JPS6046872A - 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置或いは
消耗電極定速送給型アーク然接口ぜットにおいて、その
溶接トーチをアークセンサ方式により得られる制御用入
力信号を用いて浴接ライビング輪重動制御、溶接開先幅
自動追従制御さ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デッ
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・寸法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要がある。従来、かかるアーク溶
接に伴なう上記変動量の検出方法としては従来柚種提案
・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、これを上記補正のだめの入力
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、現在主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８照して説明する。第
１図は一般的な消耗′醒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ｈｏを中心に±Δｈ
だけ−り下に変動することにより、特性曲線は略々相似
のま゛ま上下に移動する。一方、図示のような夕１部特
性（定電圧特性に近い）を有する浴接電源により上記ア
ークを負荷させる場合６、ｈ　＝　ｈｏではＰＮ　％　
ｈ　”＝　ｈ　６＋ΔｈではＰＬｓｈ＝ｈｏ−Δｈｆは
Ｐ８の各交点でそれぞれ安定な通電が行なわれ、定常溶
接状態が得られる。すなわち、被溶接材１と溶接トーチ
２との間の距離りの変化に対応しで浴接Ｘ諒の動作点が
ＰＮ。

ｐＬＩ　Ｐｇ等と変化し、この変１ｇ１１にょ０り電流
、電圧が変動する。図から明らがな如く、ｈ＝ｈ。

からｈ＝ｈｏ十Δｈに変化すれば、電流Ｉは■。

からＩｏ−ΔＩに、電圧ＥはＥｏからＥ０＋ΔＥにそれ
ぞれ変化［７、°またｈ＝ｈｏからｈ＝ｈｏ−Δｈに変
化すればＩ＝Ｉｏ＋Δ■、Ｅ＝Ｅ、−ΔＥにそれぞれ変
化することが分る。このように、ｈの変化によりＩ、Ｅ
が共に変化するわけであるが、図からも分るように、Ｅ
の変化より■の変化が遥かに大幅なので、実際に口■の
協化を利用して、ｈの目標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ｉｉ９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
す。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（荀〜（ｅ）において、
ｔＩは電流■又は電圧Ｅが加えられる入力端子、ＬＰＦ
はローパスフィルタ、ＣＯＭはしきい値設定器ＳＲの出
力とローパスフィルタＬＰＦ’の出力とを比較弁別する
比較弁別器、ＳＡはザーがアンプ、ＳＭはサー？モータ
、ＤＭは溶接トーチ２の駆動機構で、この駆動機構ＤＭ
は紙面に対し直角な方向をＹ軸としたとき、図示Ｚ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
（ａ）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軸の変化もｈを変化
させるので、両軸に係る自９ｒ制側ｌ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軸を固定すれば、（ａ）と同様、Ｚ軸の制御の
みとなる。次に、ｚ１１４１１を固定すれば、Ｙ軸方向
の変化によりｈが変化するので、予め溶接トーチ２をＹ
軸方向に振動（オシレーテイング或はライビング）させ
乍ら進行（Ｘ軸方向）させる如く操作することにより、
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斥い１−と比較弁別器ＣＯＭ
により比較弁別しライビング折返えし点を決め、これを
くり返えして進行させることにより、溶接線の自１ＩＩ
ＩＪ追従機能を具備させている。次に、第２図（ｂ）　
、　（ｅ）に於て、Ｚ軸、Ｙ軸ともに制御対象とする場
合は、Ｚ軸制御をＹ軸中央付近のｈに対して行ない、Ｙ
軸制御は酌記同様、Ｙ軸方向ウィ５− ピング端部のｈに対して行なうことにより両立させ得る
。

かくの如く、第１図に示すような現象を巧みに利用する
ことにより、第２図のように電流■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、この方式では
次に述べる欠点を有する。

（１）ｈの変化に伴なう■の変化は、Ｅの変化に比して
遥かに大幅ではあるが、ｚ４４１１方向或はＹ軸方向の
微妙な制御を行なう場合、■の変化による入力信号では
安定な比較弁別が困難となることがある。

（２）溶滴移行を安定なスプレー移行とするためには、
溶接電流に鋭いパルス状電流を１畳させる場合があり、
このような場合の■にもとすく制御用入力信号にも鋭い
ノ９ルス状波形が軍費されるため、制御回路の動作が不
簀定となることがある。

