JPS6243788B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、溶接ワイヤの送給制御方法に関す
る。

従来、溶接ワイヤの送給側と、溶接位置側と
に、それぞれ、送給装置を設けて、プツシユ・プ
ル方式で溶接ワイヤの送給制御をこおなうことが
公知となつている。

この種の送給制御機構として、たとえば、第１
図に示すように、同期のとりやすさから、プツシ
ユ送給装置の駆動モータ１（以下、プツシユモー
タという）定速制御し、もう１つのプル速給装置
の駆動モータ２（以下、プルモータという）を定
トルク制御し、巻取りリール４から溶接ワイヤ３
を巻戻しながら、該溶接ワイヤ３を、コンジツト
５を通して溶接トーチ６に送給するようにしたも
のがある。

上記プルモータ２の電機子は、第２図に示すよ
うに、電力用のトランジスタ９のコレクタ−エミ
ツタを通して直流電源８に接続されており、この
プルモータ２の電機子の負端子は、電流検出用の
低い抵抗値の抵抗１０を介して接地されている。
なお、上記直流電源８は、溶接ワイヤ３の送給動
作における全速度範囲で当該プル送給装置が追従
できるように、最高速度での送給動作に見合うよ
うに設定された所定の電圧を出力するものであ
る。

そして、上記トランジスタ９のベースには、差
動増幅器１２が接続されている。この差動増幅器
１２の正の入力端子は、制御目標の設定トルクに
相当する電圧を出力するポテンシヨンメータ１１
に接続され、かつ、負の入力端子は、上記プルモ
ータ２の電機子の負端子に接続されている。

このようにして、差動増幅器１２は、ポテンシ
ヨメータ１１から随意に設定された制御目標のト
ルクに相当した電圧信号V₁と、抵抗１０により
検出されるプルモータ２の電機子に実際に流れる
電流の大きさを示す電圧信号Vxとを差動的に受
け、両信号V₁とVxとの差動増幅信号が、トラン
ジスタ９のベースに印加される。この差動増幅信
号により、トランジスタ９のコレクタ−エミツタ
間、したがつて、プルモータ２の電機子を流れる
電流は、上述した設定トルク値に相当した値とな
るように、定電流制御されるようになつている。

上記従来の送給制御装置においては、第３図に
示すように、プルモータ２の最高速度（１５ａで
示す）は、プツシユモータ１の駆動速度１６（図
中、破線群で示す）よりも速い速度となるように
設定されている。このようにして、コンジツト５
内で溶接ワイヤ３に作用する摩擦力等が小さく
て、溶接トーチ側での負荷変動が小さい場合に
は、第１図に示すように、溶接ワイヤ３は、伸長
された状態でコンジツト５内を進行する。そし
て、プルモータ２による溶接ワイヤ３は、第３図
中、プルモータ２の回転数−トルクの特性曲線１
５と、プツシユモータ１の回転数−トルクの特性
曲線１６との交点１７で示される速度およびトル
クにて送給される。

しかしながら、コンジツト５内での溶接ワイヤ
３に作用する摩擦力にもとづく抵抗力が大きくな
つたり、或るいは、溶接トーチ側での溶接ワイヤ
３に対する負荷が変動すると、コンジツト５内で
溶接ワイヤ３は、第４図に示すように、たるんだ
り、第１図に示すように伸長し、このように、溶
接ワイヤ３は、たるみと伸長を繰り返えすことと
なる。この様子は、第７図の実測したグラフで示
すように、プル送給装置から送出される溶接ワイ
ヤ３の送給速度ムラが大きく、平均送給速度の±
100％以上にもなることがあり、溶接作業性の低
下を来たすという欠点があつた。

この発明は、上述した欠点を改良した、長尺の
コンジツトのように抵抗が大きい場合や負荷の変
動がある場合でも安定した速度で溶接ワイヤを送
給し、溶接作業性の良い溶接ワイヤの送給制御方
法を提供することを目的とするものである。

