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JPS6234470B2 - - Google Patents
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JPS6234470B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6234470B2
JPS6234470B2 JP15550483A JP15550483A JPS6234470B2 JP S6234470 B2 JPS6234470 B2 JP S6234470B2 JP 15550483 A JP15550483 A JP 15550483A JP 15550483 A JP15550483 A JP 15550483A JP S6234470 B2 JPS6234470 B2 JP S6234470B2
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JP
Japan
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welding
conductance
arc
output
signal
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Application number
JP15550483A
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Japanese (ja)
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JPS6046872A (en
Inventor
Kazuhiko Wakamatsu
Hiroshi Shimoyama
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP15550483A priority Critical patent/JPS6046872A/en
Publication of JPS6046872A publication Critical patent/JPS6046872A/en
Publication of JPS6234470B2 publication Critical patent/JPS6234470B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/02Seam welding; Backing means; Inserts
    • B23K9/0216Seam profiling, e.g. weaving, multilayer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

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溶接ロボツト
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溶接ウイビ
ング幅自動制御、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
接ロボツ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種種提案・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、これを上記補正のため
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図を参照し
て説明する。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hがh0を中心に±Δhだけ上下に
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
記アークを負荷させる場合は、h=h0ではPN
h=h0+ΔhではPL、h=h0−ΔhではPS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hの変化に対応して溶接電源
の動作点がPN,PL,PS等と変化し、この変動
により電流,電圧が変動する。図から明らかな如
く、h=h0からh=h0+Δhに変化すれば、電流
IはI0からI0−ΔIに、電圧EはE0からE0+ΔE
にそれぞれ変化し、またh=h0からh=h0−Δh
に変化すればI=I0+ΔI、E=E0−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Iの変化が遥かに
大幅なので、実際にはIの変化を利用して、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説明図である。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Z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a〜cにおいて、tiは電流I又は電圧Eが
加えられる入力端子、LPFはローパスフイルタ、
COMはしきい値設定器SRの出力とローパスフイ
ルタLPFの出力とを比較弁別する比較弁別器、
SAはサーボアンプ、SMはサーボモータ、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X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、両軸に係る自動制御に利
用できるようにしてある。すなわち、第2図b,
c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、Z軸を固定すれば、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
はウイビング)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
る電気的しきい値と比較弁別器COMにより比較
弁別しウ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、溶接線の自動追
従機能を具備させている。次に、第2図b,c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
軸制御は前記同様、Y軸方向ウイビング端部の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I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Iの変化は、Eの変化に比
して遥かに大幅ではあるが、Z軸方向或はY軸
方向の微妙な制御を行なう場合、I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重畳させる
場合があり、このような場合のIにもとずく制
御用入力信号にも鋭いパルス状波形が重畳され
るため、制御回路の動作が不安定となることが
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必要があ
る。その理由について述べると次の通りであ
る。即ち、溶接トーチのZ軸方向の位置を固定
し、Y軸方向にウ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
向の位置の変化に伴う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きい値と比較
弁別させてウ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、ウイビ
ング幅自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図により詳細に述べる。 第3図は、第1図に於ける基準電流レベルI0
代つて、電流レベルI1,I2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=h0で一定とし、電流Iを
I1,I2,I3と変化させる場合、アーク長さを一定
に保つためには溶接電源の動作点をP1N,P2N
3Nに移動させなければならず、然るときは電源
の外部特性を例えばW1,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
ーク通電が行なわれる。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つても、h=
h0からh=h0+Δh或はh=h0−Δhに変化する
場合は、第1図と全く同様の原理で作動し、例え
ば第3図に示すようにW=W1,h=h0,I=I1
動作点P=P1Nの状態から、h=h0+Δhに変化
するとPはP1Lに移り、IはI1より小さく、Eは
E1よりやや大きくなる。反対に、h=h0−Δh
に変化するとPはP1SとなりIはI1より大きく、
EはE1よりやや小さくなる。同様にしてW=
W2,h=h0,I=I2,P=P2Nからh=h0±Δh
に変化した場合、またW=W3,h=h0,I=I3
P=P3Nからh=h0±Δhに変化した場合も、そ
れぞれ動作点P、電流I、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
わせ溶接及びすみ肉溶接を実施する場合のウイビ
ング幅自動制御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る場合の、機器の
構成例と、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、bはすみ肉
溶接時の機器構成例を示し、cはa或はbに於け
るY軸方向ウイビング幅自動制御による溶接開先
幅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cと異なる点は比較
弁別器COMとサーボアンプSAとの間に左右進行
ホールド回路HLDを設けていること、サーボア
ンプSAにサーボモータ速度設定器SR―2の設定
値を加えていることである。また同図dは溶接ト
ーチウイビング時の電流値の変化の状況例と、ウ
イビング折返えし点(電流ピーク点)を決めるた
めの電気的しきい値設定例を示している。 したがつて、第4図a〜dにおいて溶接トーチ
2のZ軸方向の位置を一定とし、Y軸方向にウイ
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Y軸方向の位置の変化に伴うhの変化を電
流の変化により検出し、その検出値をそれに対応
する電気的しきい値と比較弁別してウイビング折
返し点を決め、これをくり返えして進行させるこ
とにより前述した制御と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つては第4図dから
分るように、電流IをI1,I2,I3等と変化させれ
ば、ウイビング折返えし点決定のための電流ピー
ク点弁別用しきい値もS1,S2,S3等と変化させな
ければならない。したがつて、溶接電流の大きさ
は溶接結果に最大の影響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、溶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。しかしこれに伴なつて弁別用しき
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つ
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し得る
と共に、任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提供するこ
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め
(1)制御信号として「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
「等化増幅回路」を開発して導入すること、の2
点にあり、その特徴を列挙すると次の通りであ
る。 (1) 制御信号として「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、 アークのコンダクタンスGは電流Iを電圧E
で除して得られる特性値であるから、これを制
御入力信号として利用する場合は、次のような
特徴を挙げることが出来る。 溶接トーチ・被溶接材間距離hの変化に伴
なうアーク特性値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
れば従来の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
並びに誤動作防止に有効である。 溶接電源に内蔵されたパルス発生器による
パルス状電流が流れる場合、電源外部特性と
は余り拘りなく、アーク負荷の特性曲線に沿
つ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、従つて、鋭いパルス状電流によるノイズ
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I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「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溶接ウイビング幅
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、ウイビング端部折返えし点
決定のためのピーク値比較弁別器への入力時点で
は常に特定のレベルによる信号パターンが得られ
るような「等化増幅回路」(EQUALIZER AMP.