（３）溶接電流の変更や修正に伴ない、弁別用しきい値
設定器のしきい値を設定し直す盛観が６− ある。−ｆ、−の理由に一ついてｙ１Σべると次の曲り
である。即ち、溶接１・−チの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）さす
る如く操作することにより、Ｙ軸方向のｆａｔ：　Ｉ’
ｄの変化に伴うｈの変化を検出し、その４英ｆｌｊ　ｆ
ｉｔ＋をこｔｌに対応する１１１．気的しきい値と比較
弁別さ拷てライビング折返えし点を決め、これをくり返
λして進行させることにより、ライビング幅内動制御機
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
を具備させている。

ここでこれらの機能を具備させる場合について第３図及
び第４図り（より１「細に述べる。

第３図は、第１図に於ける基準′社旗レベル■ｏ　に代
って、［１，ｔ＆レベルＩ、ＩＩ、及びＩ３の３段階に
変化させた場合の動作点の変化の状況例を示すものであ
る。すなわち、ｈ　”＝　ｈ　ｏで一定とし、電流■を
Ｉｌ　、　１２　、　Ｉｌと変化させる場合、アーク長
さを一定に保つためには浴接′１源の動作ＡｔＰＩＮ　
＋　Ｐ２Ｎ　＊　Ｐ５Ｈに移動させなければならず、然
るときｉ１電源の外部特性を例えばｗ、　、　Ｗ２．　
ｗ３の如く変化させることにより、それぞれの動作点に
於て安定なアーク通’ｌＩｊ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があっても
、ｈ＝ｈ、からｈ＝ｈ、＋Δｈ或はｈ　＝　ｈ　ｏ−Δ
ｈＫ変化する場合は、第１図と全く同様の原理で作動し
、例えｔ」′第３図に示すようにＷ　”＝　ＷＩ、ｈ　
””　ｈ　６　＋　■二１１゜動作点Ｐ＝ＰＩＮの状態
から、ｈ　＝　ｈ　ｏ十Δｈに変化するとＰはＰＩＬ、
に移り、Ｉは１１より小さく、ＥはＥｌよりやや大きく
なる。反対に、ｈ−ｈ〇−ΔｈＫ変化するとＰｌｄ’Ｐ
＋ｓとなりＩはＩｌより大きく、ＥはＥｌよりやや小さ
くなる。同様にしてＷ＝Ｗ、１．ｈ＝ｈｏ、■二１２．
Ｐ−Ｐ２Ｎか「１ｈ−ｈＯ士Δｈに変化した場合、また
ｗ＝ｗ３．ｈ＝ｈａ　＋　Ｉ　＝Ｉｓ　、Ｐ二Ｐ３Ｎか
らｈ＝ｈｏ±Δｈに変化した場合も、それぞれ動作点Ｐ
、電流■、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、突合わせ浴接
及びすみ肉溶接を実施する場合のライビング幅内動制御
と溶接開先幅自動追従（幾能並びに溶接線自動追従機能
を具備させる場合の、機器の構成し１１と、作動例であ
る。すなわち、第４図（ａ）は突合わせ溶接時の機器構
成例を示し、（ｂｌｌずみ肉浴接時の機器１ｎ成例を示
し、（ｃ）は（ａ）或Ｆ、ｊ’、　（＋））に於ｔｉる
Ｙ軸方向ライビング幅内動制御によるｉＷ括開先％を自
動追従装置の機能構成例を示している。ここで、第４図
（ｃ）において第２図（ｅｌと異なる点Ｖよ比較弁別器
ＣＯＭとサー？アンノＳＡとの間に左右進行ホールド回
路ＨＬＤを設けていること、ザーン」ζアンノＳＡＫサ
ーボモータ速度設定器５Ｒ−２の設定飴を加えているこ
とである。

まＡ同図（ｄ）はＥｒ接トーチウイビング時の電流値の
変化の状況例と、ライビング折返えし点（電流ピーク点
）を決めるだめの電気的しきい値設足側を示している。

したがって、第４図（、）〜（ｄ）において溶接トーチ
２の２軸方向の位１ｄを一定とし、Ｙ軸方向にライビン
グさせながら進行させるように操作することによりＹＩ
１４１１方向の位置の変化に伴うｈの変化分′−九の変
化により検出し、その検出値を９− それに対応する′１．ｅＬＡ的しきい１１μと比較弁別
し７てライビング折返し点を決め、こ、＋１をくり返え
して進行させることにより前述した制御ど機能を持たせ
ることができる。

しかし乍らかかる構成にあっては第４図（ｄ）から分る
ように、霜；流ＩをＩ、、Ｉ２．＋３等と変化させれば
、ライビング折返えし点決定のだめの電流ピーク点弁別
用しきい値もｓ、　、　Ｓ２．Ｓ。

