JPS5987980A - オツシレ−ト幅自動制御法 - Google Patents

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】 使用するアーク浴接におけるオツンレートＩｌｌｉ＾自
動制御法に関し、開先幅の変ｒヒに従い）メーツンレー
・ト幅および溶接速度が自動的に変化するように企図し
たものである。

浴接線の開先幅が変化する場合は開先Ｉｌ９．ｔの変１
ヒに対応して自動的にオンジレート幅お・よひ溶接速度
を変化できれば欠゛陥のない爵接継手力刷られるが、開
先幅に対する格別な検１」鳥子ｆｃｆｆｌいることなく
オンジレート幅およびｍ接速度ヲ・１１動制御するアー
ク浴接ロボットは未だｎ−１現しておらず，簡単且つ容
易にオンジレート幅および浴接速度の自動制御ができる
に！接ロ７ｊ；′ソトの１１１現が望１れている。

本発明は斯かる要望に応え、ワイへ・を用いるアーク溶
接における俗接時の榮件であるＭ　Ｊ’？　’ｉｈ：流
、ワイヤ送給速度及びチップ−被浴接桐間の印加電圧を
検出することにより、これらの値に基づいて開先幅全算
出し、オ（ンシレート幅を自動制御するオツシレート幅
自動制御法全提供するものである。本発明の原理は一溶
接トーテをオソーシレートした場合チップと被酸接物間
の距＊１ｆｉ　Ｌは開先幅に応じたパター　ンで変゛比
すること、並びにこの距離りはワイヤの突出し長さＬｇ
　とアーク長ＬＡの和Ｌ　”　Ｉ４＊＋Ｌａであるが、
ＬＥ及びＬＡけ戯接電姫■、ワイヤ送給速度■及びチッ
プ−被浴接材間電圧Ｖから求すること、に基づく。つま
り、浴接トーチをオンジレートしながらＩｗｖ及びＶか
らＬ−、Ｌｇ＋ＬＡ’＆求めると。

Ｌがオンジレートに応じて変イヒするので、この変化パ
ターンから開先幅を検知でき、この開先幅に合わせてオ
ンジレート装置および溶接速度全調整すれば良い。

なお５本発明における演算処理はアナログ演算によって
も可能であるが１本願ではディジタルを算機による処理
の場合を示す。

以下本発明の実施例全図面に茫づき８（細（（説明する
。第１図は本実施例を実現するアーク溶接ロボットの、
特に浴接糸件検出糸及び演算処理系を抽出して示すブロ
ック愁！図である。同１′″Ａ１に示すように、浴接ト
ーチ１は直接用電源２とターミナル３を介してＡにて接
続されるとともに溶接トーチ１の先端部には中心ししチ
ップ４が取付けられ、その外周にシールドガスを噴出さ
せるシールドガスノズル５が数句けである。そして、溶
接トーチ１の基端部からリール６に巻かれたワイヤ７が
ワイヤ送給モータ８で駆動される送υローラ９．９ａ（
５介して＠拶トーヂ１の中心部を軸方向に挿通されてチ
ップ４先嬬部から突き出している。このワイヤ７リワイ
ヤ送給゛モータ８の駆動制御電源１０によってその送り
速度が調整制御される。まだ、溶接トーチ１の基端部は
駆動モータ１１を具えたオソンレー！・装置１２に数句
けられ、被溶接物１３の溶接線に対しオンジレート装置
するようになっている。１４は前記駆動モータ１１を駆
動させる制御電源である。オンジレート装置１２け駆動
モータ］５金具えた上下移動装置１６に取付けられ、上
下移動装置Ｊ６は駆動モータ１７を具えた左右移動装置
１８に取付けられ、これらによって被浴接物１３に対す
るチップ４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１８は、紙面に直角方
向に移動し得る台車（図示省略〕に連結されているアー
ム１９に支持されており、台車によりｍ接トーチト及び
その伺属装置は溶接線、に沿って移動される。かくて、
被ｍ接物１３はワイヤ７の先端部からシールドガス２２
にシールドされて被溶接物Ｊ３に向かって発生するアー
ク２０により溶接金属２１を介して溶接される。

