JPS6033873A - 溶接用倣い検出装置 - 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】 本発明は消耗電極定速送給型自動アーク溶接装檻或いは
消耗電極定速送給型アーク溶接ロボノ）ｋ用いて溶接電
流信号に基づくアークセンサ方式によシ溶接つイビング
幅自動制御、溶接開先幅自動追従制御を行なわせるため
の溶接用倣い検出装置に関する。

自動アーク溶接装置或は教示・再生型アーク溶接ロボッ
トを用いてアーク溶接を行なう場合、被溶接材の取付誤
差或は溶接中の変形等が発生しても、これらの変動量を
検出し、自動的に補正して常に適正な溶接が行なえるよ
うにする必璧がある。従来、かかるアーク溶接に伴なう
上記変動ｌの検出方法としては種々提案・実用化されて
いるが、その中で特に溶接アークの電気的特性値の変化
を検出し、これを上記補正のための入力信号として利用
する、いわゆる″アークセンサ”も屡々利用されている
。

ここで、現在上として用いられているアークセンサの作
動原理について第１図、第２図を参照して説明する。第
１図は一般的な消耗電極定速送給ガスシールドアーク溶
接に於ける電流・電圧特性と、一般的な溶接電源の外部
特性例を示すものである。同図にみる如く、被溶接材１
と溶接トーチ２との間の距離りがｈ６を中心に±Δｈだ
け上下に変動することによシ、特性曲線は略々相似の１
１上下に移動する。一方、図示のような外部喘性（足皇
圧特性に近い）を有する溶接電源により上記アークを負
荷させる場合は、ｈ＝ｈｏでｎ　Ｐ　Ｎ　ｌ　ｈ　＝ｈ
　ｏ十ΔｈではＰ　Ｌ　ｌ　ｂ　”　ｂ　６−Δｈでネ
Ｐｓの各交点でそれぞれ安定な通電が行なわわ、定常の
溶接状態が得られる。すなわち、被溶接豹１と溶接トー
チ２との間の距離りの変化に対応して溶接電源の動作点
がＰ、　、　Ｐ、Ｐａ等と変化し、この変動によシミ流
、電圧が変動する。

図から明らかなる如く、ｈ＝ｈｏがらｈ＝ｈｏ十Δｈに
変化ｔｔ１ば、電流■は工◇がらＩｏ−Δ■に、電圧Ｅ
　ｌ”ｌ：　Ｅｏ　’Ｉ）−らＥＯ＋ΔＥにそれぞれ変
化し、またｈ＝ｈ。

からｈ＝ｈｏ−Δｈに変化すればＩ＝ＩＯ＋ΔＩ　＋　
Ｅ＝Ｅ（１−ΔＥにそｆｌそれ変化することか分る。こ
のように、ｈの変化によ、Ｄｌ、Ｐ：が共に変化するわ
けであるが、図からも分るように、Ｅの変化よｊ５Ｉの
変化が遥かに大幅なので、実際には工の変化を利用して
、ｈの目歎値制御を行なうことが可能となるわけで、い
わゆるアークセンサはこの現象を利用している。

第２図は第１図の現象を利用して溶接トーチの位置制御
を行なう方法例の説明図である。第２図（ａ）は平板上
での溶接に際しての被溶接材１と溶接トーチ２との間の
距離ｈ（すなわち２軸）の目標値自動制御の例を示ブ。

