アークスタート制御方法
【課題】溶接ワイヤを一旦母材に接触させた後に引き離すことによってアークを発生させるアークスタート制御方法において、アーク長のオーバーシュートを抑制すること。
【解決手段】溶接トーチから溶接ワイヤを母材へ前進送給（時刻ｔ２〜ｔ３）し、溶接ワイヤが母材に接触すると溶接ワイヤを母材から後退送給（時刻ｔ３〜ｔ４）すると共に溶接電流Ｉｗを通電し、この後退送給によって溶接ワイヤが母材から離れて初期アークが発生（時刻ｔ４）した後に溶接ワイヤを再前進送給（時刻ｔ５以降）して前記初期アーク発生状態から定常のアーク発生状態へと移行させるアークスタート制御方法において、前記再前進送給の開始時点から前記溶接トーチの高さＬｔを一旦低くした後に元の高さＬｓに戻すトーチ高さ制御（時刻ｔ５〜ｔ７）を行う。これにより、アーク長のオーバーシュートをトーチ高さ制御によって補償することができる。
【解決手段】溶接トーチから溶接ワイヤを母材へ前進送給（時刻ｔ２〜ｔ３）し、溶接ワイヤが母材に接触すると溶接ワイヤを母材から後退送給（時刻ｔ３〜ｔ４）すると共に溶接電流Ｉｗを通電し、この後退送給によって溶接ワイヤが母材から離れて初期アークが発生（時刻ｔ４）した後に溶接ワイヤを再前進送給（時刻ｔ５以降）して前記初期アーク発生状態から定常のアーク発生状態へと移行させるアークスタート制御方法において、前記再前進送給の開始時点から前記溶接トーチの高さＬｔを一旦低くした後に元の高さＬｓに戻すトーチ高さ制御（時刻ｔ５〜ｔ７）を行う。これにより、アーク長のオーバーシュートをトーチ高さ制御によって補償することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接ワイヤを一旦母材に接触させた後に引き離してアークを発生させるアークスタート制御方法の改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶接電源から溶接電圧及び溶接電流を出力して溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させると共に、溶接トーチをロボットによって移動させて溶接するロボット溶接が広く行われている。このロボット溶接に使用される消耗電極アーク溶接法としては、炭酸ガスアーク溶接法、マグ溶接法、ミグ溶接法、パルスアーク溶接法等がある。このロボット溶接において、ロボット制御装置に溶接開始信号が入力されると、ロボットを移動させることによって溶接トーチを予め教示された溶接開始位置まで移動させて停止させ、ワイヤ送給モータを正回転させて溶接ワイヤを母材へ前進送給し、続けて溶接ワイヤが母材に接触したことを判別するとワイヤ送給モータを逆回転させて溶接ワイヤを後退送給し、同時に小電流値（数十Ａ）の初期電流を通電し、続けて後退送給によって溶接ワイヤが母材から離れて初期アークが発生した後に溶接ワイヤを定常送給速度で再前進送給すると共に定常溶接電流を通電し、同時に溶接トーチを上記の停止状態から予め教示された溶接方向への移動に切り換えることによって定常のアーク発生状態に移行させるアークスタート制御方法が従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。以下、この従来技術のアークスタート制御方法について、図面を参照して説明する。
【０００３】
図３は、従来のロボット溶接装置の構成図である。溶接開始回路ＳＴは、溶接開始信号Ｓｔを出力する。この溶接開始回路ＳＴとしては、押しボタン、溶接ラインを制御するプログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）等が相当する。ロボット制御装置ＲＣは、この溶接開始信号Ｓｔが入力されると、ロボットＲＭの動作制御を行う動作制御信号ＭｃをロボットＲＭのサーボモータに出力すると共に、電圧設定信号Ｖｒ、定常送給速度設定信号Ｆcr、起動信号Ｏｎ、スタート完了信号Ｗcrを含む送受信信号Ｉｆを溶接電源ＰＳとの間で送受信する。電圧設定信号Ｖｒ、定常送給速度設定信号Ｆcr及び起動信号Ｏｎは、ロボット制御装置ＲＣから溶接電源ＰＳに送信される信号であり、スタート完了信号Ｗcrは溶接電源ＰＳからロボット制御装置ＲＣに送信される信号である。これらの信号については、後述する。
【０００４】
ロボットＲＭは、ワイヤ送給モータＷＭ及び溶接トーチ４を搭載して、上記の動作制御信号Ｍｃに従って溶接トーチ４の先端位置（ＴＣＰ）を予め教示された動作軌跡に沿って移動させる。溶接ワイヤ１は、上記のワイヤ送給モータＷＭと上記の溶接トーチ４の本体との間をつなぐ長さ１．５［ｍ］程度のコイルライナ４ａの中を通って送給される。すなわち、溶接トーチ４の長さとしては１．５ｍ程度が標準である。
【０００５】
溶接電源ＰＳは、上記の送受信信号Ｉｆを送受信し、溶接トーチ４の先端に装着された給電チップを介して溶接ワイヤ１に溶接電圧Ｖｗを給電し、溶接電流Ｉｗを通電して溶接ワイヤ１と母材２との間にアーク３を発生させる。また、この溶接電源ＰＳは、送給制御信号Ｆｃを出力して、上記のワイヤ送給モータＷＭの回転方向及び回転速度を制御して溶接ワイヤ１の送給速度Ｆｗを制御する。以下の説明において、送給速度Ｆｗとは、溶接ワイヤ１の先端の速度を表している。ワイヤ送給モータＷＭが回転していても、溶接ワイヤ１の先端が母材と接触している場合には、送給速度Ｆｗ＝０となる。すなわち、ワイヤ送給モータＷＭの回転と送給速度Ｆｗとが対応しない状態が存在する。溶接ワイヤ１の先端と母材２との距離がワイヤ先端・母材間距離Ｌｗ［mm］であり、したがってこのワイヤ先端・母材間距離Ｌｗはアーク発生中はアーク長と略同一になる。また、給電チップ先端と母材２との距離をトーチ高さＬｔ（mm）と呼ぶことにする。溶接トーチ４が前進角又は後退角を有している場合には、溶接ワイヤ１の送給方向に対して給電チップと母材２との距離がトーチ高さＬｔとなる。
【０００６】
図４は、従来のアークスタート制御方法を示す図３の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの時間変化を示し、同図（Ｂ）はロボットの動作制御信号Ｍｃの時間変化を示し、同図（Ｃ）はトーチ高さＬｔの時間変化を示し、同図（Ｄ）は送給制御信号Ｆｃの時間変化を示し、同図（Ｅ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｆ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｇ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｈ）はスタート完了信号Ｗcrの時間変化を示し、同図（Ｉ）はワイヤ先端・母材間距離Ｌｗの時間変化を示す。同図（Ｂ）に示す動作制御信号Ｍｃは、ここではロボットが移動しているときにＨｉｇｈレベルになり、停止しているときにＬｏｗレベルになる信号とする。同図（Ｄ）に示す送給制御信号Ｆｃ及び同図（Ｅ）に示す送給速度Ｆｗは、正の値のときは前進送給を示し、負の値のときは後退送給を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００７】
（１）時刻ｔ１以前の期間（待機期間）
時刻ｔ１以前の期間中は、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔはＬｏｗレベル（溶接停止）であるために、同図（Ｂ）に示すように、動作制御信号ＭｃはＬｏｗレベルでありロボットは待機位置で停止したままである。同図（Ｃ）に示すように、トーチ高さＬｔは、ロボットが待機位置にあるので大きな値となっている。同図（Ｄ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは０のままであり、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗも０となっている。すなわち、溶接ワイヤの送給は停止状態にある。この期間中は溶接電源はまだ起動されていないので、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは印加されずに０Ｖのままであり、同図（Ｇ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電していないので０Ａのままである。また、同図（Ｉ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、ロボットが待機位置にあるために大きな値となっている。
【０００８】
（２）時刻ｔ１〜ｔ２の期間（ロボットの溶接開始位置への移動期間）
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）に変化すると、ロボット制御装置ＲＣによってロボットＲＭは待機位置から予め教示された溶接開始位置に移動する。このために、同図（Ｂ）に示すように、動作制御信号Ｍｃは、時刻ｔ１において移動状態を示すＨｉｇｈレベルになり、時刻ｔ２において停止状態を示すＬｏｗレベルになる。同図（Ｃ）に示すように、トーチ高さＬｔは、次第に小さくなり、時刻ｔ２において予め教示された教示トーチ高さＬｓになる。この期間中はまだ溶接電源は起動されていないために、同図（Ｄ）に示すように、送給制御信号Ｆｃ＝０であり、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗ＝０のままである。すなわち、溶接ワイヤの送給はまだ開始されていない。同様に、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗはまだ印加されておらず０Ｖのままであり、同図（Ｇ）に示すように、溶接電流Ｉｗはまだ通電しておらず０Ａのままである。同図（Ｉ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、次第に小さくなる。
【０００９】
（３）時刻ｔ２〜ｔ３の期間（前進送給期間）