このような装置を用いるガスシールド消耗′覗極式アー
ク溶接では、浴接電流■、ワイヤ送給速度Ｖ、アーク電
圧ＶＡ１ワイヤ突出し長−さＬｈ。

アーク長ＬＡ等の間には一定の関数関係があることが実
験的に得られている。

そこで、制御に必要な変数として、ワイヤ送給速度Ｖ、
浴接電流■およびチップ・被酸接物間の電圧Ｖを検出す
る機構が上記装置に備えられている。ワイヤ送給速度ｖ
を検出する機構としては、ロータリエンコーダ等の回転
量検出器２３が送りローラ９ａＫ取付けてあり、この回
転量検出、器２３からの信号を直流電圧に変換し。

適当な大きさ−にするだめの変換増幅器２４及びアナロ
グディジタル変換器（以下Ａ／Ｄ変換器とする）２５を
介してデイジタルイヒして演算処理を行なうディジタル
演算機（以下、演餌−機とする）２６に入力される。、
ま、た、チップ４と被溶接物１３との間の電圧ｖを検出
するためポテンショメータ等の電圧値検出器２７がチッ
プ４と被溶接物１３とに接続され、その出力信号がこれ
を適当な大きさにするための増幅器２８及びＡ／Ｄ変換
器２９を介しで演算機２６に入力される。さらに５俗接
電流゛Ｉを検出するため溶接用電源２と被溶接物１３と
の間にシャント等の？１１；流値検出器３６が設けられ
、その出力信号が増幅器３】で平均塔接電流ＩＡに相当
する適当な大きさの信号に変換・増幅されＡ／Ｄ　　変
換器３２を介して演算機２６に、入力されるとともに、
増幅器３３で実効浴接電流ＩＱに相当する適当な大きさ
の信号に変換・増幅されＡ／Ｄ変換器３４全介して演Ｉ
Ｌ機２６に入力される。なお、この装置では、溶接トー
チ１が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り、そのためオシレート装置１２
にはその瞬時のオシレート位置全検出するオシレート位
置検出器３５が設けられ、その出力信号が増幅器３６及
びＡ／Ｄ変換器３７を介して演算機２６に入力される。

また、演算機２６には保持すべきチップ・被溶接物間距
離の最小値Ｌｃ　ｋ予め設定するだめの設定器３８がＡ
／Ｄ変換器３９を介して設けである。演算機２６内には
、上記入力要素群をもとに溶接トーチ１の位置辿御量を
麹出する回路が組込まれており、その出力である移動制
御信号はディジタルアナログ変換器（以下、Ｄ／Ａ変換
器とする）４０を介して、前記アーム１９を固着り、て
いる台車の速度を制御する制御＠諒（図示せず）に入力
され、同時にオンジレート幅を算出する回路も組込捷れ
ており、その出力であるオンジレート幅制御（ｎ号はＤ
／Ａ変換器４１全介して、前記制御電源１４に人力され
る。

溶接に際し１回転量検出器２３によってワイヤ送給速度
Ｖが、また電圧値検出器２７によってチップ・被尋接物
間の電圧Ｖが、さらに、電流値検出器３０によって平均
溶接電流ＩＡ及び実効峙接電Ｈ，Ｉ　Ｅが検出される。

これらのアナログ量はＡ／Ｄ変換器２５．２９゜３２．
３４によってデジタル量に変換され、演算機２６に加え
られる。

ところで。

工Ａ：平均溶接電流囚 ＩＥ：実効浴接電流囚） Ｖ　：ワイヤ送給速度（駅・／Ｓ） Ｖ　：チップ４と被溶接物１３間の電圧（■ＬＥ：チン
プ４の先端からアーク２０寸でのワイヤ７の長さ、即ち
ワイヤ突出し長さくｙａ、）。