等と変化させなければならない。したがって、溶接電流
の大きさは溶接結果に最大のｔｉｌ；、譬を及ぼす要素
であるから、その調整は可及的に高精度が得られるよう
に配慮され、また、浴接開始前或は溶接開始後の区別な
く任意に調整出来る機能を有するものでなければならな
い。しかしこれに伴なって弁別用しきい値設定器のしき
い値をも精度良く設定し直す必要があり、本方式を適用
する場合の欠点であった。

本発明は上記のような欠点を緩和し、ノイズ妨害が少な
く、且つ微小変化にも確実に対応出来る高精度で低コス
トのアークセンサ方式にな−ｌ〇− し得ると共に、ＩＩ＝意の溶接電、流に対しても常に安
定した比較弁別作用が自動的に得ることができる高精度
、低コストの溶接用倣い検出装置を秋 錫ダすることを目的としている。

そこで、本発明ではかかる目的を達成するたメ（１）　
匍ｔ　ｆｉＩｌｌ　信号として「アークのコンダクタン
スＧ」を検出してこれを利用すること、（２）制御信号
用１等化増幅回路」を開発して導入すること、０２点に
あり、その特徴を列挙すると次の通りである。

（１）　制御伯月として［アークのコンダクタンスＧ」
を佃出してこれを利用すること、アークのコンダクタン
スＧは電流■を電圧Ｅで除して得られる特性値であるか
ら、これを制御１１１人力伯号としてオＵ用する場合は
、次のような特徴を埜けることが出来る。

■溶接トーチ・被ｍ接材間距離すの変化に伴なうアーク
特性１直の変化率の大きさはＥ）Ｉ）Ｇとなり、Ｇを制
御入力信号として利用すれは従来のＩを利用する場合よ
りも大きな変化率が得られ、比較弁別に際しての精度向
上並びに誤ＩＩＩＩＩ作防止に有効である。

■溶接電源に内蔵された・ぐルス発生器によるノ９ルス
状電流が流れる場合、電源外部特性とけ余り拘りなく、
アーク負荷の特性曲線に沿って電流の変化と同一符号で
電圧も変化するので、コンダクタンスとしては余り変化
せず、従って、鋭いパルス状電１流によるノイズ妨害は
それだけ減少することとなり、制御精度の向上が図れる
。

■コンダクタンスＧは電流■を電圧Ｅで除して得られる
ので回路構成も容易であり、低コストで実現出来る。

（２）　制御信号用１等化増幅回路」を開発して導入す
ること。

アークセンサ方式に立脚した耐液つイビング幅自動制御
と溶接開先幅自動追従並びに溶接線自動追従制御に於て
、溶接電流値が随時任意のレベルに変化することにより
アークのコンダクタンスのレベルが変化しても、ライビ
ング端部折返えし点決定のだめのピーク値比較弁別器へ
の人力時点でｒ１常に特定のレベルによる信号パターン
が伯らねる４″うな「等化増幅回路」（ＥＱＵＡＬＩＺ
ＥＲＡＭＰ、）を開発した。本回路を適用することによ
り、従来溶接電流レベルの変更毎にピーク値比較弁別用
しきい値をも変更していたのが、全＜−ｆ−の必快がな
くなり、溶接電流がぶ゛化１７′Ｃも常に安定に凹−ノ
４ターンのライビング幅側側１を行なうことが出来るこ
とを特徴としている。