)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、全くその必要が
なくなり、溶接電流が変化しても常に安定に同一
パターンのウイビング幅制御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参照して説明す
る。 本発明に係る溶接用倣い検出装置のブロツク構
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。 第5図は、一般的な消耗電極定速送給ガスシー
ルド溶接法による突合わせ溶接或はすみ肉溶接に
於て、溶接電流信号による溶接ウイビング幅自動
制御と溶接開先幅自動追従制御機構を、本発明に
もとずくアークのコンダクタンス検出回路並びに
コンダクタンス信号等化増幅回路を適用して構成
した場合のブロツク構成例である。 第5図aは突合わせ溶接に於ける機器構成例で
あつて、図中1は被溶接材、2は溶接トーチ、
はアーク電圧、は溶接電流、は溶接電源の
極性、Z,Yは溶接トーチを基準に設定せる駆動
軸の名称を示し、この場合はZ軸方向は固定、Y
軸方向にはウイビングさせている状況を表わす。
第5図bは、すみ肉溶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cは、同図aの突合
わせ溶接に於て、溶接ウイビング幅自動制御と溶
接開先幅自動追従制御を、本発明にもとずくアー
クのコンダクタンス信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要素、3aは電流入力信号、
3bはアーク電圧入力信号、4はコンダクタンス
演算回路、5はコンダクタンス信号、6はローパ
スフイルタ、7はコンダクタンス信号、8は等化
増幅回路である。また9は等化増幅回路8の等化
コンダクタンス出力信号EQ・G、10は比較弁
別回路、11は比較弁別用しきい値設定回路、1
2は設定されたしきい値出力信号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はサーボ増幅器用入力レベル設定(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に示すすみ肉溶接に係る構成も上記
突合わせ溶接に係る構成と全く同一である。 次に、第6図は、第5図に於ける機能構成要素
のうち、本発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、アーク電圧、電流から割算器と
割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は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Dから構成され、電圧入力信号は入
力端tiE、電流入力信号は入力端tiIにそれぞれ
入力されるようになつている。そして、コモン端
子ticには共通線COMが接続されている。第6図
bは、アーク電圧、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
例を示すもので、VR―1,VR―2は可変抵抗
器、OP―1〜OP―3は演算増幅器、Mは掛算器
である。第6図c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,OP―
2,OP―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図は第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はコンダクタンス入力信号Gを、掛算
器、割算器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、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
をもつている。さらに等化増幅回路8の詳細構成
要素として8Aは線形増幅器、8Bは要素として
用いられる割算器D、8Cは割算器8Bの出力に
係るピークホールド、8Dは掛算器M,VR1は
入力レベル調整用可変抵抗器、VR2は基準増幅
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を、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、M1は掛算器、OP2は演
算増幅器であり、他の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は、コンダクタンス入力信号Gを、掛算
器M、演算増幅器、トランジスタにより演算さ
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であつて、同図中に示され
る要素8Bにおいて、OP2ないしOP4は演算増
幅器、TR1及びTR2はトランジスタを示し、他
の要素については同図a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検出装
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1,2,3a,3
b,4,5,及び第6図a,b,c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=I/E ……(1) 〔G:アークのコンダクタンス()、I:電
流(A)、E:アーク電圧(V)〕 したがつて、第6図aに示す演算回路において
は割算器Dの基本的演算機能として V0′=10・Z′/X′ ……(2) 〔V0′:割算器出力(商)、Z′:割算器入力(被
除数)、X′:割算器入力(除数)〕 を利用して、Z′にはI成分、X′にはE成分を入力
し、V0′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として作用する。したがつ
て、第6図aにおいて溶接におけるアーク電圧
E、アーク電流Iがそれぞれの入力端子に加えら
れると可変抵抗器VR―1,VR―2によりアーク
電圧E、アーク電流Iのレベルが調整されて演算
増幅器OP―1,OP―2に入力される。演算増幅
器OP―1,OP―2ではアーク電圧E、アーク電
流Iの線形増幅あるいは符号反転してそれぞれ割
算器Dに与え、ここでV0′=10・Z′/X′の演算が
行なわれ、V0′としてコンダクタンスGが出力さ
れる。また第6図bに示す演算回路においては掛
算器Mの基本的演算機能 V0=1/10X・Y ……(3) 〔V0:掛算器出力(積)、X:掛算器入力(被
乗数)、Y:掛算器入力(乗数)〕 を利用して、これを演算増幅器の負饋還回路に挿
入し、総合的に割算器を構成せしめてG=I/Eを算 出する如く回路を構成したもので、図中、OP―
1〜OP―3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
として作用する。したがつて、第6図aと同様の
信号経路を通して演算増幅器OP―1,OP―2に
レベル調整されたアーク電圧E、アーク電流Iが
入力されるとこれらの信号は線形増幅あるいは符
号反転されて演算増幅器OP―1の出力は掛算器
Mの入力端Xに、また演算増幅器OP―2の出力
は演算増幅器OP―3を通して掛算器Mの入力端
Yにそれぞれ加えられ、ここでV0=X・Y/10
の演算が行なわれる。そして、前記演算結果V0
を演算増幅器OP―3の負帰還回路に挿入するこ
とによつて総合的に割算が行なわれ、コンダクタ
ンスGとして出力される。 さらに第6図cに示す演算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換・逆対数変
換機能を利用してG=I/Eを算出する如く回路を構 成したものである。 G=I/E=e(logeI-logeE) ……(4) 〔e:自然対数の底〕 図中、OP―1,OP―2,OP―4〜OP―7は
線形増幅、符号反転或はトランジスタTR―1〜
TR―3とともに対数・逆対数変換作用、VR―
1,VR―2はI成分及びE成分のレベル調整器
として作用する。したがつて、第6図aと同様に
演算増幅器OP―1,OP―2で線形増幅あるいは
符号反転されたアーク電圧E、アーク電流Iが演
算増幅器OP―4,OP―5およびトランジスタ
TR―1,TR―2によりそれぞれ対数変換して加
算され、さらにマイナス信号のみ通過させて演算
増幅器OP―6,OP―7およびトランジスタTR
―3にて逆対数変換することによつて総合的に割
算が行なわれ、コンダクタンスGとして出力され
る。 次にこのようにして演算回路により求められる
アークの特性値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h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、溶接トーチ・被溶接材間距離hが、h0を中心
にΔhだけ上下に変動することにより、アーク電
圧特性曲線は略々相似形のまま上下に移動する。
一方、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
せる場合は、h=h0ではPN、h=h0+Δhでは
L、h=h0−ΔhではPSの各交点でそれぞれ安
定な通電が行なわれ、定常の溶接状態が得られ
る。すなわち、被溶接材1と溶接トーチ2との間
の距離hの変化に対応して動作点がPN,PL,P
S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=h0からh=
h0+Δhに変化すれば電流IはI0からI0−ΔI
に、電圧EはE0からE0+ΔEにそれぞれ変化
し、h=h0からh0−Δhに変化すればIはI0+Δ
Iに、EはE0−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Iの変化が遥かに大幅なので、I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つて、h
=h0(I=I0,E=E0)に於ける動作点をPN′、
これに対応するコンダクタンスGをG=G0、ま
たh=h0+Δh(I=I0−ΔI,E=E0+ΔE)
に於ける動作点をPL′,GをG0−ΔG、さらに
h=h0−Δh(I=I0+ΔI,E=E0−ΔE)で
はPS′、G=G0+ΔGとしてそれぞれ表わして
いる。このようなコンダクタンスGをh制御入力
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。
The present invention provides a consumable electrode constant-rate feed type automatic arc welding device or a consumable electrode constant-rate feed type arc welding robot, which automatically controls the welding width of the welding torch using a control input signal obtained by an arc sensor method. The present invention relates to a welding profile detection device for automatic tracking control of welding groove width. When performing arc welding using an automatic arc welding device or a teaching/regeneration type arc welding robot, even if installation errors, dimensional errors, or deformation of the welded material occur during welding, the amount of variation can be detected. However, it is necessary to automatically correct it so that proper welding can be performed at all times. Conventionally, various methods have been proposed and put into practical use as methods for detecting the above-mentioned fluctuations associated with arc welding, but in particular, there is a method that detects changes