時刻ｔ２においてロボットＲＭが溶接開始位置に到達して停止すると、図示は省略しているが、ロボット制御装置ＲＣから溶接電源ＰＳに起動信号Ｏｎが出力される。これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは小さな正の値の予め定めたスローダウン送給速度設定値に変化する。このために、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗは小さな正の値のスローダウン送給速度に変化する。したがって、この期間中は、溶接ワイヤは非常に低速なスローダウン送給速度で母材に向かって前進送給される。時刻ｔ２において上記の起動信号Ｏｎによって溶接電源ＰＳは起動されるために、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗの出力が開始される。しかし、この期間中は溶接ワイヤの先端は母材にまだ到達していないので無負荷状態になるので、溶接電圧Ｖｗは最大値の無負荷電圧値になる。同図（Ｇ）に示すように、溶接電流Ｉｗはまだ通電していないので０Ａになる。また、同図（Ｉ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、前進送給によって次第に短くなる。
【００１０】
（４）時刻ｔ３〜ｔ４の期間（前進送給から後退送給への反転遅れ期間Ｔａ）
時刻ｔ３において溶接ワイヤが母材と接触すると、同図（Ｉ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは０mmとなる。同時に、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧値から数Ｖ程度の小さな値の短絡電圧値に変化する。また、同図（Ｇ）に示すように、溶接電流Ｉｗが通電し、その値は数十Ａ程度の初期電流値となる。溶接電圧の低下によって短絡状態を判別すると、同図（Ｄ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは負の値の予め定めた後退送給速度設定値に変化する。しかし、ワイヤ送給モータが回転方向を切り換えるのに必要なモータ反転遅れ時間及び溶接トーチのコイルライナ内を蛇行しながら送給されている溶接ワイヤの遊び分を反転させるのにひつような遊び分送給遅れ時間のために、時刻ｔ４まではワイヤ先端は移動しない。このために、同図（Ｅ）に示すように、この期間中の送給速度Ｆｗは０のままである。時刻ｔ３〜ｔ４の期間を前進送給から後退送給への反転遅れ期間Ｔａと呼ぶことにする。
【００１１】
（５）時刻ｔ４〜ｔ５の期間（アーク長引き上げ期間Ｔｕ）
時刻ｔ４において反転遅れ期間Ｔａが終了すると、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗは０からスロープ状に立ち上がって負の値の後退送給速度に変化する。これによって、ワイヤ先端が後退移動して母材から離れるので、初期アークが発生する。初期アークが発生すると、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは短絡電圧値から数十Ｖ程度のアーク電圧値に急上昇する。溶接電圧Ｖｗが急上昇したことによって初期アークの発生を判別してから予め定めたアーク長引き上げ期間Ｔｕが経過するまでの期間中は、同図（Ｄ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは後退送給速度設定値のままであるので、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗは後退送給速度のままである。このために、後退送給が継続されることになり、初期アークの長さが次第に長くなる。この結果、同図（Ｉ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは０mmからスロープ状に大きくなる。そして、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗも、アーク長に比例してスロープ状に大きくなる。同図（Ｇ）に示すように、溶接電流Ｉｗは初期電流値のままである。
【００１２】
（６）時刻ｔ５〜ｔ７の期間（再前進送給過渡期間Ｔｂ）
時刻ｔ５において設定されたアーク長引き上げ期間Ｔｕが終了すると、同図（Ｄ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは正の値の定常送給速度設定値に変化する。この定常送給速度設定値は、ロボット制御装置ＲＣから送受信信号Ｉｆとして溶接電源ＰＳに送信される定常送給速度設定信号Ｆcrによって設定される。しかし、上述したように、ワイヤ送給モータＷＭの反転遅れ時間及び遊び分送給遅れ時間の間（時刻ｔ５〜ｔ６）は、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗは、慣性によって負の値の後退送給速度から曲線状に低下して、時刻ｔ６において０となる。そして、時刻ｔ６〜ｔ７の期間中は、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗは０から曲線状に大きくなり、時刻ｔ７において定常送給速度Ｆcwに収束する。この時刻ｔ６〜ｔ７の期間は、送給速度Ｆｗが０から定常送給速度Ｆcwに収束するまでの送給立上り期間となる。上記の時刻ｔ５〜ｔ７の期間が、再前進送給に設定を切り換えてから定常送給速度Ｆcwに収束するまでの再前進送給過渡期間Ｔｂとなる。時刻ｔ５において、溶接電源ＰＳの外部特性が定電流特性から定電圧特性に切り換えられる。この結果、同図（Ｉ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、この再前進送給過渡期間Ｔｂの間に大きくオーバーシュートして、時刻ｔ７において定常アーク長に収束する。オーバーシュートする理由は、定電圧特性とアーク負荷状態によって定まる溶接電流値が送給速度Ｆｗに対して大きいために、溶融速度が送給速度よりも大きくなり、ワイヤ先端は燃え上がることになるからである。換言すれば、送給速度Ｆｗが定常送給速度Ｆcwに収束していない過渡状態にあるためにその送給速度が遅いためである。アーク長がオーバーシュートするために、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗも、この再前進送給過渡期間の間はオーバーシュートして、時刻ｔ７において定常値に収束する。この定常値は、送受信信号Ｉｆの電圧設定信号Ｖｒによって設定される。また、同図（Ｇ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ５において初期電流値よりも大きな値に一旦上昇する。そして、上記の再前進送給過渡期間Ｔｂの間は、一度小さくなった後に大きくなり、時刻ｔ７において定常値に収束する。すなわち、この期間中の溶接電流Ｉｗは凸状に変化する。溶接電流Ｉｗの定常値は、定常送給速度Ｆcwによって定まる値である。時刻ｔ５において、同図（Ｈ）に示すように、スタート完了信号ＷcrがＨｉｇｈレベルになり、溶接電源ＰＳからロボット制御装置ＲＣに送受信信号Ｉｆとして送信される。これを受信したロボット制御装置ＲＣは、ロボットＲＭを教示された動作軌跡に沿って移動させるので、同図（Ｂ）に示すように、動作制御信号Ｍｃは移動を示すＨｉｇｈレベルに変化する。同図（Ｃ）に示すように、トーチ高さＬｔは、時刻ｔ２以降は、教示トーチ高さＬｓのままである。これは、通常の溶接においては、トーチ高さは一定値のままで溶接されるためである。上記においては、同図（Ｈ）に示すスタート完了信号Ｗcrが再前進送給に指令が切り換わる時刻ｔ５においてＨｉｇｈレベルに変化する場合を例示している。これ以外にも、初期電流が流れる時刻ｔ３においてスタート完了信号ＷcrがＨｉｇｈレベルに変化するように設定される場合と、初期アークが発生する時刻ｔ４においてスタート完了信号ＷcrがＨｉｇｈレベルに変化するように設定される場合がある。
【００１３】
上記の動作によってアークスタート制御は終了し、時刻ｔ７以降は定常のアーク発生状態になる。このアークスタート制御方法では、溶接ワイヤを一旦母材に接触させた後に、引き離すことによって初期アークを確実に発生させ、その後は溶接ワイヤを再前進送給することによって定常アークに移行させる。このために、一般的にアークスタート性が良くない細径鉄鋼ワイヤ、軟質アルミニウムワイヤ等を使用する場合でも、良好なアークスタート性を得ることができる。但し、このアークスタート制御方法では、上述した再前進送給過渡期間Ｔｂ中のアーク長のオーバーシュートが溶接品質に悪影響を与える場合がある。アーク長のオーバーシュートが大きくなると、ビード外観にその影響が表れるようになる。このアーク長のオーバーシュートは、ワイヤ送給モータＷＭの過渡特性が遅いときには大きくなる。ワイヤ送給モータＷＭとして、サーボモータを使用する場合には、過渡特性が良いためにオーバーシュートはあまり大きくならない。溶接装置に多く使用されている直流モータの場合には、過渡特性が遅いためにオーバーシュートは大きくなる。サーボモータは直流モータに比べて高価であるために、あまり使用されていない。また、溶接トーチの長さが、上述したように１．５ｍ程度の標準長である場合には、再前進送給過渡期間Ｔｂが長くなるために、オーバーシュートは大きくなる。このために、ワイヤ送給モータＷＭをロボットＲＭの先端近くの手首軸に設置することによって、溶接トーチの長さを２０cm程度に短くする場合もある。しかしながら、手首軸にモータを設置するためには、小型で出力トルクの大きな高価なモータを使用しなければならない。さらには、手首軸に設置されたモータとワーク及び治具等との干渉も問題となる。したがって、標準的な直流モータを使用し、かつ、溶接トーチの長さも標準長のものを使用することが、価格面、作業性の面からも望ましい。この場合には、アーク長のオーバーシュートが大きくなるために、その対策が必要となる。この対策の例を、以下に説明する。
【００１４】
特許文献１の発明では、上記の再前進送給過渡期間Ｔｂに相当する期間中は、送給制御信号Ｆｃの値を定常送給速度設定値Ｆcrよりも大きな値に設定するものである。上述したように、再前進送給過渡期間Ｔｂは、モータ反転遅れ期間＋遊び分送給遅れ期間＋送給立上り期間の合算値となる。特許文献１のようにすることによって、遊び分送給遅れ期間及び送給立上り期間を短くすることができる。したがって、再前進送給過渡期間Ｔｂを短くすることができるので、オーバーシュートの抑制に対して一定の高価はある。しかし、直流モータを使用する場合には、モータ反転遅れ期間が長いために、特許文献１の方法ではオーバーシュート抑制効果は限定的となる。
【００１５】