以下本発明の一実施例を図面を８照して説明する。

本発明に係る俗接用倣い検出装置のブロック構成例を第
５図に、また、本発明の基幹をなすアークのコンダクタ
ンス検出のための具体的回路構成例を第６図に、さらに
コンダクタンス信号の等化増幅回路構成例を第７図にそ
れぞれ示す０ 第５図は、一般的な消耗電極定速送給ガスシールド沼接
法による突合わせ浴接或はすみ肉溶接に於て、浴接’ｆ
ｂ’、　１Ｍ信号による溶接ライビング１３− 偏重動制御と溶接開先幅自動追従制御機構を、本発明に
もとすくアークのコンダクタンス検出回路並びにコンダ
クタンス４Ｆｊ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し１１で
あって、図中１は被溶接材、２け溶接トーチ、［Ｆ］は
アーク電圧、■は溶接′電流、■○は溶接電諒の極性、
ｚ、ｙは溶接トーチを基単に設定せる駆動軸の名称を示
し、この場合はＺ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、すみ肉浴
接に於ける構成例を示すもので、その各構成要素につい
ては同図（ａ）のそれらと同一機能を有する構成要素で
あるので、その説明は省略する。次に、第５図（ｅ）は
、同図（ａ）の突合わせ溶接に於て、溶接ライビング偏
口動制御と溶接開先幅自動追従制御を、本発明にもとす
くアークのコンダクタンス１Ｍ号検出回路とコンダクタ
ンス信号゛の等化増幅回路を適用して構成した例を示す
ものである。図中、１及び２は同図（ａ）或は（ｂ）の
同一符号と同じ機能１４− 要素、３ａけ′１１イ流入力伯号、３ｂｌｌ−ｔアーク
電圧入力４ｄ号、４けコンダクタンス演舞回路、５はコ
ンダクタンス信号、６１ｄローパスフイルタ、７Ｖまコ
ンダクタンス信号、８は等化ｊ曽幅回路である。まｆｃ
９は等化増幅回路８の等化コンダクタンス出力信号Ｅ匂
、Ｇ、１０は比較弁別回路、１１は比較弁別用しきい値
設定回路、Ｊ２は設定されたし＃ｌ／−１館１１１力伯
号Ｓ、１３は左右進行弁別並びにホールド回路、１４は
サーボ増幅器、１５はザーボ増幅器用人カレベル設定（
サーボモータ速度設定）回路、１６はＹ軸駆動サーボモ
ータ、１７はＹ軸駆動装置をそれぞれ示す。

なお、第５図（ｂ）に７Ｆすすみ肉浴接に係る構成も上
記突会わせ浴接に係る構成と全く同一である０次に、第
６図は、第５図に於ける模能構成要素のうち、本５ら明
の基本となるアークのコンダクタンス検出部と演算回路
４の具体例を示すものである。第６図（ａ）は、アーク
′亀圧、電流から割′Ｈ器と演ｉ今増幅器によりコンダ
クタンスを演算する場合の回路構成例を示し、同図中、
１は被溶接材、２は溶接トーチ、３ａは電流入力信号、
３ｂはアーク電圧入力信号、４に一コンダクタンス演算
回路、５はコンダクタンス信号、ＳＨは電流分流器であ
る。上記コンダクタンス演算回路４は可変抵抗器ＶＲ−
１、ＶＲ−２、演算増幅器ＯＰ　−１、ＯＰ　−２、割
算器りから構成され、電圧入力信号■は入力端ｔｉｇ、
電流入力信号のは入力端１１．にそれぞれ入力されるよ
うになっている。そして、コモン端子ｔｊｃには共通線
ＣＯＭが接続されている。第６図（ｂ）は、アーク′醒
圧、電流から掛算器と演算増幅器によりコンダクタンス
を演算する場合の回路構成例を示すも（ｉＤテ、ｙＨ−
１，ＶＲ−２Ｈ可変抵抗器、０Ｐ−１〜０Ｐ−３は演算
増幅器、Ｍは掛算器である。第６図（ｅ）は、アーク電
圧、電流から演算増幅器とトランジスタによりコンダク
タンスを演算する場合の回路構成例を示すもので、同図
中、ＶＲ−１、ＶＲ−２は可変抵抗器、ＯＰ　−１、０
Ｐ　−２。

０Ｐ−４〜ＯＰ　−７は演算増幅器、ＴＲ−１−ＴＲ−
３はトランジスタである。

次に、第７回目第５図に於ける機能構成要素のうち、本
発明のもう１つの基本となるアークのコンダクタンス信
号等化増幅回路の具体例である。第７図（ａ）けコンダ
クタンス入力信号Ｇを、用算器２割嘗器及び演算増幅器
により演算させ、’４化コンダクタンス信号ＥＱ、Ｇと
して出力させる楊曾の回路構成例を示すもので、同図中
、７゜８、及び９は第５図に於ける同一符号のものと同
じ意味をもっている。さらに等化増幅回路８のｔｉ）ｔ
１１１１Ｉ檜成要素として８Ａは線形増幅器、８Ｂは安
累と１−で用いられる割算器の）、８Ｃは割算器８Ｂの
出力に係るピークホールド、８Ｄは掛神器Ｍ、ＶＲＩＩ
人カレベル調整用可変抵抗器、ＶＲ２は基４！増幅度設
定用可変抵抗器、ＣＯＭは共通基線をそれぞれ表わす。