in the electrical characteristic values of the welding arc and corrects them using the above-mentioned correction method. Also often used is a so-called "arc sensor" that is used as an input signal for Here, the operating principle of arc sensors that are currently mainly used will be explained with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 shows the current/voltage characteristics in general consumable electrode constant-speed gas-shielded arc welding and an example of the external characteristics of a general welding power source. As shown in the figure, as the distance h between the workpiece 1 and the welding torch 2 changes up and down by ±Δh around h 0 , the characteristic curves move up and down while remaining substantially similar. On the other hand, when the arc is loaded with a welding power source having external characteristics (close to constant voltage characteristics) as shown in the figure, when h=h 0 , P N ,
Stable current is applied at each intersection of P L at h=h 0 +Δh and P S at h=h 0 −Δh, and a steady welding state is obtained. That is, in response to changes in the distance h between the workpiece 1 and the welding torch 2, the operating point of the welding power source changes to P N , P L , P S, etc., and the current and voltage change due to this change. . As is clear from the figure, when changing from h=h 0 to h=h 0 +Δh, the current I changes from I 0 to I 0 −ΔI, and the voltage E changes from E 0 to E 0 +ΔE
and from h=h 0 to h=h 0 −Δh
It can be seen that if it changes to I=I 0 +ΔI and E=E 0 −ΔE, respectively. In this way, both I and E change due to a change in h, but as you can see from the figure, the change in I is much larger than the change in E, so in reality, the change in I is not used. Therefore, it becomes possible to control the target value of h, and a so-called arc sensor utilizes this phenomenon. FIG. 2 is an explanatory diagram of an example of a method for controlling the position of a welding torch by utilizing the phenomenon shown in FIG. FIG. 2a shows an example of automatic target value control of the distance h (ie, Z axis) between the workpiece 1 and the welding torch 2 during welding on a flat plate. In the same figure, b shows an example of automatic control of the target value of h during butt welding, and c shows an example of automatic control of the target value of h during fillet welding.
In Figures 2 a to c, ti is an input terminal to which current I or voltage E is applied, LPF is a low-pass filter,
COM is a comparison discriminator that compares and discriminates the output of the threshold setter SR and the output of the low-pass filter LPF;
SA is a servo amplifier, SM is a servo motor, and DM is a drive mechanism for the welding torch 2. This drive mechanism DM is located at the Z axis shown in the figure when the direction perpendicular to the plane of the paper is the X axis.
The welding torch 2 is driven in the axial and Y-axis directions. In the case of Figure 2a, only the Z axis is driven, but
In the case of b and c, not only the Z axis but also the Y axis changes h, so that it can be used for automatic control regarding both axes. That is, Fig. 2b,
In c, if the Y-axis is fixed, only the Z-axis can be controlled as in a. Next, if the Z axis is fixed, the Y
Since h changes due to changes in the axial direction, by operating the welding torch 2 in advance so as to vibrate (oscillate or weave) in the Y-axis direction and move it forward (in the X-axis direction), the change in the Y-axis direction can be adjusted. Detecting the accompanying change in h, comparing and discriminating the detected value with the corresponding electrical threshold value using the comparison discriminator COM, determining the weaving turning point, and repeating this process to proceed. This provides an automatic weld line tracking function. Next, in Figure 2 b and c, if both the Z-axis and Y-axis are to be controlled,
Perform Z-axis control on h near the center of the Y-axis, and
Axis control is similar to the above, with h at the end of the weaving in the Y-axis direction.
Both can be achieved by doing so. In this way, by skillfully utilizing the phenomenon shown in Figure 1, it is possible to control the position of the welding torch while detecting changes in the current I as shown in Figure 2. It has the disadvantages mentioned above. (1) The change in I due to the change in h is much larger than the change in E, but when performing subtle control in the Z-axis direction or Y-axis direction, the input due to the change in I Stable comparative discrimination may be difficult for signals. (2) In order to make the droplet transfer into a stable spray transfer, a sharp pulse-like current may be superimposed on the welding current, and in such a case, the control input signal based on I also has a sharp pulse-like current. Since the waveforms are superimposed, the operation of the control circuit may become unstable. (3) When changing or modifying the welding current, it is necessary to reset the threshold value of the discrimination threshold setting device. The reasons for this are as follows. That is, by fixing the position of the welding torch in the Z-axis direction and moving it forward (in the X-axis direction) while weaving it in the Y-axis direction, changes in h due to changes in the position in the Y-axis direction can be detected. The detected value is compared with the corresponding electrical threshold value to determine the weaving turning point, and by repeating this process, the weaving width automatic control function and the welding groove width automatic Equipped with tracking function and automatic welding line tracking function.