同図（ｂ）は突合せ溶接時のｈの目標値自動制御の例を
、（ｃ）はすみ肉溶接時のｈに関する目標値自動制御の
例をそれぞれ示す。第２図（ａ）〜（ｃ）において、ｔ
ｌ［ｌｉ流工又はアークを圧Ｅが加えられる入力端子、
ＬＰＦ　ｉｔ：ローパスフィルタ、ＣＯＭはしきい値設
定器ＳＲの出力とローパスフィルタＬＰＦの出力とを比
較判別する比較判別器、ＳＡはサーボアンプ、ＳＭＶｉ
サーボモータ、ＤＭは溶接トーチ２の駆動機構で、この
駆動機＠ＤＭ／ｄ紙面に対し垂直な方向をＸ軸としたと
き図示２軸、Ｙ軸方向に溶接トーチ２を駆動するもので
ある。第２図（、）の場合はｚ軸のみの駆動であるが（
ｂ）及び（ｃ）の場合は、ｚ軸のみならず、Ｙ軸の変化
に対してもｈを変化させるので、両軸に係る自動制御に
利用できるようにしである。すなわち、第２図（ｂ）　
、　（ｅ）において、Ｙ＠Ｊを固定すれは、（ａ）と同
様、２軸の制御のみとなる。次に２軸を固定すれば、Ｙ
軸方向の変化によ）ｈか変化するので、予め溶接トーチ
ＲｆＹ軸方向に振動（オシレーテイング或はウィービン
グ）させ乍ら進行（Ｘ軸方向）させる如く操作すること
によシ、Ｙ軸方向の変化に伴なうｈの変化を検出し、そ
の検出値をこれに対応する電気的しきい値と比較判別器
ＣＯＭによシ比較弁別してウィービング折返光し点を決
め、これを繰シ返えして進行させることによシ、浴接線
の自動追従機能を具備させている。

次に、第２図（ｂ）　、　（Ｑ）に於いて、２軸、Ｙ軸
ともに制御対象とする場合は２軸制御ｔｙ軸中央付近の
ｈに対して行ない、Ｙ軸制御は前記同様、Ｙ軸方向ウィ
ービング端部のｈに対して行なうことによシ両立させ得
る。

かくの如く、第１図に示すような現象を巧みに利用する
ことによシ、第２図のように電流工の変化を検出しなが
ら溶接トーチの位置制御が可能となるが、ここで、上記
各種制御方式のうち、２軸方向の位置を固定し、Ｙ軸方
向にライビングさせ乍ら進行（Ｘ軸方向）させる如く溶
接トーチを操作することにょシ、Ｙ軸方向の位置の変化
に伴うｈの変化を検出し、その検出値をこれに対応する
電気的しきい値と比較判別器ＣＯＭによシ比較弁別して
ライビング折返えし点を決め、これなくシ返えして進行
させることによシ、ライビング幅自動制御機能と溶接開
先幅自動追従機能並びに溶接線自動追従機能を具備させ
る場合について詳細に述べる。

第３図は、第１図に於ける基準電流レベルＩ。

に代りて、電流レベル”１＋ｌｆｆ１＋及びＩｓの３段
階に変化させた場合の動作点の変化の状況例を説明する
ものである。すなわち、ｈ”ｈｅで一定とし、電流工を
Ｉｓ　＋Ｉ２　＋Ｉ３と変化きせる場合、アーク長はを
一定に保つためには動作点をＰ、Ｎ。

Ｐ２Ｎ　”５Ｎに移動させな昨れはならず、然るときは
電源の外部特性を例えば””　−２ｒ　ＷＢの如（変化
させることにょシ、そｔぞれの動作点に於いて安定なア
ーク通電が行なわれる。こ−のように、電流Ｉの変化と
、これに伴う動作点の変動ｄｆ６つでも、ｈ＝−ｈｏ、
９ｎらｈ＝ｈｏ＋Δｈ或はｈ＝ｈｏ−Δｈに変化する場
合は１．第１図と全く同様の原理により、例えは第３図
に示すようにＷ＝Ｗｌ。

ｈ　＝ｈ６　ｒ　Ｉ　＝Ｉ　１　＋動作点ｐ＝ｐ、Ｈの
状態がら、ｈ＝ｂ、十Δｈに変化するとＰけＰ＋Ｌに移
シ、Ｉは工１よシ小さく、ＥはＥｌよシや中大きくなる
。反対に、ｈ＝ｈｏ−Δｈに変化すると、ＰはＰ、８と
な９１　＃：１．Ｉ、よシ太きく、Ｂｄ’ｒｒ！よ多や
や小ざくなる。