第７図（ｂ）は、コンダクタンス入力信号Ｇ　ｆｓ掛算
器Ｍ及び演算増幅器により演算させ、等化コンダクタン
ス信号ＥＱ、Ｇとして出力させる場合の回路構成例を示
すもので、同図中に示される要素８Ｂにおいて１、　Ｍ
ｌは＃１′ｊ４．器、ＯＰ　２は演算増幅器であり、他
の１７− 要素については同図（ａ）と同一符号のものは同一要素
であることを意味する。第７図（ｃ）け、コンダクタン
ス入力信号Ｇを、掛算器Ｍ、演演算増幅器上トランジス
タより演算させ、等化コンダクタンス信号ＥＱ、Ｇとし
て出力させる場合の回路構成例であって、同図中に示さ
れる要素８Ｂにおいて、ＯＰ　２ないしＯＰ　４は演算
増幅器、ＴＲＩ及びＴＲ２はトランジスタを示し、他の
要素については同図（＆）或は（ｂ）と同一符号のもの
は同一要素であることを意味する。

次に上記のように構成された溶接用倣い構出装置の作用
について述べる。まず、アークのコンダクタンス検出に
係る作用について説明する。

第５図（ａ）　、（ｂ）　、（ｃ）に於けるＪ　）　２
　＋　Ｊ　ｍ　＋３ｂ、４，５．及び第６図（ａ）　、
（ｂ）　、（ｃｌに於ける同一符号の機能要素によりア
ークのコンダクタンスは次のように検出される。アーク
のコンダクタンスＧは（１）式の如く定義できる。

■ Ｇ＝−・・・・・　（１） １８− ｌまたがって、第６図（ａ）に示す演算回路においでし
１割１１器■）の基本的演舞機能として２′ ■ｏ′二Ｉ　（１・−（２） Ｘ′ を利用１シて、２′にけＩ成分、Ｘ′にはＥ成分を入力
し、ｖｏ′としてＧを算出できるように回路構成したも
ので、図中ＯＰ　−１、ＯＰ　−２は線形増幅或は符号
反転作用、ＶＲ−１、ＶＲ−２はＩ成分及びＥ成分のレ
ベル調整器どして作用する。

また第６図（ｂ）に示す演舞回路においてはＩＩ算器Ｍ
の基本的演１１機能 を利用して、こハを演算増幅器の負饋還回路にを算出す
る如く回路を構成したもので、図中、０Ｐ−１〜０Ｐ−
３は線形増幅或は符号反転作用、ＶＲ−１、ＶＲ−２は
■成分及びＥ成分のレベル調整器として作用する。

さらに第６図（ｅ）に示す演舞°回路にお・いては演算
増幅器とトランジスタによる対数変挾、逆対数■ 変換機能を利用」−てＧ−７−を狗出する如く回路を構
成したものである。

図中、ＯＰ　−１、ＯＰ　−２、ＯＰ　−４〜０Ｐ−７
は線形増幅、符号反転成はトランジスタＴＲ−１〜ＴＲ
−３とともに対数・逆対数変換作用、ＶＲ−１。

ＶＲ−２ｒｊ’　Ｉ成分及びＥ成分のレベル調整器とし
て作用する。

次にこのようにして演算回路によりめられるアークの特
性ｆｉ＆としてのコンダクタンスＧを、溶接トーチ・被
溶接材間距離りの制御用入力信号として利用する場合の
作用を説明する。

第８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。同図にみる如く、浴接トーチ・被溶接
材間距離りが、ｈ。

を中心にΔｈだけ上下ＶＣ変動することにより、アーク
市１圧特性曲線は略々相似形のまま上下に移動する。−
力、図示のような外部特性（定電圧特性に近い）を有す
る溶接電源により上記アークを負荷さ（しる場合は、ｈ
　＝　ｈｏではｐＮ、ｈ＝ｈｏ＋ΔｈでけｐＬ、ｈ＝ｈ
ｏ−ΔｈではＰ８の谷父点でそれぞれ安定な通屯が行な
われ、定常の溶接状態が４＋）られる。すなわち、被溶
接材１とＭａｄトーチ２との間の距離りの変化に対応し
て２１− 動作点がｐＮ　ｌ　ｐｔ、　ｌ　ｐｓ等と変動し、この
変動により電流、電圧が変動する。図からも明らかなる
如く、ｈ＝ｈ、からｈ＝ｂｏ＋Δｈに変化すれば電流■
は■。からＩｏ−ΔＩに、電圧ＥはＥ。がらＥ、＋ΔＥ
にそれぞれ変化し、ｈ＝ｈ、からす。