特許文献２の発明では、溶接ワイヤの前進送給の代わりにロボットによって溶接トーチを前進移動させ、後退送給の代わりにロボットによって溶接トーチを後退移動させるものである。すなわち、溶接ワイヤの送給を停止したままで、ロボットによって溶接トーチを前進移動させて溶接ワイヤと母材とを接触させる。その後はロボットによって溶接トーチを後退移動させることによって、溶接ワイヤを母材から引き離して初期アークを発生させる。この後退移動を初期アーク発生から予め定めたアーク長引き上げ期間Ｔｕの間行う。この時点で、図４の時刻ｔ５と同じ状態になるので、溶接ワイヤの前進送給を開始して、定常アーク発生状態へと移行させる。この特許文献２の方法では、再前進送給過渡期間Ｔｂに相当する期間は、送給立上り期間のみとなる。これは、モータを反転させないので、モータ反転遅れ期間及び遊び分送給遅れ期間は存在しないからである。したがって、アーク長のオーバーシュートは抑制されることになる。しかしながら、定常送給速度設定値Ｆcrが大きい場合には、送給立上り期間が長くなるために、オーバーシュートの抑制効果は限定的となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００３−１８１６４１号公報
【特許文献２】特開２００２−２０５１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来技術のアークスタート制御方法において、ワイヤ送給モータに多用されている直流モータを使用する場合、又は溶接トーチの長さが１．５ｍ程度の標準的な長さである場合には、上述したように、再前進送給過渡期間中のアーク長のオーバーシュートが大きくなるという問題がある。この問題に対して、特許文献１又は２の発明を実施することによって、オーバーシュートを抑制することができる。しかし、この抑制効果は、上述したように、限定的である。
【００１８】
そこで、本発明では、ワイヤ送給モータに直流モータを使用し、かつ、溶接トーチの長さが１．５ｍ程度の標準長さであり、かつ、定常送給速度が高速である場合でも、再前進送給過渡期間中のアーク長のオーバーシュートを抑制することができ、良好な溶接品質を得ることができるアークスタート制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、溶接トーチから溶接ワイヤを母材へ前進送給し、溶接ワイヤが母材に接触すると溶接ワイヤを母材から後退送給すると共に溶接電流を通電し、この後退送給によって溶接ワイヤが母材から離れて初期アークが発生した後に溶接ワイヤを再前進送給して前記初期アーク発生状態から定常のアーク発生状態へと移行させるアークスタート制御方法において、
前記再前進送給の開始時点から前記溶接トーチの高さを一旦低くした後に元の高さに戻すトーチ高さ制御を行う、
ことを特徴とするアークスタート制御方法である。
【００２０】
第２の発明は、前記トーチ高さ制御は、予め定めた第１期間の間に予め定めた移動距離だけ低くし、予め定めた第２期間の間に元の高さに戻す制御である、
ことを特徴とする第１の発明記載のアークスタート制御方法である。
【００２１】
第３の発明は、前記前進送給から前記後退送給への切換時の反転遅れ期間を検出し、この反転遅れ期間に基づいて前記第１期間、前記第２期間及び前記移動距離を設定する、
ことを特徴とする第２の発明記載のアークスタート制御方法である。
【００２２】
第４の発明は、予め定めた電圧設定値と溶接電圧の検出値とが等しくなるようにフィードバック制御によって前記トーチ高さ制御を行う、
ことを特徴とする第１の発明記載のアークスタート制御方法である。
【００２３】
第５の発明は、ピーク電流及びベース電流を通電して溶接するパルスアーク溶接法を使用する場合には、前記溶接電圧の検出値が、前記溶接電圧の平均値の検出値又は前記ピーク電流の通電期間中の溶接電圧の検出値である、
ことを特徴とする第４の発明記載のアークスタート制御方法である。
【発明の効果】
【００２４】
上記第１の発明によれば、再前進送給が開始されると溶接トーチの高さを一旦低くした後に元の高さに戻すトーチ高さ制御を行うことによって、アーク長のオーバーシュートを相殺することができる。このために、ワイヤ送給モータに直流モータを使用し、かつ、溶接トーチの長さが１．５ｍ程度の標準長さであり、かつ、定常送給速度が高速であるときでも、再前進送給時のアーク長のオーバーシュートを抑制することができ、良好な溶接品質を得ることができる。
【００２５】
第２の発明によれば、第１期間、第２期間及び移動距離をアーク長のオーバーシュートが最も少ないように設定することによって、第１の発明の考課を最大限にすることができる。
【００２６】
第３の発明によれば、第２の発明の効果に加えて、第１期間、第２期間及び移動距離の設定を、前進送給から後退送給に切り換えるときの反転遅れ期間に基づいて自動的に行うことができ、これらのパラメータの設定作業が不要となるので作業効率が向上する。
【００２７】
第４の発明によれば、第１の発明の効果に加えて、トーチ高さ制御をフィードバック制御によって自動化することができるので、第１期間、第２期間、移動距離等のパラメータを設定する必要がなくなり作業効率が向上する。第５の発明によれば、パルスアーク溶接において、第４の発明と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態に係るアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。
【図２】本発明の実施の形態に係るアークスタート制御方法を説明するためのパルスアーク溶接における電流・電圧波形図である。
【図３】従来のロボット溶接装置の構成図である。
【図４】従来のアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００３０】
図１は、本発明の実施の形態に係るアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの時間変化を示し、同図（Ｂ）はロボットの動作制御信号Ｍｃの時間変化を示し、同図（Ｃ）はトーチ高さＬｔの時間変化を示し、同図（Ｄ）は送給制御信号Ｆｃの時間変化を示し、同図（Ｅ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｆ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｇ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｈ）はスタート完了信号Ｗcrの時間変化を示し、同図（Ｉ）はワイヤ先端・母材間距離Ｌｗの時間変化を示す。同図（Ｂ）に示す動作制御信号Ｍｃは、ここではロボットが移動しているときにＨｉｇｈレベルになり、停止しているときにＬｏｗレベルになる信号とする。同図（Ｄ）に示す送給制御信号Ｆｃ及び同図（Ｅ）に示す送給速度Ｆｗは、正の値のときは前進送給を示し、負の値のときは後退送給を示す。溶接装置については、上述した図３と同一である。同図は、上述した図４と対応しており、時刻ｔ５までの動作は同一であるので説明は省略する。以下、時刻ｔ５以降の動作について説明する。
【００３１】
（６）時刻ｔ５〜ｔ７の期間（再前進送給過渡期間Ｔｂ）
時刻ｔ５において設定されたアーク長引き上げ期間Ｔｕが終了すると、同図（Ｈ）に示すように、スタート完了信号ＷcrがＨｉｇｈレベルに変化し、この信号が溶接電源ＰＳからロボット制御装置ＲＣに送受信信号Ｉｆとして送信される。これを受信すると、ロボットＲＭは、溶接方向への移動を開始すると共に、時刻ｔ５〜ｔ６の予め定めた第１期間Ｔ１の間は予め定めた移動距離ΔＬｔだけトーチ高さＬｔが低くなるように移動する。したがって、同図（Ｂ）に示すように、動作制御信号Ｍｃは、時刻ｔ５以降の期間Ｈｉｇｈレベル（移動状態）になる。また、同図（Ｃ）に示すように、トーチ高さＬｔは、時刻ｔ５までは教示トーチ高さＬｓとなり、時刻ｔ５以降はスロープ状に短くなり、時刻ｔ６においてＬｓ−ΔＬｔとなる。ロボットＲＭは、時刻ｔ６〜ｔ７の予め定めた第２期間Ｔ２の間は上記の移動距離ΔＬｔだけトーチ高さが高くなるように移動し、時刻ｔ７において教示トーチ高さＬｓに戻る。したがって、同図（Ｃ）に示すように、トーチ高さＬｔは、時刻ｔ６からスロープ状に高くなり、時刻ｔ７において教示トーチ高さＬｓに戻る。上記の第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２との合算値を、図４の再前進送給過渡期間Ｔｂと略同じ長さに設定する。そして、Ｔ１＝Ｔ２として設定すれば良い。また、移動距離ΔＬｔは、図４（Ｉ）に示すアーク長のオーバーシュート量に略等しくなるように設定する。すなわち、図４（Ｉ）に示すアーク長のオーバーシュートを相殺するように、トーチ高さＬｔを変化させれば良い。このようにすれば、アーク長はオーバーシュートすることなく、時刻ｔ５から定常値に速やかに収束することになる。
【００３２】
時刻ｔ５において、同図（Ｄ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは正の値の定常送給速度設定値に変化する。この定常送給速度設定値は、ロボット制御装置ＲＣから送受信信号Ｉｆとして溶接電源ＰＳに送信される定常送給速度設定信号Ｆcrによって設定される。しかし、上述したように、ワイヤ送給モータＷＭの反転遅れ時間及び遊び分送給遅れ時間の間（時刻ｔ５〜ｔ６）は、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗは、慣性によって負の値の後退送給速度から曲線状に低下して、時刻ｔ６において０となる。そして、時刻ｔ６〜ｔ７の期間中は、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗは０から曲線状に大きくなり、時刻ｔ７において定常送給速度Ｆcwに収束する。この時刻ｔ６〜ｔ７の期間は、送給速度Ｆｗが０から定常送給速度Ｆcwに収束するまでの送給立上り期間となる。上記の時刻ｔ５〜ｔ７の期間が、再前進送給に設定を切り換えてから定常送給速度Ｆcwに収束するまでの再前進送給過渡期間Ｔｂとなる。時刻ｔ５において、溶接電源ＰＳの外部特性が定電流特性から定電圧特性に切り換えられる。ここで、時刻ｔ５〜ｔ６の期間中は送給速度Ｆｗは定常送給速度Ｆcwに達していない状態で定電圧特性が形成されるために、アーク長はオーバーシュートするところであるが、上述したようにトーチ高さ制御によって、アーク長は定常値に速やかに収束する。したがって、同図（Ｉ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは時刻ｔ５から速やかに定常値に収束することになる。アーク長がオーバーシュートしないために、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗも、時刻ｔ５から速やかに定常値に収束する。この定常値は、送受信信号Ｉｆの電圧設定信号Ｖｒによって設定される。また、同図（Ｇ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ５の初期電流値から定常値に速やかに収束する。この定常値は、定常送給速度Ｆcwによって定まる値である。時刻ｔ７以降は、定常のアーク発生状態となる。