Here, the case where these functions are provided will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4. Figure 3 shows an example of how the operating point changes when the reference current level I0 in Figure 1 is changed to three levels, I1 , I2 , and I3 . be. In other words, with h = h 0 constant, the current I is
When changing I 1 , I 2 , I 3 , in order to keep the arc length constant, the operating point of the welding power source must be set to P 1N , P 2N ,
In that case, by changing the external characteristics of the power source, for example, W 1 , W 2 , W 3 , stable arc current flow can be achieved at each operating point. In this way, even if there is a change in the current I and a corresponding fluctuation in the operating point, h=
When changing from h 0 to h = h 0 + Δh or h = h 0 - Δh, it operates on exactly the same principle as in Fig. 1, and for example, as shown in Fig. 3, W = W 1 , h = h 0 , I=I 1 ,
When the operating point P = P 1N changes to h = h 0 + Δh, P shifts to P 1L , I is smaller than I 1 , and E becomes
E Slightly larger than 1 . On the contrary, h=h 0 −Δh
When it changes to , P becomes P 1S and I is larger than I 1 ,
E becomes slightly smaller than E1 . Similarly, W=
W 2 , h=h 0 , I=I 2 , P=P 2N to h=h 0 ±Δh
, W=W 3 , h=h 0 , I=I 3 ,
It can be seen that when changing from P=P 3N to h=h 0 ±Δh, the operating point P, current I, and voltage E all change. Figure 4 shows a case where the operating principle of Figure 3 is applied to provide automatic weaving width control, automatic welding groove width tracking function, and automatic welding line tracking function when performing butt welding and fillet welding. This is an example of the configuration of the equipment and an example of its operation. That is, Fig. 4 a shows an example of the equipment configuration during butt welding, b shows an example of the equipment configuration during fillet welding, and c shows the welding groove by automatic control of the weaving width in the Y-axis direction in a or b. An example of a functional configuration of an automatic width tracking device is shown. Here, the difference in Fig. 4c from Fig. 2c is that a left/right progression hold circuit HLD is provided between the comparison discriminator COM and the servo amplifier SA, and a servo motor speed setting device SR- is provided in the servo amplifier SA. This means that the setting value of 2 is added. Further, FIG. d shows an example of a change in current value during weaving of a welding torch, and an example of setting an electrical threshold value for determining a weaving turning point (current peak point). Therefore, in FIGS. 4a to 4d, by keeping the position of the welding torch 2 constant in the Z-axis direction and moving it while weaving in the Y-axis direction, the change in h as the position in the Y-axis direction changes. The change is detected by the change in current, the detected value is compared and discriminated against the corresponding electrical threshold value, the weaving turning point is determined, and this is repeated to proceed, thereby providing the control and functions described above. be able to. However, in the case of such a configuration, if the current I is changed to I 1 , I 2 , I 3 , etc., as shown in FIG. 4d, the current peak point discrimination for determining the weaving turning point can be performed. The threshold value for use must also be changed to S 1 , S 2 , S 3 , etc. Therefore, since the magnitude of the welding current is the factor that has the greatest influence on the welding result, consideration must be given to its adjustment to obtain as high precision as possible, and the magnitude of the welding current must be adjusted to be as accurate as possible. It must have a function that can be adjusted arbitrarily without distinction. However, in conjunction with this, it was necessary to reset the threshold value of the discrimination threshold setter with high accuracy, which was a drawback when applying this method. The present invention alleviates the above-mentioned drawbacks, provides a high-precision, low-cost arc sensor system that has little noise interference, can reliably respond to minute changes, and is always stable for any given welding current. It is an object of the present invention to provide a high-precision, low-cost welding trace detection device that can automatically obtain a comparative discrimination effect. Therefore, in order to achieve this purpose, the present invention
(1) "Arc conductance G" as a control signal
(2) Develop and introduce an "equalization amplifier circuit" for control signals.
The characteristics are as follows. (1) Detect and use the "arc conductance G" as a control signal. The arc conductance G changes the current I to the voltage E.
Since it is a characteristic value obtained by dividing by , the following characteristics can be mentioned when using this as a control input signal. The magnitude of the change rate of the arc characteristic value due to the change in the distance h between the welding torch and the welded material is E>I
>G, and if G is used as a control input signal, a larger rate of change can be obtained than in the conventional case of using I, which is effective in improving accuracy in comparison and discrimination and preventing malfunctions. When a pulsed current from the pulse generator built into the welding power source flows, the voltage changes along the arc load characteristic curve with the same sign as the current change, regardless of the external characteristics of the power source, so the conductance is Therefore, the noise interference caused by the sharp pulsed current is reduced accordingly, and the control accuracy can be improved. Since the conductance G is obtained by dividing the current I by the voltage E, the circuit configuration is easy and can be realized at low cost. (2) Develop and introduce an "equalization amplifier circuit" for control signals. In automatic welding width control, automatic welding groove width tracking, and automatic welding line tracking control based on the arc sensor method, the arc conductance level changes as the welding current value changes to an arbitrary level at any time. The EQUALIZER AMP circuit also uses an EQUALIZER AMP.
) was developed. By applying this circuit, it is no longer necessary to change the threshold value for peak value comparison discrimination every time the welding current level changes, and it is always stable and the same even if the welding current changes. The feature is that the weaving width of the pattern can be controlled. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. An example of the block configuration of the welding tracing detection device according to the present invention is shown in FIG. 5, and a specific example of the circuit configuration for detecting arc conductance, which is the core of the present invention, is shown in FIG. An example of the configuration of the amplifier circuit is shown in FIG. Figure 5 shows the automatic welding width control and welding groove width automatic follow-up control mechanism using a welding current signal in butt welding or fillet welding using a general consumable electrode constant-rate feed gas shield welding method. This is an example of a block configuration in which an arc conductance detection circuit and a conductance signal equalization amplifier circuit according to the present invention are applied. Figure 5a shows an example of equipment configuration for butt welding, in which 1 is the material to be welded, 2 is the welding torch,
is the arc voltage, is the welding current, is the polarity of the welding power source, and Z and Y are the names of the drive shafts that can be set based on the welding torch. In this case, the Z-axis direction is fixed, and Y
In the axial direction, weaving is performed.
FIG. 5b shows an example of a configuration for fillet welding, and since each component thereof has the same function as those shown in FIG. 5a, a description thereof will be omitted. Next, FIG. 5c shows an arc conductance signal detection circuit and a conductance signal detection circuit based on the present invention for automatic welding width control and automatic welding groove width tracking control in the butt welding shown in FIG. 5a. This figure shows an example of a configuration using the equalizing amplifier circuit of FIG. In the figure, 1 and 2 are the same functional elements as the same reference numerals in a or b in the figure, 3a is a current input signal,
3b is an arc voltage input signal, 4 is a conductance calculation circuit, 5 is a conductance signal, 6 is a low-pass filter, 7 is a conductance signal, and 8 is an equalization amplifier circuit. Further, 9 is an equalization conductance output signal EQ/G of the equalization amplifier circuit 8, 10 is a comparison and discrimination circuit, 11 is a comparison and discrimination threshold setting circuit, 1
2 is a set threshold output signal S, 13 is a left/right progression discrimination and hold circuit, 14 is a servo amplifier, 15 is a servo amplifier input level setting (servo motor speed setting) circuit, 16 is a Y-axis drive servo motor, Reference numeral 17 indicates a Y-axis drive device. The structure related to fillet welding shown in FIG. 5b is also exactly the same as the structure related to butt welding described above. Next, FIG. 6 shows a specific example of the arc conductance detection section and the arithmetic circuit 4, which are the basis of the present invention, among the functional components shown in FIG. Figure 6a shows an example of a circuit configuration when calculating conductance from arc voltage and current using a divider and a division amplifier.
