JPS63252677A - ア−ク溶接装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、溶接ロボットおよび溶接治具とともに使用す
る自動溶接用のアーク溶接装置に関するものである。

従来の技術 従来の自動溶接用のアーク溶接機は、使用溶接速度の範
囲が３０〜８００ＰＭと比較的狭く、かつ低速の半自動
溶接用のアーク溶接機を基にして、溶接作業者が直接行
っていた調整、操作、例えばワイヤ送給量・溶接出力の
調整、トーチスイッチのＯＮ、ＯＦＦ操作、トーチの操
作を溶接ロボットあるいは溶接治具゛を通して行えるよ
う改善したものである。

このうち、溶接出力の調整は、ワイヤ送給量。

トーチ母材間距離、溶接姿勢、溶接継手形状などの差異
に対して、アークが不安定になったり溶接欠陥が生じた
りすることのないような適正範囲にアークの状態を設定
するために行うものである。

したがって、自動溶接で１００ＣＰＭ以上の高速溶接を
行う場合にも、３０〜ｓｏＣＰＭと比較的低速の半自動
溶接の範囲での溶接出力調整でカバーしている。

発明が解決しようとする問題点 このように従来例では、低速度溶接における溶接出力制
御方式をそのまま高速溶接にも適用しているので、高速
溶接で特徴的なアンダーカットやハンピングなどの溶接
欠陥が発生しやすい問題点がある。この問題点は溶接速
度の向上を主目的の一つとする自動溶接の主旨とは矛盾
する。

本発明は、溶接速度に応じて溶接出力が自動的に適正値
に制御され、従来より問題であった高速溶接でも適正な
溶接出力が得られるように構成することによって、上記
問題点を解決することを目的としたものである。

問題点を解決するだめの手段 上記問題点を解決するため、本発明のアーク溶接機は入
力される溶接電流指令信号、溶接速度指令信号に基いて
溶接条件データバンクに収納されているデータの中から
ワイヤ送給量および標準出力制御データを選定し、且つ
溶接電圧指令信号に基く溶接電圧指令値と、標準出力制
御データに基く制御電圧との差電圧を演算して溶接出力
制御を行う出力制御回路を具備してなるものである。

作　　用 上記構成により溶接速度に応じて出力を決定するだめの
最適なデータが選択されるため、溶接速度に応じた最適
な溶接出力制御波形を得ることが出来る。

実施例 以下、本発明の実施例について添付図面を参照して説明
する。

第１図において、１は三相交流電源電圧を整流する整流
器である。この整流器１の出力端子は溶接出力制御素子
２を介して主変圧器３の一次巻線に接続され、溶接出力
制御素子がスイッチング動作することにより主変圧器４
の一次巻線に高周波電圧が発生する。主変圧器３の二次
巻線に発生する高周波電圧は整流器４により整流され、
平滑器５により平滑され、出力端子６を介して、ワイヤ
１５と母材１６間に供給される。

２２はロボット本体であり、アームの先端にトーチ１４
が設けられている。１７は溶接ロボット制御装置であり
、トーチスイッチ指令装置１８゜溶接速度指令装置１９
．溶接電流指令装置２０および溶接電圧指令装置２１を
備えている。溶接速度指令装置１９から出力される溶接
速度指令信号。

溶接電流指令装置２０から出力される溶接電流指令信号
、溶接電圧指令装置２１から出力される溶接電圧指令信
号は指令値受信回路２４を介してＣＰＵ２３に読み込ま
れる６、またトーチスイッチ指令装置１９から出力され
るトーチスイッチ指令信号はトーチ信号受信回路２６を
介してＣＰ　Ｕ　２３に読み込まれる。１０はデータバ
ンクであり、溶接電流、電圧、および速度に応じて最適
な出力制御波形を得るだめのデータが収納されている。