この発明の発明者は、実験によつて、プツシユ
プル方式で溶接ワイヤの送給をおこなう場合、ト
ルク制御される側の送給装置の送給速度に積極的
に上限値を設けて、その値を溶接ワイヤの送給速
度に近づけるにつれ上述したような送給速度のム
ラが著るしく減少する事を見い出した。また、こ
の現象を利用して一定期間での溶接ワイヤの平均
送給速度を検出し、この平均送給速度値を用いて
トルク制御する送給装置の上限速度を設定する制
御回路を開発した。

したがつて、この発明は、プツシユ・プル方式
で溶接ワイヤを送給制御する際、トルク制御され
るモータの速度の上限を、溶接ワイヤの送給速度
に近い値に設定するようにした溶接ワイヤの送給
制御方法を提供するものである。

以下に、この発明の一実施例を、添付図面とと
もに説明する。

第５図は、この発明に係る溶接ワイヤの送給制
御機構を示し、第２図の従来のものと同一の構成
部分は、同一番号を付して説明を省略する。

第５図において、２０は、上記プルモータ２に
給電する直流電源８の出力電圧を制御するための
電力用のトランジスタである。このトランジスタ
２０のコレクタは、上記直流電源８に接続される
とともに、エミツタは、上記トランジスタ９のコ
レクタに接続（この接続点を、図中、Taで示
す）されている。この接続点Taの電圧Vx′は、ト
ルク制御される際のプルモータ２の上限速度に相
当する。

２１は、上記直流電源８からプルモータ２に印
加された電圧の適宜に定められた一定期間T₀の
平均電圧を検出する検出回路で、たとえば、公知
の積分回路を用いたものである。この検出回路２
１は、その入力端子が上記プルモータ２の電機子
の正端子に接続され（この接続点を、図中、Tb
で示す）、プルモータ２の電機子の正・負の端子
間に実際に印加された電圧を、一定期間T₀、た
とえば、１秒間積分して、この期間T₀毎におけ
る平均電圧を逐次算出し、この平均電圧信号Ｖ
を連続的に出力する。なお、この平均電圧信号Ｖ
は、溶接ワイヤ３の平均送給速度に相当する。

さらに、上記検出回路２１の出力端子は、比較
器２２の一方の入力端子に接続されるとともに、
この比較器２２の他方の入力端子に、上記接続点
Taが接続されている。そして、この比較器２２
は、接続点Taに実際に印加される電圧Vx′と、上
記検出回路２１の出力の平均電圧信号Ｖとの差
を表わす差電圧信号Vx′−Ｖを出力する。

２３は、上記プルモータ２に印加される電圧を
制御するための差動増幅器である。この差動増幅
器２３の正の入力端子は、ポテンシヨメータ２４
に接続されるとともに、負の入力端子は、上記比
較器２２の出力端子に接続され、かつ、出力端子
は、上記トランジスタ２０のベースに接続されて
いる。

なお、上記ポテンシヨメータ２４には、トルク
制御されるプルモータ２の上限速度と溶接ワイヤ
３の平均送給速度との差に相当する電圧V₂が設
定される。

この構成により、差動増幅器２３は、ポテンシ
ヨメータ２４から随意に設定されたV₂と、比較
器２２からトランジスタ９に実際に印加された電
圧、即ち、プルモータ２の上限速度に相当する電
圧Vx′と溶接ワイヤ３の平均送給速度に相当する
電圧、即ち、プルモータ２の電機子に実際に印加
される電圧の一定時間T₀毎の平均電圧Ｖとの
差電圧（Vx′−Ｖ）とを差動的に受け、両信号
V₂と（Vx′−Ｖ）とが等しくなるように、トラ
ンジスタ２０の出力の接続点Taの電圧Vx′を制御
する。