【００３３】
上述したトーチ高さ制御については、以下のような種々の実施の形態がある。
以下に整理して説明する。
［第１のトーチ高さ制御方法］
（１ａ）ロボット制御装置ＲＣはスタート完了信号Ｗcrを受信すると、ロボットＲＭを移動させて溶接トーチの高さを一旦低くした後に元の高さに戻すトーチ高さ制御を行う。
第１のトーチ高さ制御によれば、アーク長のオーバーシュートを相殺することができるために、ワイヤ送給モータＷＭに直流モータを使用し、かつ、溶接トーチの長さが１．５ｍ程度の標準長さであり、かつ、定常送給速度が高速であるときでも、再前進送給時のアーク長のオーバーシュートを抑制することができ、良好な溶接品質を得ることができる。
【００３４】
［第２のトーチ高さ制御方法］
第２のトーチ高さ制御は、以下のようになる。
（２ａ）ロボット制御装置ＲＣはスタート完了信号Ｗcrを受信すると、ロボットＲＭを移動させてトーチ高さを第１期間Ｔ１の間に移動距離ΔＬｔだけ低くし、第２期間Ｔ２の間に元の教示トーチ高さＬｓに戻す。
第２のトーチ高さ制御によれば、第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２及び移動距離ΔＬｔをアーク長のオーバーシュートに応じて最適化することによって、アーク長のオーバーシュートを最大限に抑制することができる。
【００３５】
［第３のトーチ高さ制御方法］
さらに、第３のトーチ高さ制御は以下のようになる。
（３ａ）溶接電源ＰＳは、図１における、時刻ｔ３〜ｔ４の前進送給から後退送給への反転遅れ期間Ｔａを検出し、この反転遅れ期間Ｔａを送受信信号Ｉｆとしてロボット制御装置ＲＣに送信する。
（３ｂ）ロボット制御装置ＲＣは、反転遅れ期間Ｔａを受信して、この値に基づいて第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２及び移動距離ΔＬｔを設定する。
（３ｃ）ロボット制御装置ＲＣはスタート完了信号Ｗcrを受信すると、ロボットＲＭを移動させてトーチ高さを第１期間Ｔ１の間に移動距離ΔＬｔだけ低くし、第２期間Ｔ２の間に元の教示トーチ高さＬｓに戻す。
第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２との合算値は、再前進送給過渡期間Ｔｂと略等しくなるように設定されることが望ましい。再前進送給過渡期間Ｔｂも反転遅れ期間の一つであるために、反転遅れ期間Ｔａから最前進送給過渡期間Ｔｂを推定することができる。この再前進送給過渡期間Ｔｂが推定できれば、移動距離ΔＬｔも推定することができる。したがって、反転遅れ期間Ｔａから第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２及び移動距離ΔＬｔの適正値を推定することができる。このために、第３のトーチ高さ制御によれば、上述した効果に加えて、第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２及び移動距離ΔＬｔの設定を自動的に行うことができ、作業効率が向上する。
【００３６】
［第４のトーチ高さ制御方法］
さらに、第４のトーチ高さ制御は以下のようになる。
（４ａ）ロボット制御装置ＲＣは、溶接電圧Ｖｗを検出する。
（４ｂ）ロボット制御装置ＲＣはスタート完了信号Ｗcrを受信すると、溶接電圧検出信号の値と電圧設定信号Ｖｒの値とが等しくなるようにフィードバック制御によってロボットＲＭを移動させてトーチ高さ制御を行う。
アーク長と溶接電圧Ｖｗとは比例関係にあるために、溶接電圧Ｖｗの検出値が定常値（電圧設定信号Ｖｒの値）と等しくなるようにトーチ高さを制御すれば、アーク長のオーバーシュートを補償して定常値に維持することができる。第４のトーチ高さ制御によれば、上述した効果に加えて、トーチ高さ制御を自動制御化することができるので、第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２及び移動距離ΔＬｔの設定が不要となり作業効率が向上する。
【００３７】
［第５のトーチ高さ制御方法］
さらに、第５のトーチ高さ制御は、パルスアーク溶接において上述した第４のトーチ高さ制御を適用する場合であり、以下のようになる。
（５ａ）ロボット制御装置ＲＣは、図２で後述するピーク電流Ｉｐの通電期間（ピーク期間Ｔｐ）中の溶接電圧Ｖｗ（ピーク電圧Ｖｐ）を検出する。
（５ｂ）ロボット制御装置ＲＣはスタート完了信号Ｗcrを受信すると、溶接電圧検出信号の値（ピーク電圧Ｖｐ）と予め定めた電圧設定信号の値とが等しくなるようにフィードバック制御によってロボットＲＭを移動させてトーチ高さ制御を行う。
【００３８】
図２は、消耗電極パルスアーク溶接の一般的な電流・電圧波形図である。同図（Ａ）はアークを通電する溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｂ）は溶接ワイヤと母材との間の溶接電圧Ｖｗを示す。以下、同図を参照して説明する。
【００３９】
時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤから溶滴を移行させるために臨界電流値以上のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤと母材との間にアーク長に比例したピーク電圧Ｖｐが印加する。
【００４０】
時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間Ｔｇ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を形成しないようにするために定電流値のベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが印加する。時刻ｔ１〜ｔ３までの期間をパルス周期Ｔpbとして繰り返して溶接が行われる。同図（Ａ）に示す破線は溶接電流平均値Ｉavを示し、同図（Ｂ）に示す破線は溶接電圧平均値Ｖavを示す。上述した図１において、溶接法がパルスアーク溶接法である場合、時刻ｔ５以前は直流の初期電流が通電し、時刻ｔ５以降は上記のピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂからなるパルス状の電流が通電する。したがって、同図（Ｆ）に示す溶接電圧Ｖｗは時刻ｔ５以降は溶接電圧平均値Ｖavを示し、同図（Ｇ）に示す溶接電流Ｉｗは時刻ｔ５以降は溶接電流平均値Ｉavを示す。ここで、パルスアーク溶接のアーク長は、溶接電圧平均値Ｖav又はピーク電圧Ｖｐに比例する。したがって、パルスアーク溶接では、アーク長を溶接電圧平均値Ｖav又はピーク電圧Ｖｐによって検出することができる。溶接電圧平均値Ｖavとしては、溶接電圧Ｖｗを平滑した信号、溶接電圧Ｖｗからローパスフィルタによって高周波成分を除去した信号、パルス周期Ｔpbごとの溶接電圧Ｖｗの平均値等が使用される。このために、溶接電圧平均値Ｖav又はピーク電圧Ｖｐが予め定めた電圧設定値と等しくなるようにトーチ高さ制御を行なうことによって、アーク長のオーバーシュートを補償して定常値に維持することができる。第５のトーチ高さ制御によれば、上述した効果に加えて、パルスアーク溶接において、トーチ高さ制御を自動制御化することができるので、第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２及び移動距離ΔＬｔの設定が不要となり作業効率が向上する。
【符号の説明】
【００４１】
１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
４ａ コイルライナ
Ｆｃ 送給制御信号
Ｆcr 定常送給速度設定信号
Ｆcw 定常送給速度
Ｆｗ 送給速度
Ｉav 溶接電流平均値
Ｉｂ ベース電流
Ｉｆ 送受信信号
Ｉｐ ピーク電流
Ｉｗ 溶接電流
Ｌｓ 教示トーチ高さ
Ｌｔ トーチ高さ
Ｌｗ ワイヤ先端・母材間距離
Ｍｃ 動作制御信号
Ｏｎ 起動信号
ＰＳ 溶接電源
ＲＣ ロボット制御装置
ＲＭ ロボット
ＳＴ 溶接開始回路
Ｓｔ 溶接開始信号
Ｔ１ 第１期間
Ｔ２ 第２期間
Ｔａ 前進送給から後退送給への反転遅れ期間
Ｔｂ 再前進送給過渡期間
Ｔｇ ベース期間
Ｔｐ ピーク期間
Ｔpb パルス周期
Ｔｕ アーク長引き上げ期間
Ｖav 溶接電圧平均値
Ｖｂ ベース電圧
Ｖｐ ピーク電圧
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
Ｗcr スタート完了信号
ＷＭ ワイヤ送給モータ
ΔＬｔ 移動距離
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接ワイヤを一旦母材に接触させた後に引き離してアークを発生させるアークスタート制御方法の改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶接電源から溶接電圧及び溶接電流を出力して溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させると共に、溶接トーチをロボットによって移動させて溶接するロボット溶接が広く行われている。このロボット溶接に使用される消耗電極アーク溶接法としては、炭酸ガスアーク溶接法、マグ溶接法、ミグ溶接法、パルスアーク溶接法等がある。このロボット溶接において、ロボット制御装置に溶接開始信号が入力されると、ロボットを移動させることによって溶接トーチを予め教示された溶接開始位置まで移動させて停止させ、ワイヤ送給モータを正回転させて溶接ワイヤを母材へ前進送給し、続けて溶接ワイヤが母材に接触したことを判別するとワイヤ送給モータを逆回転させて溶接ワイヤを後退送給し、同時に小電流値（数十Ａ）の初期電流を通電し、続けて後退送給によって溶接ワイヤが母材から離れて初期アークが発生した後に溶接ワイヤを定常送給速度で再前進送給すると共に定常溶接電流を通電し、同時に溶接トーチを上記の停止状態から予め教示された溶接方向への移動に切り換えることによって定常のアーク発生状態に移行させるアークスタート制御方法が従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。以下、この従来技術のアークスタート制御方法について、図面を参照して説明する。
