬ二〇となるようにすれば、オ
シレート中心線が溶接線に向うように溶接トーチ１を位
置することができる。−□以上の操作手順はデジタル演
算器２４に予めプログラムされているのでアーク点は當
に溶接紛を追従するようになる。かくして、チップ・溶
接金属間距離Ｌｌ−１：直接中は一定の値ＬＤに保持さ
れると共に何らかの原因でアー２点が溶接線からはずれ
た用台でも自分自身で偏差分を検出し軌道修正すること
が可能である。

第８図（ａ）はクリーンマグ溶接機を用いた場合の溶接
電流の波形であり、第８図（ｂ）はかかる波形の浴接電
流の平均値と実効値の関係を図示したものである。但し
、第８図（ｂ）中で直ｋ　、ａは工。＝ＩＡの場合を示
し、直線すは実測の場合金示す。

本発明による溶接線自動倣い方法では、第８図（ａ）に
示されるように溶接電流がパルス波形であるため溶接電
流の平均値と実効値が異る場合でも、溶接結果に好まし
くない結果を及ぼすことはない。

従つ−Ｃ１本発明による溶接線自動倣い方法によれば溶
接電流が・ぞルス電流のように平均値と実効値が異るよ
うな場合でも溶接電流の平均値と実効値を検出し、これ
らを演算器に入力しで処理して、チップと被溶接物との
距真１ｆを自動的に制御するとともにオシレート角度を
溶接１ｊ！全中心に常に対称に制御するようにしたので
、最初はラフな溶接線の合せでも溶接トーチのオシレー
ト中心が修正され精度のよい溶接が行なわれる。したが
って、本発明による方法を溶接ａボットなどに適用する
ことによって、精度の高い無人化溶接が可能となる。

本発明の実施例ではＡ／　・Ｄ７．変換器を介してデジ
タル演算器で処理する例について説明したが、演算処理
はアナログ演算器によっても可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による溶接線自動倣い方法を説明するア
ーク溶接回路と演算処理回路の構成図、第２図は溶接線
を向く軸を中心としてトーチがオシレートする状態を示
す説明図、第３図及び第４図は溶接線からずれた位置を
向く軸を中心として溶接トーチがオシレートする状態の
二つの例を示す説明図、第５図は第２１￥１に示すオシ
レートの場合のチップ・溶接金属間距離の変化ツクター
／を示す線図、第６図は第３図に示すオシレートの場合
のチップ・溶接金属間距離の変化パターンを示す線図、
第７図は第４図に示すオシレートの場合のチップ・溶接
金属間距離の変化パターンを示す線図、第８図（ａ）は
溶接電流の波形を示した図、第８図（ｂ）は第８図（ａ
）に示される波形の平均値と実効値の関係を示した図で
ある。図面中、１は溶接トーチ、；３はチップ、６はワイヤ、１１はオシレート装置、１２は被溶接物、１５は上下移動装置、１７は左右移動装置、２２は回転ｔ５．検出器、２４は演ｎ：侶、２５は１ｄ圧値検出器、２７は電流検出器、２８、はＡ７．変換器を備えた平均電流検出器、２８□
はＡろ変換器を備えた実効電流検出器、２９はオシレー
ト位置検出器、３４．３６はモータ制御電源である。特許出願人三菱重工業株式会社復代理人弁理士　光　石　士　部（他１名）オ＠苅角支θＣ％ン第６因第７因　　　　　　　　　− く用対角良　θ（％）第８図（ａン（ｂ）ｔｏｏ　　　　　　２００　　　　　３００　　　　　
４００　　　　　５００Ｉａ（Ａ）

Claims

【特許請求の範囲】

溶接１・−チのチップを通して消耗電極を被溶接物の溶
接線に向けて供給するとともに溶接トーチをオシレート
させながら溶接を行なうアーク溶接において、溶接電流
の平均値及び実効値、消耗電極送給速度′、およびチッ
プと被溶接物との間の電圧を検出し、これらを演算器に
入力して上記検出値を演算処理してアーク長ＬＡと上記
溶接トーチのチップからの消耗電極の突出し長さＬＩｉ
ｉ　との和であるチップ・溶接金属間距離Ｌ（Ｌ＝ＬＢ
＋ＬＡ）を求め、少くとも２個の所定のオシレート位置
における上記チップ・溶接金属量比＋ｊｌｆｆｆｉ　Ｌ
の差分からトーチのオフレート中心位置と被溶接物によ
って構成される継手の中心位置の１Ｉｉｌ差ヲ検出し、
上記オシレート中心位置と継手の中心位置との相対位置
関係が設定どおりになるように常にトーチ位置を制御し
てアーク点が溶接線を自動的に倣うことを特徴とする溶
接線自動倣い方法。