JPS6238766A - 溶接トーチの制御方法 - 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】 技術分野 本発明は、溶接継手に長手部品を有する溶接材を連続的
に溶接する自動溶接機に関し、もつと詳しくけその自動
溶＃に情のｉｌ＊）−チをならい制御する制御方式に関
する。

メンブレン方式のＬ　Ｎ　Ｇ　（Ｉｌ化天然ガス）タン
クでは、タンク躯体の内側に断熱層を設け、さらに　　
　　Ｉそ０向面′２低温特性０優１“材質０薄板製″プ
　　　　ｉレンを全面に設けて゛・る、メンブレンはＬ
ＮＧ貯　　　　）脇侍には一１６２℃の極低温にさらさ
れ、空の場　　　　・合は常温になり、極めて大勝な温
度変化を受ける　　　　；ので、適当な間隔の格子状等
に波形の伸縮しわを　　　　；設けて過大な熱応力を生
じないようにされている。

メンブレンのような薄板部材の溶接には、ＴＩ　　　　
　！鴎 Ｇ溶接法（タングステンイナートガス溶接法）、あ　　
　　。

るいはプラズマ溶接法が適用されるが、これらの　　　
　１溶接法においては、溶接アークを安定させてビー　
　　　ト）’　Ｂ　＊　ｔ　−Ｎ　Ｉ：　（ｊ４　％　
、　ｆ＃　ｍ　Ｈｆ）　％　Ｉ！　−ｎ　’Ｒ−’Ｉ！
　ｅ　　　　ｐ’強度を確保する必要上、溶接トーチは
溶接線の方　　　　、・５向く波形部においては溶接点
における接線の方向）　　　　１に対して常にある一定
の角度を保持し、かつ、溶　　　　゛接トーチの先端と
、被溶接材との間隔を一定に保つ必要があるという問題
がある。

この問題を解決する先行技術は、特開昭５７−１４２７
７０に示されており、その概略は第９図に示される。溶
接トーチ６１には、２つのスタイラス６２．６３が備え
られ、スタイラス６２．６３は被溶接面に接触する。溶
接トーチ６１およびスタイラス６２．Ｇ３は、Ｘ軸、Ｙ
紬、Ｚ紬およびθ軸に移動可能である。２つのスタイラ
ス６２゜６３の出力の差に基づいて、被溶接材６４の傾
斜を検出し、それらのスタイラス６２．６３の検出出力
が常に一定、かつ同一値となるように溶接トーチ６１が
移動制御される。スタイラス６２，６３からの出力に基
づいて、Ｚ柚の位置制御を行ないＺ軸の検出速度■Ｚと
Ｘ軸の検出速度■Ｘのベクトルは、ＶＷが設定された溶
接速度となるようにＸ輪の速度制御を行なう。

発明が解決すべき問題点 このような先行技術では、被溶接材６４の波形部６５が
平坦部６６、となす角度が第１０図の参照符βで示され
るように９０度に近づくと、溶接トーチ６１の制御が困
難となる。また、スタイラス６２．６３を相互に近接し
て間隔ｄ１を小さくすることによって、曲率の大きい被
溶接材の傾斜の検出を行なうことができるようになるけ
れども、実際にスタイラス６２．６３を可及的に近接す
ることには物理的に限界があり、したがって第１０図の
参照符６５ａで示すように大きな曲率を有する波形部の
傾斜の検出を行なうことが困難である。

本発明の目的は、被溶接面の傾斜が太き（でも、また曲
率が大きくても溶接トーチの位置速度および姿勢を希望
する値に保ったままで、溶接を行なうことができるよう
にした溶接トーチの制御方式を提供することである。