ＬＡ：ワイヤ７の先端から浴接金属２１寸での距離、即
ちアーク”長（鮎）。

Ｌ　　：　Ｌ”ＬＥ＋ＬＡ　、即ちチップ４とｌ＠ｉ金
属２１との間の距離（ｗＲ） ＶＥ：　＋ツイヤ突出し部に溶接電流■によって生ずる
電圧降下（Ｖｌ。

ｖＡ：アーク電圧（■ とすると、上記の諸量の間には近似的に次の関数関係が
ある。

ＬＥ　＝　ｆ＋　ＣＩＡ、ＩＥ、ｖ）　　　　　　　　
・・−１１１ＶＥ＝１２（■Ａ、ｖ、ＬＦ、）・・・・
・（２）ＶＡ　＝　Ｖ　−ＶＥ　　　　　　　　　　　
　・・・・・・（３）ＬＡ　＝　ｆａ　（ＩＡＩＶＡ）
　　　　　　　　　　・・・・・・（４）Ｌ　　　＝Ｌ
Ｆ、＋ＬＡ　　　　　　　　　　　　　　　・・　・・
（５）上式（１）の関係は１社団法人浴接学会の溶接法
委員会による１９８０年７月発行の［電流制御アーク溶
接に関する研究Ｊ中框５ページ（［２１式からの如く求
着る。また、上式（４）の関係は株式会社産報による昭
和４２年１０月１日再版発行の［”溶接アーク現象（増
補版）」中框１０５ページ（３，１゜１０）式から 但し、ｄはワイヤ７の径（ｍｌ） の如く来着る。一方、上式（２１の共体的な関係−実゛
験によって求まる。更に、」二式（３１及び；（（５１
（Ｚ＞関係は第１図から自明である。

演算機２６には上記の式（］）〜式（５）の関係をフ“
ログラムしである。従つ′て、演算機２６（ｄ−次のよ
うな演算を行う。

（イｊ　醇接電茄Ｉの平均溶接電流ＩＡ　と実効＃：　
ｆ３電流ＩＥ　とワイヤ送給速度ｖ　全Ａ−／Ｉ）　　
変１１：号３２．３４．２５ｆｆｉ介して電流値検［３
Ｗｅ３０及び回転量検出器２３よＶ演算様２６へ馬える
と、ワイヤ７の突出し長さＬＥが式（１）の７費−によ
り求められる。

（口ｌ　　工Ａ　、　ｖ及び」二記（イ）でイ（）たＬ
”　７５”　’４　ｘ−ら才１．ると５式（２１の演算
によりワイヤ突Ｌ１１シ音１（の？Ｊｊ’、　Ｉ丁降下
ＶＥが求められる。

（・タ　　印加電圧■を電圧値検出器２７よ’）　Ａ／
］）変換器２９全介して与えると、この電圧Ｖ及び上記
（ロ）で得た電圧降下ＶＥから、式（３）の演算によっ
てアーク電圧ＶＡが求められる。

に）平均電流ＩＡ及び上記←ｊで得たアーク電圧ＶＡか
ら１式＋４１の演算によってアーク長ＬＡが求められる
。

襲１　上記（イｊで得たワイヤ突出し長さＬＥと上記に
）で得たアーク長ＬＡ　とから、式（５）の演算により
チップ４と溶接金属２１との間の距＾ｆａ　Ｌが求めら
れる。

今、第２図のように開先幅が変ｆヒする被溶接物１３を
考える。第３図は第２図のＩ−１線断面図、第４図は同
ｎ−ｎ線断面図である。第３図の浴接個所の開先幅より
も第４図の浴接個所、の開先幅の方が大きい場合であり
、第３図の開先内テオンシレートシた時のオンジレート
％　ｗに対するＬ　”　ＬＡ＋Ｌ二の変１ヒバターンは
第５図の如くややンヤープとなり、第４図の開先内でオ
ンジレートシたときのオッシレー）　幅ｗ　Ｋ　対スＺ
）Ｌ＝ＬＡ＋Ｌｚの液比パターンは第６図の如くブロー
ドになる。但し、開先の中心線とオンンレー・トの中心
線が一致している場合を示す。いずれの変ずヒバターン
の場合も、チップ４とｍ接金属２１との間の最小距離Ｌ
Ｃが設定されると、オンジレート幅はＷｌ　（−１ｗ２
−　ｙ、　Ｉ　）　、　　ｗ２（＝１１ｗ４−　ｗ３１
　）と定まる。そこで演鏝４機２６により次のような制
御を行なわせる。

（べ　設定器３８により最小値Ｌｃの値を設定する。

（ト１　こｉｔにより、第３図に示す開先内を浴接トー
チ１がオンジレートしながら動く時、チップ−重接金属
間距離りのオンジレート位Ｗ　ｗに対して描くパターン
は前述の通り第５図のようになるが、演算機２６のフロ
グラムにより、Ｌ＝Ｌｃになれば溶接トーチＪのオンジ
レートする方向が反転するようにこの演釣−機２６から
Ｄ／Ａ変換器４Ｊを通じて制御電源Ｊ４に指令ケ出す。

ｔ−ｆＩ　　第４図１は第３図に比較して開先幅が大き
い場合？示すものであるが、け１と同様に開先円ヲ溶接
トーチ１がオンジレートしながら動く時、ＬとＷの描く
パターンは前述の通り第６図のようになる。このときも
（ト１と同様に、Ｌ＝ＬＣになれば溶接トーチ１のメン
シレート方向が反転するように演ｎｍ２６からＤ／７［
換器４１を通じて制御電源１４に指令を出す。