is a welding torch, 3a is a current input signal, 3b is an arc voltage input signal, 4 is a conductance calculation circuit,
5 is a conductance signal, and SH is a current shunt. The above conductance calculation circuit 4 is a variable resistor
VR-1, VR-2, operational amplifier OP-1, OP-
2. It is composed of a divider D, and the voltage input signal is inputted to the input terminal tiE , and the current input signal is inputted to the input terminal tiI . A common line COM is connected to the common terminal tic. Figure 6b shows an example of a circuit configuration when calculating conductance from arc voltage and current using a multiplier and an operational amplifier, where VR-1 and VR-2 are variable resistors, and OP-1 to OP-3. is an operational amplifier, and M is a multiplier. Figure 6c shows an example of a circuit configuration when calculating conductance from arc voltage and current using an operational amplifier and a transistor.
VR-1, VR-2 are variable resistors, OP-1, OP-
2, OP-4 to OP-7 are operational amplifiers, TR-1 to
TR-3 is a transistor. Next, FIG. 7 shows a specific example of an arc conductance signal equalization amplifier circuit, which is another basic part of the present invention among the functional components shown in FIG. 5.
FIG. 7a shows an example of a circuit configuration in which the conductance input signal G is calculated by a multiplier, a divider, and an operational amplifier and is output as an equalized conductance signal EQ.G. 8 and 9 have the same meanings as the same reference numerals in FIG. Furthermore, as detailed components of the equalization amplifier circuit 8, 8A is a linear amplifier, 8B is a divider D used as an element, 8C is a peak hold related to the output of the divider 8B, 8D is a multiplier M, and VR1 is an input level. The adjustment variable resistor, VR2, is a reference amplification setting variable resistor, and COM is a common base line. In FIG. 7b, the conductance input signal G is calculated by a multiplier M and an operational amplifier,
This shows an example of the circuit configuration when outputting as an equalized conductance signal EQ.G. In element 8B shown in the same figure, M1 is a multiplier, OP2 is an operational amplifier, and other elements are as shown in a in the same figure. Those with the same symbol as , mean the same element.
FIG. 7c is an example of a circuit configuration in which the conductance input signal G is operated by a multiplier M, an operational amplifier, and a transistor and is output as an equalized conductance signal EQ.G, and the elements shown in the figure are 8B, OP2 to OP4 are operational amplifiers, TR1 and TR2 are transistors, and other elements having the same symbols as a or b in the figure mean the same elements. Next, the operation of the welding trace detection device configured as described above will be described. First, the operation related to arc conductance detection will be explained. 1, 2, 3a, 3 in Figure 5 a, b, c
The conductance of the arc is detected as follows using the functional elements having the same symbols in FIGS. The conductance G of the arc can be defined as in equation (1). G=I/E...(1) [G: arc conductance (), I: current (A), E: arc voltage (V)] Therefore, in the arithmetic circuit shown in Figure 6a, division is The basic arithmetic function of device D is V 0 ′=10・Z′/X′ ……(2) [V 0 ′: Divider output (quotient), Z′: Divider input (dividend), X′ : Divider input (divisor)] The circuit is configured so that the I component is input to Z' and the E component is input to X', and G can be calculated as V 0 '. -1, OP-2 are linear amplification or sign inversion, VR-1, VR-2 are I component and E
Acts as a component level regulator. Therefore, in Fig. 6a, when arc voltage E and arc current I in welding are applied to the respective input terminals, the levels of arc voltage E and arc current I are adjusted by variable resistors VR-1 and VR-2. and is input to operational amplifiers OP-1 and OP-2. The operational amplifiers OP-1 and OP-2 linearly amplify or invert the sign of the arc voltage E and arc current I and apply them to the divider D, where the calculation of V 0 ′=10・Z′/X′ is performed. The conductance G is output as V 0 '. In addition, in the arithmetic circuit shown in Fig. 6b, the basic arithmetic function of the multiplier M is V 0 =1/10X・Y...(3) [V 0 : Multiplier output (product), ), Y: multiplier input (multiplier)], insert this into the negative feedback circuit of the operational amplifier, compose the divider as a whole, and configure the circuit to calculate G=I/E. In the figure, OP-
1 to OP-3 are linear amplification or sign inversion, VR-
1. VR-2 acts as a level adjuster for I and E components. Therefore, when level-adjusted arc voltage E and arc current I are input to operational amplifiers OP-1 and OP-2 through signal paths similar to those shown in Figure 6a, these signals are linearly amplified or sign-inverted. The output of the operational amplifier OP-1 is applied to the input terminal X of the multiplier M, and the output of the operational amplifier OP-2 is applied to the input terminal Y of the multiplier M through the operational amplifier OP-3, where V 0 = X・Y/10
The following calculations are performed. Then, the calculation result V 0
By inserting G into the negative feedback circuit of operational amplifier OP-3, division is performed comprehensively, and the result is output as conductance G. Further, the arithmetic circuit shown in FIG. 6c is configured to calculate G=I/E using logarithmic conversion and anti-logarithmic conversion functions using operational amplifiers and transistors. G=I/E=e (logeI-logeE) ...(4) [e: base of natural logarithm] In the figure, OP-1, OP-2, OP-4 to OP-7 are linear amplification, sign inversion or is transistor TR-1~
Along with TR-3, logarithm/anti-logarithm conversion effect, VR-
1. VR-2 acts as a level adjuster for I and E components. Therefore, as in FIG. 6a, the arc voltage E and arc current I, linearly amplified or sign-inverted by the operational amplifiers OP-1 and OP-2, are applied to the operational amplifiers OP-4 and OP-5 and the transistors.
They are logarithmically converted and added by TR-1 and TR-2, and then only the negative signal is passed through to the operational amplifiers OP-6 and OP-7 and the transistor TR.
Dividing is performed comprehensively by performing anti-logarithmic transformation at -3, and the result is output as conductance G. Next, the operation when the conductance G as the characteristic value of the arc obtained by the arithmetic circuit in this manner is used as an input signal for controlling the distance h between the welding torch and the workpiece to be welded will be explained. FIG. 8 shows the current/voltage characteristics in general consumable electrode constant-speed gas-shielded arc welding and an example of the external characteristics of a general welding power source. As shown in the figure, as the distance h between the welding torch and the welded material changes up and down by Δh around h 0 , the arc voltage characteristic curve moves up and down while remaining substantially similar.