問題点を解決するための手段 本発明は、直交する第１、ｔｌＩＩ２および第３動作軸
と第１動作軸のまわりの旋回軸とによって、溶接トーチ
を移動し、第２動作軸の位置を検出して旋回角θｒを定
めて溶接Ｙ−チの姿勢を保ち、第２および第３！Ｉｔ作
紬を含む平面内の溶接速度指令ベクトル、ならびに前記
平面内の溶接トーチの先端および被溶接面の間の距離の
誤差ベクトルの第２動作軸に対する方向余弦の加算値と
、第２動作軸の速度との差が零となるように第２動乍紬
を制御するとともに、前記溶接速度指令ベクトルと前記
誤差ベクトルとの第３釉に対する方向余弦の加゛算値と
、第３動作軸の速度との差が零となるように第３動作軸
を制御することを特徴とする溶接トーチの制御方式であ
る。

作　　用 本発明に従えば、溶接トーチの第２動作軸および第３動
作軸の制御は、溶接速度指令ベクトルと誤差ベクトルと
の方向余弦の加算値と速度との差が零となるようにし、
かつ第２動作＠凸位置を検出して旋回角を求めるように
したので、被溶接面の傾斜が大きくても、またその曲率
が大きくても溶接トーチを正確に制御することが可能で
ある。

実施例 第１図は、本発明の一実施例の筒略化した構造を示す図
である１本発明の考え方による自動溶接機によって溶接
されるメンブレンなどの被溶接材１の溶接継手２は、平
坦部２ａと波形部２ｂとを含み重ね継手である。溶接ト
ーチ３は第１動作軸であるＹ袖と、第２動作袖であるＸ
輪と、第３動作軸である２輪に沿って移動することがで
きるとともに、Ｙ袖に平行な旋回軸線４のまわりに角変
位するθ軸を有する。Ｙ軸とＺ袖とを含む平面内に溶接
トーチ３の軸線が存在し、この平面内にスタイラス５の
軸線が存在する。スタイラス５の軸線は、溶接トーチ３
の軸線とともにＹ軸とＺ釉のなす平面内にあり、Ｚ軸方
向に変位可能である。溶接トーチ３の軸線に沿ってその
先端３ａ側に延ばした直線は、旋回軸線４の延長上で被
溶接材２の表面に交わり、この交点は溶接アーク発生、
α６である。

第２図は溶接トーチ３およびスタイラス５に関連する旋
回８！構を示す断面図であり、第３図は第２図に示され
た旋回機構の左側面図であり、第４図はその旋回機構の
原理を示す図である。Ｙ釉に固定されている支持部材７
には、Ｘ軸方向に間隔をあ（すてピン８，９によって第
１リンク１０と第２リンク１１との一端部がそれぞれ枢
支される。

ビン８は、モータ１２の出力軸１３に同軸に連結される
ｅ第１リンクおよび第２リンク１ｏ、ｉｉの他端部には
大略的にＬ字状に形成された第３リンク１４がピン１５
．１６によって枢支される。

ビン８，９；１５，１６　　はＹ軸に平行である。第１
、＃４２および第３リンク１０．１１．１４は、Ｘ袖お
よびＺ軸を含む平面内で平行四辺形リンク機構を構成す
る。ピン１５は第１リンク１０に固定されており、この
ピン１５にはスプロケットホイール１７が固定される。

ビン１５と軸受１８によって相互に角変位可能な第３リ
ンク１４には、もう１つのスプロケットホイール１９が
ビン２０によって軸受２２を介して取付けられる。スプ
ロケットホイール１７．１９間には、チェーン２３が巻
掛けられる。第３リンク１４のスプロケットホイール１
７．１９間にわたって延びる部分１４ａ−１４ｂには、
ポル）２４．２５に上って伸縮調整可能となっており、
これによってチェーン２３を緊張してスプロケットホイ
ール１７．１９を、すべりを生じることなく、正確に連
動して回転することを可能にする。スプロケットホイー
ル１７．１９のピッチ円は同一径である。ビン１５．１
６の軸線を結ぶ直線と、ピン１５．２０の軸線を結ぶ直
線とは、Ｘ紬およびＺ軸を含む平面内で相互に直交する
。