−Δｈに変化すればＩは■ｏ十Δ■に、ＥけＥｏ−ΔＥ
にそれ性質化することが分る。このようにｈの変化によ
りＩ、Ｅが共に変化するわけであるが、図からも分るよ
うに、Ｅの変化より■の変化が遥かに大幅なので、■の
変化を利用してｈの目標値制御が従来から行なわれてお
り、いわゆるアークセンサはこの原理に立脚したもので
ある。

これに対し、本発明では、アークのコンダクタンスＧの
変化を利用してｈの目標値制御を行なうものである。す
なわち、第８図に於て、破線で示す曲線が、実線で示す
電流・電圧特性曲線に対応する電流・コンダクタンス特
性曲線であって、ｈ＝ｈｏ（Ｉ＝ＩＯ９Ｅ＝Ｅｏ）に於
ける動作点をＰ　Ｎ’　、これに対応するコンダクタン
ス２２− ＧをＧ−’ｘ　１１　％　４たｈ＝ｈ、十Δｈ（１＝Ｉ
ｏ−Δ■。

Ｆ：　””　Ｅ　６＋ΔＥ）に於ける動作点をｐｒ、′
、ＧをＧ。

−ΔＧ、さらにｈ＝ｈｏ−Δｈ（Ｉ＝ＩＯ十ΔＩ、Ｅ−
Ｅｏ−ΔＥ）でけＰＢ’　、　Ｇ　”　Ｇ（１＋ΔＧと
してそれぞれ表わ１７ている。このようなコンダクタン
スＧｆｈ制御人力信号として利用する場合の特性につき
第１表により説明する。

第１表はｈの変化に伴うＩ　、ｇ、Ｇの変化の様子を比
較した結果であるが、同表から１川る」：うに、ｈがｈ
ｏからｈｏ＋Δｈ１或はｈＯ−Δｈに変化した場合、電
流変化率１／Ｉ　ｏ或は電圧変化率Ｅ４　◎のいずれよ
りもコンダクタンス変化率Ｇ／Ｇ　ｏが大であり、この
ことけｈ制御用入力も号としてはＥよりも、■よりもＧ
の方が１偽い識別度を有すること、すなわちＧを入力信
号とすることにより、制御の安定化並びに烏８厩化を図
り得ることが分る。

次に、溶滴移行の安定化（スプレー化）のため、溶接電
流にパルス状電流を重畳することがある。このような場
合、電流Ｉ、電圧Ｅ、コンダクタンスＧの倒れを制御信
号として利用するかにより、入力信号中に含まれるノ９
ルス波比率が異る。その状況を第９図に示す。第９図は
溶接電流■が、基準電流■ｏと・！ルス電流Ｉ、とが重
畳して構成される場合（１＝Ｉ。十Ｉｐ　）の様子を示
している。またこのときのアーク′亀圧Ｅ及びコンダク
タンスＧの変化状況並びにそれらの変化率を第２表に示
す。

第２表から判るように、電流■が■。からＴ。

＋Ｉｐに変化すれば動作点Ｐ。はＰｐに移動１〜、電圧
ＥはＥｏからＥｏ＋Ｅｐに変化する。この場合の電流変
化率１／■（１，電圧変化率Ｅ、／’Ｅ　６及びコンダ
クタンス変化率Ｇ／Ｇ　ｏを比較１−でみると、ＧｌＧ
。

が最もｌに近いことが分る。すなわち、Ｇを制御用入力
信号と］−て利用すれば、仮令電流中に鋭い／ＩＰルス
電流が重畳されていても、他の特性値を利用するのに比
して入力信号中の・ぐルス比率が小さく、制御精度の向
上と安定化を図ることが出来る。

次にアークのコンダクタンスＧの等化増１１ｍ　作用に
ついて述べる。

先ず、第１Ｏ図により等化増幅作用の原理を説明する。

第１θ図（ａ）は従来用いられている自動利得制御（Ａ
ｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｇａ１ｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　：　Ａ
ＧＣ）回路構成例であって、可変利得素子ＶＧ　、直流
変換ＤＣ、比較器ＣＯＭ　、ピークホールドＰＨの機能
要素が出力・入力間で閉ルーゾ饋還回路を構成してい゛
るのが特徴であるが、広い範囲の入力信号レベルに対す
る定出力レベル化機能並びに線形度保持に難点がある。

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、割算器り、直流変換ＤＣ、ピークホ
ールドＰＨ。

掛算器Ｍの機能要素が開ループ演算回路を構成すること
により、割算器り、掛算器Ｍの許容入出力範囲での全レ
ベルについて高精度な定出力レベル化機能＼ｌ及びに線
形度を得ることが出来る特徴を有する。