On the other hand, when the arc is loaded by a welding power source having external characteristics (close to constant voltage characteristics) as shown in the figure, P N is applied at h=h 0 , P L is applied at h=h 0 +Δh, and h=h 0 − At Δh, stable energization is performed at each intersection of P S and a steady welding state is obtained. In other words, the operating points change as P N , P L , P
S , etc., and this fluctuation causes current and voltage to fluctuate. As is clear from the figure, h=h 0 to h=
If it changes to h 0 +Δh, the current I changes from I 0 to I 0 −ΔI
If the voltage E changes from E 0 to E 0 +ΔE, and from h=h 0 to h 0 −Δh, then I becomes I 0
It can be seen that E changes to E 0 -ΔE. In this way, both I and E change due to a change in h, but as you can see from the figure, the change in I is much larger than the change in E, so the change in I can be used to set the target for h. Value control has conventionally been carried out, and so-called arc sensors are based on this principle. In contrast, in the present invention, the target value of h is controlled using changes in the conductance G of the arc. That is, in FIG. 8, the curve shown by the broken line is the current/conductance characteristic curve corresponding to the current/voltage characteristic curve shown by the solid line, and h
The operating point at =h 0 (I=I 0 , E=E 0 ) is P N ',
The corresponding conductance G is G=G 0 and h=h 0 +Δh (I=I 0 −ΔI, E=E 0 +ΔE)
The operating point at _ _ _ It represents. The characteristics when such conductance G is used as an h control input signal will be explained with reference to Table 1.

【表】 第1表はhの変化に伴うI,E,Gの変化の様
子を比較した結果であるが、同表から判るよう
に、hがh0からh0+Δh、或はh0−Δhに変化し
た場合、電流変化率I/I0或は電圧変化率E/E0
のいずれよりもコンダクタンス変化率G/G0
大であり、このことはh制御用入力信号としては
Eよりも、IよりもGの方が高い識別度を有する
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高精度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の何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パルス波比率が異る。
その状況を第9図に示す。第9図は溶接電流I
が、基準電流I0とパルス電流IPとが重畳して構
成される場合(I=I0+IP)の様子を示してい
る。またこのときのアーク電圧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。
[ Table] Table 1 shows the results of comparing the changes in I, E , and G as h changes . When it changes to Δh, the current change rate I/I 0 or the voltage change rate E/E 0
The rate of change in conductance G/G 0 is larger than either of the two, and this means that G has a higher degree of discrimination as an input signal for h control than E and than I, that is, G is used as an input signal. By doing so,
It can be seen that it is possible to stabilize control and improve accuracy. Next, in order to stabilize droplet transfer (spraying), a pulsed current may be superimposed on the welding current. In such a case, the pulse wave ratio included in the input signal differs depending on which of the current I, voltage E, and conductance G is used as the control signal.
The situation is shown in Figure 9. Figure 9 shows welding current I
shows a case where the reference current I 0 and the pulse current I P are superimposed (I=I 0 +I P ). Further, Table 2 shows the changes in the arc voltage E and conductance G at this time and their rate of change.

【表】 第2表から判るように、電流IがI0からI0+IP
に変化すれば動作点P0はPPに移動し、電圧Eは
E0からE0+EPに変化する。この場合の電流変化
率I/I0、電圧変化率E/E0及びコンダクタンス
変化率G/G0を比較してみると、G/G0が最も
1に近いことが分る。すなわち、Gを制御用入力
信号として利用すれば、仮令電流中に鋭いパルス
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パルス比率が小さく、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の等化増幅作用
について述べる。 先ず、第10図により等化増幅作用の原理を説
明する。第10図aは従来用いられている自動利
得制御(Automatic Gain Control:AGC)回路
構成例であつて、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・入力間で閉ループ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D、
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D、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並び
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、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
作用を具体的に説明するための図である。第11
図aは突合わせ溶接に於て溶接トーチをY軸方向
にウイビングさせ乍ら進行させる場合の概念図で
あつて、すみ肉溶接の場合も全く同様の構成とな
る。同図bは、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軸ウイ
ビングに伴ない、ウ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,G2,G3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11図cは第7図に示す等化増幅回路8に
おけるVR2の出力、すなわち基本増幅度信号を
示し、定数a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逆コ
ンダクタンス信号a/Gを示し、G1,G2,G3
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信号a/Gのピーク
ホールド(a/G)PEAKを示し、G1,G2,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)PEAKを示し、G1,G2,G3
の変化に拘わらず出力レベルは一定となる。 以上基本的な作用について説明したが、更にコ
ンダクタンス演算回路4からローパスフイルタ6
を通して得られるコンダクタンス信号7は第7図
aに示すように等化増幅回路8を構成する入力レ
ベル調整用可変抵抗器VR―1にてレベル調整さ
れ、線形増幅器8Aで線形増幅あるいは符号反転
されて割算器8Bに入力し、ここで基準増幅度設
定用可変抵抗器VR―2の設定値をもとに基本演
算としてV0=Z′/X′の演算を行なつて逆コンダク
タンス信号を得る。この逆コンダクタンス信号と
線形増幅器8Aからのコンダクタンス信号のピー
ク値をホールドするピークホールド8Cからの信
号とが掛算器8Dに加えられ、ここで基本演算と
してV0=X・Yの演算がなされて等化コンダク
タンス信号9として出力され、比較弁別回路10
でしきい値設定回路11からのしきい値信号12
と比較弁別される。 上記の作用説明は第7図aについてであるが、
第7図b,cの場合も基本的には同じであり、割
算器8Bの割算機能をさせるための具体的回路構
成が異なるのみで逆コンダクタンス信号を得る点
では同じなので、ここではその説明を省略する。 以上の説明で分るように、本発明による等化増
幅回路の作用により、溶接電流レベルの変動によ
りアークのコンダクタンスレベルが変動しても、
これを定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
めて有効である。 なお、第7図a,b,cは、図中、要素8B
(割算器)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は要素8Bとして
割算器Dを適用し、その基本的演算機能V0=Z′/X′ により逆コンダクタンス信号a/Gを得る。bは
要素8Bとして掛算器M1(基本的演算機能V0
=X・Y)を演算増幅器OP2の負饋還回路に挿
入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は要素8Bと
して演算増幅器とトランジスタによる対数変換・
逆対数変換機能を利用することにより、総合的に
逆コンダクタンス信号a/Gを得ている。 このように前述した実施例からも明らかなよう
に本発明では溶接ロボツト或は自動アーク溶接に
於ける溶接トーチ・被溶接材間距離hに関するZ
軸制御及びY軸制御のための入力信号としてアー
クのコンダクタンスGを用いるようにしたので、
溶接電流I或はアーク電圧Eによる制御に比し
て、信号識別能力が大で、高い制御精度と安定度
が得られ、また溶接電流中にパルス状電流が重畳
される場合、Gを制御用入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、制御安定度が向上する。 また、コンダクタンス等化増幅回路の適用によ
り、溶接ロボツト或は自動アーク溶接装置でアー
クセンサ方式に立脚せる溶接ウイビング幅自動制
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、これを高精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精度化するのに極めて有効
である。 さらに既存溶接ロボツト或は自動アーク溶接装
置に容易に付加適用出来るばかりでなく、主要部