【０００３】
図３は、従来のロボット溶接装置の構成図である。溶接開始回路ＳＴは、溶接開始信号Ｓｔを出力する。この溶接開始回路ＳＴとしては、押しボタン、溶接ラインを制御するプログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）等が相当する。ロボット制御装置ＲＣは、この溶接開始信号Ｓｔが入力されると、ロボットＲＭの動作制御を行う動作制御信号ＭｃをロボットＲＭのサーボモータに出力すると共に、電圧設定信号Ｖｒ、定常送給速度設定信号Ｆcr、起動信号Ｏｎ、スタート完了信号Ｗcrを含む送受信信号Ｉｆを溶接電源ＰＳとの間で送受信する。電圧設定信号Ｖｒ、定常送給速度設定信号Ｆcr及び起動信号Ｏｎは、ロボット制御装置ＲＣから溶接電源ＰＳに送信される信号であり、スタート完了信号Ｗcrは溶接電源ＰＳからロボット制御装置ＲＣに送信される信号である。これらの信号については、後述する。
【０００４】
ロボットＲＭは、ワイヤ送給モータＷＭ及び溶接トーチ４を搭載して、上記の動作制御信号Ｍｃに従って溶接トーチ４の先端位置（ＴＣＰ）を予め教示された動作軌跡に沿って移動させる。溶接ワイヤ１は、上記のワイヤ送給モータＷＭと上記の溶接トーチ４の本体との間をつなぐ長さ１．５［ｍ］程度のコイルライナ４ａの中を通って送給される。すなわち、溶接トーチ４の長さとしては１．５ｍ程度が標準である。
【０００５】
溶接電源ＰＳは、上記の送受信信号Ｉｆを送受信し、溶接トーチ４の先端に装着された給電チップを介して溶接ワイヤ１に溶接電圧Ｖｗを給電し、溶接電流Ｉｗを通電して溶接ワイヤ１と母材２との間にアーク３を発生させる。また、この溶接電源ＰＳは、送給制御信号Ｆｃを出力して、上記のワイヤ送給モータＷＭの回転方向及び回転速度を制御して溶接ワイヤ１の送給速度Ｆｗを制御する。以下の説明において、送給速度Ｆｗとは、溶接ワイヤ１の先端の速度を表している。ワイヤ送給モータＷＭが回転していても、溶接ワイヤ１の先端が母材と接触している場合には、送給速度Ｆｗ＝０となる。すなわち、ワイヤ送給モータＷＭの回転と送給速度Ｆｗとが対応しない状態が存在する。溶接ワイヤ１の先端と母材２との距離がワイヤ先端・母材間距離Ｌｗ［mm］であり、したがってこのワイヤ先端・母材間距離Ｌｗはアーク発生中はアーク長と略同一になる。また、給電チップ先端と母材２との距離をトーチ高さＬｔ（mm）と呼ぶことにする。溶接トーチ４が前進角又は後退角を有している場合には、溶接ワイヤ１の送給方向に対して給電チップと母材２との距離がトーチ高さＬｔとなる。
【０００６】
図４は、従来のアークスタート制御方法を示す図３の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの時間変化を示し、同図（Ｂ）はロボットの動作制御信号Ｍｃの時間変化を示し、同図（Ｃ）はトーチ高さＬｔの時間変化を示し、同図（Ｄ）は送給制御信号Ｆｃの時間変化を示し、同図（Ｅ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｆ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｇ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｈ）はスタート完了信号Ｗcrの時間変化を示し、同図（Ｉ）はワイヤ先端・母材間距離Ｌｗの時間変化を示す。同図（Ｂ）に示す動作制御信号Ｍｃは、ここではロボットが移動しているときにＨｉｇｈレベルになり、停止しているときにＬｏｗレベルになる信号とする。同図（Ｄ）に示す送給制御信号Ｆｃ及び同図（Ｅ）に示す送給速度Ｆｗは、正の値のときは前進送給を示し、負の値のときは後退送給を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００７】
（１）時刻ｔ１以前の期間（待機期間）
時刻ｔ１以前の期間中は、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔはＬｏｗレベル（溶接停止）であるために、同図（Ｂ）に示すように、動作制御信号ＭｃはＬｏｗレベルでありロボットは待機位置で停止したままである。同図（Ｃ）に示すように、トーチ高さＬｔは、ロボットが待機位置にあるので大きな値となっている。同図（Ｄ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは０のままであり、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗも０となっている。すなわち、溶接ワイヤの送給は停止状態にある。この期間中は溶接電源はまだ起動されていないので、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは印加されずに０Ｖのままであり、同図（Ｇ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電していないので０Ａのままである。また、同図（Ｉ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、ロボットが待機位置にあるために大きな値となっている。
【０００８】
（２）時刻ｔ１〜ｔ２の期間（ロボットの溶接開始位置への移動期間）
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）に変化すると、ロボット制御装置ＲＣによってロボットＲＭは待機位置から予め教示された溶接開始位置に移動する。このために、同図（Ｂ）に示すように、動作制御信号Ｍｃは、時刻ｔ１において移動状態を示すＨｉｇｈレベルになり、時刻ｔ２において停止状態を示すＬｏｗレベルになる。同図（Ｃ）に示すように、トーチ高さＬｔは、次第に小さくなり、時刻ｔ２において予め教示された教示トーチ高さＬｓになる。この期間中はまだ溶接電源は起動されていないために、同図（Ｄ）に示すように、送給制御信号Ｆｃ＝０であり、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗ＝０のままである。すなわち、溶接ワイヤの送給はまだ開始されていない。同様に、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗはまだ印加されておらず０Ｖのままであり、同図（Ｇ）に示すように、溶接電流Ｉｗはまだ通電しておらず０Ａのままである。同図（Ｉ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、次第に小さくなる。
【０００９】
（３）時刻ｔ２〜ｔ３の期間（前進送給期間）
時刻ｔ２においてロボットＲＭが溶接開始位置に到達して停止すると、図示は省略しているが、ロボット制御装置ＲＣから溶接電源ＰＳに起動信号Ｏｎが出力される。これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは小さな正の値の予め定めたスローダウン送給速度設定値に変化する。このために、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗは小さな正の値のスローダウン送給速度に変化する。したがって、この期間中は、溶接ワイヤは非常に低速なスローダウン送給速度で母材に向かって前進送給される。時刻ｔ２において上記の起動信号Ｏｎによって溶接電源ＰＳは起動されるために、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗの出力が開始される。しかし、この期間中は溶接ワイヤの先端は母材にまだ到達していないので無負荷状態になるので、溶接電圧Ｖｗは最大値の無負荷電圧値になる。同図（Ｇ）に示すように、溶接電流Ｉｗはまだ通電していないので０Ａになる。また、同図（Ｉ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、前進送給によって次第に短くなる。
【００１０】
（４）時刻ｔ３〜ｔ４の期間（前進送給から後退送給への反転遅れ期間Ｔａ）
時刻ｔ３において溶接ワイヤが母材と接触すると、同図（Ｉ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは０mmとなる。同時に、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧値から数Ｖ程度の小さな値の短絡電圧値に変化する。また、同図（Ｇ）に示すように、溶接電流Ｉｗが通電し、その値は数十Ａ程度の初期電流値となる。溶接電圧の低下によって短絡状態を判別すると、同図（Ｄ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは負の値の予め定めた後退送給速度設定値に変化する。しかし、ワイヤ送給モータが回転方向を切り換えるのに必要なモータ反転遅れ時間及び溶接トーチのコイルライナ内を蛇行しながら送給されている溶接ワイヤの遊び分を反転させるのにひつような遊び分送給遅れ時間のために、時刻ｔ４まではワイヤ先端は移動しない。このために、同図（Ｅ）に示すように、この期間中の送給速度Ｆｗは０のままである。時刻ｔ３〜ｔ４の期間を前進送給から後退送給への反転遅れ期間Ｔａと呼ぶことにする。
【００１１】
（５）時刻ｔ４〜ｔ５の期間（アーク長引き上げ期間Ｔｕ）