スプロケットホイール１９には取付は部材２６が固定さ
れており、この取付は部材２６には溶接トーチ３が固定
される。取付は部材２６にはまたスタイラス５がＺ釉に
平行に変位可能にして取付けられる。スタイラス５のＺ
軸方向の変位は検出素子２７によって検出されることが
できる。ビン８．１５．２０および溶接アーク発生点６
はＸ柚およりＺ軸を含む平面内で仮想上の平行四辺形リ
ンク機構の頂点である。したがってモータ１２によって
ピン８を第３図のように角度θ１の範囲で角変位するこ
とによって、スタイラス５は溶接アーク発生点６を通る
Ｙ袖に平行な旋回軸［４（第１図参照）のまわりに同一
角度θ１だけ変位するこ　　　１とができる。このスタ
イラス５の帛変位した状態は仮想Ｊｊｉ５ａ−５ｂで第
３図に示されている。ビン９もまたピン８と同様にして
角度θ１だけ角変位する。このピン９は１２リンク１１
に固定さ枕ており、このピンクには角度θ１を検出する
ための回松角度検出用ポテンショメータ２８が備えられ
る。

この実施例ではビン８．１５間の距離はビン１５．１６
ｆｊｌの距離よりら短く、モータ１２によってピン８，
１５の軸線を通る直線の左右に、たとえば対称に約±９
０度の範囲内で角変位される。

したがって平行四辺形リンクにおける思案、弘を生じる
ことなく旋回駆動することができる。これに上って溶接
トーチ３の確実な旋回が可能になろ。

＃Ｓ３＋７ンク１４の部分１４ｂには、第５図に示され
るアクチュエータ３０がＸ軸方向に変位可能に案内部材
３１によって案内される。アクチュエータ３０は、ばね
３２によってＸ輪の正方向にばね付勢される。アクチュ
エータ３０の端部はリミットスイッチ３３の揺動片３４
に係合している。

７クチエエータ３０の先端部が被溶接材２の波形部２ｂ
に突出し、ばね３２のばね力に抗して第５　　　図の左
方に変位したとき揺動片３４はリミットスイッチ３３の
作動片３５の押圧状態を解除し、リミットスイッチ３３
のスイッチング態様ｉ様が変化する。

第６図（１、）は被溶接材２の平坦部２ａと波形部２ｂ
の表面を示し、第６図（２）はこの被溶接材２の表面に
おける法線３６とＺ軸に平行な直ｌｌＡ３７　　　′と
の成す角度θｒを示す。第６図（２）で示されるＸ袖の
原、べＯにおいて、アクチュエータ３０が波形部２ｂの
表面に当接して変位し、リミットスイ　　　　□フチ３
３のスイッチング態様が変化し、この原烹位置から溶接
トーチ３がＸｌＩｂ方向に変位するとき、　　　□角度
θ「は基準位１ｆｉＯからＸ軸方向への変位量の関数ｆ
（ｘ）として表される。

θｒ＝ｆ（ｘ）　　　　　　　　　　　　・・・（１）
被溶接材２における第１式の関係は予め設定される。後
述の第８図における関係発生回路３９にストアされる。

第７図は溶接トーチ３によって被溶接材２の波形部２ｂ
を溶接している状態を簡略化して示す図である。溶接ト
ーチ３の軸線の延長と波形部２ｂの非溶接面との交点で
ある溶接アーク発生、ヴ６におけるＸ軸およびＺ軸を含
む平面内の溶接速度ｖ〜■は予め定めた一定値に保たれ
る６溶速度度ＶＷのＸ袖に対する方向余弦はＶＸｒで示
され、Ｚ紬ｔこ対する方向余弦はＶＺｒで示される。溶
接トーチ３の軸線は非溶接面に垂直であり、Ｚ袖との成
す角度は参照符θで示されている。溶接トーチ３の先端
３ａと溶接アーク発生点６との間の溶接トーチ３の軸線
に沿う距離は予め定めたＳに保たれるように後述のよう
に制御され、この値Ｓはたとえば（１、３ｒａｍであっ
て、その誤差ΔＳのＸ輛に討する方向余弦はΔＸであり
、Ｚ紬に対する方向余弦はΔＺである。