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１作動原理。

作用が根本的に異なるところに大きな特徴がある。

第１１図は第７図の構成に係る等化増幅回路の作用を具
体的に鮨、明するだめの図である。第１１図（ａ）は突
合わせ溶接に於て溶接トーチをＹ軸方向にライビングさ
せ乍ら進行させる場合の概念図であって、すみ肉溶接の
場合も全く同様の構成となる。同図（ｂ）け、第７図（
（ａ）　、（ｂ）　、　（ｃ）共通）に示す入力信号７
すなわちアークのコンダクタンス信号Ｇを示し、図示の
ように溶接トーチ２のＹ軸つイビングに伴ない、ライビ
ング端部では中央付近に比してコンダクタンスが増加す
ることが分る。図中、Ｇ１　＊　Ｇｌｌ　＋　ＱＢは溶
接電流レベルを変化させた場合に生ずるコンダクタンス
変化の状況を表わす。第ｌ１図（ｅ）は第７図に示す等
化増幅回路８におけるＶＢ２の出力、すなわち基本増幅
度信号を示し、定ｉａである。

同図（ｄ）は第７図に示す要素８Ｂ（割算器）の出力信
号、すなわち（ｃ）に示す定数ａをコンダクタンス信号
で除して得られるＩ逆コンダクタンス信号ａ／Ｇを示し
、Ｇｌ　＋　Ｇｌｌ　ｒ　０３の変化に対応して変化し
ている。第１１図（ｅ）は第７図に示すピークホールド
８Ｃの出力信号、すなわち（ｄ）に示す逆コンダクタン
ス化号ａ／Ｇのピークホールド（ａ／Ｇ　）　ＰＥＡＫ
　を示し、Ｇｌ　＋　Ｇｌｌ　＋　Ｇ３の変化に対応し
て変化する。同図（ｆ）は第７図に示す掛算器８Ｄの出
力、すなわち等化コンダクタンス信号ＥＱ、Ｇ　＝　Ｇ
・（ａ／Ｇ）Ｐつ□を示し、ＧしＧ２＋０３の変化に拘
わらず出力レベルは一定となる。

３０− 以上のｍｌ明で分るように、本発明による吟化噌幅回路
の作用により、溶接電流レベルの変動により−ｒ−りの
コンダクタンスレベルが変動シても、これｆｉ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イＪ効である。

ｅ　ｉ−１第７図＜ｙ、（１））　、　＜ｃ）は、図中
、要素８Ｂ（割舞器）の構成が相違することにより、細
部作用が異なる。すなわち、同図（ａ）は臂素８Ｂとし
て割榊器りを適用し、その基本的演算機能、　＝　Ｚ／
−により逆コンダクタンス信号ａ／Ｇを得る。（ｂ）は
侠累８１１として掛胸器Ｍｌ（基本的演算機能Ｖｏ＝Ｘ
・Ｙ）を演算増幅器ＯＰ　２の負饋還回路に仲人する回
路構成とすることにより、総合的に逆コンダクタンス信
号ａ／Ｇを得る。（ｃ）は費累８Ｂとして演舞増幅器と
トランジスタによる対数変換・逆対数変換＋ｄ能を利用
することにより、総合的に逆コンダクタンス＜ｔ　＠　
ａ／Ｇを得ている。

このよりに前；Ｉ／１号シた火施例からも明らかなよ＝
３１− うに本発明では溶接口がット或は自動アーク溶接に於け
る浴接トーチ・被浴接材間距離りに関するＺ　１ｌｉｌ
ｌｌ制ｇ４１及びＹ軸制御のだめの人力信号としてアー
クのコンダクタンスＧを用いるようにしたので、溶接゛
龜；流Ｉ或はアーク曲玉Ｅに、［る制御に比して、信号
識別１１しカが大で、Ｈ８い制御精度と安定度が得られ
、また溶接電流中に・９ルス状電流が重畳される場合、
Ｇを制御用人力信号として採用することにより、信号中
のパルス波比率を最小にすることが出来、ｉｆｆｉｌＪ
ＭＩ安定度が同上する。

また、コンダクタンス等化増幅回路の適用により、溶接
ロピット或は自動アーク浴接装置でアークセンサ方式に
立脚せる浴接ライビング暢自−制御と溶接開先幅自動追
従並びに溶接線自動追従制御に於て、溶接＊Ｋが随時任
意のレベルに変化することによりアークのコンダクタン
スのレベルが変化しても、こ扛を高梢度に定出力レベル
化することが可能となり、後続の比較弁別回路の構成と
その機能を単純且つ高梢度化するのに極めて有効である
。