同様にしてＷ＝Ｗｔ　＊　ｈ＝ｈ６　＋　Ｉ＝Ｉ２１　
ｐ＝ｐ２Ｎがらｈ＝ｈｏ十Δｈに変化した場合、また、
ｗ＝ｗ３゜ｈ”ｈｏ　、Ｉ”Ｉｓ　、Ｐ”Ｐ　ｓ、がら
ｈ＝ｈ、±Δｈに変化した場合も、それぞれ動作点Ｐ、
寛流工、電圧Ｅのすべてが変化することが分る。

第４図は、第３図の動作原理を応用して、突合わせ溶接
及びすみ角溶接で溶接トーチ１の２軸方向の位置全一定
し、Ｙ軸方向にライビングきせ乍ら進行させるように操
作することにょ広Ｙ軸方向の位置の変化に伴うｈの変化
を電流の変化によシ検出し、その検出値とこれに対応す
る電気的しきい飴とを比較弁別器ＣＯＭによシ弁別して
ライビング折返光し点を決め、これをく９返えして進行
させることによシ、ライビング幅内動制御と溶接開先幅
自動追従機能並びに溶接線自動追従機能を具備させる場
合の、機器の構成例と、作動例である。すなわち、第４
図（、）は突合わせ溶接時の機器構成例、伽）はすみ肉
溶接時の機器構成例、（ｅ）は＜８）或はｏ））に於け
るＹ軸方向ライビング幅内動制御による溶接開先幅自動
追従装りの機能構成例、（ｄ）は溶接トーチウイビンダ
時の電流値の変化の状況例と、ライぐング折返えし点（
電流ピーク点）を決めるための電気的しきい値設定例を
それぞれ示す。

第４囚（ｅ）において、ｔｌは電流信号が入力される入
力端子、ＬＰＦＦｉローパスフィルタ、ＣＯＭｔｌｊ：
一一り値弁別用しきい値設定器ＳＲの出力とローパスフ
ィルタＬＰＦの出力とを比較弁別するピーク値弁別器、
ＨＤは左右進行弁別・ホールド回路、ＳＡけこの左右進
行弁別・ホールド回路とサー？モータ速度設定器ＳＭＨ
の出方とを比較増幅するツーボアンノ、ＤＭ　＃′ｉそ
の出方にょシ溶接トーチ２をＹ軸駆動する駆動機構であ
る。

第４図から分るように、電流Ｉを１１．　Ｉ、、　Ｉｓ
等と変化させれば、ライビング折返えし点決定のための
電流ピーク点弁別用しきい値も８１ｒＢ２ｈＳｓ’ｌと
変化させなけれはならない。溶接電流の大きさは溶接結
果に最大の影譬を及ばず要素であるから、その調整は可
及的に高精度が得られるようＩｃ配慮され、また、洛Ｉ
＃ニー始後の区別なく任意に調整出来る機能を有する場
合が多いが、これに＃なって弁別用しきい値をも精度良
く設定し諭す必要かあシ、本方式を適用する場合の欠点
であった。

本発明はこのような欠点を緩和し、任意の溶接電流レベ
ルの変化に対しても常に安定した比較弁別作用が自動的
に得られるとともに高精度、低コストの溶接用倣い検出
装置を提供すること′ｆ目的としている。

本発明はかがる目的を達成するため、溶接電流信号に基
づくアークセンサ方式に立脚した溶接ライビング幅内動
制御、溶接開先幅自動追従。

溶接線自動追従制御を行なわせるための溶接用倣い検出
装置において、溶接電流仙が随時任意のレベルに変化し
ても、常に一定レベルのｔ流パターンが得られる等化増
幅回路を設けてライビング端部の折返えし点決定のため
の電流ピーク値比較弁別器への大刀信号とすることによ
り、溶接電流が変化しても常に安定に同一ノｆターンの
ライビング幅制御を可能とした仁とを特徴とするもので
ある。