上記比較器２２の出力電圧（Vx′−Ｖ）がポ
テンシヨメータ２４の出力電圧V₂よりも大きく
なつたときには、差動増幅器２３は、トランジス
タ２０のベースに低い電圧を印加し、このトラン
ジスタ２０の出力電圧Vx′が低下し、よつて、差
電圧（Vx′−Ｖ）は小さくなる。逆に、上記比
較器２２の出力電圧（Vx′−Ｖ）がポテンシヨ
メータ２４の出力電圧V₂よりも小さくなつたと
きには、トランジスタ２０の出力電圧Vx′が高く
なり、したがつて、差電圧（Vx′−Ｖ）が大き
くなる。

つぎに、上記構成の溶接ワイヤ送給制御機構の
動作を説明する。

いま、溶接条件に応じて適宜に定められるプル
モータ２のトルクをポテンシヨメータ１１により
設定し、かつ、トルク制御されるプルモータ２の
上限速度と溶接ワイヤ３の平均送給速度との差、
いわば、速度余裕分に相当する電圧をポテンシヨ
メータ２４に設定する。この速度余裕分は、定常
時には必要がない。しかしながら、たとえば、定
速制御されるプツシユモータ１の設定速度をより
高く変更した場合、平均送給速度は、一定期間
T₀の積分であるから、プルモータ２の駆動速度
の上限値に相当する接続点Taに印加される電圧
は、上述したように、検出回路２１、比較器２
２、ポテンシヨメータ２４、差動増幅器２３、ト
ランジスタ２０により制御されており、プツシユ
モータ１の設定速度が変更されても一定期間T₀
においては、上記接続点Taの電圧が、プツシユ
モータ１に対して新たに設定された駆動速度に相
当する電圧よりも下まわつたものとなつて、その
ため、この間、プルモータ２の速度の上限値は、
プツシユモータ１の送給速度を下まわり、コンジ
ツト内でワイヤのたるみや座屈を生じる。一方、
この速度余裕分をあまり大きくとると、プルモー
タ２に上限値を設けた効果が小さくなる。このた
め平均送給速度の１割前後に相当する電圧をポテ
ンシヨメータ２４に設定するのが望ましい。

上記差動増幅器１２は、ポテンシヨメータ１１
から設定トルクに相当する電圧信号V₁を受ける
とともに、抵抗１０により検出されるプルモータ
２の電機子を流れる電流、即ち、当該プルモータ
２の実際の出力トルクを表わす電圧信号Vxを差
動的に受ける。そして、両信号V₁，Vxの差動電
圧信号を増幅して、この差動電圧の増幅信号
（V₁−Vx）βは、トランジスタ９のベースに印加
される。なお、βは、差動増幅器１２の増幅率で
ある。

いま、プルモータ２の速度が平均速度より速く
なつた場合、即ち、プルモータ２の電機子を流れ
る電流が小さくなれば、電圧Vxが小さくなり、
したがつて、トランジスタ９のベースに印加され
る電圧（V₁−Vx）βが大きくなり、よつて、該
トランジスタ９の出力電圧、即ち、接続点Tbの
電圧が高くなり、このプルモータ２の電機子電流
が増大して、該プルモータ２は、上記ポテンシヨ
メータ１１に設定されたトルクを出力するように
駆動される。逆に、プルモータ２の速度が平均速
度よりも遅くなつた場合、即ち、上記プルモータ
２の電機子を流れる電流が大きくなつた場合に
は、トランジスタ９は、上述した場合と逆に、そ
の出力電圧、したがつて、プルモータ２の電機子
を流れる電流を減少させるように動作する。但
し、当然のことながら、プルモータ２に印加され
る電圧は、接続点Taの電圧Vx′を越えることはな
い。

いま、上記プルモータ２の負荷が、急に軽減さ
れたとすると、プルモータ２に流れる電流が小さ
くなり、従つて電流検出抵抗の電圧Vxは低下
し、トランジスタ９のベースに印加される電圧は
大となり、トランジスタ９は完全にON状態とな
る。