ＣＰＵ２３は溶接電流、電圧、および溶接速度をロボッ
ト制御装置１７より指令値受信回路２４全通して読み込
むと、データバンクの中から、溶接電流指令値、および
溶接速度指令値に基いて決定されるワイヤ送給量および
標準出力制御データを選定し、この標準出力制御データ
に基く制御電圧（以下単に制御データ電圧と称す）、お
よび溶接電圧指令値に基いて、差電圧制御電圧を求めて
、溶接出力制御電圧を演算して求め、この制御電圧を得
るデータ１ｃＰＵ２３を介して出力制御回路９に入力し
て溶接出力制御波形が形成される。

１１は出力端子６間の電圧を検出することにより短絡状
態であるかアーク状態であるかを弁別する短絡アーク弁
別回路である。この短絡アーク弁別回路１１の出力は溶
接出力制御回路９に入力される。出力制御回路９は短絡
アーク弁別回路１１の信号を受けて、短絡時、およびア
ーク時夫々に最適な出力制御波形をＣＰＵ２３からのデ
ータ制御データをもとに形成する。ワイヤ送給モータ１
３は、溶接出力制御回路９の出力によりワイヤ送給指令
回路１２が駆動されて動作し、ワイヤ１５を送給する。

また溶接出力制御回路９の出力により、パルス巾変調回
路８．ドライバー回路７が順次駆動され溶接出力制御素
子２をスイッチングする。

以上の構成において、動作内容は次のとうりである。溶
接ロボット制御装置１７の溶接速度指令装置１９からの
溶接速度指令信号、溶接電流指令装置２ｏからの溶接電
流指令信号、溶接電圧指令装置２１からの溶接電圧指令
信号が指令値受信回路２４を介してＣＰＵ２３に読み込
まれる。指令値受信回路２４は、ロボット制御装置１７
からの出力信号がアナログ信号である場合にデジタル信
号に変換するためのＡ／Ｄ　変換回路で、ロボット制御
装置１７からの信号は一旦、Ａ／Ｄ変換回路でアナログ
信号に変換されてのちＣＰＵ２３に読み込まれる。ロボ
ット制御装置１７からの出力信号がデジタル信号の場合
は、直接ＣＰＵ２３に読み込まれる。トーチスイッチ信
号受信回路２５はロボットからのトーチスイッチ信号を
ＣＰＵ２３が、そのタイミングを読み込める様な信号に
変換する動作をする。

ＣＰＵ２３は、ロボット制御装置１７からの溶接電流指
令値、溶接速度指令値に基いて溶接条件データバンクに
記憶されているデータの中からワイヤ送給量および標準
出力制御データを選択する。

又、一方でＣＰＵ２３はロボット制御装置１７から溶接
電圧指令値Ｖｐを読み込み、溶接電圧指令値Ｖｐと、制
御データ電圧ｖｓより、差電圧制御電圧ΔＶＳ　　を演
算して、溶接出力制御電圧（ＶＳ±ΔＶＳ）が決定され
る。この制御データが出力制御回路９に入力される。こ
の部分の詳細についてさらに第２図を用いて説明する。