以下本発明の一夾施例を図面を参照して説明する。

第５丙は本発明による溶接用倣い検出装置のブロック構
成例を、また第６図は電流信号等化増幅回路の具体的な
ａ成例をそれぞれ示すものである。

第５図は、一般的な消耗電極定速送給ガスシー／Ｉ／Ｐ
溶接法による突合わせ溶接或はすみ肉溶接に於いて、溶
接電流信号による溶接ライビング幅内動制御と溶接開先
幅自動追従制御機構を、本発明にもとつく電流信号等化
増幅回路を適用して構成した場合のブロック構成例であ
る。第５図（ａ）は突合わせ溶接に於ける機器構成例で
あって、図中、１ｆ′ｉ被溶接材、２は溶接トーチ、［
有］）はアーク電、圧、Ｑ）ｉｔ溶接電流、Φｅは溶接
電諒の極性、ｚ、ｙＦｉ溶接トーチを基準に設足せる駆
動軸の名称を示し、この場合は２軸方向は固定、Ｙ軸方
向にはライビングさせている状況を表わす。第５図（ｂ
）は、すみ肉溶接における構成例を示すもので、その各
構成要素値同図（ａ）　Ｋおけるそれらと同一機能を有
する構成要素である。次に、第５図（ｃ）は、同図Ｃａ
）突合わせ溶接に於いて、溶接電流信号による溶接９４
１７７幅自動制御と溶接開先幅自動追従制御を、本発明
に基づく電流信号の等化増幅回路を適用して構成した例
を示し、同図中、１及び２は同図（ａ）或は（ｂ）の同
一符号と同じ機能要素、３は電流入力信号Ｉが加えられ
る久方端子、４はローパスフィルタ、５は電流信号Ｉ、
６は等化増幅回路、７鉱等化電流出力信号ＢＱ、Ｉ、８
は比較弁別回路、９は比較弁別用しきい値設定回路、１
０は設定されたしきい値出力信号、１１は左右進行弁別
並びにホールド回路、１２はサーボ増１１１Ｍ器、１３
はサーボ増幅器用入力レベル設定（サーボモータ速度設
定）回路、１４はＹ軸駆動サーボモータ、１５はＹ軸駆
動装置をそれぞれ示す。なお、第５図（ｂ）すみ肉溶接
に係る構成も上記突合わせ溶接に係る構成と全く同一で
ある。

次に、第６図は、第５図に於ける機能構成要素のうち、
本発明の基本となる電流信号等化増幅回路の具体例であ
る。第６図（ａ）は電流入力信号工を、掛ｘｉ、ｓｕｉ
器及び演算増幅器により演算させ、等化電流信号ＥＱ、
Ｉとして出力きせる場合の回路構成例を示し、同図中、
５，６及び７は第５図に於ける同一符号のものと同じで
ある。上記電流信号等化増幅回路６はその詳細構成要素
として線形増幅器６Ａ、演算要素６Ｂとして割算器６１
割算器６Ｂの出力に係るピークホールド６Ｃ，演算要素
６Ｄとして掛算器Ｍ１人カレベル調整用可変抵抗器ＶＲ
Ｉ、基準増幅度設定用可変抵抗器ＶＲ２、共通基線ＣＯ
Ｍから構成されている。第６図（ｂ）は、電流入力信号
■を、用算器Ｍ及び演算増幅器（よシ演算させ、等化電
流信号ＥＱ、Ｉとして出力させる場合の回路構成例であ
って、演算要素６Ｂとして掛算器Ｍ１、演算増幅器ＯＰ
２によ多構成したもので他の要素については同図（、）
と同一符号のものは同一要素である。第６図（、）は、
電流入力信号Ｉを、掛算器Ｍ１演負増幅器、トランジス
タにょシ演算させ、等化電流信号ＥＱ、Ｉとして出方さ
せる場合の回路構成例であって、同図演算要素６Ｂとし
て演算増幅器ＯＰ２〜ＯＰ４、トランジスタＴＲＪ　、
　ＴＲ２にょ多構成したもので、他の要素については同
図（ａ）或は（ｂ）と同一符号のものは同−要素である
。