即ち、接続点Taの電圧Vx′がプルモータ２の電
機子（接続点Tb）に印加されることになる。し
かしながら、前述したように接続点Tbの電圧が
急激にVx′に変化しても検出回路２１の出力は一
定期間T₀の間は変化しないため、差動増幅器２
３の出力も変化せずトランジスタ２０の出力は
Vx′に保たれる。従つて、プルモータ２は接続点
Taの電圧Vx′を上限値とする定電圧制御、即ち定
速度制御されることになる。通常は平均送給速度
よりも速い速度で溶接ワイヤを送るためワイヤの
コンジツト内での余裕はなくなり結果的にTOの
時間内で再び定トルク制御に移行する。但し溶接
中に定速度制御の速度設定を高く上げた場合など
のようにTOの時間内でも定トルク状態に移行で
きない場合にはTOの時間内の平均速度はその前
の状態の平均速度よりも上昇している。この結果
検出回路２１の出力はTO時間後に低下して、演
算増幅器２３の出力は上昇する。そしてトランジ
スタ２０にはより大きなベース電流が加えられ、
従つて、接続点Taの電圧はTO時間終了後に上昇
する。更にそれでも定トルク制御に移行出来ない
ときは上記動作を繰り返しTa点の電圧を上昇さ
せてついには定トルク状態に移行する。

このように、上記構成の送給制御回路において
は、プルモータ２の電機子に印加される電圧が、
Vx′以下の状態では、該電機子電流は、ポテンシ
ヨメータ１１に設定されたトルクに相当する電流
となるように定電流制御がおこなわれる一方、上
記プルモータ２の電機子への印加電圧がVx′に到
達した状態では、電機子電圧はVx′にクランプさ
れて、電機子電流は増加できない。この結果、プ
ルモータは増速を制限される。

即ち時間TO内においては、第９図において、
平均的な速度、いいかえると平均的なVx″の電圧
がVx′にクランプされると、新しいVx′が平均的
なVx″＋余裕分だけ上昇する。逆に平均的な速度
が低下すると新しいVx′は平均的なVx″＋余裕分
に低下する。

上記差動増幅器２３は、ポテンシヨメータ２４
からプルモータ２に対する駆動速度の余裕分に相
当する電圧信号V₂と、比較器２２の出力電圧
（Vx′−Ｖ）（ただしVx′−Ｖは一定期間T₀内
の平均値）とを差動的に受け、この両電圧信号が
等しくなるように、即ちV₂＝Vx′−Ｖ、いいか
えるとVx′＝V₂＋Ｖとなるように差動増幅器２
３が作用して、この差動増幅器２３の出力信号を
トランジスタ２０のベースに印加する。よつて、
このトランジスタ２０は、その出力電圧Vx′が、
溶接ワイヤ３の実際の一定期間T₀における平均
送給速度に相当する電圧Ｖと、上記駆動速度の
余裕分に相当する電圧V₂との和の電圧（Ｖ′＋
V₂）となるように定電圧制御する。

このように、プルモータ２の定トルク制御をお
こなうとともに、この定トルク制御されるプルモ
ータ２に印加する電圧を、該プルモータ２の実際
の駆動速度の一定期間T₀における平均駆動速度
に相当する電圧にほぼ近似する電圧に定電圧制御
して、定トルク制御に重畳して平均速度にほぼ等
しい速度上限を設けることにより、たとえ、プル
モータ２の負荷が変動した場合においても、該プ
ルモータ２の駆動速度が異常に高くなるのを防止
することができる。すなわち、前述したように、
この発明の発明者による実験結果を満足させるこ
とができることとなり、溶接ワイヤ３を、送給ム
ラがなく、非常に安定して溶接トーチ６に送給す
ることができる。

第８図は、この実施例の溶接ワイヤ送給機構に
よる溶接ワイヤ３の送給速度の一実施例を示す。
なお、このデータは、前述した従来形式の溶接ワ
イヤ送給機構による第７図のデータの採取時と同
じ溶接条件にて採取したものである。