第２図において１０はデータバンクの中のデータの配列
を示す。ＣＰＵ２３に入力された溶接電流指令信号に基
いて、溶接電流１１．Ｉ。、・・−・・エユに相当する
ワイヤ送給量ｖＧ１．ｖＧ２．・・・・・・、ｖＧ！１
が選択される。またＣＰＵ２３に入力された溶接速度指
令信号により、溶接適度Ｖ１．Ｖ２．・・−・・、Ｖｎ
に相当するデータバンクが選択され、夫々の速度に応じ
たデータバンクに於て、溶接電流指令値と一致するデー
タ配列が選択され、溶接電流工１１”２’・・・・・・
工。と一致する標準出力制御データＤｓ、および微調制
御データΔＤｓが選択される。第２図には溶接速度指令
値がｖｌ、ｖ２．溶接電流指令値が１１゜！２であると
きのデータバンク及びデータ配列を示しているが、他の
溶接速度指令値（ｖ３．・・・・・・、Ｖｎ）および他
の溶接電流指令値（工。、・・・・・・、！ｎ）の場合
も同一の配列を示す。我々の詳細な検討結果によれば溶
接速度指令値２５α／分ごとのデータバンク、および溶
接電流指令値は１〜４Ａ毎である場合に良好な溶接が行
える制御データ電圧ＶＢを確保できた。今、仮りに溶接
速度指令値がｖｌで、溶接電流指令値が１１である場合
には、ワイヤ送給量ｖＧ１．および標準出力制御データ
Ｄ１１および微調制御データΔＤ１１が選択されて制御
データ電圧ｖ１１．および微調制御データ電圧Δｖ、１
が得られる。ＣＰＵ２３に入力された溶接電圧指令信号
にもとずく溶接電圧指令値がｖＰである時、溶接出力制
御電圧ｖｃは次の様にして得られる。まず制御データ電
圧ｖ１１　と、溶接電圧指令値Ｖｐとの差分ΔＶＳＰ＝
１ｖ１１〜ｖＰ１　が求められる。

差分電圧ΔＶＳＰに相当する差電圧制御電圧ΔＶＳは差
分電圧ΔＶＳＰと微調制御データ電圧Δｖ１１の積、即
ち ΔＶ３　＝ΔＶＳＰ　Ｘ　Δｖ１１　で求められる。従
って溶接電圧指令値ｖＰに基く溶接出力制御電圧ｖｃは
制御データ電圧ｖ１１と差電圧制御電圧ΔＶＳの和また
は差で求められ、即ち ｖｃ＝ｖ１１±ΔＶｓとなる。差電圧制御電圧ΔＶＳ　
は溶接電圧指令値が標準出力より大きい場合、即ち ｖＰ≧ｖ１１　である場合には、溶接出力制御電圧ＶＣ
はｖｃ＝ｖ１１＋ΔＶｓとなる。

逆に溶接電圧指令値が標準出力より低い場合には、即ち ｖＰくｖｌｌ　である場合には、溶接出力制御電圧ｖｃ
は、ｖｃ＝ｖ１１−ΔＶＳとなる。

ＣＰＵ２３は演算して得られた溶接出力状態電、圧ＶＣ
を制御回路９に出力する。一方、溶接出力状態が短絡か
あるいはアーク状態であるかの信号が短絡アーク弁別回
路１１より制御回路９に入力され、上記制御データＶｃ
をもとにアーク時及び短絡時の出力制御波形が形成され
る。

出力制御回路の出力は、パルス巾変調回路８及びドライ
バー７を通してスイッチング素子２に入力されて溶接出
力電圧を制御する。また溶接出力制御回路９の別の出力
制御信号は、ワイヤ送給指令回路１２に出力されてワイ
ヤ送給速度を制御する。

以上の様にロボットからの溶接電流指令信号。

溶接速度指令信号及び溶接電圧指令信号にもとすいて決
定された溶接出力制御データが制御回路９に入力されて
溶接電流値、溶接電圧値や溶接速度に適した出力制御波
形が短絡時及びアーク時に形成されて、単に溶接電流と
溶接電圧指令値に基いて溶接出力制御を行う方式に比し
、新しく溶接速度信号が制御信号として印加され、溶接
速度を考慮した適切な制御波形をつくることにより溶接
性能に優れた結果を得ることが出来る。溶接性能として
注目される問題は、溶接限界速度及び溶接中に発生する
スパッタ発生量がそのおもなものである。我々は溶接限
界速度が向上し、且つスパッタを減少させることのでき
る制御波形状について次に検討を進め／こ。その結果、
溶接速度が低い時は、短絡開放後の溶接出力が高くなる
様な制御波形の得られるデータを選択し、短絡開放後の
溶接出力減少率を大きくする。溶接速度が高い時は短絡
開放後の溶接出力を低くする様な制御波形の得られるデ
ータを選択した場合に、良好な溶接結果の得られること
がわかった。また溶接速度が低い時、短絡開放後の溶接
出力減少率を大きくする制御波形の得られるデータを選
択し、溶接速度が高い時は、短絡開放後の溶接出力減少
率を小さくする制御波形の得られるデータを選択した場
合に良好な溶接結果の得られることがわかった。

