JPS6234470B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

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Ｐ_N、
ｈ＝h₀＋ΔｈではＰ_L、ｈ＝h₀−ΔｈではＰ_S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Ｐ_N，Ｐ_L，Ｐ_S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に
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Ｐ_1N，Ｐ_2N，
Ｐ_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＝Ｐ_1Nの状態から、ｈ＝h₀＋Δｈに変化
するとＰはＰ_1L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Ｐ_1S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＝Ｐ_2Nからｈ＝h₀±Δｈ
に変化した場合、またＷ＝W₃，ｈ＝h₀，Ｉ＝I₃，
Ｐ＝Ｐ_3N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ti_E、電流入力信号は入力端ti_I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Ｐ_N、ｈ＝h₀＋Δｈでは
Ｐ_L、ｈ＝h₀−ΔｈではＰ_S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Ｐ_N，Ｐ_L，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Ｐ_N′、
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Ｐ_L′，ＧをG₀−ΔＧ、さらに
ｈ＝h₀−Δｈ（Ｉ＝I₀＋ΔＩ，Ｅ＝E₀−ΔＥ）で
はＰ_S′、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。

【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が
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Ｉ_Pとが重畳して構
成される場合（Ｉ＝I₀＋Ｉ_P）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。

【表】 第２表から判るように、電流ＩがI₀からI₀＋Ｉ_P
に変化すれば動作点P₀はＰ_Pに移動し、電圧Ｅは
E₀からE₀＋Ｅ_P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の
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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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。