時刻ｔ４において反転遅れ期間Ｔａが終了すると、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗは０からスロープ状に立ち上がって負の値の後退送給速度に変化する。これによって、ワイヤ先端が後退移動して母材から離れるので、初期アークが発生する。初期アークが発生すると、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは短絡電圧値から数十Ｖ程度のアーク電圧値に急上昇する。溶接電圧Ｖｗが急上昇したことによって初期アークの発生を判別してから予め定めたアーク長引き上げ期間Ｔｕが経過するまでの期間中は、同図（Ｄ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは後退送給速度設定値のままであるので、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗは後退送給速度のままである。このために、後退送給が継続されることになり、初期アークの長さが次第に長くなる。この結果、同図（Ｉ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは０mmからスロープ状に大きくなる。そして、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗも、アーク長に比例してスロープ状に大きくなる。同図（Ｇ）に示すように、溶接電流Ｉｗは初期電流値のままである。
【００１２】
（６）時刻ｔ５〜ｔ７の期間（再前進送給過渡期間Ｔｂ）
時刻ｔ５において設定されたアーク長引き上げ期間Ｔｕが終了すると、同図（Ｄ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは正の値の定常送給速度設定値に変化する。この定常送給速度設定値は、ロボット制御装置ＲＣから送受信信号Ｉｆとして溶接電源ＰＳに送信される定常送給速度設定信号Ｆcrによって設定される。しかし、上述したように、ワイヤ送給モータＷＭの反転遅れ時間及び遊び分送給遅れ時間の間（時刻ｔ５〜ｔ６）は、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗは、慣性によって負の値の後退送給速度から曲線状に低下して、時刻ｔ６において０となる。そして、時刻ｔ６〜ｔ７の期間中は、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗは０から曲線状に大きくなり、時刻ｔ７において定常送給速度Ｆcwに収束する。この時刻ｔ６〜ｔ７の期間は、送給速度Ｆｗが０から定常送給速度Ｆcwに収束するまでの送給立上り期間となる。上記の時刻ｔ５〜ｔ７の期間が、再前進送給に設定を切り換えてから定常送給速度Ｆcwに収束するまでの再前進送給過渡期間Ｔｂとなる。時刻ｔ５において、溶接電源ＰＳの外部特性が定電流特性から定電圧特性に切り換えられる。この結果、同図（Ｉ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、この再前進送給過渡期間Ｔｂの間に大きくオーバーシュートして、時刻ｔ７において定常アーク長に収束する。オーバーシュートする理由は、定電圧特性とアーク負荷状態によって定まる溶接電流値が送給速度Ｆｗに対して大きいために、溶融速度が送給速度よりも大きくなり、ワイヤ先端は燃え上がることになるからである。換言すれば、送給速度Ｆｗが定常送給速度Ｆcwに収束していない過渡状態にあるためにその送給速度が遅いためである。アーク長がオーバーシュートするために、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗも、この再前進送給過渡期間の間はオーバーシュートして、時刻ｔ７において定常値に収束する。この定常値は、送受信信号Ｉｆの電圧設定信号Ｖｒによって設定される。また、同図（Ｇ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ５において初期電流値よりも大きな値に一旦上昇する。そして、上記の再前進送給過渡期間Ｔｂの間は、一度小さくなった後に大きくなり、時刻ｔ７において定常値に収束する。すなわち、この期間中の溶接電流Ｉｗは凸状に変化する。溶接電流Ｉｗの定常値は、定常送給速度Ｆcwによって定まる値である。時刻ｔ５において、同図（Ｈ）に示すように、スタート完了信号ＷcrがＨｉｇｈレベルになり、溶接電源ＰＳからロボット制御装置ＲＣに送受信信号Ｉｆとして送信される。これを受信したロボット制御装置ＲＣは、ロボットＲＭを教示された動作軌跡に沿って移動させるので、同図（Ｂ）に示すように、動作制御信号Ｍｃは移動を示すＨｉｇｈレベルに変化する。同図（Ｃ）に示すように、トーチ高さＬｔは、時刻ｔ２以降は、教示トーチ高さＬｓのままである。これは、通常の溶接においては、トーチ高さは一定値のままで溶接されるためである。上記においては、同図（Ｈ）に示すスタート完了信号Ｗcrが再前進送給に指令が切り換わる時刻ｔ５においてＨｉｇｈレベルに変化する場合を例示している。これ以外にも、初期電流が流れる時刻ｔ３においてスタート完了信号ＷcrがＨｉｇｈレベルに変化するように設定される場合と、初期アークが発生する時刻ｔ４においてスタート完了信号ＷcrがＨｉｇｈレベルに変化するように設定される場合がある。
【００１３】
上記の動作によってアークスタート制御は終了し、時刻ｔ７以降は定常のアーク発生状態になる。このアークスタート制御方法では、溶接ワイヤを一旦母材に接触させた後に、引き離すことによって初期アークを確実に発生させ、その後は溶接ワイヤを再前進送給することによって定常アークに移行させる。このために、一般的にアークスタート性が良くない細径鉄鋼ワイヤ、軟質アルミニウムワイヤ等を使用する場合でも、良好なアークスタート性を得ることができる。但し、このアークスタート制御方法では、上述した再前進送給過渡期間Ｔｂ中のアーク長のオーバーシュートが溶接品質に悪影響を与える場合がある。アーク長のオーバーシュートが大きくなると、ビード外観にその影響が表れるようになる。このアーク長のオーバーシュートは、ワイヤ送給モータＷＭの過渡特性が遅いときには大きくなる。ワイヤ送給モータＷＭとして、サーボモータを使用する場合には、過渡特性が良いためにオーバーシュートはあまり大きくならない。溶接装置に多く使用されている直流モータの場合には、過渡特性が遅いためにオーバーシュートは大きくなる。サーボモータは直流モータに比べて高価であるために、あまり使用されていない。また、溶接トーチの長さが、上述したように１．５ｍ程度の標準長である場合には、再前進送給過渡期間Ｔｂが長くなるために、オーバーシュートは大きくなる。このために、ワイヤ送給モータＷＭをロボットＲＭの先端近くの手首軸に設置することによって、溶接トーチの長さを２０cm程度に短くする場合もある。しかしながら、手首軸にモータを設置するためには、小型で出力トルクの大きな高価なモータを使用しなければならない。さらには、手首軸に設置されたモータとワーク及び治具等との干渉も問題となる。したがって、標準的な直流モータを使用し、かつ、溶接トーチの長さも標準長のものを使用することが、価格面、作業性の面からも望ましい。この場合には、アーク長のオーバーシュートが大きくなるために、その対策が必要となる。この対策の例を、以下に説明する。
【００１４】
特許文献１の発明では、上記の再前進送給過渡期間Ｔｂに相当する期間中は、送給制御信号Ｆｃの値を定常送給速度設定値Ｆcrよりも大きな値に設定するものである。上述したように、再前進送給過渡期間Ｔｂは、モータ反転遅れ期間＋遊び分送給遅れ期間＋送給立上り期間の合算値となる。特許文献１のようにすることによって、遊び分送給遅れ期間及び送給立上り期間を短くすることができる。したがって、再前進送給過渡期間Ｔｂを短くすることができるので、オーバーシュートの抑制に対して一定の高価はある。しかし、直流モータを使用する場合には、モータ反転遅れ期間が長いために、特許文献１の方法ではオーバーシュート抑制効果は限定的となる。
【００１５】
特許文献２の発明では、溶接ワイヤの前進送給の代わりにロボットによって溶接トーチを前進移動させ、後退送給の代わりにロボットによって溶接トーチを後退移動させるものである。すなわち、溶接ワイヤの送給を停止したままで、ロボットによって溶接トーチを前進移動させて溶接ワイヤと母材とを接触させる。その後はロボットによって溶接トーチを後退移動させることによって、溶接ワイヤを母材から引き離して初期アークを発生させる。この後退移動を初期アーク発生から予め定めたアーク長引き上げ期間Ｔｕの間行う。この時点で、図４の時刻ｔ５と同じ状態になるので、溶接ワイヤの前進送給を開始して、定常アーク発生状態へと移行させる。この特許文献２の方法では、再前進送給過渡期間Ｔｂに相当する期間は、送給立上り期間のみとなる。これは、モータを反転させないので、モータ反転遅れ期間及び遊び分送給遅れ期間は存在しないからである。したがって、アーク長のオーバーシュートは抑制されることになる。しかしながら、定常送給速度設定値Ｆcrが大きい場合には、送給立上り期間が長くなるために、オーバーシュートの抑制効果は限定的となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００３−１８１６４１号公報
【特許文献２】特開２００２−２０５１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来技術のアークスタート制御方法において、ワイヤ送給モータに多用されている直流モータを使用する場合、又は溶接トーチの長さが１．５ｍ程度の標準的な長さである場合には、上述したように、再前進送給過渡期間中のアーク長のオーバーシュートが大きくなるという問題がある。この問題に対して、特許文献１又は２の発明を実施することによって、オーバーシュートを抑制することができる。しかし、この抑制効果は、上述したように、限定的である。
【００１８】
そこで、本発明では、ワイヤ送給モータに直流モータを使用し、かつ、溶接トーチの長さが１．５ｍ程度の標準長さであり、かつ、定常送給速度が高速である場合でも、再前進送給過渡期間中のアーク長のオーバーシュートを抑制することができ、良好な溶接品質を得ることができるアークスタート制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、溶接トーチから溶接ワイヤを母材へ前進送給し、溶接ワイヤが母材に接触すると溶接ワイヤを母材から後退送給すると共に溶接電流を通電し、この後退送給によって溶接ワイヤが母材から離れて初期アークが発生した後に溶接ワイヤを再前進送給して前記初期アーク発生状態から定常のアーク発生状態へと移行させるアークスタート制御方法において、
前記再前進送給の開始時点から前記溶接トーチの高さを一旦低くした後に元の高さに戻すトーチ高さ制御を行う、
ことを特徴とするアークスタート制御方法である。
【００２０】
