JPS61276777A - 溶接線自動倣い方式 - 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】 〈産業上の利用分腎〉 本発明は溶接線自動倣い方式に関し、消耗電極（以下ワ
イヤと呼称する）を使用するアーク溶接に適用して有用
なものである。

〈従来の技術〉 従来、ワイヤを使用するアーク溶接において、溶接時の
ワイヤ突出し長とアーク長との和を求め、その変化から
溶接線を倣う方式は未だ見出されていない。ワイヤ式ア
ーク溶接法によって被溶接物を溶接する場合、溶接トー
チ近傍に特別に有形の検出機構を設けずに啓接トーチが
溶接線を自動的に倣うようにすることができれば構造上
からも有利である。

〈発明の課題〉 本発明は、上記のような点に鑑みてなされたもので、ワ
イヤを使用するアーク溶接において、他の有形な検出機
構を溶接トーチ近傍に設けることなく、溶接時の溶接条
件パラメータを用いて、アーク点が溶接線を自動的に倣
う溶接線自動倣い方式を提供することを目的とする。

く課題を達成するための手段〉 上記目的を達成する本発明の構成は、消耗電極式ア、−
り溶接法における溶接線自動倣い方式において、先端が
開先内に向けて突出している消耗電極を挿通している嵌
合体をトーチ本体にその軸を中心として揺動可能に嵌装
）　　　　　するとともに、溶接電流Ｉ、）−チ本体の
先端部である溶接チップと被溶接物との間の電圧である
溶接電圧Ｖ及び消耗電極の送給速度Ｖを検出し、更にこ
れら溶接電流Ｉ、溶接電圧■及び送給速度Ｖを表わす電
気信号を演算型で処理することによってアーク長こと溶
接チップからの消耗電極の突出し長さＬＥとの和である
溶接チップ−被溶接物６間圧ｇｌＬを求め、消耗電極の
所定の揺動位置における溶接チップ−被溶接物間距離り
の値から求めた任意の少なくとも２個の揺動位置におけ
る溶接チップ−被溶接物間距離りの差分から、消耗電極
の揺動中心位置と被溶接物とによって構成される継手の
開先中心位置との偏差を検出し、揺動中心位置と開先中
心位置との相対位置が設定通りになるとともに少なくと
も２個の揺動位置における溶接チップ−被溶接物間距離
りの平均値が設定通りになるようにトーチ本体及び嵌合
体の位置を制御するようにしたことを特撮とする。

く実　施　例〉 以下本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。

第１図は本発明の実施例方式を実現する装置を示すブロ
ック図である。同図に示すように、溶接電源１は電圧調
整器２によりその出力電圧を調整されトーチ本体３の先
端部である溶接チップ５を介してワイヤ１７に溶接電流
Ｉを供給している。トーチ本体３は、電動機２７の駆動
により図中上下方向に移動する上下移動治具２５に一端
が固着されている金具２５の他端にその上部を固着され
て上下移動可能に形成されるとともに、更に金具２８を
介して台車２９に固着され図の紙面に対し直角方向に移
動可能に形成されている。また、トーチ本体３は金具２
５に固着された腕１１及びこの腕１１に固着された軸受
９を介して嵌合体４を軸支している。嵌合体４は、その
上端部に歯車８が固着されてお秒、金具２１を介してト
ーチ本体３に固着されている電動機６により回転駆動さ
れる歯車７と前記歯車８とが噛合することにより回動力
が伝達されるようになっている。かくて、嵌合体４は、
電動機６の駆動によりトーチ本体３内でこの■・−チ本
体３の軸を中心として揺動可能となっている。このとき
の揺動量は金具２１，２３を介して金具２１に固着され
ているポテンシ璽メータ２４により検出されろ。ワイヤ
１７はコイル状ワイヤ１３をローラ１２により巻き戻す
ことにより嵌合体１４の上端に自在継手１０を介して取
り付けられているコンジットケーブル１６内を通って供
給され、嵌合体４の軸中心より偏心した位置に軸方向に
亘り創設しである溝を介して嵌合体４に挿通され先端が
溶接チップ５から斜めに開先内に突出している。このと
き、ローラ１２は電動機１４により回転駆動されるとと
もに、電動機１４の回転数、即ちワイヤ送給速度Ｖは制
御装置１５により制御される。なお、図中１８はアーク
、１９は溶接金属、２０は被溶接物である。