第８図は、本発明の一実施例のブロック図であり、溶接
トーチ３の位置速度および姿勢を予め定めた値に保つた
めの構成を示す。溶接トーチ３のＸ軸方向に沿って７ク
チユエータ３０が波形ｆｆ１Ｓ２ｂに当接した後におけ
る変位量は、ポテンショメータなどによって検出される
ＸＩＩ！Ｉ変位量検出素子４０によって検出され、関数
発生回路３９に入力される。関数発生回路３つは第１式
に基づき、溶接トーチ３の旋回軸＃Ｘ４まわりの旋回角
度θｒを演算して減算回路４１に与える。減算回路４１
には旋回角度を検出するθ紬ボテンンヨメータ２８から
の出力が与えられる。減算回路４１は関数発生回路３９
の出力とθ紬ボテンンヨメータ２８の出力との差を演灯
し、その差を表す信号をサーボ増幅回路４２に与える。

モータ１２はこの差θｒ゛とθとの差が零となるように
駆動する。このようにして溶接トーチ３の角度θは予め
定めた角度θ「に一致し、これによって溶接トーチ３の
軸線は波形ｇ２ｂおよびそれだけでなく、平坦部２ａに
おける非溶接面に垂直な姿勢に保たれる。

Ｘ袖に関してスタイラス検出素子２７からの出力は溶接
トーチ３の先端位置３ａと溶接アーク発生点６との間の
予め定めた距離Ｓの誤差ΔＳを表わす信号を導出し、演
算回路４３に与える。演算回路４３は；誤差ΔＳのＸ柚
に対する方向余弦ΔＸを演算する。

Δ　Ｘ　：　Δ　Ｓ　−Ｓ目１θ　　　　　　　　　　
　　・・・（２）演算回路４３からの出力は補償回路４
４に与えられて比例および積分などの補償動作が行なわ
れて応答速度が向上され、その出力は加算回路４５に与
えられる。可変抵抗器などによって実現される設定回路
４６は溶接速度ＶＷを設定し、その出力は演算回路４７
に与えられてＸ袖に対する方向余弦ＶＸｒが演算される
。

■Ｘ「＝ＶＷ−ｃｏｓθ　　　　　　・１３）演算回路
４７からの出力は加算回路４５に与えられる。加算回路
４５の出力はＸ紬Ｊ！！度制御系に含まれる減算回路４
８に与えられる。タフゼネレータ４９はＸ紬に対する実
際の速度■Ｘを検出して減算回路４８に与える。減算回
路４８の減算出力は補償回路５０に与えられ、これによ
ってサーボ増幅回路５１に信号が与えられてＸ軸を駆動
するモータ５２が駆動される。こうして減算回路４８に
おける出力が零となるように、溶接トーチ３がモータ５
２によって駆動される。

Ｚ紬に関しても類似したＭｔ成となっている。スタイラ
ス検出素子２７からの出力は演算回路５３に与えられて
Ｚ袖に対する誤差ベクトルΔＳの方向余弦ΔＺを演算す
る。

ΔＺ＝Δ５−ｃｏｓθ　　　　　　・（４）補償回路５
４は演算回路５３からの出力を受信して比例および積分
などの制御を行ない、応答速度の向上を果たす。設定回
路４Ｇからの溶接速度ＶＷを、表わす信号は、演算回路
５５に与えられてＺ袖に対する方向余弦ＶＺｒが演算さ
れる。

Ｖ　Ｚ　ｒ−Ｖ　Ｗ−ｓｉｎθ　　　　　　・（５）加
算回路５６はＮ償回路５４の出力と演算回路５５の出力
とを加算し、Ｚ軸速度制御系に含まれる減算回路５７に
与える。減算回路５７にはタコゼネレータ５８によって
検出されたＺ紬に沿う速度ｖｚｔ’表わす信号が与えら
れる。減算回路５７からの出力は補償回路５９に与えら
れてサーボ増′幅回路６０によって（−タロ１が駆動さ
れ、これによって溶接トーチ３はＺ軸方向に減算回路５
７の出力が零となるように移動される。