第２の発明は、前記トーチ高さ制御は、予め定めた第１期間の間に予め定めた移動距離だけ低くし、予め定めた第２期間の間に元の高さに戻す制御である、
ことを特徴とする第１の発明記載のアークスタート制御方法である。
【００２１】
第３の発明は、前記前進送給から前記後退送給への切換時の反転遅れ期間を検出し、この反転遅れ期間に基づいて前記第１期間、前記第２期間及び前記移動距離を設定する、
ことを特徴とする第２の発明記載のアークスタート制御方法である。
【００２２】
第４の発明は、予め定めた電圧設定値と溶接電圧の検出値とが等しくなるようにフィードバック制御によって前記トーチ高さ制御を行う、
ことを特徴とする第１の発明記載のアークスタート制御方法である。
【００２３】
第５の発明は、ピーク電流及びベース電流を通電して溶接するパルスアーク溶接法を使用する場合には、前記溶接電圧の検出値が、前記溶接電圧の平均値の検出値又は前記ピーク電流の通電期間中の溶接電圧の検出値である、
ことを特徴とする第４の発明記載のアークスタート制御方法である。
【発明の効果】
【００２４】
上記第１の発明によれば、再前進送給が開始されると溶接トーチの高さを一旦低くした後に元の高さに戻すトーチ高さ制御を行うことによって、アーク長のオーバーシュートを相殺することができる。このために、ワイヤ送給モータに直流モータを使用し、かつ、溶接トーチの長さが１．５ｍ程度の標準長さであり、かつ、定常送給速度が高速であるときでも、再前進送給時のアーク長のオーバーシュートを抑制することができ、良好な溶接品質を得ることができる。
【００２５】
第２の発明によれば、第１期間、第２期間及び移動距離をアーク長のオーバーシュートが最も少ないように設定することによって、第１の発明の考課を最大限にすることができる。
【００２６】
第３の発明によれば、第２の発明の効果に加えて、第１期間、第２期間及び移動距離の設定を、前進送給から後退送給に切り換えるときの反転遅れ期間に基づいて自動的に行うことができ、これらのパラメータの設定作業が不要となるので作業効率が向上する。
【００２７】
第４の発明によれば、第１の発明の効果に加えて、トーチ高さ制御をフィードバック制御によって自動化することができるので、第１期間、第２期間、移動距離等のパラメータを設定する必要がなくなり作業効率が向上する。第５の発明によれば、パルスアーク溶接において、第４の発明と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態に係るアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。
【図２】本発明の実施の形態に係るアークスタート制御方法を説明するためのパルスアーク溶接における電流・電圧波形図である。
【図３】従来のロボット溶接装置の構成図である。
【図４】従来のアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００３０】
図１は、本発明の実施の形態に係るアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの時間変化を示し、同図（Ｂ）はロボットの動作制御信号Ｍｃの時間変化を示し、同図（Ｃ）はトーチ高さＬｔの時間変化を示し、同図（Ｄ）は送給制御信号Ｆｃの時間変化を示し、同図（Ｅ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｆ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｇ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｈ）はスタート完了信号Ｗcrの時間変化を示し、同図（Ｉ）はワイヤ先端・母材間距離Ｌｗの時間変化を示す。同図（Ｂ）に示す動作制御信号Ｍｃは、ここではロボットが移動しているときにＨｉｇｈレベルになり、停止しているときにＬｏｗレベルになる信号とする。同図（Ｄ）に示す送給制御信号Ｆｃ及び同図（Ｅ）に示す送給速度Ｆｗは、正の値のときは前進送給を示し、負の値のときは後退送給を示す。溶接装置については、上述した図３と同一である。同図は、上述した図４と対応しており、時刻ｔ５までの動作は同一であるので説明は省略する。以下、時刻ｔ５以降の動作について説明する。
【００３１】
（６）時刻ｔ５〜ｔ７の期間（再前進送給過渡期間Ｔｂ）
時刻ｔ５において設定されたアーク長引き上げ期間Ｔｕが終了すると、同図（Ｈ）に示すように、スタート完了信号ＷcrがＨｉｇｈレベルに変化し、この信号が溶接電源ＰＳからロボット制御装置ＲＣに送受信信号Ｉｆとして送信される。これを受信すると、ロボットＲＭは、溶接方向への移動を開始すると共に、時刻ｔ５〜ｔ６の予め定めた第１期間Ｔ１の間は予め定めた移動距離ΔＬｔだけトーチ高さＬｔが低くなるように移動する。したがって、同図（Ｂ）に示すように、動作制御信号Ｍｃは、時刻ｔ５以降の期間Ｈｉｇｈレベル（移動状態）になる。また、同図（Ｃ）に示すように、トーチ高さＬｔは、時刻ｔ５までは教示トーチ高さＬｓとなり、時刻ｔ５以降はスロープ状に短くなり、時刻ｔ６においてＬｓ−ΔＬｔとなる。ロボットＲＭは、時刻ｔ６〜ｔ７の予め定めた第２期間Ｔ２の間は上記の移動距離ΔＬｔだけトーチ高さが高くなるように移動し、時刻ｔ７において教示トーチ高さＬｓに戻る。したがって、同図（Ｃ）に示すように、トーチ高さＬｔは、時刻ｔ６からスロープ状に高くなり、時刻ｔ７において教示トーチ高さＬｓに戻る。上記の第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２との合算値を、図４の再前進送給過渡期間Ｔｂと略同じ長さに設定する。そして、Ｔ１＝Ｔ２として設定すれば良い。また、移動距離ΔＬｔは、図４（Ｉ）に示すアーク長のオーバーシュート量に略等しくなるように設定する。すなわち、図４（Ｉ）に示すアーク長のオーバーシュートを相殺するように、トーチ高さＬｔを変化させれば良い。このようにすれば、アーク長はオーバーシュートすることなく、時刻ｔ５から定常値に速やかに収束することになる。
【００３２】
時刻ｔ５において、同図（Ｄ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは正の値の定常送給速度設定値に変化する。この定常送給速度設定値は、ロボット制御装置ＲＣから送受信信号Ｉｆとして溶接電源ＰＳに送信される定常送給速度設定信号Ｆcrによって設定される。しかし、上述したように、ワイヤ送給モータＷＭの反転遅れ時間及び遊び分送給遅れ時間の間（時刻ｔ５〜ｔ６）は、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗは、慣性によって負の値の後退送給速度から曲線状に低下して、時刻ｔ６において０となる。そして、時刻ｔ６〜ｔ７の期間中は、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗは０から曲線状に大きくなり、時刻ｔ７において定常送給速度Ｆcwに収束する。この時刻ｔ６〜ｔ７の期間は、送給速度Ｆｗが０から定常送給速度Ｆcwに収束するまでの送給立上り期間となる。上記の時刻ｔ５〜ｔ７の期間が、再前進送給に設定を切り換えてから定常送給速度Ｆcwに収束するまでの再前進送給過渡期間Ｔｂとなる。時刻ｔ５において、溶接電源ＰＳの外部特性が定電流特性から定電圧特性に切り換えられる。ここで、時刻ｔ５〜ｔ６の期間中は送給速度Ｆｗは定常送給速度Ｆcwに達していない状態で定電圧特性が形成されるために、アーク長はオーバーシュートするところであるが、上述したようにトーチ高さ制御によって、アーク長は定常値に速やかに収束する。したがって、同図（Ｉ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは時刻ｔ５から速やかに定常値に収束することになる。アーク長がオーバーシュートしないために、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗも、時刻ｔ５から速やかに定常値に収束する。この定常値は、送受信信号Ｉｆの電圧設定信号Ｖｒによって設定される。また、同図（Ｇ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ５の初期電流値から定常値に速やかに収束する。この定常値は、定常送給速度Ｆcwによって定まる値である。時刻ｔ７以降は、定常のアーク発生状態となる。
【００３３】
上述したトーチ高さ制御については、以下のような種々の実施の形態がある。
以下に整理して説明する。
［第１のトーチ高さ制御方法］
（１ａ）ロボット制御装置ＲＣはスタート完了信号Ｗcrを受信すると、ロボットＲＭを移動させて溶接トーチの高さを一旦低くした後に元の高さに戻すトーチ高さ制御を行う。
第１のトーチ高さ制御によれば、アーク長のオーバーシュートを相殺することができるために、ワイヤ送給モータＷＭに直流モータを使用し、かつ、溶接トーチの長さが１．５ｍ程度の標準長さであり、かつ、定常送給速度が高速であるときでも、再前進送給時のアーク長のオーバーシュートを抑制することができ、良好な溶接品質を得ることができる。
【００３４】
［第２のトーチ高さ制御方法］
第２のトーチ高さ制御は、以下のようになる。
（２ａ）ロボット制御装置ＲＣはスタート完了信号Ｗcrを受信すると、ロボットＲＭを移動させてトーチ高さを第１期間Ｔ１の間に移動距離ΔＬｔだけ低くし、第２期間Ｔ２の間に元の教示トーチ高さＬｓに戻す。
第２のトーチ高さ制御によれば、第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２及び移動距離ΔＬｔをアーク長のオーバーシュートに応じて最適化することによって、アーク長のオーバーシュートを最大限に抑制することができる。
【００３５】
［第３のトーチ高さ制御方法］
さらに、第３のトーチ高さ制御は以下のようになる。
（３ａ）溶接電源ＰＳは、図１における、時刻ｔ３〜ｔ４の前進送給から後退送給への反転遅れ期間Ｔａを検出し、この反転遅れ期間Ｔａを送受信信号Ｉｆとしてロボット制御装置ＲＣに送信する。
（３ｂ）ロボット制御装置ＲＣは、反転遅れ期間Ｔａを受信して、この値に基づいて第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２及び移動距離ΔＬｔを設定する。