次に上記のように構成された溶接用倣い検出装置の作用
を述べる。

第５図の機能構成に係る一般的作用については公知と認
められるので、ここでは本発明の中心となる第６図の構
成に係る等化増幅作用について説明する。

先ず、第７図によシ等化増幅作用の原理を説明する。第
７図（ａ）は従来用いらねている自動利得制御（Ａｕｔ
ｏｍａｔｉｃ　Ｇａ１ｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　二ＡＧＣ）
回路構成例であって、可変利得素子ＶＧ、直流変換器Ｒ
Ｅ、比較器ＣＯＭ　、ピークホールドＰＨの機能要素が
出力・入力間で閉ループ饋還回路を構成しているのが特
徴であるが、広い範囲の入力（ｉ号しベルに対する定出
力レベル化機能並びに線形度保持に献点がある。これに
対し、同図（ｂ）は本発明に係る等化増幅作用の原理を
示すもので、割算器Ｄ１直流変換器ＲＥ、ピークホール
ドＰＨ，掛算器Ｍの機能要素か開ループ演算回路を構成
することによル、割算器り、掛算器Ｍの豹容入出力範囲
での全レベルについて高粘度な定出力レベル化機能並び
に線形匿を得ることが出来る特徴ヲ有する。このように
、本発明に係る等化増幅回路は、従来の自動利得制御回
路とは構成、作動原理、作用が根本的に異なることに注
意を要する。

第８図は第６図の構成に係る等化増幅作用の具体的説明
図である。第８図（、）は突合わせ溶接に於いて、溶接
トーチをＹ軸方向にライビングさせ乍ら進行する場合の
概念図であって、すみ肉溶接も全く同じ相対構成となる
。同図伽）は、第６図（（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ
）共通）に於ける入力信号すなわち電流信号（■）５を
示し、図示のように溶接トーチのＹ軸つイビングに伴な
い、中央付近に比しライビング端部では電流が増加する
。図中、１１、Ｉ２＋Ｉ３は溶接電流レベルを変化させ
た場合の状況を表わす。第８図（ｃ）は第６図のＶＲＪ
出力すなわち基本増幅度信号を示し、定数ａである。同
図（ｄ）は第６図（演算要素６Ｂ）の出力信号すなわち
（ｃ）に示す定数ａを電流信号で除して得られる逆電流
信号ａ／Ｉを示し、１１＋　Ｉ！＋　’＊の変化に対応
して変化する。第８図（６）は、第６図のピークホール
ド６Ｃの出力信号、すなわち（ｄ）に示す逆電流信号ａ
／Ｉ　ｐｅａｋを示し、１１＋　Ｉｌ　ｒ　Ｉ３の変化
に対応して変化する。同図（ｆ）は第６図の演算要素６
Ｄ（掛算器）の出力すなわち等化電流伯号ＢＱ、Ｉ　−
Ｉ・（ａ／Ｉ）ｐｅａｋ　ｆ示し、１１＋　１１＋　Ｉ
ｓの変化に拘らず出力レベルは一定となる。以上の説明
で分るように、本発明による等化増幅回路の作用によシ
、溶接電流レベルが変動して叡これを定出力レベルに等
化し、後続の比較弁別回路構成とその機能を単純且つ高
精度化するのに極めて有効である。

なお、第６図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）は、演算
要素６Ｂの構成が相違することにより、細部作用が異る
。

すなわち、同図（ａ）は６Ｂとして割算器りを適用号ａ
／Ｉを得る。（ｂ）Ｉ／′ｉ６Ｂとして掛算器Ｍノ（基
本的演３Ｉ機能ｙｏ＝ｘ−ｙ）を演算増幅器ＯＰ２の負
饋還回路に挿入する回路構成とすることによシ、総合的
に逆電流信号ａ／Ｉｔ−得る。（ｃ）は６Ｂとして演算
増幅器とトランジスタによる対数変換・逆対数変換機能
を利用することによシ、総合的に逆電流信号ａ／Ｉを得
ている。