さらに既イｆ俗接ロボット或は自動アーク浴接装置に容
易に１・］加適川用米るばかりでなく、主便ｈｌＸ分は
＋１１１単なアナログ回路で構成しているので低コス］
・に実現でさ、゛また溶接関連設備１癲Ｉｌ化、ロボッ
ト化による省人化の実現に有力な手用りを与えることが
でき、しかも浴接ロボット或ｄ自動浴接装］ｄの機能同
上、コスト低減により市場競争力が強化される利点會有
する。

以上述べたように本発明によれば溶接アークのコンダク
タンスを（束量してこれを溶接トーチをｆＸ７．血刺御
する制御人力信号とするとともに前出；コンダクタンス
信号のレベルが随時任意のレベルに便化してもその０１
力が常に一定レベルに比 維持できるコンダクタンス信号等＃ｉ増幅回路を設ける
ようにしだので、ノイズ妨簀が少なく且つ微少変化にも
雉央に対応できる高梢度で低コストのアークセンサ方式
になし得るとともに任慈の両級電流に対しても常に安定
した比較弁別作用が自制的に得ることができる尚精度、
低コストの溶接用倣い検出装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

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
溶接における電流・電圧特性及び溶接電源の外部特性を
示す図、第２図は第１図の特性を利用して浴接トーチの
位置制御を行なう場合の説明図、第３図は第１図におけ
る基準電流レベルに代って電流レベルを３段階に変化さ
せた場合の動作点の変化状況例を説明するだめの図１．
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
すみ肉溶接を実施する場合のライビング輪重動制御と溶
接開先幅自動追従機能並びに沼接−自勧追従機能を具備
させる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施例を示す構成
説明図、第６図は同実施例におけるアークのコンダクタ
ンスを検出するための具体的構成例を示す回路図、第７
図は同実施例におけるアークのコンダクタンス信号等化
増幅回路の具体的構成例を示す図、第８図は同実施例の
作用を３４− 説ＬＩｌｌ−ｉるための電流・電圧特性曲線に対応する
′電流・コンタ゛クタンス特性曲線図、第９図は溶接電
流に・！ルス状醒流を重畳する場合の作用説明図、第１
０図１アークのコンダクタンス信Ｍイヒー 等栖増幅回路の動作原理を説明するための図、第１１図
は第７図に示すコンダクタンス信号等化増幅回路の具体
的作用を説明するだめの図である。 １・・・被溶接材、２・・・溶接トーチ、３ａ・・・電
流入力信号、３ｂ・・・電圧入力信号、４・・・コンダ
クタンス演算回路、５，７・・・コンダクタンス４Ｎ号
、６・・・ローノにスフィルタ、８・・・等化増幅回路
、９・・・等化コンダクタンス出力信号、１０・・・比
較弁別回路、１１・・・しきい１−設定回路、１２・・
・しきい値出力信号、１３・・・左右進行弁別並びにホ
ールド回路、１４・・・サーが増幅器、１５・・・サー
ボ積１−器用レベル設定器、１６・・・Ｙ＠駆動ザーポ
・モータ、Ｊ７・・・ＹＮ駆動装置１゜出願人憤代理人
　弁理士　鈴　江　武　彦３５− 第　９ ＯＩｏ　Ｉｏ十Ｉｐ　Ｉ 第１０図 第１１図 （ｂ）　（ａ） ＬＹＯＹＲ （ｃ） 手続補正書 昭和　が９．７ｉ、２５日 特許庁長官　志　賀　学　殿 ■、事件の表示 特願昭５８−１５５５０４ ２、発明の名称 溶接用倣い検出装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 （６２０）　三菱重工業株式会社 ４、復代理人 ５、自発補正 図面第６図を別紙の篇゛力訂正する。 第６図 箔 へ４ １　Ｓ：

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 自動アーク溶接装酸或いはアーク溶接口がットにおける
   溶接トーチを、アークセンサ方式により得られる制御用
   入力信号を用いて溶接ライピング輪重勧制御、溶接開先
   幅自動追従制御させるだめの溶接用倣い検出装置におい
   て、溶接アークのコンダクタンスを検出してこれを上記
   制御用入力信号とし且つ上記コンダクタンス信号のレベ
   ルが変化しても常に一定レベルに維持された出力を得る
   コンダクタンス信号等化増幅回路を備え、この等化コン
   ダクタンス信号を上記ライビング輪重動制御、溶接開先
   幅自動追従制御のだめの上記溶接トーチライビング端折
   り返え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Ｗ。