（史　このようにして、最小値Ｌｃによってオンジレー
ト幅をｆｌｉり御する。

一方、溶接速度が同じで開先幅が異なるとビード高さが
異なる。即ち、弔３図のＨｌと第４図のＨ２と全比較す
ると、Ｈｌ　＞　Ｈ２になり、ビーＦｋｌｉＮ層するに
従って開先幅のｌいによるビード高さの違いが顯著にな
る。そこでこれを防ぐためには、開先幅に応じて浴接速
度を制御すればよい。本実施例では開先幅に相当するオ
ンジレート幅全検出できるので、このオンジレート幅に
ほぼ反比例するように溶接速ｍｌｋ制御すればよい。即
ち、第５図の△ＪＨ＝　ｌ　Ｗ２−ｖＪＩｌ　、および
第（ｉ図の△Ｗ２−Ｉ　ｖ／４−Ｗ’３１ケ演、？１１
炒２６で求め、この△−１および△Ｊ２　にほぼ反比例
するような出力ｆｆｉ　Ｄ／Ａ変換器４０を通じて、台
ＪＪｉ、　（図示せず）の１駆即ノ電源（（出力し、そ
の′電動ｔｌ幾の速度全制御する５、このように、−光
幅に応じてオンジレート幅かよひ浴接速度を制御すれば
、ビード高さが均一な無欠陥の醪接継手部’ｘ　？、’
）ることかできる。

以上実施例とともに具体的に討、明したように本発明に
よれば、格別な検出子を用いることなく浴接条件だけか
ら開先幅全検知し、開先幅が変化しても自動的にオンジ
レート幅および蔭後速度が変１ヒしで欠陥のない溶接継
手ＦｉｌＩがｑｒ＋　ｉ：）＃する。したがって精度の
高い無人「ヒ醪接ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例全実覗、するアークだ９接ロボ
ツトの、特に溶接条件検出系及び演η処理系全抽出して
示すブロック線図、第２１９１は開先幅が変化する被浴
接物全示す多１祝図、第３図は第２図中ノＩ　−Ｉ　Ｉ
ｗｉ！断ｉｆｊ＋図、ｍ４Ｉ￥ＩＵ第２１ｇ中のＩＩ　
−ｎ線断面図、第５図は第３図の開先内に才、・いてオ
ンシレー１・幅に対するナンフと浴接金属との間の車内
１１の変ｆヒバターンのグラフ、第６図は第４［ツ１の
開先口における第５図と同様のグラフである３、 図面中、 ｌｉｄ　直接　ト　−　チ。 ４はチップ、 ７はワイヤ。 １３け被浴接物、 ２０けアーク。 ２１け浴接金属。 ２３は回転用検出器、 ２６は演ｙψ、機。 ２７１’ｊ：　ｉｊｉ圧値検値検出 器３０す、電流値検出器である。 特許出願人 三菱重工業株式会社 復代理人 升理士　元　石　士　部（他１名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 三次元空間の任意な点へ溶接トーチ全移動することがで
   きかつ必要な任意のトーチ姿勢をとることが可能である
   とともに消耗電極であるワイヤを使用して溶接トーチを
   オンジレートさせながらアーク溶接を行う場合において
   、溶接型ｆｉ（ＩＡ：平均電流、ＩＥ：実効電流）、ワ
   イヤ送給速度１ｖｌおよびチップと被溶接物との間の電
   圧（■をそれぞれ検出する一方、予め定する関係式に基
   づき上記の溶接電流（ＩＡ、ＩＥ）　、ワイヤ送給速度
   （ｖｌおよび電圧■の各値全演算処理することによりア
   ーク長（ＬＡ）とワイヤ突出し長さくＬｘ）との和（Ｌ
   Ａ＋Ｌｐｒ＋）Ｔｈ求めるとともに浴接トーチのオンジ
   レートによる上記長さの和（ＬＡ＋ＬＥ）の変（ヒバタ
   ーンから開先幅を検出し、検出された開先幅に基づき溶
   接トーチを移動させることにより浴接線の開先幅の変化
   に従いオンジレート幅および浴接速度全自動的に変１ヒ
   させるようにしたことを特徴とするオソ／レート幅自動
   制御法。