第３図に本実施例の制御特性を有する溶接電源を用いて
溶接が行える限界速度が短絡開放後の溶接出力減少率に
よって、どのように変わるかを示したものである。一般
に溶接速度が高くなると、アンダーカットとかハンピン
グなどの高速溶接に特徴的な溶接欠陥が発生し易くなる
が、本実施例により溶接出力減少率を変化させると、溶
接限界速度は大巾に向上する。

即ち溶接電流、電圧および溶接速度に適した短絡開放後
の溶接出力減少率の得られる溶接出力制御波形を得るこ
とによシ溶接性能を大巾に向上させることが可能であり
、この方式が溶接性能向上に効果的な方法であることが
わかった。

第４図は、低速度溶接（ｓｏＣＰＭ）において短絡開放
後の溶接出力減少率とスパッタ発生量との関係を示すも
のである。なおＣｏ２溶接で使用ワイヤ径１．２ｍｍ重
ねスミ肉溶接の場合である。スパッタ発生量は、外観上
のまた、トーチ廻りのメンテナンス上でも溶接の良否を
決める大きな要素であるが、溶接出力減少率が大きいほ
どスパッタ発生量が少く良好な溶接結果が得られる。

発明の効果 以上のように本発明によって各溶接速度に対して、適切
な溶接出力制御が可能となり、このことによって低速か
ら高速まで安定した溶接結果が与えられる。しかも、使
用者にとっては、溶接速度に関する制御パラメータを調
整する必要がなく、溶接条件設定が非常に簡単である。

このように、本発明は溶接速度を高み、生産能率を高め
、溶接品質を確保し、溶接に熟達した作業者でなくても
容易に作業が出来るなど、溶接ロボットなどによる溶接
自動化が図れるなど効果が非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すアーク溶接装置、第２
図は同装置のデータバンクの具体構成を示す図、第３図
は溶接出力減少率と溶接速度限界の関係を示す特性図、
第４図は溶接出力減少率とスパッタ発生量の関係を示す
特性図である。 ９・・・・・・溶接出力制御回路、１９・・・・・・溶
接速度指令装置、２０・・・・・・溶接電流指令装置、
２１・・・・・・溶接電圧指令装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）消耗電極を用いるアーク溶接装置において、溶接
   電流指令信号により、溶接条件データバンクに記憶され
   ているデータの中からワイヤ送給量を選択し、前記溶接
   電流指令信号および溶接速度指令信号により、前記溶接
   条件データバンクに記憶されているデータの中から標準
   出力制御データを選択し、かつ溶接電圧指令信号に基く
   溶接電圧指令値Ｖ＿Ｐと、前記標準出力制御データにも
   とずく制御電圧Ｖ＿Ｓとの差電圧制御電圧ΔＶ＿Ｓを演
   算して、溶接出力制御電圧（Ｖ＿Ｓ±ΔＶ＿Ｓ）を求め
   、前記溶接出力制御電圧（Ｖ＿Ｓ±ΔＶ＿Ｓ）の値に応
   じて溶接出力制御を行う溶接出力制御回路を具備したこ
   とを特徴とするアーク溶接装置。
2. （２）溶接条件データバンクは、差電圧制御電圧ΔＶ＿
   Ｓを演算するための微調データを記憶しており、かつ前
   記微調データが溶接電流指令信号および溶接速度指令信
   号により選択されることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のアーク溶接装置。