また、３０は溶接電流！を検出する分流器、３１はワイ
ヤ１７の送給速度Ｖを検出するエンコーダ、３２はポテ
ンショメタ−２４の検出信号を適当な大きさにする増幅
器、３３はエンコーダ３１のパルス信号を直流電圧に変
換し、適当な大きさにする増幅器、３４は溶接電圧Ｖを
適当な大きさにする増幅器、３５は分流器３０からの信
号にフィルタリングを行い溶接電流！の平均値Ｉ、を求
めると供に適当な大きさにする増幅器、３６は分流＠３
０からの信号を自乗して時間平均をとり、さらに平方根
を求めることによって溶接電流Ｉの実効値１．を求める
と共に適当な大きさにする増幅器、３７はセンシングゲ
イン（Ｋｌ、に２・・・後述する）およびトーチ高さく
ＨＤ・・・後述する）の設定器３８からの信号を適当な
大きさにする増幅器である。これら増幅器３２，３３゜
３４．３５，３６，３７の出力信号はＡ／Ｄ変換器３９
で夫々ディジタル量に変換して演算器４０に供給される
。演算器４０は後述する所定の演算を行なった後、その
結果に応じた制御量をＤ／Ａ変換器４１を介して制御装
置４２．４３に供給する。このとき、制御装置４２はＤ
／Ａ変ｔ！ＩＩ、器４１からの信号に基づき電動機６の
回転方向および回転量を制御し、制御装置４３はＤ／Ａ
変換器４１からの信号に基づき、電動機２７の回転方向
および回転量を制御する。

かかる装置において、第１図のＡ−Ａ線断面図である第
２図に示すように、ワイヤ１７は嵌合体４の溝とトーチ
本体３との間に在るため、嵌合体４をトーチ本体３に対
して回動させると回動の大きさ及び方向に対応してワイ
ヤ１７の位置も変化する。

第３図（ａ）、　（ｂ）　〜第５図（ａＬ　（ｂｌは嵌
合体４をトーチ本体３に対して回動させた時に、ワイヤ
１７の先端が変化（揺動）する状態を夫々示している。

このとき、嵌合体４と電動機６は歯車７および歯車８を
介して結合しかつポテンショメータ２４も機械的に結合
されている為、ワイヤ１７の揺動位置に対応して、ポテ
ンショメータ２４の電気信号が変化する。即ち、ワイヤ
１７の揺動位置θをポテンショメータ２４で検出するこ
とができる。また、分流器３０お　゛よび増幅器３５．
３６によって溶接電流Ｉの平均値ζおよび実効値■、が
、増幅器３４によって溶接電圧Ｖが、エンコーダ３１お
よび増幅器３３によってワイヤ送給速度Ｖが、ポテンシ
ョメータ２４および増幅＠３２によってワイヤ１７の揺
動位置が夫々求められ、これらを夫々表わす電気信号が
Ａ／Ｄ変換器３９を介して演算９４０に供給される。

ここで改めて記号を次のように定義する。

■、・・・平均溶接電流（ＷＩ接電流の平均値）、■、
・・・実効溶接電流（溶接電流の実効値）、■・・・溶
接電圧 Ｖ・・・ワイヤ送給速度 −・・・溶接チップ５の先端からアーク１８までのワイ
ヤ１７の長さ、即ちワイヤ突出し長さ、 ζ・・・ワイヤ１７の先端から溶接金属１９までの距離
、即ちアーク長、 Ｌ・・・前記−とことの和、即ち溶接チップ５と溶接金
属１９との間の距離、 ■、・・・溶接電流■によってワイヤ突出部に生じる電
圧降下、 ■・・・ＶからＶを差し引いた電圧、即ちアーク電圧。