分は簡単なアナログ回路で構成しているので低コ
ストに実現でき、また溶接関連設備自動化、ロボ
ツト化による省人化の実現に有力な手掛りを与え
ることができ、しかも溶接ロボツト或は自動溶接
装置の機能向上、コスト低減により市場競争力が
強化される利点を有する。 以上述べたように本発明によれば溶接アークの
コンダクタンスを検出してこれを溶接トーチを位
置制御する制御入力信号とするとともに前記コン
ダクタンス信号のレベルが随時任意のレベルに変
化してもその出力が常に一定レベルに維持できる
コンダクタンス信号等化増幅回路を設けるように
したので、ノイズ妨害が少なく且つ微少変化にも
確実に対応できる高精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
置が提供できる。
[Table] As can be seen from Table 2, the current I varies from I 0 to I 0 + I P
, the operating point P 0 moves to P P and the voltage E becomes
Changes from E 0 to E 0 +E P. Comparing the current change rate I/I 0 , voltage change rate E/E 0 and conductance change rate G/G 0 in this case, it is found that G/G 0 is closest to 1. In other words, if G is used as a control input signal, even if a sharp pulse current is superimposed on the temporary current, the pulse ratio in the input signal will be smaller than when using other characteristic values, and the control accuracy will be improved. It is possible to improve and stabilize the Next, the equalization amplification effect of the arc conductance G will be described. First, the principle of equalization amplification will be explained with reference to FIG. Figure 10a shows an example of a conventional automatic gain control (AGC) circuit configuration, in which variable gain element VG, DC conversion
Its feature is that the functional elements of DC, comparator COM, and peak hold PH form a closed loop feedback circuit between the output and input, and it has a constant output leveling function and linearity maintenance for a wide range of input signal levels. There is a problem with this. On the other hand, FIG.
The functional elements of DC conversion DC, peak hold PH, and multiplier M form an open-loop arithmetic circuit, allowing highly accurate constant output levels for all levels within the allowable input/output range of divider D and multiplier M. It has the feature of being able to obtain functions and linearity. As described above, the equalizing amplifier circuit according to the present invention has a major feature in that the configuration, operating principle, and operation are fundamentally different from conventional automatic gain control circuits. FIG. 11 is a diagram for specifically explaining the operation of the equalization amplifier circuit according to the configuration of FIG. 7. 11th
Figure a is a conceptual diagram when the welding torch is advanced while weaving in the Y-axis direction during butt welding, and the configuration is exactly the same for fillet welding. 7b shows the input signal 7 shown in FIG. 7 (common to a, b, and c), that is, the arc conductance signal G. As shown in the figure, as the welding torch 2 moves in the Y-axis, It can be seen that the conductance increases compared to the vicinity. In the figure, G 1 , G 2 , and G 3 represent conductance changes that occur when the welding current level is changed. FIG. 11c shows the output of VR2 in the equalization amplifier circuit 8 shown in FIG. 7, that is, the basic amplification signal, which is a constant a. d in the figure shows the output signal of element 8B (divider) shown in FIG. 7, that is, the inverse conductance signal a/G obtained by dividing the constant a shown in c by the conductance signal ; It is changing in response to the change in G 3 . Figure 11e is the seventh
The output signal of the peak hold 8C shown in the figure, ie, the peak hold (a/G) PEAK of the inverse conductance signal a/G shown in d, changes in response to changes in G 1 , G 2 , and G 3 . The figure f shows the output of the multiplier 8D shown in Fig. 7 , that is, the equalized conductance signal EQ .
The output level remains constant regardless of changes in . Although the basic operation has been explained above, the conductance calculation circuit 4 to the low pass filter 6
As shown in FIG. 7a, the conductance signal 7 obtained through It is input to the divider 8B, and here the basic calculation is performed as V 0 =Z'/X' based on the setting value of the variable resistor VR-2 for setting the reference amplification level to obtain the reverse conductance signal. . This inverse conductance signal and the signal from the peak hold 8C that holds the peak value of the conductance signal from the linear amplifier 8A are added to the multiplier 8D, where the basic calculation is performed as V 0 =X・Y, etc. It is output as a conductance signal 9 and sent to a comparison/discrimination circuit 10.
The threshold signal 12 from the threshold setting circuit 11 is
It is compared and discriminated. The above explanation of the action is about Fig. 7a, but
The cases in Fig. 7b and c are basically the same, and the only difference is the specific circuit configuration for performing the division function of the divider 8B, and the same point is obtained in that the inverse conductance signal is obtained. The explanation will be omitted. As can be seen from the above explanation, due to the effect of the equalization amplifier circuit according to the present invention, even if the conductance level of the arc changes due to changes in the welding current level,
This is extremely effective in equalizing this to a constant output level and simplifying and increasing the accuracy of the subsequent comparison and discrimination circuit configuration and its functions. In addition, FIG. 7 a, b, and c are element 8B in the figure.
The detailed effects differ depending on the configuration of the divider. That is, in Figure a, a divider D is applied as element 8B, and an inverse conductance signal a/G is obtained by its basic arithmetic function V 0 =Z'/X'. b is element 8B and multiplier M1 (basic arithmetic function V 0
=X.Y) is inserted into the negative feedback circuit of the operational amplifier OP2, thereby obtaining a comprehensive inverse conductance signal a/G. c is element 8B, which performs logarithmic conversion using an operational amplifier and a transistor.