（３ｃ）ロボット制御装置ＲＣはスタート完了信号Ｗcrを受信すると、ロボットＲＭを移動させてトーチ高さを第１期間Ｔ１の間に移動距離ΔＬｔだけ低くし、第２期間Ｔ２の間に元の教示トーチ高さＬｓに戻す。
第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２との合算値は、再前進送給過渡期間Ｔｂと略等しくなるように設定されることが望ましい。再前進送給過渡期間Ｔｂも反転遅れ期間の一つであるために、反転遅れ期間Ｔａから最前進送給過渡期間Ｔｂを推定することができる。この再前進送給過渡期間Ｔｂが推定できれば、移動距離ΔＬｔも推定することができる。したがって、反転遅れ期間Ｔａから第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２及び移動距離ΔＬｔの適正値を推定することができる。このために、第３のトーチ高さ制御によれば、上述した効果に加えて、第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２及び移動距離ΔＬｔの設定を自動的に行うことができ、作業効率が向上する。
【００３６】
［第４のトーチ高さ制御方法］
さらに、第４のトーチ高さ制御は以下のようになる。
（４ａ）ロボット制御装置ＲＣは、溶接電圧Ｖｗを検出する。
（４ｂ）ロボット制御装置ＲＣはスタート完了信号Ｗcrを受信すると、溶接電圧検出信号の値と電圧設定信号Ｖｒの値とが等しくなるようにフィードバック制御によってロボットＲＭを移動させてトーチ高さ制御を行う。
アーク長と溶接電圧Ｖｗとは比例関係にあるために、溶接電圧Ｖｗの検出値が定常値（電圧設定信号Ｖｒの値）と等しくなるようにトーチ高さを制御すれば、アーク長のオーバーシュートを補償して定常値に維持することができる。第４のトーチ高さ制御によれば、上述した効果に加えて、トーチ高さ制御を自動制御化することができるので、第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２及び移動距離ΔＬｔの設定が不要となり作業効率が向上する。
【００３７】
［第５のトーチ高さ制御方法］
さらに、第５のトーチ高さ制御は、パルスアーク溶接において上述した第４のトーチ高さ制御を適用する場合であり、以下のようになる。
（５ａ）ロボット制御装置ＲＣは、図２で後述するピーク電流Ｉｐの通電期間（ピーク期間Ｔｐ）中の溶接電圧Ｖｗ（ピーク電圧Ｖｐ）を検出する。
（５ｂ）ロボット制御装置ＲＣはスタート完了信号Ｗcrを受信すると、溶接電圧検出信号の値（ピーク電圧Ｖｐ）と予め定めた電圧設定信号の値とが等しくなるようにフィードバック制御によってロボットＲＭを移動させてトーチ高さ制御を行う。
【００３８】
図２は、消耗電極パルスアーク溶接の一般的な電流・電圧波形図である。同図（Ａ）はアークを通電する溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｂ）は溶接ワイヤと母材との間の溶接電圧Ｖｗを示す。以下、同図を参照して説明する。
【００３９】
時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤから溶滴を移行させるために臨界電流値以上のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤと母材との間にアーク長に比例したピーク電圧Ｖｐが印加する。
【００４０】
時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間Ｔｇ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を形成しないようにするために定電流値のベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが印加する。時刻ｔ１〜ｔ３までの期間をパルス周期Ｔpbとして繰り返して溶接が行われる。同図（Ａ）に示す破線は溶接電流平均値Ｉavを示し、同図（Ｂ）に示す破線は溶接電圧平均値Ｖavを示す。上述した図１において、溶接法がパルスアーク溶接法である場合、時刻ｔ５以前は直流の初期電流が通電し、時刻ｔ５以降は上記のピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂからなるパルス状の電流が通電する。したがって、同図（Ｆ）に示す溶接電圧Ｖｗは時刻ｔ５以降は溶接電圧平均値Ｖavを示し、同図（Ｇ）に示す溶接電流Ｉｗは時刻ｔ５以降は溶接電流平均値Ｉavを示す。ここで、パルスアーク溶接のアーク長は、溶接電圧平均値Ｖav又はピーク電圧Ｖｐに比例する。したがって、パルスアーク溶接では、アーク長を溶接電圧平均値Ｖav又はピーク電圧Ｖｐによって検出することができる。溶接電圧平均値Ｖavとしては、溶接電圧Ｖｗを平滑した信号、溶接電圧Ｖｗからローパスフィルタによって高周波成分を除去した信号、パルス周期Ｔpbごとの溶接電圧Ｖｗの平均値等が使用される。このために、溶接電圧平均値Ｖav又はピーク電圧Ｖｐが予め定めた電圧設定値と等しくなるようにトーチ高さ制御を行なうことによって、アーク長のオーバーシュートを補償して定常値に維持することができる。第５のトーチ高さ制御によれば、上述した効果に加えて、パルスアーク溶接において、トーチ高さ制御を自動制御化することができるので、第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２及び移動距離ΔＬｔの設定が不要となり作業効率が向上する。
【符号の説明】
【００４１】
１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
４ａ コイルライナ
Ｆｃ 送給制御信号
Ｆcr 定常送給速度設定信号
Ｆcw 定常送給速度
Ｆｗ 送給速度
Ｉav 溶接電流平均値
Ｉｂ ベース電流
Ｉｆ 送受信信号
Ｉｐ ピーク電流
Ｉｗ 溶接電流
Ｌｓ 教示トーチ高さ
Ｌｔ トーチ高さ
Ｌｗ ワイヤ先端・母材間距離
Ｍｃ 動作制御信号
Ｏｎ 起動信号
ＰＳ 溶接電源
ＲＣ ロボット制御装置
ＲＭ ロボット
ＳＴ 溶接開始回路
Ｓｔ 溶接開始信号
Ｔ１ 第１期間
Ｔ２ 第２期間
Ｔａ 前進送給から後退送給への反転遅れ期間
Ｔｂ 再前進送給過渡期間
Ｔｇ ベース期間
Ｔｐ ピーク期間
Ｔpb パルス周期
Ｔｕ アーク長引き上げ期間
Ｖav 溶接電圧平均値
Ｖｂ ベース電圧
Ｖｐ ピーク電圧
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
Ｗcr スタート完了信号
ＷＭ ワイヤ送給モータ
ΔＬｔ 移動距離
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接トーチから溶接ワイヤを母材へ前進送給し、溶接ワイヤが母材に接触すると溶接ワイヤを母材から後退送給すると共に溶接電流を通電し、この後退送給によって溶接ワイヤが母材から離れて初期アークが発生した後に溶接ワイヤを再前進送給して前記初期アーク発生状態から定常のアーク発生状態へと移行させるアークスタート制御方法において、
前記再前進送給の開始時点から前記溶接トーチの高さを一旦低くした後に元の高さに戻すトーチ高さ制御を行う、
ことを特徴とするアークスタート制御方法。
【請求項２】
前記トーチ高さ制御は、予め定めた第１期間の間に予め定めた移動距離だけ低くし、予め定めた第２期間の間に元の高さに戻す制御である、
ことを特徴とする請求項１記載のアークスタート制御方法。
【請求項３】
前記前進送給から前記後退送給への切換時の反転遅れ期間を検出し、この反転遅れ期間に基づいて前記第１期間、前記第２期間及び前記移動距離を設定する、
ことを特徴とする請求項２記載のアークスタート制御方法。
【請求項４】
予め定めた電圧設定値と溶接電圧の検出値とが等しくなるようにフィードバック制御によって前記トーチ高さ制御を行う、
ことを特徴とする請求項１記載のアークスタート制御方法。
【請求項５】
ピーク電流及びベース電流を通電して溶接するパルスアーク溶接法を使用する場合には、前記溶接電圧の検出値が、前記溶接電圧の平均値の検出値又は前記ピーク電流の通電期間中の溶接電圧の検出値である、
ことを特徴とする請求項４記載のアークスタート制御方法。
【請求項１】
溶接トーチから溶接ワイヤを母材へ前進送給し、溶接ワイヤが母材に接触すると溶接ワイヤを母材から後退送給すると共に溶接電流を通電し、この後退送給によって溶接ワイヤが母材から離れて初期アークが発生した後に溶接ワイヤを再前進送給して前記初期アーク発生状態から定常のアーク発生状態へと移行させるアークスタート制御方法において、
前記再前進送給の開始時点から前記溶接トーチの高さを一旦低くした後に元の高さに戻すトーチ高さ制御を行う、
ことを特徴とするアークスタート制御方法。
【請求項２】
前記トーチ高さ制御は、予め定めた第１期間の間に予め定めた移動距離だけ低くし、予め定めた第２期間の間に元の高さに戻す制御である、
ことを特徴とする請求項１記載のアークスタート制御方法。
【請求項３】
前記前進送給から前記後退送給への切換時の反転遅れ期間を検出し、この反転遅れ期間に基づいて前記第１期間、前記第２期間及び前記移動距離を設定する、
ことを特徴とする請求項２記載のアークスタート制御方法。
【請求項４】
予め定めた電圧設定値と溶接電圧の検出値とが等しくなるようにフィードバック制御によって前記トーチ高さ制御を行う、
ことを特徴とする請求項１記載のアークスタート制御方法。
【請求項５】
ピーク電流及びベース電流を通電して溶接するパルスアーク溶接法を使用する場合には、前記溶接電圧の検出値が、前記溶接電圧の平均値の検出値又は前記ピーク電流の通電期間中の溶接電圧の検出値である、
ことを特徴とする請求項４記載のアークスタート制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２５３０７（Ｐ２０１１−２５３０７Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１２５７５（Ｐ２００９−２１２５７５）
【出願日】平成２１年９月１５日（２００９．９．１５）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１５日（２００９．９．１５）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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