第８図のグラフから明らかなように、上記溶接
ワイヤの送給制御機構によれば、従来形式の送給
制御機構よりも安定に、溶接ワイヤ３の送給をお
こなうことができる。

なお、上述した実施例においては、この発明に
係る方法でトルク制御するプルモータ２を備えた
プル送給装置を溶接位置側に、もう一方の定速度
制御するプツシユモータ１を備えたプツシユ送給
装置を溶接ワイヤ３の供給側に設けて、溶接ワイ
ヤ３の送給をおこなうようにしたものであるが、
両プルおよびプツシユ送給装置の配設位置を、そ
れぞれ、互いに交換したものであつてもよく、上
述したように、送給ムラがなく、溶接ワイヤ３を
安定に溶接トーチ６に送給することができる。

また、上記構成の溶接ワイヤ送給制御機構にお
ける、検出回路２１および比較器２２は、第６図
に示すように接続し、まず、トランジスタ２０の
実際の出力電圧Vx′と、プルモータ２の電機子に
実際に印加される電圧Vx″とを比較器２２により
逐次比較し、この比較結果の差電圧（Vx′−
Vx″）を検出回路２１に逐次入力し、この差電圧
（Vx′−Vx″）の一定期間T₀中の平均差電圧を、差
動増幅器２３の一方の入力端子に印加するように
してもよい。このように構成した送給制御機構を
用いることにより、上述した第５図の機構を用い
た場合と同様、溶接ワイヤ３を、非常に安定して
送給することができる。

以上に説明したことから明らかなように、この
発明によれば、トルク制御するプル送給装置のプ
ルモータの駆動速度に上限を設定し、この上限速
度を溶接ワイヤの送給速度に近似した一定の速度
となるようにしたから、たとえ、コンジツト、特
に、長尺のフレキシブルコンジツトとか溶接トー
チのコンタクトチツプにて、送給中の溶接ワイヤ
に作用する力が変動したとしても、常に、上記プ
ルモータにより、安定した速度で溶接ワイヤの送
給をおこなうことができ、それだけ、従来のもの
によるよりも、溶接作業性を高め、かつ、容易に
良好な溶接結果を得ることができるという優れた
利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のプツシユ・プル方式の溶接ワ
イヤ送給機構の概要を説明するための図、第２図
は、従来の溶接ワイヤの送給制御機構の要部を示
す回路図、第３図は、第２図の回路におけるトル
ク−回転数の特性を示すグラフ、第４図は、コン
ジツト内での溶接ワイヤの状態を示す図、第５図
はこの発明に係る溶接ワイヤの送給制御機構の一
例の要部を示す電気回路図、第６図は、もう１つ
の上記送給制御機構の要部の電気回路図、第７図
は、従来の溶接ワイヤの送給制御機構における溶
接ワイヤの送給動作特性の一例を示すグラフ、第
８図は、この発明に係る溶接ワイヤの送給制御機
構による溶接ワイヤの送給動作特性の一例を示す
グラフ、第９図は電機子電圧Vx′の状態を説明す
るグラフである。 １…プツシユ送給装置用のプツシユモータ、２
…プル送給装置用のプルモータ、３…溶接ワイ
ヤ、４…ワイヤリール、５…コンジツト、６…溶
接トーチ、８…直流電源、９…トランジスタ、１
０…電流検出用の抵抗、１１…トルク設定用のポ
テンシヨメータ、１５…プルモータのトルク−回
転数の特性線図、１６…プツシユモータのトルク
−回転数の特性線図、１７…第１の機構における
動作点。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 定速度制御されるモータと定トルク制御され
   るモータとによつて、プツシユプル方式で溶接ワ
   イヤを送給する溶接ワイヤ送給制御方法におい
   て、トルク制御側のモータに定トルク制御回路と
   定速度制御回路とを直列的に設けて、上記定速度
   制御回路は溶接ワイヤの平均送給速度に比例して
   制御し、トルク制御側のモータはその速度が上記
   平均送給速度より低い範囲ではトルク制御回路に
   よつて定トルク制御を行うとともに、トルク制御
   側のモータの速度が上記平均送給速度に対応した
   上限値を越えないように定速度制御回路によつて
   制御するようにしたことを特徴とする溶接ワイヤ
   送給制御方法。