以上のように各記号を定義すると、諸量の間には次の関
係があることが知られている。

ζ＝ｆ、（１，、ζ、ｖ）　　　　　　　・・・■Ｖ、
　＝　ｆ２（１，、ｖ　、　　ζ）・・・■Ｖ＝Ｖ−Ｖ
　　　　　　　　　　　　・・・■ζ＝　ｆ３（１，、
ＶＡ）　　　　　　　　　・・・■Ｌ＝１．＋ζ　　　
　　　　　　　　・・・■従って、■式の関係を演算器
４０にプログラムしておき、溶接電流１．、Ｉ、および
ワイヤ送給速度Ｖを与えると、ワイヤ突出し長さ−が求
められる。０式の関係を演算器４０にプログラムしてお
き、ワイヤ送給量Ｖ、平均電流Ｉ。

およびワイヤ突出し長さ−を与えると、ワイヤ突出部の
電圧降下ηが求められる。０式の関係を演算器４０にプ
ログラムしておき、溶接電圧Ｖおよびワイヤ突出部の電
圧降下等を与えるとアーク電圧■が求められる。０式の
関係を演算器４０にプログラムしておき゛、平均電流１
．とアーク電圧入とを与えるとアーク長ζが求められる
。０式の関係を演算器４０にプログラムしておき、ワイ
ヤ突出し長さ−とアーク長ことを与えると、その和から
溶接チップ５と溶接金属１９との間の距離りが求められ
る。

以上のように、変数として溶接電流Ｉ、Ｉ。

ワイヤ送給速度Ｖおよび溶接電圧Ｖを与えると、０〜０
式から溶接チップ５と溶接金属１９との間の距離りが求
められる。

かかる溶接パラメータを用いる本実施例方式を説明する
と、第６図〜第８図は横軸に揺１　　　　　　動力θ（
最大振り角を±１００％とする相対角度）と縦軸にＬ（
溶接チップ５と溶接金属１９との間の距離）とをとった
θ−Ｌパターンであり、次に定義する揺動の中心線が被
溶接物２０で形成されろ開先に平行でかつ同一振幅で揺
動する場合を示す。このときの揺動の中心線とは第３図
（ａ）、（ｂ）〜第５図（ａ）、（ｂｌにおいて、嵌合
体４の中心点とワイヤ１７の断面中心点とを結ぶ線分が
θめ正および負の最大点で張る角度の２等分線となる線
のことである。

第６図は揺動の中心線が開先に平行でかつ、開先の中央
にある場合であるが、この場合は軸（θ＝０）に対して
左右対称になっている。

第７図は、揺動の中心線は開先に平行であるが、その位
置が開先の中心線と開先の左壁の間にある場合である。

この場合はトーチ本体３の中心が開先の中心に対して左
側に寄っており、θ＝−１００％に近づくにつれてＬの
大きさが急激に小さくなる。

第８図は第７図の場合とは逆に、トーチ本体３の中心が
開先の中心に対して右側に寄っており、θ＝＋１００％
に近づくにつれてＬの大きさが急激に小さくなる。

第９図は時間ｔに対する揺動角θの変化を示すと共に、
溶接電流１．ｊ　　ζ、溶接電圧Ｖ。

ワイヤ供給速度Ｖをサンプリングするタイミングを示す
。サンプリングの開始はθの正負ともθ；Ｏを起点とし
その間隔はΔｔとしている。また、同図中のサンプリン
グ数１番目りをり、とじ、θ〉０の時のＬのサンプリン
グ数１からｎ番目までのしの統計を！Ｌ１、θく０の時
のＬのサンプリング数１からｍ番目までのしの統計をΣ
Ｌで表わし、溶接線に対するＪ＋Ｉ　Ｊ トーチ（又はアーク点）の偏差の検出量ΔＤ。

ΔＨを次のように定義する。

又は、 ここに、Ｋ、は比例定数である。

ことに、Ｈ，、に、は比例定数で、Ｈ，ｔ！）　−−Ｆ
−高さの設定値である。

ところで、第６図の場合は、軸θ＝０に対してθ−Ｌパ
ターンはほぼ対称であるのでΔＮ）＃０となり２、この
時は開先の中心線と揺動の中心線が一致しているので、
揺動の中心線を制御する必要はない。