前述した実施例からも明らか彦ように本発明では溶接口
がット或は自動アーク溶接装置を用いて溶接電流信号に
基づくアークセンサ方式に立脚せる油接ウイビ７グ幅自
動制御と溶接開先幅自動追従並びに溶接線自動追従制御
を行なわせるための溶接用倣い検出装置において、溶接
電流が入力され月つそのレベルが随時任意のレベルに変
化しても、常に一定レベルの等化電流信号を出力する等
化増幅回路を設けて等化電流化号をライビング端折返し
点決定に必要な比較弁別器への入力信号とすることによ
シ、後続の比較弁別（ロ）路構成とその機能を単純且つ
高精度化するのに極めて有効である。また既存溶接ロボ
ット或は自動アーク溶接装置に容易に付加適用出来、し
かも主＊部分は簡単なアナログ回路で構成しているので
、低コストで実現できる。

芒らに溶接関連設備自動化、ロボット化による省人化の
実現に有力な千ｍルを与えるはか）でなく、溶接ロボッ
ト或は自動溶接装置の機能向上、コスト低減によシ市場
競争力が強化される。

以上述べたように本発明によれば、任意の溶接電流のレ
ベルの変化に対しても常に一定レベルの電流信号パター
ンを得て、これをライビング端部の折返光し点決定のた
めの電流ビーク値比較弁別器への入力信号としたので、
常に安定した比較弁別作用が自動的に得られるとともに
高精度、低コストの溶接倣い検出装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な消耗′＃Ｌ＆定速送船ノｊスシールド
アーク溶接におりる電流・電圧特性及び溶接電源の外部
特性例を示す図、泥２図は第１図の特性を利用して溶接
トーチの位置制御を行う場合を説明するための構成図、
第３図は第１図における基卑を流ベクトルに代えて３段
階の１゜流レベルに変化させた場合の動作点の変化の状
況例を示す説明図、第４図は第３図の動作原理を応用し
て突き合せ溶接及びすみ肉溶接を行なう場合の機器の構
成例と動作例の説明図、第５図は本発明による溶接用倣
い検出装置の一実艶例を示す構成図、第６図は同実施例
における電原信号等化増幅回路の具体的な構成図、第７
図は等化増幅作用の原理説明図、第８図は第６図の構成
に係る叫化増幅作用を具体的に説明するための図である
。 Ｉ・・・被溶接狗、２・・・溶接トーチ、３・・・入力
端子、４・・・ローノやスフィルタ、５・・・ｔｋａ号
、６・・・匍化増幅回路、７・・・等化電流出力化号、
８・・・比較チ別回路、９・・・比較弁別用しきい値設
定回路、１０・・・しきい値出力信号、１１・・・左右
進行力別・ホールド回路、１２・・・サーボ増幅器、１
３・・・サーボ増幅器用入力レベル設定回路、１４・・
・サーボモータ、１５・・・駆動装置。 出願人復代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第７図 （ａ） 第８図 帯 ＹＬ　ＹＯＹＲ 第８図 叫″′ Ｌ□」 （ｌＩ）ＰＥＡにｔ （ｅ） し− ＋ｔ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 自動アーク溶接装置或いはアーク溶接ロー？ットを用い
   て溶接電流信号に基づくアークセンサ方式により溶接ウ
   イビ／グ幅自動佑１ｊ御、溶接開先幅自動追従制御を行
   なわせるための溶接用倣い検出装置において、溶接電流
   が入力され且つそのレベルが随時任意のレベルに変イヒ
   しても、常に一定出力レベルの等化を原信号全出力する
   等化増幅回路を設け、前記尋化電流化号を上Ｗｅウイビ
   ング幅自動制御、溶接開先幅自動追従佑１］御のための
   ウイビンダ端の折返見し点決定に必要な比較弁別器への
   入力信号とすることを特徴とする溶接用倣い検出装置。