The inverse conductance signal a/G is obtained comprehensively by using the inverse logarithmic transformation function. As is clear from the above-mentioned embodiments, in the present invention, Z regarding the distance h between the welding torch and the workpiece in welding robot or automatic arc welding is
Since the arc conductance G is used as the input signal for axis control and Y-axis control,
Compared to control using welding current I or arc voltage E, signal discrimination ability is large, and high control accuracy and stability can be obtained. By employing it as an input signal, the pulse wave ratio in the signal can be minimized, improving control stability. In addition, by applying a conductance equalization amplifier circuit, welding current can be controlled in automatic welding width control, automatic welding groove width tracking, and automatic welding line tracking control based on the arc sensor method in welding robots or automatic arc welding equipment. Even if the arc conductance level changes by changing to an arbitrary level at any time, it is possible to convert it to a constant output level with high accuracy, simplifying the configuration and function of the subsequent comparison/discrimination circuit. It is extremely effective for increasing precision. Furthermore, not only can it be easily added to existing welding robots or automatic arc welding equipment, but the main parts are composed of simple analog circuits, so it can be realized at low cost, and labor savings can be achieved through automation and robotization of welding-related equipment. Moreover, it has the advantage of strengthening the market competitiveness by improving the functionality and reducing costs of welding robots or automatic welding equipment. As described above, according to the present invention, the conductance of the welding arc is detected and used as a control input signal for controlling the position of the welding torch, and even if the level of the conductance signal changes to an arbitrary level at any time, the output remains unchanged. Since a conductance signal equalization amplifier circuit that can always maintain a constant level is provided, it is possible to create a high-precision, low-cost arc sensor system that generates little noise interference and can reliably respond to minute changes, while also being able to adapt to any welding current. It is possible to provide a highly accurate, low-cost welding trace detection device that can always automatically obtain a stable comparative discrimination effect.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

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
利用して溶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
代つて電流レベルを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ための図、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ウイビング幅自動制御
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
の作用を説明するための電流・電圧特性曲線に対
応する電流・コンダクタンス特性曲線図、第9図
は溶接電流にパルス状電流を重畳する場合の作用
説明図、第10図はアークのコンダクタンス信号
等化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ための図である。 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
ス信号、6……ローパスフイルタ、8……等化増
幅回路、9……等化コンダクタンス出力信号、1
0……比較弁別回路、11……しきい値設定回
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……サーボ増幅
器、15……サーボ増幅器用レベル設定器、16
……Y軸駆動サーボモータ、17……Y軸駆動装
置。
Figure 1 is a diagram showing the current/voltage characteristics and external characteristics of the welding power source in general consumable electrode constant-rate gas shielded arc welding, and Figure 2 is a diagram showing the position control of the welding torch using the characteristics in Figure 1. Figure 3 is a diagram for explaining an example of how the operating point changes when the current level is changed in three stages instead of the reference current level in Figure 1. Configuration example and operation of equipment when equipped with automatic weaving width control, welding groove width automatic tracking function, and welding line automatic tracking function when performing butt welding and fillet welding by applying the operating principle shown in Figure 3 FIG. 5 is a configuration explanatory diagram showing an embodiment of the welding tracing detection device according to the present invention, and FIG. 6 is a circuit diagram showing a specific configuration example for detecting arc conductance in the same embodiment. 7 is a diagram showing a specific configuration example of the arc conductance signal equalization amplifier circuit in the same embodiment, and FIG. 8 is a diagram showing the current corresponding to the current/voltage characteristic curve for explaining the operation of the same embodiment.・Conductance characteristic curve diagram, Figure 9 is a diagram to explain the effect when a pulsed current is superimposed on the welding current, Figure 10 is a diagram to explain the operating principle of the arc conductance signal equalization amplifier circuit, Figure 11 7 is a diagram for explaining a specific operation of the conductance signal equalization amplifier circuit shown in FIG. 7. FIG. 1... Material to be welded, 2... Welding torch, 3a...
Current input signal, 3b... Voltage input signal, 4... Conductance calculation circuit, 5, 7... Conductance signal, 6... Low pass filter, 8... Equalization amplifier circuit, 9... Equalization conductance output signal, 1
0...Comparison discrimination circuit, 11...Threshold value setting circuit, 12...Threshold output signal, 13...Left and right progression discrimination and hold circuit, 14...Servo amplifier, 15...Level setting device for servo amplifier , 16
...Y-axis drive servo motor, 17...Y-axis drive device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 溶接電流信号又は溶接電圧信号が入力されし
きい値設定器に設定されたしきい値と比較弁別す
る比較弁別器、この比較弁別器で比較弁別された
出力をホールドする左右進行ホールド回路、この
左右進行ホールド回路の出力とサーボモータ速度
設定器に設定された速度設定値との偏差に応動す
るサーボモータ、このサーボモータにより駆動さ
れ溶接トーチをウイビングさせながら進行操作す
る軸駆動機構を備えて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ウイビング幅
自動制御、溶接開先幅自動追従制御をさせるため
の溶接用倣い検出装置において、前記比較弁別器
の入力側に、溶接電流信号とアーク電圧信号とを
入力して溶接アークのコンダクタンスを求めるコ
ンダクタンス演算回路と、このコンダクタンス演
算回路から出力されるコンダクタンス信号の入力
レベルを調整する入力レベル調整用可変抵抗器、
この可変抵抗器の出力を線形増幅する線形増幅
器、この線形増幅器の出力と基準増幅度設定用可
変抵抗器の設定値とに基いて逆コンダクタンスを
演算する割算器、前記線形増幅器の出力のピーク
値をホールドするピークホールドおよびこのピー
クホールドの出力と前記割算器の出力とに基いて
等化コンダクタンスを演算する掛算器から構成さ
れ前記コンダクタンス信号から求められた等化コ
ンダクタンス信号を前記溶接トーチウイビング幅
自動制御、溶接開先幅自動追従制御のための溶接
トーチウイビング端折返し点の決定に必要な前記
比較弁別器への入力信号として出力する等化増幅
回路とを設けたことを特徴とする溶接用倣い検出
装置。
1. A comparison discriminator to which a welding current signal or a welding voltage signal is input and compares and discriminates it with a threshold value set in a threshold value setting device, a left/right progression hold circuit that holds the output that has been compared and discriminated by this comparison discriminator, and this The arc is equipped with a servo motor that responds to the deviation between the output of the left and right advancement hold circuit and the speed setting value set in the servo motor speed setting device, and a shaft drive mechanism that is driven by this servo motor and operates the welding torch while weaving. In a welding profile detection device for automatic welding width control and automatic welding groove width tracking control using control input signals obtained by a sensor method, welding current signals and arc a conductance calculation circuit that calculates the conductance of the welding arc by inputting a voltage signal; and an input level adjustment variable resistor that adjusts the input level of the conductance signal output from the conductance calculation circuit;
A linear amplifier that linearly amplifies the output of this variable resistor, a divider that calculates inverse conductance based on the output of this linear amplifier and the setting value of the variable resistor for setting the reference amplification level, and a peak of the output of the linear amplifier. It consists of a peak hold that holds a value and a multiplier that calculates an equalized conductance based on the output of this peak hold and the output of the divider, and the equalized conductance signal obtained from the conductance signal is transmitted to the welding torch. and an equalizing amplifier circuit that outputs as an input signal to the comparison discriminator necessary for determining a welding torch weaving end turning point for automatic weaving width control and automatic follow-up control of welding groove width. Welding tracing detection device.
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