第７図の場合は、ΔＤ）０となるので、この時はΔＤ＃
０となるまで制御装置４２を通じて電動機６による揺動
の中心線をθの正側に移動させる。

第８図の場合は、ΔＤ＜０となるので、この時はΔＤｂ
Ｏとなるまで制御装置４２を通じて電動機６による揺動
の中心線をθの負側に移動させる。

これら第６図〜第８図に示すいずれの場合も揺動角度は
一定とし揺動の中心線を変化させて、開先の中心線に対
するトーチ本体３の中心線のズレを補正し常に揺動の中
心線がほぼ開先の中心線と一致するように制御する。

また、何らの原因で高さ方向がずれｔこ場合は、ΔＨが
常に零になるように制御装置４３を通じて電動機２７に
よる上下移動治具２６の高さを制御してトーチの高さを
制御する。

〈発明の効果〉 以上実施例とともに具体的に説明したように、本発明に
よればアーク点が溶接線を自動的に倣うので、溶接欠陥
がない溶接部が得られる。因に狭開先の場合は、開先の
中心線と溶接線方向のアーク軌跡が一致しない場合は、
溶接欠陥が発生しやすい。また、溶接ロボット等と組合
わすれば、溶接中の溶接線変動にも対応でき全自動化が
可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例方式を実現する装置を示すブロ
ック図、第２図は第１図のＡ−Ａ線；　　　　　断面図
、第３図（ａｌ〜第５図（ａｌはトーチ本体の先端近傍
部分を抽出拡大し、ワイヤの揺動時の各状態に対応させ
て示す断面図、第３図（ｂ）〜第５図（ｂ）は第３図（
ａ）〜第５図（ａ）に示すトーチ本体近傍部分を下方か
ら見た状態で示す底面図、第６図〜第８図は開先の中心
線とワイヤの揺動中心線との相対位置変化によるθ−Ｌ
のパターンを夫々示すグラフ、第９図は時間ｔに対する
揺動角度θの変化とＬを演算するのに必要な溶接パラメ
ータのサンプリングのタイミングを示す説明図である。 図　面　中、 ３・・・１・−チ本体、 ４・・・嵌合体、 ５・・・溶接チップ、 １７・・・ワイヤ、 １８・・・アーク、 １９・・・溶接金属、 ２０・・・被溶接物、 ３０・・・分流器、 ４０・・・演算器である。 第３図 （ｂ） 第２図 第４図　　　　第５図 Ｃｂ）ｃｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 消耗電極式アーク溶接法における溶接線自動倣い方式に
   おいて、先端が開先内に向けて突出している消耗電極を
   挿通している嵌合体をトーチ本体にその軸を中心として
   揺動可能に嵌装するとともに、溶接電流Ｉ、トーチ本体
   の先端部である溶接チップと被溶接物との間の電圧であ
   る溶接電圧Ｖ及び消耗電極の送給速度ｖを検出し、更に
   これら溶接電流Ｉ、溶接電圧Ｖ及び送給速度ｖを表わす
   電気信号を演算器で処理することによってアーク長Ｌ＿
   Ａと溶接チップからの消耗電極の突出し長さＬ＿Ｅとの
   和である溶接チップ−被溶接物間距離Ｌを求め、消耗電
   極の所定の揺動位置における溶接チップ−被溶接物間距
   離Ｌの値から求めた任意の少なくとも２個の揺動位置に
   おける溶接チップ−被溶接物間距離Ｌの差分から、消耗
   電極の揺動中心位置と被溶接物とによって構成される継
   手の開先中心位置との偏差を検出し、揺動中心位置と開
   先中心位置との相対位置が設定通りになるとともに少な
   くとも２個の揺動位置における溶接チップ−被溶接物間
   距離Ｌの平均値が設定通りになるようにトーチ本体及び
   嵌合体の位置を制御するようにしたことを特徴とする溶
   接線自動倣い方式。