このようにして本件実施例によれば被溶接材２の平坦部
２ａと波形部２１１との成す角度が９０度に近い場合で
あっても溶接トーチ３の先端部３ａを正確な位置速度お
よび姿勢で制御することが可能になる。また波形部２ｂ
の曲率が大きくても、溶接トーチの位置速度および姿勢
の制御が可能となる。

本発明はメンブレンなどの被溶接材だけでなくその他の
被溶接材に関連してもまた実施することができる。スプ
ロケットホイール１７．１９とチェン２３との組合せに
代えて、タイミングベルトとそれが噛み合う歯を有する
輪との組合せが用いられてもよい。

効　　果 以上のように本発明によれば、被溶接面の傾斜カ大きく
なっても、制御性能を劣化させることなく、溶接トーチ
の位置と速度を制御することができる。また、曲率が大
きい溶接面においても本発明によれば正確に溶接トーチ
を移動して溶接を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の基本的構成を簡略化して示
す図、第２図は溶接トーチ３の旋回をする機構を示す断
面図、第３図は第２図に示された旋回機構の左側面図、
第４図は第２図および第３図に示された旋回機構の構成
を簡略化して示す図、第５図はコルゲーシヨンを検出す
るための７クチユエータ３０に関連する構成を示す第２
［；Ｊにおける右側面図、第６図は被溶接材２の波形部
２ｂにおける設定角度θｒを示す図、第７図は溶接トー
チ３に関連する簡略化した図、＃Ｓ８図は溶接し一千３
を移動するためのｆｆｌ気的構戊を示すブロック図、第
９図は先行技術の構成を簡略化して示す図、第１０図は
先行技術において溶接を行なうことができない被溶接面
を示す図である。 ２・・・被溶接材、２ａ・・・平坦部、２ｂ・・・波形
部、３・・・溶接トーチ、３ａ・・・溶接トーチ３の先
端、５・・・スタイラス、６・・・溶接アーク発生点、
７・・・支持部材、１０・・・第１リンク、１１・・・
＠２リンク、１２・・・モータ、１４・・・第３リンク
、１７・・・第１スプロケツトホイール、１９・・・第
２スプロケツトホイール、２２・・・チェーン、２７・
・・スタイラス検出素子代理人　　弁理士　画数　圭一
部 第１図 図面の浄書（内容に変更なＬ７ 第３図 第４図 第５図 Ｙ 第７図 第６図　　２ 第１０図 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 特願昭Ｇｏ−１７７９７４ ２、発明の名称 溶接トーチの制御方式 ３、補正をする者 事件との関係　　出願人 住所 名称　（０９７）川崎重工業株式会社 代表者 ４、代理人 住　所　大阪市西区西本町１丁目１３番３８号　新興産
ビル国装置ＥＸ　　０５２５−５９８５　　ＩＮＴＡＰ
Ｔ　　Ｊ国際ＦＡＸ　ＧＩＩＩ＆ＧＩＩ　（０６）５３
８−０２４７６、補正の対象 図面および委任状 ７、補正の内容 （１）図面の浄書　（内容に変更なし）。 （２）別紙のとおり委任状を補充する。 以　　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直交する第１、第２および第３動作軸と第１動作軸のま
   わりの旋回軸とによつて、溶接トーチを移動し、第２動
   作軸の位置を検出して旋回角θｒを定めて溶接トーチの
   姿勢を保ち、第２および第３動作軸を含む平面内の溶接
   速度指令ベクトル、ならびに前記平面内の溶接トーチの
   先端および被溶接面の間の距離の誤差ベクトルの第２動
   作軸に対する方向余弦の加算値と、第２動作軸の速度と
   の差が零となるように第２動作軸を制御するとともに、
   前記溶接速度指令ベクトルと前記誤差ベクトルとの第３
   軸に対する方向余弦の加算値と、第３動作軸の速度との
   差が零となるように第３動作軸を制御することを特徴と
   する溶接トーチの制御方式。